Многокаскадный компрессор

Л.12

==========================================

Каскадом компрессора называется группа ступеней, установленных на одном валу и приводимых отдельной турбиной. Идея разделения компрессора на стоящие друг за другом каскады сводится к следующему: компрессор с высоким расчетным значением степени сжатия разделяется на группы ступеней со значительно меньшей величиной степени сжатия и соответственно с меньшим возможным рассогласованием ступеней в пределах каждой из них; при этом рассогласование ступеней, находящихся в разных каскадах может быть уменьшено за счет естественного или принудительного изменения соотношения частот вращения каскадов при изменении общей степени повышения давления. Чем больше число каскадов, тем большим может быть и достигаемый эффект.

Установлено, что при изменении только давления воздуха на входе в компрессор в широких пределах давления во всех других его сечениях изменяются пропорционально давлению на входе, а температуры и числа М потока газа, обтекающего лопатки, остаются неизменными. В этом случае степень сжатия и КПД компрессора не изменяются, а расход воздуха изменяется пропорционально изменению давления, т.е. плотности воздуха на входе.

Изменение температуры воздуха на входе в компрессор приводит не только к изменению расхода воздуха, но также к изменению степени сжатия и КПД компрессора. Так, например, при уменьшении температуры воздуха на входе в компрессор массовый расход воздуха и степень повышения давления возрастают. Рост расхода воздуха при уменьшении температуры на входе в компрессор обусловлен увеличением плотности воздуха. Повышение степени сжатия компрессора является следствием того, что для сжатия более холодного воздуха при неизменном значении степени сжатия нужно было бы затрачивать меньшую работу (из-за меньшего значения его удельного объема). Но работа, затрачиваемая на вращение компрессора, при постоянной частоте вращения от внешних условий зависит слабо. Поэтому более холодный воздух может быть сжат до более высокого давления, что и влечет за собой возрастание степени сжатия при уменьшении температуры.

Увеличение в ограниченных пределах окружной скорости в последующих ступенях компрессора хотя и повысит скорость воздуха, но из-за увеличения скорости звука число Маха останется на допустимом уровне. В конечном счете, это позволит подвести большую работу к ступени и получить большую степень повышения давления. Поэтому компрессоры ГТД с большой напорностью делают многокаскадными, с приводом каждого каскада от отдельной турбины (отдельного каскада турбины).

В многокаскадных компрессорах частота вращения каждого последующего каскада больше предыдущего. Увеличение числа каскадов усложняет конструкцию компрессора и увеличивает его массу, поэтому в современных компрессорах число каскадов не превышает трех.

5). Примеры характеристик компрессоров.

В условиях эксплуатации и высота, и скорость полета, и частота вращения изменяются в широких пределах. При этом степень повышения давления, расход воздуха, окружные скорости, а, следовательно, числа М и углы атаки на лопатках различных ступеней также изменяются и могут существенно отличаться от их расчетных значений. Это может явиться причиной значительного изменения потребляемой мощности и КПД компрессора, а в некоторых случаях - появления неустойчивости в его работе. Поэтому возникает необходимость в обеспечении устойчивости работы компрессора не только на расчетном, но и на других, нерасчетных режимах.

Зависимости, показывающие, как изменяются основные показатели работы компрессора - степень повышения давления и КПД при изменении частоты вращения, расхода воздуха и условий на входе, называются характеристикой компрессора.

Зависимость степени сжатия компрессора от расхода воздуха при постоянной приведенной частоте вращения называется напорной кривой.

Характеристики компрессора представляют обычно в виде

Рис.6.15. Характеристики компрессора средней напорности.

1 – рабочая точка; 2 – граница газодинамической устойчивости;
3 – линия рабочих режимов; 4 – напорные ветви (линии постоянной приведенной частоты вращения).

Положение линии рабочих режимов относительно границы газодинамической устойчивости задается коэффициентом устойчивости

или запасом устойчивости

DК_у=(К_у – 1)×100%

Дата добавления: 2014-01-07