1.3 Схемы и основные параметры турбомашин, подводящих энергию к газу. (Компрессоры)
Компрессоры характеризуются следующими параметрами:
pк* - степень повышения полного давления ;
uk - окружная скорость на периферии лопатки ;
hк*- полезный эффект (коэффициент полезного действия);
В зависимости от величины степени повышения давления лопаточные машины, подводящие энергию к газу разделяют [3] на:
- вентиляторы, если pк* £ 1,15 (в двухконтурных ТРД вентилятором называют компрессор низкого давления. У него pк* может быть больше 1.15);
- компрессоры, если pк* более 1,15;
1.3.1 Осевые компрессоры
а) Одноступенчатый осевой компрессор. Ступень осевого компрессора состоит из ряда лопаток рабочего колеса (вращающийся лопаточный венец) и ряда лопаток направляющего аппарата (неподвижный лопаточный венец)-на выходе из компрессора. Этот лопаточный венец называют спрямляющим аппаратом, т.к. по техническим условиям поток из компрессора должен иметь осевое направление такой состав имеет обычно сверхзвуковая ступень (Рис.1.3).
Рис.1.3. Рис.1.4.
В дозвуковом одноступенчатом компрессоре перед рабочим колесом обычно устанавливают дополнительный лопаточный венец, называемый "входным" направляющим аппаратом (ВНА) (Рис.1.4.).
Примерные значения основных параметров одноступенчатых компрессоров приведены в таблице 1.
Таблица 1
-
pк*
uk
hк*
Дозвуковая ступень
1.2-1,5
300-360
0,88-0,92
Сверхзвуковая
1,5-2,1
420-470
0,82-0,85
Трансзвуковая
1,4-1,7
360-420
0,85-0,87
Достоинства осевых одноступенчатых компрессоров:
-высокий уровень КПД,
-высокая производительность при малых лобовых габаритах,
-простота компоновки в многоступенчатую схему.
недостатки:
-большое число деталей сложной формы,
-относительно узкий диапазон рабочих режимов,
-высокая чувствительность к попаданию посторонних предметов.
б) Многоступенчатые осевые компрессоры.
Простота компоновки осевых ступеней в многоступенчатую схему обусловило широкое распространение осевых многоступенчатых компрессоров в различных газотурбинных и иных установок.
Число ступеней диктуется заданной величиной степени повышения давления. Значение pкS* получают перемножением pкi* в каждой ступени. Многоступенчатым компрессорам присущи достоинства и недостатки одноступенчатых, причем основным недостатком является большое число деталей сложной формы (лопаток). Улучшение характеристик получают применением двухкаскадных схем и средств регулирования.
1.3.2 Радиальные компрессоры
В радиальных компрессорах газ выходит из рабочего колеса от центра в радиальном направлении, поэтому их называют центробежными (ЦБК). Одна из схем, применяемых в авиационных ГТД приведена на рис.1.5.
Рис.1.5.
Видно, что в ступени центробежного компрессора больше составных частей и поток при движении по колесу изменяет направление.
Однако разница окружных скоростей между входом и выходом из колес позволяет получать большие значения pк* одной ступени ЦБК, чем в осевой ступени компрессора. Так, при U к=450-500 м/с можно получить pк* = 5-6.
Поскольку скорость газа на выходе из рабочего колеса очень большая приходится за ним ставить несколько ярусов устройств-диффузоров для того, чтобы снизить кинетическую энергию и преобразовать её в давление. Наличие большого количества элементов не позволяет получать высокие значения КПД в ступени ЦБК. Кроме того, этот компрессор уступает осевому по параметру лобовой производительности.
НЕДОСТАТКОМ центробежного компрессора является трудность компоновки многоступенчатых схем. В этом случае его эффективность резко снижается. В стационарных и наземных установках этот недостаток в значительной степени парируется постановкой промежуточных газоохладителей.