Лопаточные машины / сборка (готово)

В центробежной ступени с лопатками, загнутыми по направлению вращения ( ) , увеличение расхода, как следует из:

Приведет к увеличению , т.е. к увеличению . Характеристика примет вид:

Следует подчеркнуть, что указанные различия в характеристиках центробежных и осевых ступеней является в значительной мере условным. Применяя густые решетки с большими углами отклонения потока можно обеспечить и в осевой ступени

(при осевом входе в колесо), т.е. получить для нее характеристики типа показанных на рис:

С другой стороны, центробежная ступень с рабочим колесом, имеющим лопатки, типа изображенных на рис:

Будет иметь характеристику, близкую к изображенной на рис:

56. Обобщенные и универсальные характеристики компрессора. Приведение параметров компрессора к стандартным атмосферным условиям. Возможные погрешности формул приведения.

Зависимости, показывающие, как изменяются основные показатели работы компрессора - степень повышения давления и КПД при изменении частоты вращения, расхода воздуха и условий на входе, называются характеристикой компрессора. Она может быть получена либо расчетным путем, либо экспериментально.

Данную характеристику обычно получают экспериментально в стендовых условиях и

во время построения характеристики. Однако в условиях эксплуатации в широком диапазоне изменяются атмосферные условия, а также скорость и высота полета,

Установившиеся течения газа являются подобными в том случае, если при обтекании геометрически подобных тел отношения скоростей, давлений и температур для любых сходственных точек в каждый момент времени являются одинаковыми.

Из этого определения следует, что у подобных течений поля скоростей, давлений и температур в любых соответственно расположенных сечениях являются подобными, а при нестационарном процессе течения одинаковым образом изменяются во времени. Геометрически подобными являются также и все линии тока.

Одной из основных задач теории подобия является выявление достаточных условий подобия, т.е. тех минимальных требований, при соблюдении которых обеспечивается подобие рассматриваемых течений. При этом доказывается, что для получения подобия течений двух газовых потоков необходимо обеспечивать равенство ряда критериев подобия и удовлетворить определенных краевым условиям. В зависимости от физических свойств газа (или жидкости) и характера действующих сил подобие может определяться различными критериями. (например для установившегося течения сжимаемого газа при наличие теплообмена подобие течений может быть обеспечено в общем случае, если равны следующие критерии подобия: число Маха, число Рейнольдса, число Пекле, число Фруда, одинаковые показатели адиабаты, а если течение газа является неустановившимся то должно обеспечиваться равенство чисел Струхаля).

Все величины, входящие в выражения критериев подобия, могут быть взяты в любых сходственных точках рассматриваемых значений.

Вбольшинстве случаев оказывается невозможным удовлетворить всем этим условиям одновременно. Поэтому приходится прибегать к схематизации явления, состоящей в выделении из числа действующих факторов наиболее важных и пренебрежении остальными. При установившемся течении газа определяющими критериями подобия следует считать число М и число Re. Необходимо отметить, что силы вязкости (трения) при больших скоростях движения газа во многих случаях также играют второстепенную роль. В этих случаях подобие течений с достаточной степенью точности определяется только числом М. Экспериментально установлено, что пренебрегать влиянием числа Re можно лишь в тех случаях, когда оно достаточно велико. Течения газа, которые можно считать не зависящими от какоголибо из критериев подобия принято называть автомодельными по этому критерию. Практически в компрессорах мощных ГТД на малых и умеренных высотах полета числа Re превышают критические и поэтому течение газа в компрессорных решетках является автомодельным по числу Re. Помимо этого в авиационных компрессорах теплообмен с внешней средой также пренебрежимо мал и учитывать его нет необходимости. Показатель же адиабаты в большинстве случаев модно считать постоянным. Исключение здесь могут составить только режимы с очень большими числами М полета, когда температура на входе в компрессор значительно увеличивается. При сделанных допущениях подобие течений в компрессорах ГТД определяется только равенством чисел М.

Вслучае обтекания газом неподвижных решеток направляющих и спрямляющих аппаратов подобие течений определяется равенством углов атаки и чисел М,

полученных по абсолютной скорости набегающего потока. В решетках рабочих колес для подобия течений необходимо обеспечить равенство углов атаки и чисел М набегающего потока в относительном движении. Эти условия в одном и том же компрессоре или в геометрически подобных компрессорах, как показано ниже, обеспечиваются при соблюдении равенства 2 чисел М: числа Ма , взятого по осевой

сходственно расположенных точках. Обычно принято скорость и температуру Т, а следовательно, и число Ма брать на входе в рабочее колесо первой ступени на среднем радиусе, а скорость - на входных кромках рабочего колеса первой ступени на этом же радиусе. В таком случае рассматриваемые параметры будем обозначать

, а числа М: ⁄√ ⁄√ Представления о подобии течений газовых потоков служат теоретической

предпосылкой для построения характеристик компрессоров. Доказанное предположение о том, что равенство двух составляющих числа М обеспечивает подобие течений, справедливо в том случае, если в каких-либо сечениях проточной части тракта рассматриваемого элемента двигателя не достигаются критические скорости течения.

постоянными, т.к. они выражаются только через отношение давлений и температур на входе и на выходе. Поэтому в каких бы условиях не испытывался компрессор, при

характеристики, снятые в стендовых условиях, будут оставаться справедливыми для условий полета. При этом не следует забывать, что применение теории подобия будет давать правильные результаты при соблюдении всех указанных выше условий (допущений), т.е. при наличии автомодельности по числу Re, а также при подобии полей параметров газа и при отсутствии пульсаций потока (нестационарности) на входе в компрессор.

Для практической работы с характеристиками компрессоров параметры Ма и не всегда являются удобными, поэтому при построении характеристик компрессора часто используют величины, которые пропорциональны критериям подобия Ма и

и⁄√ часто используют пропорциональные им величины:

√√

Называемые приведенным расходом воздуха и приведенной частотой вращения. Эти параметры удобны тем, что имеют физически ясную размерность и при работе компрессора на стенде в стандартных атмосферных условиях при отсутствии потерь во входных каналах они численно равны действительным значениям частоты вращения и расхода воздуха.

При построении характеристик компрессора используют и другие критериальные параметры, являющиеся однозначными функциями или сочетанием рассмотренных. Кроме того, на характеристиках компрессоров часто вместо истинного значения параметров , указывают относительные их значения, выраженные в долях или процентах расчетного.

57. Газодинамические основы рассогласования работы первых и последних ступеней компрессора (ступени и сети) на нерасчетных режимах работы.

При уменьшении числа оборотов наступает рассогласование первых и последних ступеней. В силу уменьшения эффективности сжатия осевая скорость в последних ступенях больше, чем на подобных режимах работы. А значит углы атаки получаются отрицательные.

Эти углы приводят к запиранию канала по расходу и отклонению расходной характеристики от линейной.

На критических и сверхкритических углах атаки отрывы закупоривают проходные сечения решѐток, что дополнительно снижает расход через первую ступень.

Волна давления идѐт от К к ВХ.

Помпаж возникает тогда, когда по большей части срыв возникает на спинках в кольцевом сечении. Если срыв со спинок возникает в окружном направлении в ограниченном пространстве, то это приводит к развитию вращающегося срыва.

58. Помпаж компрессора на малой частоте вращения ротора. Различие в газодинамической устойчивости компрессоров разной напорности. Влияние густоты решеток первых ступеней на запас газодинамической устойчивости.

Помпаж - это разность расхода на входе в компрессор () и на выходе из него (). Из уравнения неразрывности выражаем:

При уменьшении оборотов плотность становится меньше.

При

При

Осевая скорость на последних ступенях больше () чем при расчѐтных режимах работы. А значит углы атаки получаются отрицательными, что является следствием запирания канала по расходу.

Возникновение помпажа состоит из двух этапов:

При малых углах набегания потока появляется конфузорность потока F1>F2. Срыв происходит на корытце лопатки. Всѐ это приводит к уменьшению расхода через последние ступени.

2 этап:

На передних ступенях углы атаки положительные, т. к.

осевая скорость () меньше расчѐтной. Срыв происходит на спинке лопатки.

На малых оборотах первая ступень прокачивать не будет, т.к. там положительные углы атаки и срыв со спинки лопатки, которые и вызывают окончательно помпаж.

На малых оборотах имеем помпаж на первых ступенях.

работа ОК на установившихся режимах. Для количественной оценки газодинамической устойчивости

ОК вводится критерий - запас газодинамической устойчивости:

,- значения параметров на ГГУ для тех же значений .

При значительно ниже , из-за рассогласования в работе первых и последних ступеней высоконапорного ОК, углы набегания на первых ступенях существенно возрастают (), а на последних – уменьшаются () и рабочая точка пересекает ГГУ. Это приводит к срыву потока с профиля РЛ и может вызвать «помпаж» компрессора (резко уменьшаются , , ). При

«помпаже» возникают интенсивные низкочастотные колебания давления и расхода воздуха во всем тракте ГТД, которые могут привести к остановке двигателя и к деформациям элементов ОК.

Расположение ЛСР на характеристике ОК зависит от напорности компрессора ().

Универсальная характеристика нерегулируемого компрессора с нанесенной на нее ЛСР позволяет определить диапазон значений п, чисел М, высот Н, при которых не выходит за ГГУ, то есть

компрессор работает устойчиво. В эксплуатации не всегда удается удержаться в заданном диапазоне, например, при запуске двигателя (точка Н на ХК), поэтому в ВРД с высокими значениями

применяется регулирование компрессора.

59. Помпаж компрессора на повышенной частоте вращения ротора. Помпаж на переходных режимах, влияние параметров камеры сгорания. Общий принцип влияния на газодинамическую устойчивость параметров других узлов, образующих напорную сеть компрессора.

На малых оборотах и открытой заслоне компрессор сам дросселируется. При больших оборотах заслонка вызывает помпаж на последних ступенях. Z – последние ступени.

На больших оборотах осевая скорость на последних ступенях уменьшается больше, чем надо. Из-за чрезмерно большого сжатия мы получаем положительные углы атаки.

Помпаж последних ступеней.

Плотность потока может повышаться не только за счѐт увеличения частоты вращения.

В любой гидросети, давление за насосом должно возрастать, входное давление неизменно, значит выходное давление увеличивается, а значит и потерь больше.

Напорность компрессора возрастает, плотность за компрессором возрастает, осевая скорость за компрессором падает. Это следует из уравнения наразрывности ( ).

При повышении сопротивления за компрессором последние ступени могут работать на сверхкритических углах атаки. => срыв со спинки и помпаж.

Если неаккуратно быстро закрыть сопло, то получим помпаж.

Подвод тепла к движущемуся потоку сопровождается потерей Рполез, так называемым тепловым сопротивлением.

При сверхкритическом подогреве, кроме увеличения сопротивления ещѐ будет уменьшение расхода за КС.

Долго так продолжаться не может и волна торможения пойдѐт из выхода КС к выходу из компрессора. => положительные углы атаки, срыв со спинки лопатки, помпаж.

При увеличении подачи топлива в КС расход воздуха в начальный

Значит резкий заброс топлива недопустим, иначе получим помпаж. При уменьшении подачи топлива помпаж устраняем, но избыточную мощность турбины уменьшаем,

а значит время разгона возрастает.

ГГУ - линия, соединяющая точки начала срыва на напорных кривых. ЛСР – линия совместной работы компрессора с узлами системы.