1. Назначение, классификация турбомашин. Основные параметры и основные узлы центробежного компрессора.

Назначением лопаточных машин во всех схемах авиационных ГТД является: у компрессоров и вентиляторов – повышение давления и подача воздуха в газовоздушный тракт двигателя; у турбины – в результате расширения газа получение механической энергии, расходуемой на вращение вентилятора и компрессоров, воздушных винтов (у ТВД) и различных агрегатов (у турбовальных двигателей).

1.3.1. Классификация

По направлению потока в проточной части машины и различают:

а) осевые машины (компрессоры и турбины);

б) радиальные (центробежные и центростремительные);

в) диагональные;

г) комбинированные.

По числу ступеней (одноступенчатые и многоступенчатые);

По числу валов многоступенчатой машины (одновальные и многовальные);

По уровню скоростей в проточной части (дозвуковые, трансзвуковые и сверхзвуковые)

По конструктивным признакам (охлаждаемые и неохлаждаемые турбины, центробежные компрессоры с односторонним и двусторонним входом, машины с неподвижными поворотными лопатками и др.).

Ступень центробежного компрессора состоит из ВНА, РК (рис. 7.1) и выходной системы, которая включает в себя безлопаточный щелевой диффузор 2, лопаточный диффузор 3 и выходной патрубок. Поток на входе обычно закручивается по вращению.

B последнее время рассматривается применение центробежных ступеней и в полноразмерных двигателях. Так, в американских проектах [60] в двухконтурных двигателях с малой степенью двухконтурности, у которых степень повышения полного давления в каскаде высокого давления =6...8 (при общей степени повышения полного давления =25), предлагается вместо десятиступенчатого осевого компрессора использовать одноступенчатый центробежный. Очевидно, что такая замена станет возможной тогда, когда КПД ступени центробежного компрессора при =6...8 достигнет уровня =0,82...0,83, т. е. сравняется примерно с достигнутым в настоящее время уровнем КПД многоступенчатого осевого компрессора.

2. Основные требования к лопаточным машинам. Основные параметры, характеризующие компрессор.

Минимальные габаритные размеры и масса, высокий коэффициент полезного действия (КПД), благоприятное протекание характеристик, надежность и живучесть, технологичность, мобильность создания и возможность модернизации

Под коэффициентом полезного действия компрессора принято понимать отношение энергетических величин, определяющих полезный эффект компрессора, и работу, затраченную для получения этого эффекта, т. е. _к=L_полезн/L_{затрачен}.

Геометрические параметры ступени. Характерным размером ступени является наружный диаметр на входе в РК D_к1. Относительная высота лопатки характеризуется величиной относительного диаметра втулки =D_вт1/D_к1. Величина относительного диаметра втулки изменяется в широких пределах. Так, в первых ступенях и особенно в одноступенчатых вентиляторах =0,3...0,4, в последних ступенях – =0,8...0,9. Важнейшим геометрическим параметром является удлинение лопаток. Если определить высоту лопатки по входу h_л=(D_к1–D_вт1)/2, то отношение высоты лопатки к хорде на среднем диаметре и определяет удлинение лопатки =h_л/b_ср. Удлинения лопатки изменяются в широких пределах от 3,5-4,5 до 1,5-2,5. Геометрические размеры лопаток характеризуются так называемой «парусностью», т. е. отношением хорд лопаток в периферийном и втулочном сечениях b_к/b_вт.

Кинематические и газодинамические параметры ступени. В качестве характерной принимается окружная скорость на периферийном диаметре r_к во входном сечении u_к1. Величина окружной скорости во многом определяет величину напора ступени и других важнейших параметров ступени. В современных компрессорах и вентиляторах величина u_к1 доходит до значений 450-600 м/с.

Осевая компонента абсолютной скорости с_1a определяет объемный расход рабочего тела через единицу проходного сечения. Величина c_1a изменяется в широких пределах: в первых ступенях 200-230 м/с, в последних 80-100 м/с. Наряду с размерной величиной осевой компоненты скорости часто употребляется безразмерная величина =с_а/u_к1, называемая коэффициентом расхода.