Компрессор
Компрессор ГТД является одним из основных его элементов и обеспечивает необходимую степень повышения давления в рабочем цикле двигателя и подаёт в камеру сгорания и турбину необходимый расход воздуха Gв.
Подавляющее большинство современных ГТД имеют многоступенчатые осевые компрессоры.
В многоступенчатом
осевом компрессоре, составленном из
ступеней с равными степенями повышения
давления (
),
в связи с выделением тепла из-за
дополнительной затраты работы на
преодоление сил трения в предыдущих
ступенях сумма адиабатических работ
отдельных ступеней получается больше
адиабатической работы компрессора. В
связи с этим величина адиабатического
к.п.д. компрессора получается меньше
к.п.д. соответствующих его ступеней. Чем
больше степень повышения давления в
компрессоре
,
тем больше различаются адиабатический
к.п.д. компрессора
и к.п.д. ступени
.
Отсюда следует, что чем больше выбираемая
величина
,
тем меньшим значением
необходимо задаваться.
Процесс сжатия воздуха в многоступенчатом компрессоре с малым повышением давления в каждой ступени при является политропическим процессом с постоянным показателем политропы, величина которого связана с к.п.д. ступени равенством
.
(1.1)
Последнее
соотношение, которое справедливо только
для случая бесконечно малого повышения
давления в ступени, широко используется
и для реальной ступени осевого компрессора.
Ошибка в определении n
при этом обычно не превышает 0,5%
[2]. Таким образом, равенство (1.1) будет
точным при любой степени повышения
давления, если вместо адиабатического
к.п.д. ступени
ввести политропический к.п.д.
(1.2)
Политропический к.п.д. хорошо характеризует степень адиабатического совершенства лопаточной машины и при равном совершенстве ступеней его величина не зависит от их числа в компрессоре.
Величина адиабатического к.п.д. компрессора определяется выражением
,
(1.3)
где k – показатели адиабаты.
На рисунке 1.1
представлена зависимость величины
от степени повышения давления в
компрессоре при неизменных значениях
к.п.д. ступеней.
Рисунок 1.1. Зависимость достижимых значений адиабатического к.п.д.
многоступенчатого компрессора от степени повышения давления
при неизменных значениях к.п.д. ступений
Современные осевые
компрессоры сравнительно больших
размеров (
)
имеют следующие максимальные значения
политропического к.п.д. одной ступени
[3]:
дозвуковые ступени
(
) 
;
околозвуковые
ступени (
) 
;
сверхзвуковые
ступени (
) 
.
У осевых компрессоров с малым приведённым расходом воздуха и сравнительно небольших размеров представленные политропические к.п.д. имеют более низкие значения из-за влияния радиального зазора, пограничного слоя и т.п.
Для центробежных
компрессоров максимальные адиабатические
к.п.д. одной ступени при
составляют
.
Верхний предел указанных значений
обычно достигается при закрытых схемах
крыльчаток.
Приведённые выше диапазоны изменения к.п.д. относятся к максимальным значениям, которые должны соответствовать работе компрессора в расчётных условиях полёта. При нерасчётных условиях значения к.п.д. изменяются в соответствии с характеристикой компрессора в автомодельной по числу Re области.
Окружная скорость на наружном диаметре первой ступени компрессора характеризуется следующими значениями [4]:
для дозвуковой ступени u=350÷360 м/c;
для околозвуковой ступени u=360÷430 м/c;
для сверхзвуковой ступени u=430÷460 м/c.
Для вентилятора величина u=360÷500 м/c.
Величина работы сжатия в одной ступени компрессора зависит от типа ступени. Рекомендуемый уровень работы ступеней (кДж/кг) приведён в таблице 1.2, причём верхний предел значений работ относится к верхнему пределу окружной скорости u.
Таблица 1.2
№ ступени |
1 |
2 |
3 |
4 |
… |
z-2 |
z-1 |
z |
Дозвуковой компрессор |
13,5÷19 |
17÷24 |
26,5÷34 |
26,5÷34 |
26,5÷34 |
26,5÷34 |
24,5÷31 |
21÷26,5 |
Околозвуковой компрессор |
24,5÷34 |
32÷40 |
38,5÷47 |
44,5÷51 |
44,5÷51 |
44,5÷51 |
36÷42,5 |
25,5÷27,5 |
Компрессор со сверхзвуковой ступенью |
47÷55,5 |
23,5÷32 |
38,5÷47 |
44,5÷51 |
44,5÷51 |
44,5÷51 |
36÷42,5 |
26,5÷30,5 |