13

37. Рабочий процесс в отдельных типах лопаточных машин.

Рабочий процесс в ступени осевого компрессора

Ступень компрессора состоит из двух последовательно расположенных венцов (см. рис.1) – вращающегося (РК) и неподвижного (НА), в которых последовательно происходит сжатфие рабочего тела.

Термодинамические параметры рабочего тела в абсолютном движении на входе (сечение 1-1) характеризуется точкой 1 на i-S-диаграмме (рис. 2). (Треугольники не надо рисовать)

Рис. 6.1. Схема ступени компрессора и треугольники скоростей

Рис. 6.2. t-S-диаграмма процесса сжатия в каналах ступени компрессора

Если изоэнтропически затормозить скорость с₁, то на i-S-диаграмме получим точку 1^*, характеризующую параметры заторможенного потока в абсолютном движении на входе в РК , (). Скорость потока в относительном движении на входе в РК w₁, как правило, больше абсолютной скорости, поэтому параметры торможения в относительном движении , () больше, чем в абсолютном движении.

–=(–)/2 и температура торможения в выходном сечении РК больше, чем на входе. Правда, это изменение в ступенях осевого компрессора невелико. Давление заторможенного потока меньше в связи с тем, что процесс торможения от точки 1 до точки 2 совершается с потерями, и энтропия потока увеличивается на величину S_PK.

38. Основные параметры ступени осевого компрессора

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 Р_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.

Различают дозвуковые, трансзвуковые и сверхзвуковые ступени компрессора. Поскольку в ступени компрессора осуществляется торможение потока, наибольшие скорости возникают во входных сечениях РК w₁ и НА с₂. Поэтому в качестве характерных параметров ступени выбирают =w₁/a₁ (или _w1) и (или с₂/а₂). Дозвуковыми называются ступени, у которых по всей высоте лопатки на расчетном режиме <1; <1, сверхзвуковыми, у которых >1 или >1, трансзвуковыми, у которых величины и изменяются по высоте лопатки от дозвуковых до сверхзвуковых значений.

Важнейшим параметром ступени, определяющим ее степень нагруженности, является коэффициент напора. Различают следующие коэффициенты:

(6.1)

который называется коэффициентом затраченного напора (H_z=L_к.ст – затраченная работа);который называется коэффициентом теоретического напора. Величина H_т определяется по расчетным треугольникам скоростей; (6.3)

который называется коэффициентом изоэнтропического напора. .

Теоретический напор ступени H_т по формуле Эйлера

Перейдем от средней u₁ к периферийной скорости u_к: u₁=u_кr_ср/r_к=u_к, тогда для коэффициента теоретического напора получим

где .

Коэффициент теоретического напора при постоянной величине c_1a тем больше, чем больше торможение потока в ступени.

поскольку с_2u=u–w_2u, а c_1u=u–w_1u, будем иметь

(6.6)

Важнейшим параметром, определяющим кинематические характеристики ступени и, следовательно, непосредственно влияющим на рабочий процесс, является степень реактивности _к. Величина _к определяет распределение изоэнтропических работ сжатия между РК и НА и вычисляется так: _к=(i_2S–i₁)/(i_3S–i₁).

Если ввести изоэнтропический КПД РК: _к=(i_2S–i₁)/(i₂–i₁), то для величины _к получаем выражение

(6.7)

Разности энтальпий i₂–i₁ и i₃–i₁, определяются так:

(6.8)

или окончательно

(6.9)

Величина _к, определенная формулой (6.9), называется кинематической степенью реактивности.