9) Продолжение

Рис. 10.6. Зависимости теоретического и изоэнтропического напоров и лопаточного КПД ступени компрессора от приuпр=const

Рис. 10.12. Зависимости основных параметров при изменении режимов работы многоступенчатого осевого компрессора: а – для компрессора в целом; б – для I ступени; в – для последней ступени

В ТРЛМ моделируют явления в отдельных венцах и в многоступенчатых турбомашинах. По результатам численных опытов с моделями пытаются судить о характере эффектов в натурных условиях. Для этого значения режимно-конструкторских параметров модели и реального объекта, процесса должны быть соответсвующими условиям подобия. Различают размерные (длина, время, масса, сила и т.д.) и безразмерные (отношение одноименных величин или их комбинация) параметры. В теории подобия оригинал и модель подобны, если по заданным характеристикам одного можно получить характеристики другого простым пересчетом, который аналогичен переходу от одной системы единиц измерения к другой (т.е. с использованием масштаба, как например, характеристики одного и того же явления, выраженных в двух различных системах единиц измерения.).

Для подобных явлений все безразмерные характеристики имеют одинаковые численные значения. И наоборот, если все безразмерные характеристики для двух явлений одинаковы, то они подобны. Это необходимое и достаточное условие подобия двух явлений - равенство численных безразмерных комбинаций, называемых критериями подобия. Так, если известны *_к и *_к в каком-нибудь компрессоре, то в другом, но геометрически подобном, эти значения будут такими же, как и в первом, при тех же значениях критериев подобия (ПЗР –параметрах, определяющих режим).

Выбор номенклатуры безразмерных комплексов – критериев подобия – устанавливается на основании П-теоремы теории размерностей: для любого процесса (например, процесса в компрессоре или турбине) из физических соображений выделяют n определяющих параметров (аргументов), модель превращается в зависимость какой-либо размерной величины а от а₁, а₂, …, а_n параметров вида а=f(a₁, а₂, ...,а_n). Согласно П-теореме из общего числа n определяющих режимно-конструкторских параметров, из которых k имеют независимую размерность, можно выделить n–k критериев подобия (независимых безразмерных комплексов).

10. Степень диффузорности и углы поворота потока в решетке компрессора. Причины ограничения значения коэффициента затраченного напора.

При отрицательных и небольших положительных углах атаки угол отставания потока  практически не изменяется и, следовательно, угол выхода потока из решетки ₂ остается практически неизменным. Поэтому при увеличении угла атаки (при уменьшении угла входа потока на решетку ₁) угол поворота потока  увеличивается. При некотором положительном угле атаки i_кр возникает срывное течение с выпуклой поверхности профиля и, несмотря на уменьшение угла потока ₁ величина  не увеличивается, так как на срывном режиме увеличивается угол отставания  и ₂ уменьшается. Потери в решетке при этом примерно в два раза больше, чем на режиме минимальных потерь, характеризуемом углом i_min при небольших отрицательных углах атаки. На режиме i_min угол поворота потока в решетке  мал и, следовательно, мал теоретический напор ступени. Наибольший КПД решетки достигается при некотором оптимальном (положительном) угле атаки i_opt. На этом режиме потери в решетке хотя и несколько больше минимальных, но повышенное значение угла поворота потока  и, следовательно, величины напора ступени по сравнению с режимом i_min обеспечивают максимальный КПД решетки. Режим работы решетки определяется углом поворота потока =₂–₁, углом ₁ или ₂=–₁ и густотой решетки b/t. Поэтому обобщенные данные по плоским решеткам строятся на основе влияния величин b/t, ₂ (или ₁) на . Выбор режима работы решетки вблизи _max не представляется возможным не только потому, что при этом КПД ступени падает, но главным образом в связи с тем, что при возникновении срывного режима возникает неустойчивость течения в компрессоре. Поэтому режим работы решетки и все обобщения строят для некоторого номинального угла поворота потока ^*=0,8_max для решеток РК и ^*=0,8_max для решеток НА, обеспечивая необходимый запас относительно срывных режимов. При постоянном значении ^* и при уменьшении ₂ для обеспечения одинаковой степени диффузорности течения необходимо также увеличивать густоту решетки. Экспериментальные исследования плоских компрессорных решеток показали, что их эффективность ограничена из-за нарастания и отрыва пограничного слоя от поверхности лопаток. Пограничный слой отрывается на спинке лопатки вследствие нарастания давления и соответствующего торможения скорости. Естественно предположить, что потери полного давления в решетке зависят от степени уменьшения скорости обтекания.

(6.14) величина D_w, называемая коэффициентом диффузорности, определяет нагрузку на профиль, в том числе предельно допустимую. Предельно допустимая нагрузка на профиль D_wпр определяется началом развития срыва потока на спинке. Для оценки степени диффузорности, потока в компресорной решетке обычно используется уже упомянутый фактор диффузорности:

(6.15) Экспериментальные значения ^*, приведенные на. рис. 6.8, находятся в удовлетворительном согласии с условием =0,5...0,6. На расчетном режиме работы рекомендуется выбирать D≤0,4.