Тема 10 Основные параметры ступени осевого компрессора (Кн 1стр38).

Ступень компр-ра характ-ется размерами: нар-ным диам-ром D_к и диам-ром втулки D_вт (р 2.16). Можно опред-ть среднеарифметический D_ср

D_ср = D_к + D_вт /2,

либо среднегеом-кий диаметр получается (рис2.17)

π/4(D ²_к + D ²ср) = π/4(D ²_ср + D ²вт).

Откуда D_ср = √ D ²_к + D ²_вт /2,

Для оценки лобовых габаритов имеет относ-ный диаметр втулки d, это

d = D_вт/D_к

Для того, чтобы при заданном наружном диам-ре колеса макс-но увел-ть полезную площадь для прох-ния в-ха, необх-мо умен-ть относ-ный диаметр втулки. Это видно из следующей зав-сти:

F₁ = π/4(D ²_к + D ²_вт) = πD ²_к/4(1- d²)

Но уменьшить d ниже 0,3 ... 0,35 нет смысла, т.к. при этих значениях d окло 90% общей площади компрессора F_к использ-ся полезно.

При дальнейшем уменьшении D_вт невозм-нобудет помещать лопатки на диске,не говоря уж о том, что это приведет к увел-нию напряжения колеса.

Относ-ный D_вт первых ступеней выбирают в пределах d = 0,35....0,6, а последних ступе-ней (где плотность в-ха достаточно большая и нет «дефицита» в площадях) d = 0,8....0,9.

Другим важным параметром ступени явл-ся осевая составляющая абсол-ной ск-сти с_1а.

Выбор осевой ск-сти существенно влияет на сек-ный расх воз-ха ч-з выбранную полезную площадь F₁.

Действительно, из уравн-ия секундного расхода G= с_1а F₁ ρ₁ видно, что при заданном F₁ чем больше плотность тока с_1а ρ₁ тем больше расход в-ха.

Следующим параметром ступени осевого компр-ра явл-ся окружная ск-сть рабочих лопаток u. Очевидно, что чем больше u тем больше работа, передаваемая в-ху, прошедшему ч-з ступень, и тем больше напорностьступени (см рис2.3). На практике ее величина огранич-тся прочн-ью лопаток и диска РК компр-ра (или турбины).

В соврем-ных компр-рах окружная ск-сть на наружном диаметре меняется в пределах

u_к = 300...500м/с.

Большое значение в теории компр-ров играют безразмерные параметры.

1. Степень повышения давления π_к^*= p₃^*/ p₁^*. В первых ступенях π_к^*= 1,3...1,4, а в последних 1,15...1,2. Это объясняется тем, что даже при одной и той же передаваемой в-ху работе темп-ра от ступени к ступени растет и тем самым сте-пень повыш-ия давл-я умен-ся(гор-й в-х сжим-ся труднее хол-го).

2. КПД ступени η^*_ст. В совр-ных компр-рах КПД ступени мен-ся в пред-х 0,86-0,9.

3. Коэф-нт расхода ступени ¯c_а¯ Коэф-том расхода наз-ся отнош-е осевой ск-сти к окр-ной ск-сти колеса.

¯c_а¯= c_а/ u_к

Для первых ступеней ¯c_а¯= 0,5..0,7, а для последних ¯c_а¯=0,25...0,4.

Для увел-ия загруженности НА необх-о ступень вып-ть с предварительной закруткой, направленной в сторону вращения колеса (с_1u> 0). Такую схему ступени компр-ра на практике АД применяют очень часто (см рис 2,8в).

Тема 11 Радиальные и осевые зазоры и их влияние на работу

ступеней осевого компрессора (Кн1 стр63).

В целях предотвр-ния трения лопаток о корп компр-ра и заклинивания ротора устан-тся радиальный зазор Δr между торцами рабочих лопаток и корпусом компр-ра (рис2.31), вел-на кот-го зав-т от конструктивных размеров, нагружности и режима работы компр-ра.

При выборе вел-ны радиального зазора учит-ются деформации корпуса под деиствием Р_в-ха и неодин-вого нагрева по длине и радиусу, а также деформация ротора (раб-х лопаток и дисков), вызываемая Ц-бежными силами и темпер-рным расшир-ем. Учитывается производственные допуски на изгот-ние детали компр-ра. Точный учет всех этих факторов практически невозможен, поэтому вел-на радиальных зазоров опред-ся экспериментально при доводке компр-ра.

Радиальный зазор влияет на обтеканеие концевой части лопаток. В рез-тате разности давл-я на профиле, получаемой при течении в-ха в решетке, и воздейс-твия конца вращающейся лопатки на погр-ный слой у стенки корпуса компр-ра, происх-т перетик-е в-ха ч-з зазор со стороны корытца к спинке лопатки.

Перетик-е в-ха ч-з радиальный зазор приводят к снижению разности давл-я на профиле и уменшению работы, передаваемой в-ху в концевой части лопатки.

Рост потерь из-за перетеканий в радиальном зазоре и умень-ие подводимой работы в концевой части лопатки приводят к снижению напора и КПД ступени.

Исследования показали, что увел-ние ради-го зазора на 1% приводит к сниже-нию КПД компр-ра на 1,5...3,0% и к падению напора ступени на 3...5%. Поэтому стремятся принимать мини-но возможное значение радиальногозазора, исходя из

усл-ия обесп-ия работы компр-ра в самых тяжелых усл-ях.

С целью умен-ния радиа-го зазора широко примен-ются покрытия внутренней части компр-ра над рабочими лопатками слоем пасты, алюминиевой пудры и др-х компонентов. Толщина покрытия после сушки и расточки сост-ет 1...3мм. Торцы

лопаток при неправильно выбранном радиальном зазоре срабатывают мягкий слой покрытия и устан-ется мини-ный ради-ный зазор.

Величина относ-ного ради-го зазора наход-ся в пределах Δr = 0,5...1,5%от h_л.

При проектировании компр-ра в раб реком-ся след-щая формула:

Δr = (a…b)D/1000, мм

D – наружный диам ступени в мм; а ~1,5...2,5- наименьшая, b= 1,7…3,5-наиб-шая

относ-ная величина зазора (в зав-сти от размеров и констр-ции компр-ра)

Способы управ-ния ради-ным зазором можно разделить на пассивные и активные.

Пассивное упр-ние ради-ным зазором осущ-тся за счет конструктивных мероприятий, включающих выбор жесткости статора и распределения масс опор с целью умен-ния деформации корпуса при эволюциях с-та в полете, изоляцию или экранирование от рециркуляции в-ха в полостях, выбор материалов сопрягаемых деталей радиального зазора, обесп-щих термическое расширение уплотнений и корпуса, близкое к величине терм-кого расш-ния конст-ции ротора. Пассивное управ-ние радиальным зазором может дать снижение расх топл до 5%.

Активное управ-ние ради-ным зазором в проточной части ГТД (в последних ступенях компр-ра, в турбинах) может осущ-ться за счет механ-кого смещения сопрягаемых вставок корпуса относ-но ротора(при конической форме наружных поверхностей) и термического воздействия – охлаждения корпуса компр-ра высокого давл-ия (или турбины).

Например, по данным фирмы Дженерал Электрик на перспек-ном ТРДД охлаж-дение корпуса пяти последних ступеней компр-ра позволить умень-ть ради-ный зазор примерно на 0,3...0,4 мм и увеличить КПД компр-ра на 5%, что улучшает эконом-ть дв-ля. Расх в-ха (на охл-ние КВД), отбираемого за 5-й ступенью, сост-ет ~0,7% от расх в-ха ч-з компр-р.

В настоящее время регул-ние ради-го зазора явл-ся обязательным требованием к новым АД.

Важную роль в работе осевого компр-ра имеют осевые зазоры ∆ѕ₁ и ∆ѕ₂ между рабочими и направ-щими лопатками. При малых осевых зазорах, когда неоднород-ность потока велика, обтекание профилей при переменных углах атаки вызывает допол-ные потери. Изменение КПД ступени при увел-нии осевого зазора обуслов-ливается благоприятным влиянием выравнивания потока, отриц-ным действием сил трения на граничных поверхностях в зазоре и изменением утечек.

Неоднородность потока приводит также к возникновению пульсирующих а/дин-ких сил, кот-ые могут вызвать опасные вибрации лопаток последующих решетки.

С увел-нием осевого зазора до (0,6...0,8) b происх-т выравн-ние потока и не стац-ные а/дин-кие силы, действующие на лопатки, уменьшаются почти до нуля что благоприятно влияет на вибропрочность лопаток.

Увел-ние осевого зазора приводит также к умен-нию уровня шума, снижает степень повреждения лопаток ступени при попадании в проточную часть компр-ра посторонних предметов.

С увел-нием осевых зазоров увел-тся длина и масса компр-ра. Поэтому осевые зазоры выбир-ся в пределах 15...20% от величины хорды рабочей лопатки, а в одноступенчатых вентиляторах ТРДД сцелью снижния уровня шума осевой зазор между РК и НА увел-ся до 1,0...1,5% длины хорды.