ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Вопрос № 3. Осевые компрессоры.

123

Осевой компрессор состоит из входного направляющего аппарата (ВНА) 5 и нескольких венцов, последовательно чередующихся в осевом направлении рабочих лопаток 2, установленных на вращающемся роторе 1 и направляющих лопаток 3, закрепленных в корпусе компрессора 4 (см. рис. 5). Совокупность одного венца рабочих лопаток и следующего за ним венца направляющих лопаток называется ступенью компрессора. Рабочие лопатки одной ступени, установленные в диске, называют рабочим колесом (РК), направляющие лопатки одной ступени, закрепленные в корпусе, называют направляющим аппаратом (НА).

Рисунок 5 Осевой компрессор двигателя 1 – ротор; 2 - рабочие лопатки;

3 -направляющие лопатки; 4 – корпус; 5 – ВНА

В осевом компрессоре направление движения воздуха, в основном, осевое. В каналах, образованных рабочими лопатками, к воздуху подводится механическая энергия от турбины, в результате чего давление и скорость воздуха увеличиваются.

В расположенном за рабочими лопатками НА кинетическая энергия воздуха преобразуется в потенциальную, т. е. за счет снижения скорости потока воздуха повышается его давление. Направляющий аппарат (НА) обеспечивает также определенное направление потока при вхождении его в следующую ступень. Принцип работы осевого многоступенчатого компрессора целесообразно рассмотреть на примере работы его отдельной ступени, так как все ступени компрессора работают аналогично.

Осевая ступень компрессора с ВНА приведена на рис. 6. На рис. 7 изображена элементарная ступень компрессора, представляющая собой развертку на плоскости цилиндрической поверхности, рассекающей ступень компрессора на некотором радиусе. Полная ступень компрессора складывается из бесконечного числа ее элементарных ступеней, расположенных вдоль радиуса в пределах проточной части.

Решеткой профилей называется совокупность профилей всех лопаток одного лопаточного венца, полученная рассечением его цилиндрической поверхностью.

Рассмотрим движение воздуха через элементарную ступень. Двигаясь в осевом направлении со скоростью С₀, поток воздуха поступает в ВНА. Сужающиеся межлопаточные каналы ВНА обеспечивают увеличение скорости от С₀ до С₁ (см. рис. 6), сопровождающееся уменьшением статического давления и статической температуры воздуха. В ВНА воздух предварительно закручивается и поступает во вращающееся РК под некоторым углом к оси компрессора. Лопатки РК перемещаются со средней окружной скоростью U (см. рис. 7). В результате сложения окружной скорости вращательного движения РК - U и абсолютной скорости потока на выходе из ВНА - С₁, получается относительная скорость потока на входе в РК - W₁. Предварительная закрутка потока в ВНА позволяет уменьшить величину скорости W₁, это благоприятно сказывается на уменьшении потерь в РК.

Рисунок 6. Схема ступени и изменение параметров состояния воздуха в ступени осевого компрессора

Рисунок 7. Схема решеток профилей лопаток и треугольники скоростей в ступени осевого компрессора

Рисунок 8. Основные параметры решетки профилей

В результате поворота воздуха и благодаря расширяющейся форме межлопаточных каналов РК поток воздуха тормозится от скорости W₁ на входе до скорости W₂ на выходе из РК. Уменьшение скорости в РК приводит к повышению статического давления от P₁ на входе до P₂ на выходе. Работа, подводимая к воздуху в РК, идет не только на повышение статического давления, но и на увеличение абсолютной скорости от значения С₁ до С₂. Из РК воздух со скоростью С₂ поступает в каналы НА. Вследствие диффузорности межлопаточных каналов НА происходит уменьшение абсолютной скорости от величины С₂ на входе до С₃ на выходе, и, следовательно, повышение статического давления от P₂ до P₃. Кроме того, НА осуществляет требуемый поворот воздуха перед входом в следующее РК. Таким образом, полный прирост статического давления в ступени составляет сумму прироста давления в РК и ВНА:

∆Р_СТ=∆Р_РК+∆Р_ВНА.

В результате сжатия воздуха его температура повышается от Т₁ на входе в РК до Т₃ на выходе из ступени. Изменение параметров состояния воздуха в ступени осевого компрессора приведено на рис. 6.

При движении вдоль проточной части многоступенчатого компрессора воздух сжимается и его плотность возрастает. Поэтому, чтобы обеспечить

требуемую величину осевой скорости на выходе из компрессора, которая обычно составляет 120…180 м/с, проточную часть компрессора выполняют сужающейся к выходу. Отношение давления на выходе из ступени к давлению на входе в нее называется степенью повышения давления в ступени - π*СТ. Степень повышения давления многоступенчатого компрессора тем больше, чем больше степени повышения давлений отдельных ступеней и чем больше их количество. Степень повышения давления в ступени осевого компрессора в основном зависит от средней окружной скорости лопаток. Чем больше эта скорость, тем больше степень повышения давления. Максимальная окружная скорость лопаток из условий их прочности обычно не превышает 300…450 м/с. Например, максимальная окружная скорость рабочих лопаток первой ступени КВД двигателя ПС-90А составляет 365 м/с. Диаметр ступени компрессора определяется потребным расходом воздуха, его плотностью и осевой скоростью. Осевая скорость воздуха сохраняется по всем ступеням постоянной или несколько уменьшается к последним ступеням. Так как плотность воздуха на входе в первую ступень минимальная, то наибольшую площадь проточной части имеет первая ступень, далее площадь уменьшается к последним ступеням. Площадь проточной части ограничена ее наружным и внутренним диаметрами. Для уменьшения наружного диаметра первой ступени при заданной площади проточной части уменьшают внутренний диаметр, а чтобы обеспечить размещение лопаток на роторе, внутренний диаметр выбирают обычно равным 0,35…0,4 от наружного диаметра. На последующих ступенях может быть сохранен тот же наружный диаметр, что и на первой ступени (см. рис. 9а), тот же внутренний диаметр (см. рис. 9б), или тот же средний диаметр (см. рис. 9в).

В первом случае потребное уменьшение площади проточной части (вследствие возрастания плотности воздуха) достигается увеличением внутреннего диаметра проточной части. При этом средние окружные скорости ступеней растут и, следовательно, увеличиваются их степени повышения давления. Но наряду с этим преимуществом указанная конструкция компрессора обладает и недостатком - меньшая длина лопаток последних ступеней. Зазор между торцом лопатки и корпусом при наличии коротких лопаток относительно больше, чем при длинных. В результате этого у компрессора с короткими лопатками увеличивается обратное перетекание воздуха в зазоре и, следовательно, уменьшается степень повышения давления компрессора.

При постоянном внутреннем или среднем диаметре лопатки последних ступеней более длинные, поэтому и перетекания меньше. Степень повышения давления ступеней остается постоянной (при постоянном среднем диаметре) или уменьшается (при постоянном внутреннем диаметре), поскольку зависит от средней окружной скорости. В целях расширения области устойчивой работы и повышения к.п.д. применяются двухкаскадные и трехкаскадные схемы осевых компрессоров.

В многокаскадном компрессоре несколько последовательно расположенных роторов автономно приводящихся во вращение отдельными турбинами.

Рисунок 9. Схемы профилей проточной части а) с постоянным наружным диаметром; б) с постоянным внутренним диаметром; в) с постоянным средним диаметром; г) с переменным наружным, внутренним и средним диаметрами.

123