Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Госник ТРЛМ1

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
18.03.2015
Размер:
1.07 Mб
Скачать

10. Формы проточной части многоступенчатых компрессоров.

а)

D

К

const

 

 

(+)Возможность уменьшения числа ступеней по сравнению с другими схемами в связи с наибольшей средней по ступеням окружной скоростью.

(+)При заданном числе ступеней уменьшенные значения углов поворота потока главным образом в корневых сечениях связаны с увеличенными значениями окружной скорости.

(+)Возможность поддерживать величину радиального зазора при осевых перемещениях ротора и, следовательно, выбирать исходную величину радиального зазора меньшей, чем в других схемах.

(-) Наименьшая высота лопатки на выходе.

б)

D

ВТ

const

- имеет наибольшую из рассматриваемых схем высоту

 

 

лопатки на выходе. Однако в этой схеме возникают существенные трудности с обеспечением высоких КПД из-за повышенных углов поворота потока и чисел М в корневых сечениях венцов.

в)

D

const

СР

 

- имеет наибольшее распространение, т.к. сочетает в себе

преимущества схем с

D

К

 

const

и

D

 

ВТ

const

.

11. Модели течений в лопаточных машинах. Принятые допущения по ступеням многоступенчатого компрессора.

Рассмотрим модели, связанные с сокращением числа пространственных координат. Многие задачи могут быть решены, если воспользоваться моделью, в которой нет явной зависимости параметров от координат. Такую простейшую модель можно условно считать "нульмерной" (рис.). При этом подвод мощности к рабочему телу N К в компрессоре (рис. а) осуществляется в некотором сечении между расчётным сечением на входе в и на выходе к. В турбине (рис. б) отбор мощности от потока происходит в некотором сечении между расчётными сечениями на входе г и на выходе из него т.

В расчётных сечениях принимаются некоторые средние значения всех газодинамических параметров: давления, температуры, плотности, скорости и. т. д. Очевидно, и в этом случае будут использоваться основные уравнения: а) уравнения неразрывности – уравнение расхода; б) уравнение энергии в тепловой форме; в) уравнение энергии в механической форме; г) уравнение количества движения.

Помимо "нульмерной" широко распространены одномерная и двумерная модели ЛМ. Две основные двумерные модели: 1) установившегося осесимметричного течения через турбомашину; 2) установившегося двумерного течения через решётку в слое переменной толщины на поверхности тока. В осесимметричной модели пренебрегают пульсациями параметров потока в окружном направлении. Рассмотрение осесимметричной модели означает замену реальных лопаточных аппаратов идеализированными с бесконечным числом лопаток. В осесимметричной модели поток можно разделить поверхностями тока на осесимметричные слои переменной толщины и в каждом слое рассматривать двумерное обтекание решёток с параметрами, зависящими только от угла φ и координаты z. Такой элемент полной ступени получил название элементарной ступени.

12. Распределение работы и изменение параметров по ступеням

 

 

компрессора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

дозвуковых

компрессорах

 

наименьший

напор

назначается

в

первых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ступенях, что обусловлено ограничениями,

налагаемыми числами

M 1 , малым

относительным диаметром втулки и густотой, а также соображениями,

связанными с расширением диапазона рабочих режимов. Полная работа,

затрачиваемая на компрессор:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

k 1

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

*

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H К

 

 

 

 

RTH

К

1

 

* .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

1

 

 

 

 

 

 

 

К

 

 

 

 

Средняя величина затраченной работы: H К .СР H К / z.

 

 

 

 

Затраченная работа в первой дозвуковой ступени:

H

К1

(0,5...0,6)H

К .СР

.

 

 

 

 

 

Если

 

первые

ступени

 

 

 

околозвуковые

или

 

сверхзвуковые,

то

H

К1

(0,75...0,85)H

К .СР

.

Затраченная

работа в средних ступенях на

 

 

 

 

 

 

15…20% больше средней работы, а в последних ступенях примерно равна ей.

В первом приближении изменение

H

Кi

по ступеням на отдельных участках

 

 

может

быть принято

линейным,

как

показано

на

рис. После построения

графика уточняются

значения

H

Кi

для

отдельных

ступеней

с

целью

 

 

соблюсти равенство

H

Кi

H

К .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hki,дж/ кг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сa, м/ с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

z0

z0+2

 

 

 

 

z

 

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КПД в отдельных ступенях, как правило не являются одинаковыми. В

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

0,84...0,86

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

первой ступени значения К

. В средней ступени К 0,89...0,9 ,

в последней К*

0,86...0,87 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Распределение осевых скоростей по ступеням должно также позволять

получать плавную проточную часть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К 0,5 является наиболее благоприятной величиной с точки зрения

КПД. Однако это значение может ограничивать напор средних и последних

ступеней при выбранных для них значениях осевой скорости и густоты

решётки. Поэтому в некоторых случаях увеличение степени реактивности в

средних и последних ступенях может оказаться целесообразным.

 

 

 

13. Особенности работы первой и последней ступени компрессора.

 

 

В

дозвуковых

компрессорах

наименьший

напор

 

назначается

в

первых

ступенях, что обусловлено ограничениями, налагаемыми числами

 

, малым

M 1

относительным диаметром втулки и густотой, а также соображениями,

связанными с расширением диапазона рабочих режимов. Затраченная работа

в

первой

дозвуковой ступени:

H

К1

(0,5...0,6)H

К .СР

.

Если

первые

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ступени – околозвуковые или сверхзвуковые, то

 

H

К1

(0,75...0,85)H

К .СР

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Затраченная работа в средних ступенях на 15…20% больше средней работы, а

в последних ступенях примерно равна ей. В первом приближении изменение

H Кi по ступеням на отдельных участках может быть принято линейным, как

показано

 

на рис. КПД в отдельных

ступенях,

 

как

 

правило

не

являются

одинаковыми. В первой ступени значения

 

*

0,84...0,86

. В

средней

К

 

 

 

 

 

 

 

ступени К* 0,89...0,9 , в последней К* 0,86...0,87 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Распределение осевых скоростей по ступеням должно также позволять

получать плавную проточную часть.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hki,дж/

кг

 

 

 

 

 

Сa, м/ с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1

 

 

z0

 

z0+2

z

 

0

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

0,5

является наиболее благоприятной величиной с точки зрения

 

 

 

 

КПД. Однако это значение может ограничивать напор средних и последних

ступеней при выбранных для них значениях осевой скорости и густоты

решётки. Поэтому в некоторых случаях увеличение степени реактивности в

средних и последних ступенях может оказаться целесообразным.

 

 

 

 

14. Схема и принцип действия ступени осевого компрессора. План скоростей.

Ступень компрессора состоит из двух последовательно расположенных венцов – вращающегося РК и неподвижного НА, в которых последовательно происходит сжатие рабочего тела.Скорость абсолютного потока на входе в РК

с

в большинстве случаев имеет отличное от осевого направление (

 

 

90

 

).

1

 

1

 

 

 

 

Положительная закрутка потока на входе

с1u 0 создаётся либо

НА

предыдущей ступени многоступенчатого компрессора, либо ВНА 1-й

ступени. Скорость потока в относительном движении на входе в РК w1 , как правило, больше абсолютной скорости, поэтому параметры торможения в

относительном движении p1*w ,T1*w больше, чем в абсолютном движении.

14(продолжение)

В рабочем колесе к потоку подводится механическая энергия.

Окружное усилие направлено против вращения, поэтому для преодоления этого усилия надо подводить механическую энергию, под действием которой

в РК происходить сжатие рабочего тела (

p

2

p

и

увеличивается

 

1 )

кинетическая энергия потока в абсолютном движении

c2

c1 . Струйка

тока, особенно в первых ступенях современных осевых компрессоров,

изменяет

свой

радиус от

входа в колесо до выхода из него. Поэтому

i2*w i1*w (u22

u12 ) / 2 и

 

температура

 

торможения T2*w

в выходном

 

 

 

 

 

 

 

T

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сечении РК больше, чем

 

на входе. Давление заторможенного потока

 

1w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

*

 

 

 

p

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2w

меньше

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

до

 

 

1w в связи с тем, что процесс торможения от точки 1

точки

2

совершается с потерями, и

энтропия потока увеличивается

на

величину

S

РК . При повышении статического давления при течении через

 

решётку

РК относительная

 

скорость

w

2

уменьшается и,

следовательно,

 

 

сечение струи на входе в РК меньше, чем на выходе, соответственно

 

2

 

1 .

 

 

 

Осевая компонента

c

2a

 

c1a

. Т.о. увеличение абсолютной скорости на

выходе связано с увеличением её окружной компоненты

c

2u

 

.

15.Характеристики компрессоров. Приведенные характеристики.

При изменении параметров воздуха перед компрессором сопротивление

сети за ним, частоты вращения — п, такие параметры, как

*

К

, GB,

 

К

 

, не

остаются постоянными. Они меняются в соответствии с закономерностями, качественно общими для всех компрессоров, но в количественном отношении существенно зависящими от индивидуальных свойств конкретного компрессора. Использование теории подобия позволяет с помощью критериальных комплексов, составленных из независимых переменных существенно сократить их число. Для определения параметров компрессора на разных режимах его работы и при различных внешних условиях (различных высоте и скорости полета) строят характеристики компрессора.

Характеристики

 

компрессора

 

могут

 

быть

 

представлены в виде

 

*

f G

 

, n

 

 

;

 

 

f G

 

, n

 

. Поле характеристики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

 

B ПР

 

ПР

 

 

К

 

B ПР

 

ПР

 

компрессора ограничено границей устойчивой работы, областью сгущения, где увеличение частоты вращения не приводит к возрастанию расхода, а на поле характеристик можно указать линию рабочих режимов – геометрическое место точек режима работы этого компрессора в системе данного газотурбинного двигателя.

16. План скоростей. Кинематика потока в решетках компрессора. Густота, степень реактивности.

Ступень компрессора состоит из двух последовательно расположенных венцов – вращающегося РК и неподвижного НА, в которых последовательно происходит сжатие рабочего тела. Скорость абсолютного потока на входе в

РК

с1

в большинстве случаев имеет отличное от

осевого направление (

1

90

 

). Положительная закрутка потока на входе

с

0

создаётся либо НА

 

 

 

 

 

1u

 

предыдущей ступени многоступенчатого компрессора, либо ВНА 1-й

ступени. Скорость потока в относительном движении на входе в РК w1 , как правило, больше абсолютной скорости, поэтому параметры торможения в

относительном движении p1*w ,T1*w больше, чем в абсолютном движении. В рабочем колесе к потоку подводится механическая энергия. Окружное

(16) продолжение

усилие направлено против вращения, поэтому для преодоления этого усилия

надо подводить механическую энергию,

 

под

действием которой в РК

происходить сжатие рабочего тела (

p

2

p

 

 

 

 

 

1 ) и увеличивается кинетическая

энергия потока в абсолютном движении

c

2

c

. Струйка тока, особенно в

 

1

первых ступенях современных осевых компрессоров, изменяет свой радиус от

входа в колесо до выхода из него. Поэтому

i

*

i

*

(u

2

u

2

) / 2

2w

 

2

 

 

1w

 

1

 

и

температура торможения

T

*

в выходном сечении РК больше, чем

T

*

на

 

 

 

 

2w

 

 

1w

 

 

 

 

p

*

p

*

 

 

 

входе. Давление заторможенного потока

2w меньше

1w . При повышении

 

статического давления при течении через решётку РК относительная скорость

w

2

 

уменьшается и, следовательно, сечение струи на входе в РК меньше, чем

на выходе,

соответственно

 

2

 

 

 

увеличение

абсолютной скорости

1 .

Осевая

компонента

c

2a

c

Т.о.

 

1a .

на

выходе

связано с

увеличением

её

окружной компоненты

c

2u .

 

Под степенью реактивности принято понимать отношение работы сжатия в решётке рабочего колеса при отсутствии потерь к теоретическому

напору:

 

 

 

 

2

dp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w

2

w

2

 

 

 

 

1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К . Д

 

 

 

H

 

 

 

 

 

2H

 

 

 

 

 

 

 

th

 

 

 

 

th

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

. В решётках выполненных

компрессоров в зависимости от способа профилирования лопаток и положения решётки по высоте лопатки степень реактивности находится в пределах 0,2…0,8. Однако в принципе она может равняться 0 и даже быть

отрицательной.

Кинематическая

степень

реактивности:

 

 

1

с2u c1u

1

с2u c1u

 

 

c

 

c

 

 

 

 

 

К

 

 

. Когда

2a

то

К

К . Д .

 

 

2u

2

 

 

1a ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

c2a c1a , то кинематическая степень реактивности по физическому

смыслу характеризует тип треугольника скоростей.

 

 

 

 

 

 

 

 

Важнейшим параметром решётки является шаг (t) и густота решётки (b/t

– отношение величины хорды к шагу).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

17. Типы характеристик. Запас устойчивости компрессора.

Любая рабочая точка компрессора, находящаяся на линии рабочих режимов,

кроме основных параметров (

 

*

,

*

, G

В.ПР ) характеризуется

 

 

 

 

К

 

К

 

называемым запасом устойчивой работы. Запас устойчивой показывает удалённость рабочей точки от границы неустойчивых при сохранении заданных приведенных оборотов.

ещё так работы режимов

Отношение

(

*

/ G

 

)

 

 

 

К

В

ГРАН

К

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(

*

/ G

 

)

 

y

 

 

 

 

 

 

К

 

В

 

РАБ

 

 

и является по существу критерием

устойчивости компрессора, характеризующим удаление рабочего режима от неустойчивого, а следовательно величину запаса устойчивости.

Для того чтобы при наличии отрицательных факторов (неравномерность потока и наличие пульсаций на входе, потери давления в воздузозаборнике и др.) компрессор не терял устойчивости в полёте, расчётный запас

устойчивости, равный

К

y

(K

y

 

 

1)100%

, должен быть порядка 15% и

выше.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]