1.4. Многоступенчатый ок

Не вдаваясь в рассмотрение теории многоступенчатого ОК, остановимся на вопросе о формах его проточной части.

По мере сжатия воздуха его плотность от ступени к ступени возрастает. Так как расход воздуха при этом остается постоянным, то необходимо либо уменьшить осевую скорость воздуха C_a,

- 15 -

либо уменьшить площадь сечения проточной части, т.е. высоту лопаток. Снижение C_a допустимо лишь в определённых пределах, т.к. оно приводит к уменьшению закрутки воздуха в РК и, следовательно, к уменьшению адиабатической работы ступени. Поэтому во всех ОК площадь сечения проточной части и высота лопаток от ступени к ступени уменьшается.

Однако при выборе формы меридионального сечения проточной части ОК, конструктор должен учитывать ряд требований, часто противоречивых. Напомним некоторые из них.

Уменьшение высоты лопаток (особенно существенное в последних ступенях) приводит к увеличению роли концевых потерь, связанных с перетеканием воздуха через радиальный зазор.

С точки зрения энергии, сообщаемой воздуху, выгодно увеличить средний диаметр РК (больше окружная скорость U , при той же частоте вращения). Это позволяет уменьшить число ступеней (больше ) и, следовательно, массу компрессора.

Из конструктивных и технологических соображений наиболее удобными являются схемы, в которых либо наружный, либо внутренний диаметр всех ступеней одинаков. Надо также учесть возможность размещения передней опоры компрессора, диаметральные размеры которой ограничены диаметром втулки РК 1-й ступени,

Часто конструкторы применяют компромиссные схемы, где в первых ступенях изменяются и наружный и внутренний диаметры (примерно постоянным сохраняется D_ср), а в последующих – постоянны либо наружный, либо внутренний диаметр.

В двухвальных ОК надо удовлетворить указанным выше требованиям и, кроме того, учесть следующее. Воздух в компрессор высокого давления (КВД) поступает уже сжатым в компрессоре низкого давления (КНД). Кроме того, расход воздуха через КВД существенно ниже, чем через КНД (в зависимости от степени двухконтурности). Поэтому площади поперечных сечений проточной части КВД значительно меньше, чем у КНД, а диаметр втулки РК 1‑й ступени КВД значительно меньше диаметра втулки РК последней ступени КНД. Для уменьшения гидравлических потерь при переходе от КНД к КВД надо обеспечить плавное сопряжение проточных частей этих компрессоров.

- 16 -

На двигателях, имеющихся в лаборатории, представлены различные формы проточной части.

В компрессоре двигателя РД‑3М проточная часть выполнена с постоянным наружным диаметром. Большие размеры этого двигателя позволяют разместить переднюю опору. Высота лопаток последней ступени относительно велика и можно не опасаться увеличения концевых потерь. Конструкция достаточно технологична и проста.

Компрессор ТВД АИ‑20 имеет проточную часть с постоянным наружным диаметром, кроме первых ступеней, где наружный диаметр уменьшается, а внутренний увеличивается. Если бы наружный диаметр первой ступени компрессора был меньше, было бы труднее разместить детали передней опоры и лабиринтные уплотнения.

В компрессоре двигателя ТВ2‑117А проточная часть выполнена аналогично, т.е. наружный диаметр постоянный, кроме первых двух ступеней. При малых диаметральных размерах этого двигателя, очевидно, были трудности с размещением передней опоры и пришлось увеличивать диаметр втулки РК первой ступени, а одновременно и наружный диаметр. В последних ступенях этого компрессора лопатки короткие и концевые потери в них относительно больше, но, по-видимому, предпочтение отдано лучшей технологичности выбранной формы проточной части.

На двигателе Д‑20П в КНД проточная часть выполнена с постоянным внутренним диаметром, за исключением первой ступени, где внутренний диаметр РК увеличивается, а наружный уменьшается ( ). Такая схема обеспечивает лучшую компоновку входной части компрессора, размещение передней опоры и лучшее сопряжение проточных частей на выходе из КНД и на входе в КВД. Подумайте над тем, как выглядело бы это сопряжение при постоянном наружном диаметре КНД?

Одновременно получается более технологичной конструкция РК 2‑й и 3‑й ступеней и НА 1‑й и 2‑й ступеней.

Проточная часть КВД выполнена с постоянным наружным диаметром, кроме некоторого увеличения диаметра 1‑й ступени. По-видимому, это сделано также для лучшего сопряжения проточных частей КВД и КНД.

- 17 -