5.3. Характеристики ступени осевого компрессора

Рис. 5.4. Характеристика компрессора

в параметрах G_в.пр и n_пр

Характеристики одноступенчатого компрессора обычно изображаются в тех же координатах и имеют в общем такой же вид, как и рассмотренные выше характеристики многоступенчатых компрессоров. Но для анализа условий работы ступени в многоступенчатом компрессоре характеристики ступени часто изображают в виде зависимости коэффициента адиабатного напора и КПД ступени от коэффициента расходапри постоянных значениях, как показано на рис. 5.5.

Параметр является критериальным, так как согласно треугольнику скоростей (рис. 5.3):

(5.4)

Следовательно, при иуголбудет оставаться постоянным, а если при этомтакже постоянна, то и, т.е. режим работы ступени будет подобным. При этом будут неизменными не толькои, но и значение коэффициента адиабатного напора.

Рис. 5.5. Характеристика ступени

компрессора в безразмерных

(критериальных) параметрах

Таким образом, на рис. 5.5 характеристика ступени изображена в критериальныхпараметрах и не зависит (при данном) от условий на входе в неё.

Для анализа и объяснения протекания характеристик ступени рассмотрим зависимость от при неизменном значении(зависимостьотбудет аналогичной). При этом для простоты будем полагать вход воздуха в ступень осевым и.

На рис. 5.6 изображены треугольники скоростей для рабочего колеса такой ступени на некотором его радиусе при трех различных значениях осевой скорости. Здесь через обозначено значение, при котором угол атакиi на лопатках рабочего колеса равен нулю. Как видно из этого рисунка, изменение осевой скорости непосредственно сказывается на величине угла атакиiи на величине закрутки воздуха в колесе.

Рис. 5.6. Схема обтекания

лопаток РК ступени с осевым входом воздуха при u=const

и различных значенияхс_а

Увеличение приводит к увеличению, т.е. к уменьшению угла атаки. Направление вектора скоростиза колесом при этом изменяется мало, т.е.

. В результате при увеличении закрутка воздуха в колесеуменьшается.Уменьшениеосевой скорости, наоборот, ведет к увеличению какi, так и. Из треугольника скоростей ступени видно, что при осевом входеи следовательно (так как)

. (9.5)

Таким образом, поскольку , работа, затрачиваемая на вращение каждого элемента РК, и, следовательно, ступени в целом, будет практически линейно уменьшаться с ростом, как показано на рис. 5.7. Аналогичный результат получается и при.

Согласно уравнению Бернулли для ступени

.

Пренебрегая здесь величиной по сравнению си учитывая, что

,

будем иметь

. (5.5)

Следовательно, кривая пройдет на характеристике ступени рис. 5.7, ниже линиина величину потерь. Потери в решетках РК и НА минимальны приi≈ 0, т.е. при(см. рис. 5.6). При изменении, а значит и угла атакиiпотеривозрастают (см. штриховую линию на рис. 5.7).

Рис. 5.7. Характеристика

осевой ступени при малой

окружной скорости

Значение соответствует достижению критического угла атаки, превышение которого приводит к срывному режиму течения в ступени.

Если ординаты кривой на рис. 5.7, вычесть из ординат линии, то, согласно (5.5), получится кривая, а частное от делениянадаст значения.

Максимум КПД ступени достигается при некотором значении , меньшем, чем, а максимум напора (максимум) располагается еще левее. Рабочий диапазон значенийограничен здесь слева значением, а справазначением, при котором из-за паденияи одновременного возрастания гидравлических потерь адиабатический напор, а вместе с ним и КПД ступени обращаются в нуль.