8. Степень диффузорности и углы поворота потока в решетке компрессора. Причины ограничения значения коэффициента затраченного напора.

При отрицательных и небольших положительных углах атаки угол отставания потока  практически не изменяется и, следовательно, угол выхода потока из решетки ₂ остается практически неизменным. Поэтому при увеличении угла атаки (при уменьшении угла входа потока на решетку ₁) угол поворота потока  увеличивается. При некотором положительном угле атаки i_кр возникает срывное течение с выпуклой поверхности профиля и, несмотря на уменьшение угла потока ₁ величина  не увеличивается, так как на срывном режиме увеличивается угол отставания  и ₂ уменьшается. Потери в решетке при этом примерно в два раза больше, чем на режиме минимальных потерь, характеризуемом углом i_min при небольших отрицательных углах атаки. На режиме i_min угол поворота потока в решетке  мал и, следовательно, мал теоретический напор ступени. Наибольший КПД решетки достигается при некотором оптимальном (положительном) угле атаки i_opt. На этом режиме потери в решетке хотя и несколько больше минимальных, но повышенное значение угла поворота потока  и, следовательно, величины напора ступени по сравнению с режимом i_min обеспечивают максимальный КПД решетки. Картина течения в плоской компрессорной решетке находится в полном соответствии с рассмотренной ранее картиной течения в плоском диффузоре. Напомним, что при течении в плоском диффузоре также наблюдалось, что режим максимума КПД наступает ранее, чем режим возникновения срыва (рис. 5.21). Эти режимы определяются двумя параметрами: углом раскрытия диффузора  и величиной b/n₁. Если сопоставить параметры компрессорной решетки с эквивалентным диффузором, то будем иметь =t/b(sin₂–sin₁) и b/n₁=b/(tsin₁), т. е. режим работы решетки определяется углом поворота потока =₂–₁, углом ₁ или ₂=–₁ и густотой решетки b/t.

Поэтому обобщенные данные по плоским решеткам строятся на основе влияния величин b/t, ₂ (или ₁) на . Прежде чем привести такие обобщенные данные по результатам испытаний решеток при малых скоростях набегающего потока, отметим, что выбор режима работы решетки вблизи _max не представляется возможным не только потому, что при этом КПД ступени падает, но главным образом в связи с тем, что при возникновении срывного режима возникает неустойчивость течения в компресс соре, когда эксплуатация компрессора невозможна или сильно затруднена. Поэтому режим работы решетки и все обобщения строят для некоторого номинального угла поворота потока ^*=0,8_max для решеток РК и ^*=0,8_max для решеток НА, обеспечивая необходимый запас относительно срывных режимов. При постоянном значении ^* (рис. 6.8, пунктир II) и при уменьшении ₂ для обеспечения одинаковой степени диффузорности течения необходимо также увеличивать густоту решетки.

Угол ₂ мало влияет на : при изменении ₂ хотя изменяется угол _m, входящий в формулу (6.11), но при этом изменяется и коэффициент подъемной силы с_у. Экспериментальные исследования плоских компрессорных решеток показали, что их эффективность ограничена из-за нарастания и отрыва пограничного слоя от поверхности лопаток. Пограничный слой отрывается на спинке лопатки вследствие нарастания давления и соответствующего торможения скорости. Естественно предположить, что потери полного давления в решетке зависят от степени уменьшения скорости обтекания.

(6.14) величина D_w, называемая коэффициентом диффузорности, определяет нагрузку на профиль, в том числе предельно допустимую. Предельно допустимая нагрузка на профиль D_wпр определяется началом развития срыва потока на спинке. Используя критерий отрыва турбулентного пограничного слоя, было установлено [1], что значение D_wпр в дозвуковой области практически не зависит от числа М и равно D_wпр=1,6. В исследованиях С. Либляйна [56] для оценки степени диффузорности, потока в компресорной решетке обычно используется уже упомянутый фактор диффузорности:

(6.15) Экспериментальные значения ^*, приведенные на. рис. 6.8, находятся в удовлетворительном согласии с условием =0,5...0,6. На расчетном режиме работы рекомендуется выбирать D≤0,4.