Метрология / Том 2. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок / Glava5-5-1-Kompressory_GTD-Trebovanija

Рисунок 5.1 – Компрессор двигателя ПС-90А

ГТД – тепловая машина, работающая по известному «простому газотурбинному циклу» (см.раздел 2.1.1.1). Один из циклообразующих процессов – сжатие – представлен на диаграмме Ò-S (температура-энтропия газа) (см. Рис. 5.2).

Из диаграммы видно, что:

-идеальный процесс сжатия идет по адиабате (S = const), изображенной на диаграмме вертикальным отрезком. При этом считают, что в идеальном процессе сжатие происходит до того же давления, что и в реальном. Такое условие облегчает их сравнение;

-реальный процесс сжатия идет по политропе (с увеличением энтропии), изображ¸нной на диаграмме линией Í-Â-Ê.

Отличие реального от идеального процесса

âтом, что он протекает с потерями энергии на:

-преодоление гидравлического сопротивления при проталкивании воздуха по проточной части;

-передачу тепла воздуху в процессе сжатия;

-подвод тепла к воздуху от трения;

-потери в скачках уплотнения (возникают

âслучае превышения скорости потока скорости звука – чем выше интенсивность скачка, тем выше потери);

Рисунок 5.2 – Процесс сжатия воздуха в T-S диаграмме простого газотурбинного цикла

-вихреобразование в следе за лопатками (зависит от параметров выходной кромки, определяемой конструкцией, прочностью и технологическими возможностями производства).

Точка KÀÄ (PKÀÄ, TKÀÄ) характеризует состояние воздуха на выходе из компрессора при адиабати- ческом сжатии.

Точка Ê (ÐÊ, TÊ) характеризует состояние воздуха на выходе из компрессора.

Реальный процесс сжатия осуществляется одним из основных узлов ГТД – компрессором (см. Рис. 5.1)

Работу компрессора характеризуют следующие основные параметры:

-расход воздуха G (кг/с) - определяется коли- чеством воздуха, прошедшим через компрессор за одну секунду;

-степень повышения полного давления в ком-

прессоре π Ê* - отношение давления заторможенного потока воздуха на выходе из компрессора к давлению заторможенного потока на входе в компрессор

πÊ*= PÊ*/PÂÕ*;

-адиабатический к.п.д. η ÀÄ - определяется как отношение полезной адиабатической работы, затраченной на сжатие и проталкивание воздуха в компрессоре, к полной подведенной к компрессору

работе η ÀÄ = L*ÀÄ/ L*ÏÎË.

Адиабатический к.п.д. на расчетном режиме для отдельных ступеней осевых компрессоров составляет 0,89…0,92, а для многоступенчатых компрессоров 0,85…0,87.

Степень повышения полного давления в многоступенчатом компрессоре равна произведению степеней повышения давления отдельных его ступеней и определяется по формуле:

π *Ê=π *1π *iπ *n

Чем выше степень повышения давления в каждой ступени и чем больше число ступеней, тем выше степень повышения давления в компрессоре.

5.1 – Требования, предъявляемые к компрессорам

Компрессор - часть ГТД, степень аэродинами- ческого и конструктивного совершенства которого в значительной мере определяют мощность (тягу), экономичность, габаритные размеры, массу, надежность и ресурс двигателя. К компрессору предъявляются те же требования, что и к двигателю (см. раздел 2.3).

Помимо общих требований предъявляются

èнекоторые специфические требования:

-обеспечение заданного секундного расхода воздуха;

-обеспечение заданной степени повышения давления;

-обеспечение устойчивой, т.е. без помпажа

èпульсации, работы в широком диапазоне частоты вращения ротора.

Требования к газодинамическим параметрам компрессора (необходимые по режимам расход воздуха, степень повышения давления, коэффициент полезного действия и др.) определяются исходя из термодинамического расчета двигателя. При этом рассматривается взаимная работа узлов двигателя (камеры сгорания, турбины, выходного устройства) на различных режимах работы двигателя. Определенные таким образом основные параметры компрессора заносятся в технические условия на создание двигателя.

5.2 – Методология создания компрессоров

Создание компрессора связано с созданием двигателя в целом, поэтому этапы проектирования компрессора входят как составная часть в известные стадии разработки ГТД:

-разработка технического задания;

-разработка технического предложения;

-выполнение эскизного проекта;

-выполнение технического проекта;

-разработка конструкторской документации. Подробнее см. раздел 2.5.

5.2.1 - Типы компрессоров 5.2.1.1 – Осевые компрессоры

Осевой компрессор состоит из входного направляющего аппарата (ВНА) 5 и нескольких венцов последовательно чередующихся в осевом направлении рабочих лопаток 2, установленных на вращающемся роторе 1 и направляющих лопаток 3, закрепленных в корпусе компрессора 4 (см. Рис. 5.3). Совокупность одного венца рабочих лопаток и следующего за ним венца направляющих лопаток называется ступенью компрессора. Рабочие лопатки одной ступени, установленные в диске, называют рабочим колесом (РК), направляющие лопатки одной ступени, закрепленные в корпусе, называют направляющим аппаратом (НА).

В осевом компрессоре направление движения воздуха, в основном, осевое. В каналах, образован-