4.7.2. Регулирование поворотом лопаток входного регулирующего аппарата.
Регулирование
поворотом лопаток входного регулирующего
аппарата (ВРА) заключается в изменении
теоретической работы сжатия (
)
за счет придания потоку на входе в
рабочее колесо положительной или
отрицательной закрутки. Закрутка потока
в сторону вращения колеса (θ>0; С'u1>0)
приводит к уменьшению напора (h'Т<hТ),
а закрутка в противоположную вращению
сторону (θ<0; С''u1<0)
– увеличению напора (h''Т>hТ).
Изменение
теоретической работы влечет за собой
изменение полезной работы сжатия и
отношения давлений в ступени, т.к.
.
Например, если
, то и
.
Конструктивно, входные регулирующие аппараты могут быть осевыми (рис. 4.6 а) или радиальными (рис. 4.6 б). Первые удобно размещать в первых ступенях, последние – в промежуточных и концевых.
Рис. 4.6. Регулирование поворотом лопаток ВРА: а) осевой ВРА; б) радиальный ВРА; в) лопаточные решетки ВРА и колеса
а) б)
Рис. 4.7. Треугольники скоростей при различной закрутке потока перед колесом: а) при постоянной объемной производительности; б) при постоянном угле потока перед лопатками βл1
Поворот лопаток ВРА может изменять треугольники скоростей перед входом в колесо двумя способами (рис. 4.7).
При неизменном направлении потока перед лопатками (рис. 4.7 а), производительность ступени в случае положительной закрутки уменьшается (С'z1<Сz1), а при отрицательной закрутке – увеличивается (С''z1>Сz1). Рост производительности приС''U1<0 приводит к возрастанию относительной скорости (чисел Маха МW1) и потерь, что снижает КПД. Поэтому работа ступени при больших отрицательных закрутках (θ>-30°) нецелесообразна.
При неизменной объемной производительности (рис. 4.7б) положительная закрутка приводит к уменьшению относительной скорости (W'1<W1) и увеличению угла потока (β'1>β1), отрицательная закрутка – к увеличению относительной скорости (W''1>W1) и уменьшению угла потока (β''1<β1). Однако в этом случае изменение относительных скоростей невелико что мало отражается на КПД.
Применение ВРА в каждой ступени многоступенчатого компрессора позволяет обеспечить изменение Q и πкна требуемую величину при повороте лопаток ВРА каждой ступени на меньший угол, чем при установке ВРА только перед первым колесом. За счет этого КПД проточной части оказывается более высоким.
При небольшой глубине регулирования (θ<±30°) экономичность данного способа почти такая же, как и в случае регулирования частотой вращения ротора. При большей глубине регулирования эффективность применения ВРА примерно соответствует дросселированию на всасывании. Недостатком способа является усложнение конструкции машины, особенно при размещении ВРА перед каждой ступенью и необходимость преодоления значительных усилий при повороте лопаток в газах с повышенной плотностью.
Изменение характеристик турбокомпрессора при изменении угла поворота лопаток ВРА θ аналогично случаю регулирования изменением частоты вращения (рис. 10.8). Отличительной особенностью является иной характер изменения границы помпажа.
|
Рис. 4.8. Изменение характеристик при повороте лопаток ВРА
|
