Госник ТРЛМ1
.pdf
10. Формы проточной части многоступенчатых компрессоров.
а)
D |
К |
const |
|
|
(+)Возможность уменьшения числа ступеней по сравнению с другими схемами в связи с наибольшей средней по ступеням окружной скоростью.
(+)При заданном числе ступеней уменьшенные значения углов поворота потока главным образом в корневых сечениях связаны с увеличенными значениями окружной скорости.
(+)Возможность поддерживать величину радиального зазора при осевых перемещениях ротора и, следовательно, выбирать исходную величину радиального зазора меньшей, чем в других схемах.
(-) Наименьшая высота лопатки на выходе.
б) |
D |
ВТ |
const |
- имеет наибольшую из рассматриваемых схем высоту |
|
|
лопатки на выходе. Однако в этой схеме возникают существенные трудности с обеспечением высоких КПД из-за повышенных углов поворота потока и чисел М в корневых сечениях венцов.
в)
D |
const |
СР |
|
- имеет наибольшее распространение, т.к. сочетает в себе
преимущества схем с
D |
К |
|
const
и |
D |
|
ВТ
const
.
11. Модели течений в лопаточных машинах. Принятые допущения по ступеням многоступенчатого компрессора.
Рассмотрим модели, связанные с сокращением числа пространственных координат. Многие задачи могут быть решены, если воспользоваться моделью, в которой нет явной зависимости параметров от координат. Такую простейшую модель можно условно считать "нульмерной" (рис.). При этом подвод мощности к рабочему телу N К в компрессоре (рис. а) осуществляется в некотором сечении между расчётным сечением на входе в и на выходе к. В турбине (рис. б) отбор мощности от потока происходит в некотором сечении между расчётными сечениями на входе г и на выходе из него т.
В расчётных сечениях принимаются некоторые средние значения всех газодинамических параметров: давления, температуры, плотности, скорости и. т. д. Очевидно, и в этом случае будут использоваться основные уравнения: а) уравнения неразрывности – уравнение расхода; б) уравнение энергии в тепловой форме; в) уравнение энергии в механической форме; г) уравнение количества движения.
Помимо "нульмерной" широко распространены одномерная и двумерная модели ЛМ. Две основные двумерные модели: 1) установившегося осесимметричного течения через турбомашину; 2) установившегося двумерного течения через решётку в слое переменной толщины на поверхности тока. В осесимметричной модели пренебрегают пульсациями параметров потока в окружном направлении. Рассмотрение осесимметричной модели означает замену реальных лопаточных аппаратов идеализированными с бесконечным числом лопаток. В осесимметричной модели поток можно разделить поверхностями тока на осесимметричные слои переменной толщины и в каждом слое рассматривать двумерное обтекание решёток с параметрами, зависящими только от угла φ и координаты z. Такой элемент полной ступени получил название элементарной ступени.
12. Распределение работы и изменение параметров по ступеням |
|
|
|||||||||||||||||||||||
компрессора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В |
дозвуковых |
компрессорах |
|
наименьший |
напор |
назначается |
в |
первых |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ступенях, что обусловлено ограничениями, |
налагаемыми числами |
M 1 , малым |
|||||||||||||||||||||||
относительным диаметром втулки и густотой, а также соображениями, |
|||||||||||||||||||||||||
связанными с расширением диапазона рабочих режимов. Полная работа, |
|||||||||||||||||||||||||
затрачиваемая на компрессор: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|
|
k 1 |
|
1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
* |
k |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
H К |
|
|
|
|
RTH |
К |
1 |
|
* . |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
k |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|||||
Средняя величина затраченной работы: H К .СР H К / z. |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Затраченная работа в первой дозвуковой ступени: |
H |
К1 |
(0,5...0,6)H |
К .СР |
. |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Если |
|
первые |
ступени |
|
|
– |
|
околозвуковые |
или |
|
сверхзвуковые, |
то |
|||||||||||||
H |
К1 |
(0,75...0,85)H |
К .СР |
. |
Затраченная |
работа в средних ступенях на |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
15…20% больше средней работы, а в последних ступенях примерно равна ей. |
|||||||||||||||||||||||||
В первом приближении изменение |
H |
Кi |
по ступеням на отдельных участках |
||||||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||
может |
быть принято |
линейным, |
как |
показано |
на |
рис. После построения |
|||||||||||||||||||
графика уточняются |
значения |
H |
Кi |
для |
отдельных |
ступеней |
с |
целью |
|||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||||||||
соблюсти равенство |
H |
Кi |
H |
К . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Hki,дж/ кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сa, м/ с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
z0 |
z0+2 |
|
|
|
|
z |
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
КПД в отдельных ступенях, как правило не являются одинаковыми. В |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
0,84...0,86 |
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
||||
первой ступени значения К |
. В средней ступени К 0,89...0,9 , |
||||||||||||||||||||||||
в последней К* |
0,86...0,87 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Распределение осевых скоростей по ступеням должно также позволять |
|||||||||||||||||||||||
получать плавную проточную часть. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
К 0,5 является наиболее благоприятной величиной с точки зрения |
|||||||||||||||||||||||
КПД. Однако это значение может ограничивать напор средних и последних |
|||||||||||||||||||||||||
ступеней при выбранных для них значениях осевой скорости и густоты |
|||||||||||||||||||||||||
решётки. Поэтому в некоторых случаях увеличение степени реактивности в |
|||||||||||||||||||||||||
средних и последних ступенях может оказаться целесообразным. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||
13. Особенности работы первой и последней ступени компрессора. |
|
|
||||||||||||||||||||||
В |
дозвуковых |
компрессорах |
наименьший |
напор |
|
назначается |
в |
первых |
||||||||||||||||
ступенях, что обусловлено ограничениями, налагаемыми числами |
|
, малым |
||||||||||||||||||||||
M 1 |
||||||||||||||||||||||||
относительным диаметром втулки и густотой, а также соображениями, |
||||||||||||||||||||||||
связанными с расширением диапазона рабочих режимов. Затраченная работа |
||||||||||||||||||||||||
в |
первой |
дозвуковой ступени: |
H |
К1 |
(0,5...0,6)H |
К .СР |
. |
Если |
первые |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
ступени – околозвуковые или сверхзвуковые, то |
|
H |
К1 |
(0,75...0,85)H |
К .СР |
. |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
Затраченная работа в средних ступенях на 15…20% больше средней работы, а |
||||||||||||||||||||||||
в последних ступенях примерно равна ей. В первом приближении изменение |
||||||||||||||||||||||||
H Кi по ступеням на отдельных участках может быть принято линейным, как |
||||||||||||||||||||||||
показано |
|
на рис. КПД в отдельных |
ступенях, |
|
как |
|
правило |
не |
являются |
|||||||||||||||
одинаковыми. В первой ступени значения |
|
* |
0,84...0,86 |
. В |
средней |
|||||||||||||||||||
К |
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
ступени К* 0,89...0,9 , в последней К* 0,86...0,87 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
Распределение осевых скоростей по ступеням должно также позволять |
|||||||||||||||||||||||
получать плавную проточную часть. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Hki,дж/ |
кг |
|
|
|
|
|
Сa, м/ с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
0 |
1 |
|
|
z0 |
|
z0+2 |
z |
|
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
К |
0,5 |
является наиболее благоприятной величиной с точки зрения |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
КПД. Однако это значение может ограничивать напор средних и последних |
||||||||||||||||||||||||
ступеней при выбранных для них значениях осевой скорости и густоты |
||||||||||||||||||||||||
решётки. Поэтому в некоторых случаях увеличение степени реактивности в |
||||||||||||||||||||||||
средних и последних ступенях может оказаться целесообразным. |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
14. Схема и принцип действия ступени осевого компрессора. План скоростей.
Ступень компрессора состоит из двух последовательно расположенных венцов – вращающегося РК и неподвижного НА, в которых последовательно происходит сжатие рабочего тела.Скорость абсолютного потока на входе в РК
с |
в большинстве случаев имеет отличное от осевого направление ( |
|
|
90 |
|
). |
||
1 |
|
|||||||
1 |
|
|
|
|
||||
Положительная закрутка потока на входе |
с1u 0 создаётся либо |
НА |
||||||
предыдущей ступени многоступенчатого компрессора, либо ВНА 1-й
ступени. Скорость потока в относительном движении на входе в РК w1 , как правило, больше абсолютной скорости, поэтому параметры торможения в
относительном движении p1*w ,T1*w больше, чем в абсолютном движении.
14(продолжение)
В рабочем колесе к потоку подводится механическая энергия.
Окружное усилие направлено против вращения, поэтому для преодоления этого усилия надо подводить механическую энергию, под действием которой
в РК происходить сжатие рабочего тела ( |
p |
2 |
p |
и |
увеличивается |
|
1 ) |
||||
кинетическая энергия потока в абсолютном движении |
c2 |
c1 . Струйка |
|||
тока, особенно в первых ступенях современных осевых компрессоров,
изменяет |
свой |
радиус от |
входа в колесо до выхода из него. Поэтому |
||||||||||||||||
i2*w i1*w (u22 |
u12 ) / 2 и |
|
температура |
|
торможения T2*w |
в выходном |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
T |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сечении РК больше, чем |
|
на входе. Давление заторможенного потока |
|||||||||||||||||
|
1w |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
p |
* |
|
|
|
p |
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
2w |
меньше |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
до |
|||
|
|
1w в связи с тем, что процесс торможения от точки 1 |
|||||||||||||||||
точки |
2 |
совершается с потерями, и |
энтропия потока увеличивается |
на |
|||||||||||||||
величину |
S |
РК . При повышении статического давления при течении через |
|||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||
решётку |
РК относительная |
|
скорость |
w |
2 |
уменьшается и, |
следовательно, |
||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
сечение струи на входе в РК меньше, чем на выходе, соответственно |
|
2 |
|
1 . |
|||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||
Осевая компонента
c |
2a |
|
c1a
. Т.о. увеличение абсолютной скорости на
выходе связано с увеличением её окружной компоненты
c |
2u |
|
.
15.Характеристики компрессоров. Приведенные характеристики.
При изменении параметров воздуха перед компрессором сопротивление
сети за ним, частоты вращения — п, такие параметры, как
*
К
, GB,
|
К |
|
, не
остаются постоянными. Они меняются в соответствии с закономерностями, качественно общими для всех компрессоров, но в количественном отношении существенно зависящими от индивидуальных свойств конкретного компрессора. Использование теории подобия позволяет с помощью критериальных комплексов, составленных из независимых переменных существенно сократить их число. Для определения параметров компрессора на разных режимах его работы и при различных внешних условиях (различных высоте и скорости полета) строят характеристики компрессора.
Характеристики |
|
компрессора |
|
могут |
|
быть |
|
представлены в виде |
|||||||
|
* |
f G |
|
, n |
|
|
; |
|
|
f G |
|
, n |
|
. Поле характеристики |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
К |
|
B ПР |
|
ПР |
|
|
К |
|
B ПР |
|
ПР |
|
||
компрессора ограничено границей устойчивой работы, областью сгущения, где увеличение частоты вращения не приводит к возрастанию расхода, а на поле характеристик можно указать линию рабочих режимов – геометрическое место точек режима работы этого компрессора в системе данного газотурбинного двигателя.
16. План скоростей. Кинематика потока в решетках компрессора. Густота, степень реактивности.
Ступень компрессора состоит из двух последовательно расположенных венцов – вращающегося РК и неподвижного НА, в которых последовательно происходит сжатие рабочего тела. Скорость абсолютного потока на входе в
РК |
с1 |
в большинстве случаев имеет отличное от |
осевого направление ( |
||||
1 |
90 |
|
). Положительная закрутка потока на входе |
с |
0 |
создаётся либо НА |
|
|
|
|
|||||
|
|
1u |
|
||||
предыдущей ступени многоступенчатого компрессора, либо ВНА 1-й
ступени. Скорость потока в относительном движении на входе в РК w1 , как правило, больше абсолютной скорости, поэтому параметры торможения в
относительном движении p1*w ,T1*w больше, чем в абсолютном движении. В рабочем колесе к потоку подводится механическая энергия. Окружное
(16) продолжение
усилие направлено против вращения, поэтому для преодоления этого усилия
надо подводить механическую энергию, |
|
под |
действием которой в РК |
||||
происходить сжатие рабочего тела ( |
p |
2 |
p |
|
|
||
|
|
|
1 ) и увеличивается кинетическая |
||||
энергия потока в абсолютном движении |
c |
2 |
c |
. Струйка тока, особенно в |
|||
|
1 |
||||||
первых ступенях современных осевых компрессоров, изменяет свой радиус от
входа в колесо до выхода из него. Поэтому
i |
* |
i |
* |
(u |
2 |
u |
2 |
) / 2 |
2w |
|
2 |
|
|||||
|
1w |
|
1 |
|
||||
и
температура торможения |
T |
* |
в выходном сечении РК больше, чем |
T |
* |
на |
|||||
|
|||||||||||
|
|
||||||||||
|
2w |
|
|||||||||
|
1w |
||||||||||
|
|
|
|
p |
* |
p |
* |
|
|
|
|
входе. Давление заторможенного потока |
2w меньше |
1w . При повышении |
|||||||||
|
|||||||||||
статического давления при течении через решётку РК относительная скорость
w |
2 |
|
уменьшается и, следовательно, сечение струи на входе в РК меньше, чем
на выходе, |
соответственно |
|
2 |
|
|
|
|||
увеличение |
абсолютной скорости |
|||
1 . |
Осевая |
компонента |
c |
2a |
c |
Т.о. |
|
1a . |
|||||
на |
выходе |
связано с |
увеличением |
её |
||
окружной компоненты |
c |
2u . |
|
Под степенью реактивности принято понимать отношение работы сжатия в решётке рабочего колеса при отсутствии потерь к теоретическому
напору:
|
|
|
|
2 |
dp |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
w |
2 |
w |
2 |
|||
|
|
|
|
1 |
|
0 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
К . Д |
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
2H |
|
|
|
|
|
|
|
|
th |
|
|
|
|
th |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
. В решётках выполненных
компрессоров в зависимости от способа профилирования лопаток и положения решётки по высоте лопатки степень реактивности находится в пределах 0,2…0,8. Однако в принципе она может равняться 0 и даже быть
отрицательной. |
Кинематическая |
степень |
реактивности: |
||||||||||||
|
|
1 |
с2u c1u |
1 |
с2u c1u |
|
|
c |
|
c |
|
|
|
|
|
К |
|
|
. Когда |
2a |
то |
К |
К . Д . |
||||||||
|
|
2u |
2 |
|
|
1a , |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Если |
c2a c1a , то кинематическая степень реактивности по физическому |
||||||||||||||
смыслу характеризует тип треугольника скоростей. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
Важнейшим параметром решётки является шаг (t) и густота решётки (b/t |
|||||||||||||
– отношение величины хорды к шагу). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
17. Типы характеристик. Запас устойчивости компрессора.
Любая рабочая точка компрессора, находящаяся на линии рабочих режимов,
кроме основных параметров ( |
|
* |
, |
* |
, G |
В.ПР ) характеризуется |
|
|
|
||||
|
К |
|
К |
|
называемым запасом устойчивой работы. Запас устойчивой показывает удалённость рабочей точки от границы неустойчивых при сохранении заданных приведенных оборотов.
ещё так работы режимов
Отношение
( |
* |
/ G |
|
) |
|
|
|
||
К |
В |
ГРАН |
К |
|
|||||
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||||
( |
* |
/ G |
|
) |
|
y |
|||
|
|
|
|
||||||
|
|
К |
|
В |
|
РАБ |
|
|
|
и является по существу критерием
устойчивости компрессора, характеризующим удаление рабочего режима от неустойчивого, а следовательно величину запаса устойчивости.
Для того чтобы при наличии отрицательных факторов (неравномерность потока и наличие пульсаций на входе, потери давления в воздузозаборнике и др.) компрессор не терял устойчивости в полёте, расчётный запас
устойчивости, равный
К |
y |
(K |
y |
|
|
1)100%
, должен быть порядка 15% и
выше.