13.4 Связь между параметрами ступени и компрессора. Распределение напора по ступеням

Связь между параметрами ступени и компрессора. Степень повышения давления компрессора связана со степенями повышения давления в отдельных ступенях следующим образом:

Работа сжатия в компрессоре может быть представлена как ,

где - коэффициент затраты энергии (или затраченной работы), учитывающий потери энергии на трение, нагрев рабочего тела ( =0,02...0,04). Адиабатическую работу сжатия для компрессора можно определить по формуле: . КПД компрессора обычно ниже, чем КПД отдельной ступени, и определяется по аналогии со ступенью:

КПД отдельной ступени может достигать 94%. В многоступенчатом компрессоре КПД компрессора меньше КПД ступени. При использовании в высоконапорных компрессорах современных трансзвуковых ступеней. КПД ОК может быть существенно повышен.

По аналогии со ступенью для оценки степени нагруженности компрессора вводится понятие коэффициент теоретического напора компрессора,. который может быть выражен формулой:

Распределение работы сжатия по ступеням компрессора. После выбора меридиональных обводов проточной части компрессора и значений осевой составляющей скорости производят распределение работы сжатия по ступеням. Целесообразно принимать напорность одной-двух первых ступеней равной или чуть меньшей напорности средних ступеней, а их напорность - больше напорности последних ступеней по следующим причинам: в первых ступенях - наименьшие значения , поэтому малы , наименьшая температура воздуха, а следовательно, наибольшее значение числа Маха; в последних ступенях, где снижены значения и короткие лопатки, трудно получить большие степени сжатия.

Для повышения напорности первых ступеней их иногда выполняют транс- или сверхзвуковыми. Широко распространены конструкции компрессоров, разделенных на два каскада, имеющих самостоятельный привод. Вследствие роста температуры рабочего тела вдоль тракта компрессора увеличивается скорость звука. При равных значениях числа Маха в ступенях КВД можно повысить напорность ступеней за счет увеличения окружных скоростей. Это достигается повышением частоты вращения ротора КВД в сравнении с ротором КНД.

Степень реактивности в первых ступенях обычно принимают , если нет ограничений по малой окружной скорости, в последующих ступенях по мере повышения температуры рабочего тела немного увеличивают.

13.5 Срывные и неустойчивые режимы работы ступени

Рассмотрим треугольники скоростей при различных и при (т.е. ) (рисунок 13.5.1). На входе в рабочее колесо скорость потока неизменна по направлению, т.е. и определяется геометрией предыдущего направляющего аппарата. Величина существенно зависит от расхода ( ). При отклонении скорости w₁, от расчетного значения, т.е. при увеличении угла атаки сверх некоторой величины, зависящей от числа M_w1, происходит срыв потока. При положительном угле атаки (i>0) срыв происходит на спинке лопатки, отрицательном (i<0) - на корытце.

Вследствие производственных отклонений в геометрии отдельных лопаток, некоторой асимметрии потока и крупномасштабных пульсаций срыв потока может возникнуть вначале на какой-то одной лопатке. При возникновении срыва на отдельной лопатке сопротивление межлопаточного канала резко возрастает, расход через него падает. На соседних лопатках меняется угол атаки: на одной существенно увеличивается, на другой - несколько уменьшается, в следующее мгновение срыв потока уже происходит в канале, где i возрос. Образуется зона вращающегося срыва, перемещающаяся в решетке направляющего аппарата по направлению вращения с угловой скоростью меньшей, чем угловая скорость ротора. В рабочей решетке зона вращающегося срыва перемещается против вращения. Срывных зон может быть одна или несколько

Вращающийся срыв по-разному проявляется в ступенях компрессора с различным втулочным отношением . При срывная зона захватывает всю высоту канала, при этом расход воздуха резко падает, так как срывная зона занимает от 1/3 до 1/2 окружности колеса. Ступень скачкообразно переходит на срывной режим с существенно более низким уровнем напора, расхода и КПД. Вернуться на нормальную напорную ветвь ступень может при заметном увеличении расхода.

В ступенях с малым втулочным отношением срыв вначале захватывает не всю высоту лопатки, а лишь ее периферийную часть. При этом образуется несколько (до 6 и более) зон срыва. Срыв потока с поверхности лопаток ступени может иметь место и при больших отрицательных углах атаки. Однако при малых резкого нарушения работы ступени не происходит, а наблюдается лишь заметное увеличение гидравлических потерь.