- •Глава 3 – Основные закономерности рабочего процесса лопаточного компрессора
- •3.1 Компрессор. Основные понятия, определения, типы
- •3.2 Принцип действия ступени компрессора
- •3.3 Изменение основных параметров по длине проточной части компрессора
- •3.4 Основные параметры, характеризующие работу степени компрессора
- •3.4.1 Кинематические параметры компрессора
- •3.4.2 Энергетические параметры
- •3.4.2.1 Степень сжатия компрессора
- •3.4.2.2 Преобразование энергии в ступени компрессора
- •3.4.3 Степень реактивности
- •3 .5 Закрутка потока на входе в ступень компрессора
- •3.6 Условия совместной работы элементарных ступеней, расположенных на различных радиусах
- •3.6.1 Ступень с постоянной циркуляцией
- •3.6.2 Ступень с постоянной реактивностью
- •3.7 Рабочий процесс центробежного компрессора
- •3.7.1 Схема ступени центробежного компрессора
- •3.7.2 Преимущества и недостатки цбк
- •3.7.3 Относительные безразмерные параметры
- •3.7.4 Степень реактивности ступени цбк
- •3.7.5 Течение воздуха в цбк
- •3.7.6 Входное устройство
- •3.7.7 Рабочее колесо
- •3.7.7.1 Вход в рабочее колесо
- •3.7.7.2 Классификация рабочих колес цбк
- •3.7.7.4 Выход из рабочего колеса при бесконечном числе лопаток
- •3.7.7.5 Силовое воздействие на воздух в межлопаточном канале
- •3.7.7.6 Выход из рабочего колеса при конечном числе лопаток
- •3.7.8 Приблизительная оценка кпд ступени цбк
- •3.7.9 Потери энергии в рабочем колесе
- •3.7.10 Критерий «Де Халлера»
- •3.7.11 Рабочий процесс в диффузоре цбк
- •3.7.11.1 Безлопаточный диффузор
- •3.7.11.2 Лопаточный диффузор
- •3.7.12 Выходное устройство
- •3.8 Характеристики компрессоров
- •3.8.1 Характеристики компрессорных решёток
- •3.8.2 Напорная характеристика ступени компрессора
- •3.8.3 Характеристика компрессора
- •3.9 Многоступенчатые осевые компрессоры
- •3.9.1 Основные параметры многоступенчатого компрессора
- •3.9.2 Изменение размеров проточной части компрессора
- •3.9.3 Распределение работ сжатия в осевых компрессорах
- •3.9.4 Распределение работ сжатия в двух- и трёхкаскадных осевых компрессорах
- •3.10 Работа компрессора в нерасчетных условиях. Регулирование компрессоров.
- •3.10.1 Характеристики компрессора в условиях неравномерного и нестационарного потока на входе
- •3.10.2 Срывные и неустойчивые режимы работы компрессора
- •3.10.3 Помпаж компрессора в системе двигателя
- •3.10.4 Работа компрессора по дроссельной характеристике
- •3.10.4 Способы регулирования многоступенчатых компрессоров
- •6.11. Характеристики регулируемого многоступенчатого компрессора
3.9.3 Распределение работ сжатия в осевых компрессорах
Ступени одного и того же ОК работают в неодинаковых условиях:
на входе в первые ступени практически всегда имеет место окружная и радиальная неравномерность потока, обусловленная атмосферными процессами и условиями полета, следовательно, элементы даже одной ступени в этом случае обтекаются потоком с нерасчётными числами w1 i, поэтому h*ст i первых ступеней объективно не может быть высоким;
в последних ступенях, где имеют место малые высоты лопаток hл i, сказывается влияние повышенных относительных величин радиального зазораr i, в результате и последние ступени имеют объективно пониженные значения h*ст i.
Даже эти простейшие физические соображения определяют различие работ сжатия между ступенями в МОК. На рис. 3.6 приведены возможные схемы распределения H*ст i в ступенях МОК.
В первых ступенях и в меньшей мере в последних ступенях работа сжатия H*ст i заметно снижена по сравнению с работой, приходящейся на каждую из средних ступеней.
Такой характер изменения H*ст i в МОК определяется не только объективно пониженными значениями h*ст i в первых и последних ступенях, но продиктован и другими соображениями: первая ступень работает при самой низкой температуре воздуха, поэтому подвод большой работы H1* обусловливает высокое значение lw1 на периферии лопаток, которое может превысить предельное значение (lw1 1,3), что ограничивает величину работы H*ст на первых ступенях; работу сжатия, приходящуюся на каждую из последних ступеней, также приходится уменьшать из-за невозможности поддержания высоких Dwu i при снижающихся значениях ca i (см. разд. 3.2).
Если принять среднее значение работы сжатия в ступени, определяемое величиной Lк*/z, за 100% то обычно L*ст1 = 55...75%, L*ст11 = 75...90%, а L*ст z = 80...90%.
Соответственно h*ст 1 снижают на 3...4%, а h*ст z - на 1,5...2%. Такое распределение H*ст i и h*ст i характерно для МОК с числом ступеней z > 6. В некоторых случаях, при модернизации уже спроектированного МОК или с целью повышения *к, к нему добавляется спереди “нулевая” трансзвуковая ступень (см. рис. 3.6). В этом случае распределение H*ст i носит иной характер: трансзвуковая ступень выполняется сильно нагруженной, а в дозвуковой части компрессора характер распределения H*ст i остается прежним (см. пунктирную линию на рис. 3.6). Но вследствие повышения температуры воздуха за трансзвуковой ступенью и при сохранении прежнего значения lw1 абсолютные значения работ сжатия в ступенях I, II, ..., z могут быть несколько увеличены. Если же при этом поставить условие неизменности *к, то новое распределение H*ст i позволяет снизить потребное число ступеней z МОК.
3.9.4 Распределение работ сжатия в двух- и трёхкаскадных осевых компрессорах
Рассмотрим некоторые особенности распределения работ сжатия между ступенями многокаскадного ОК. В настоящее время наиболее часто встречаются двухкаскадные ОК, причем первый по ходу воздушного потока каскад (рис. 3.7) называется каскадом (или компрессором) низкого давления (КНД), а второй - компрессором высокого давления (КВД).
О ба каскада (или все три каскада, если ОК трёхкаскадный) в целом образуют осевой компрессор, в котором изменение hл i, Fa i и ca i определяется теми же условиями, которые были изложены в разд. 3.2.
Распределение работы сжатия между КВД и КНД выбирается с учетом возможностей турбин, приводящих во вращение соответствующие каскады [4], но обычно *КВД несколько выше *КНД (особенно велика эта разность в ТРДД).
Одна из причин, обусловливающих разделение МОК на каскады, каждый из которых имеет свою частоту вращения ni, состоит с том, что вследствие подогрева воздуха в группе передних ступеней при одинаковых уровнях lw i группы средних и тем более последних ступеней могут иметь более высокие окружные скорости ui.
Качественно распределение H*ст i в многокаскадном ОК имеет такой же характер, как и в К обычной формы (см. рис. 3.6). Однако более высокие окружные скорости КВД позволяют скачкообразно поднять абсолютные значения работ H*ст i в последнем (см. рис. 3.7).
В результате в многокаскадном ОК при одинаковой к* число ступеней zк меньше, чем в К обычной формы. Кроме того, многокаскадная схема ОК позволяет облегчить запуск ГТД и его эксплуатацию [4].