книги из ГПНТБ / Мамиконов А.Г. Теория авиационных компрессоров и газовых турбин [учебник]

ее изменение сопровождается одновременным противоположным изменением угла а3.

Использование расходящихся БЛД следует считать рацио­ нальным только при значительных углах at выхода потока из РК, так как в этом случае увеличение ширины может дать ощутимый выигрыш в диаметральных габаритах диффузора, хотя и приведет к некоторому снижению его к. п.д. из-за уве­ личения длины траектории (даже при уменьшенном диаметре). Сходящиеся диффузоры могут оказаться целесообразными, наоборот, при очень малых углах а2, поскольку они дают воз­ можность за счет увеличения радиальной составляющей ско­ рости сократить длину траектории и получить некоторый при­ рост к .п .д . Диаметральные размеры диффузора при 63 < й 2 , естественно, возрастают, но незначительно. Угол сужения у сходящихся диффузоров обычно составляет не более 3 — 6°.

Одной из интересных особенностей БЛД, отмеченной выше и обусловливаемой спиральным характером движения воздуха, является возможность плавного превращения сверхзвукового потока в дозвуковой без скачков уплотнения. Благодаря осесиммегричности течения фронт ударной волны в пространстве БЛД

энергоизолированным. Поэтому полная температура на выходе

или, при известном числе М3,

тировочном расчете компрессора выбирается конструктором . 1

радиальный зазор 8 = 0,5(D 3 — D 2) порядка 20 — 35 мм.

§ 63. ЛОПАТОЧНЫЙ ДИФФУЗОР

Основными недостатками БЛД, как указывалось выше, являются большие диаметральные размеры и невысокий к. п. д. на расчетном режиме работы, причем они особенно остро проявляются в случае необходимости сильного снижения скорости потока. Причина этик недостатков кроется в том, что воздушная струя движется в про­ странстве БЛД «свободно», не испытывая воздействия момента внешних сил, вследствие чего момент количества движения струи остается постоянным и ее раскрутка осуществляется сравнительно медленно.

Для ускорения раскрутки потока необходимо, очевидно, приложить к нему момент внешних сил, направленный навстречу

1 Можно задаваться также наружным диаметром диффузора; в этом слу­ чае задача решается методом последовательного приближения.

201

движению. Эта идея и лежит в основе устройства лопаточного диффузора, отличающегося от БЛД только наличием равноот­ стоящих неподвижных лопаток. Лопатки располагаются более „круто" по сравнению с траекториями движения воздуха в БЛД (рис. 98), потому что только в этом случае создаваемый ими внешний момент Мл оказывается направленным против враще­ ния потока и, следовательно, обеспечивает его принудительную

раскрутку.

Изменение окружной со­ ставляющей скорости воз­ духа в ЛД можно найти, применив к участку 3-4 (рис. 98) закон моментов количества движения

откуда

(Ю-35)

Нетрудно видеть, что при равных диаметральных раз­ мерах лопаточный диффу­ зор обеспечивает более быстрое уменьшение ок­

ружной составляющей скорости по сравнению с БЛД. Используя уравнение неразрывности, для радиальной состав­

ляющей скорости получим

C^r— Cir ГФи*

ЛАТ4 ’

т. е. тот же закон, что и в случае БЛД.

Из изложенного следует, что полная скорость воздуха в ЛД уменьшается быстрее, чем в БЛД, и потому при одинаковом ее снижении лопаточный диффузор будет иметь меньшие диамет­ ральные габариты. В этом состоит одно из главных его пре­ имуществ.

Вследствие интенсивного уменьшения скорости си угол а в лопаточном диффузоре вдоль траектории заметно увеличивается. Этим обусловливается укорочение траектории, уменьшение

2 0 2

входе в ЛД его лопатки располагаются так, чтобы передняя касательная к средней линии профиля совпадала с направле­ нием скорости с3 , т. е. входной угол профиля айл делается рав­ ным поточному углу а3 (рис. 98). Передние кромки лопаток скругляются, так как это предохраняет их от быстрого износа и, кроме того, обеспечивает меньшую чувствительность диф-

Рис. 99. Определение угла уширения канала

фузора к изменению режима работы. Толщина лопаток при входе выбирается с таким расчетом, чтобы они уменьшали площадь проходного сечения не более чем на 10 — 12% .

тивных соображений и данных статистики. У выполненных ком­

2 0 3

быть достигнуто за счет увеличения радиуса г4, ширины Ьк или числа лопаток диффузора zd. Однако при этом необходимо учитывать, что чрезмерное увеличение числа лопаток приводит к сильному загромождению площади проходного сечения и

последние выполняются индивидуальными. Для компрессоров

время разработаны недостаточно, в связи с чем наиболее рациояальная форма лопаток устанавливается экспериментальным путем. На практике для построения лопаток часто исполь­ зуются пластины постоянной толщины, изгибаемые по какойлибо кривой, например по дуге окружности. В последнем слу­

Лопаточный диффузор центробежного компрессора одного из су­ ществующих ТРД изображен на рис. 100. В связи со стремлением

2 0 4

уменьшить диаметральные габариты компрессора его выходные пат­ рубки максимально приближены к диффузору, причем каждый пат­ рубок объединяет два межлопаточных канала. Поэтому половина лопаток диффузора, переходящих непосредственно в перемычки между патрубками, отличается по форме от остальных и имеет силь­ но утолщенные выходные кромки.

Рис. 100. Лопаточный диффузор центробежного ком­ прессора ТРД

Статические и полные параметры состояния воздуха изменяются в ЛД качественно так же, как в БЛД, и методика их определения

а давление находится по уравнению политропы

т

Для вычисления гидравлических потерь в диффузоре £ гЛД ис­

Иногда задаются непосредственно показателем политропы сжатия т в диффузоре, выбирая его в пределах 1,55 — 1,65.

2 0 5

Скорость с4 на выходе ив диффузора при проектировании выби­ рается примерно равной или несколько выше осевой скорости на входе в колесо.

В заключение отметим, что лопаточный диффузор более чувстви­ телен к отклонениям режима работы от расчетного, чем безлопаточный. Это объясняется тем, что на нерасчетных режимах изменение направления скорости с3 приводит к срывному обтеканию передних кромок лопаток диффузора и, как следствие, к появлению дополни­ тельных потерь, отсутствующих в БЛД.

§64. ВЫХОДНЫЕ УСТРОЙСТВА

Ввыходных устройствах компрессоров ГТД обычно продол­ жается процесс сжатия воздуха за счет снижения его скорости, так как последняя на выходе из ЛД бывает еще значительной. Эти уст­

и тонкие перегородки во входной части. Давление и температура воздуха на участке 4-4' (рис. 101) незначительно падают.

После вынужденного разгона потока в выходном колене дальнейшее снижение его скорости (сопровождающееся повы­ шением давления), необходимое для нормальной работы камер сгорания двигателя, происходит в выходном диффузоре.

Температура и давление воздуха в сечениях 4'-4' и k - k определяются по уравнениям энтальпии и политропы. Гидравли­ ческие потери в выходном колене можно подсчитывать по формуле

принимая в соответствии с экспериментальными данными коэф­ фициент £вк = 0,15 -f- 0,25. Величина потерь в выходном диф­

фузоре находится по формуле

2 0 6

§ 65. КОЭФФИЦИЕНТ НАПОРА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Выше указывалось, что внутренняя работа центробежного ком­ прессора зависит главным образом от окружной скорости враще­ ния колеса и2, но вместе с тем и еще от ряда дополнительных фак­ торов. Вследствие этого обстоятельства, а также благодаря неоди­ наковым гидравлическим потерям компрессоры с одной и той же скоростью и2 создают разные степени сжатия, т. е. в различной сте­ пени используют эту скорость для повышения давления протекаю­ щего воздуха.

Очевидно, что для каилучшего использования окружной скоро­ сти необходимо, чтобы, во-первых, к воздуху подводилась макси­ мальная внешняя энергия и, во-вторых, эта энергия расходовалась без всяких потерь исключительно на сжатие воздуха.

Как следует из уравнения Эйлера, при данном значении скорости и2 внешняя энергия достигает максимума и будет

Г= «L

Для того чтобы эта работа использовалась самым совершен­ ным образом, в компрессоре должны дополнительно отсутство­ вать гидравлические потери: LrK = 0. Тогда в неохлаждаемом

1 Предварительная закрутка против хода, как не имеющая практического значения, из рассмотрения исключается.

2 0 7

ГЛ А В А О ДИ Н Н АДЦ А ТА Я

ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПРЕССОРОВ

§ 66. НЕЗАВИСИМЫЕ ПАРАМЕТРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ РЕЖИМ РАБОТЫ КОМПРЕССОРА

В условиях эксплуатации на авиационном двигателе компрес­ сору приходится работать не только на том режиме, применительно к которому производился его проектировочный расчет (этот режим 'Называется расчетным), но и в широком диапазоне режимов, отлич­ ных от расчетного. Изменение режима может обусловливаться из­ менением состояния атмосферного воздуха, скорости и высоты по­ лета, числа оборотов двигателя и рядом других факторов.

О

из >

p lJl^

Рис. 103. К определению режима работы компрессора

Каждому режиму работы компрессора присущи свои значении параметров потока в проточной части (скорости, давления, темпера­ туры, числа М и т .д .),а также его выходных данных (числа оборо­ тов, расхода воздуха, степени сжатия, эффективной работы, к. п. д., потребляемой мощности и т. п.). Поэтому любые из перечисленных величин можно использовать для определения режима компрессора, но так как они связаны между собой системой уравнений, то неза­ висимыми являются не все, а лишь ограниченное число параметров.

Число независимых параметров, определяющих режим компрес­ сора, установим, исходя из чисто физических представлений о том, какие факторы могут оказывать влияние на протекание его рабочего процесса и выходные данные. Очевидно, что значения различных ве­ личин в проточной части компрессора будут прежде всего зависеть от внешних условий, т. е. от давления и температуры воздуха на входе в компрессор. При данных же внешних условиях воздействие на работу компрессора, имеющего неизменную геометрию, может быть оказано, во-первых, путем изменения числа оборотов источ­ ника энергии (рис. 103) и, во-вторых, за счет изменения сопротивле­ ния присоединенной к компрессору сети (под сетью понимается со­ вокупность потребителей сжатого воздуха, поступающего из ком­ прессора).. Каждому сопротивлению сети при прочих равных усло­ виях соответствует вполне определенный расход воздуха через ком-