Лопаточные машины / сборка (готово)

Вэтом двигателе первая группа ступеней образует так называемый компрессор низкого давления (КНД), а вторая группа - компрессор высокого давления (КВД). Оба компрессора расположены на соосных валах и приводятся во вращение каждый от своей турбины, при чем обе турбины также расположены друг за другом. На расчетном режиме параметры этих турбин подбираются так, чтобы каждый из каскадов компрессора вращался с заданной частотой, при которой все ступени компрессора работают согласованно. При этом распределение работы между турбинами будет соответствовать распределению работы, затрачиваемой на вращение ступеней, между КНД и КВД.

Вкомпрессоре, не разделенном на каскады, углы атаки в первых ступенях при снижении приведенной частоты растут, что приводит к возрастанию аэродинамических нагрузок на лопатки - ступени «затяжеляются». В последних ступенях углы атаки уменьшаются, ступени облегчаются. Иными словами, распределение работы вращения между ступенями изменяется в сторону увеличения доли работы, приходящейся на первые ступени. В рассматриваемой схеме КНД и КВД имеют только газодинамическую связь друг с другом, при чем при неизменной общей степени расширения газа в двух стоящих друг за другом турбинах распределение работы расширения газа между ними остается практически неизменным. Следовательно, неизменным должно быть и распределение работы вращения между КНД и КВД. Это означает, что турбины не смогут приводить оба каскада с прежним соотношением частот вращения: у «затяжеленного» КНД она упадет, а у «облегченного» КВД возрастет по сравнению с частотой вращения нерегулируемого компрессора в аналогичных условиях. В результате, так называемое

скольжение роторов ⁄ при снижении пр увеличится. Расход воздуха при этом по сравнению с нерегулируемым компрессором изменится мало, т.к. снижение частоты вращения КНД и увеличение ее у КВД воздействуют на расход взаимно противоположным образом. Но снижение при неизменном расходе воздуха означает уменьшение углов атаки в ступенях КНД, а увеличение - соответствующее увеличению углов атаки на последних ступенях двухкаскадного компрессора.

64. Короткие, средние и длинные лопатки. Профилирование длинных лопаток по высоте, законы профилирования. Основные положения и уравнения для расчета планов скоростей по высоте.

На длинных лопатках быстрее достигается выход на СЗ и большие работы. Но при этом получается низкий КПД ступени и малые работы на втулочном диаметре, где требуется наибольшая закрутка потока и изгиб профиля. При коротких лопатках низкий КПД ступени получается из-за возросшей доли концевых потерь.

В компрессоре с ростом () высота лопаток уменьшается, в турбине растет.

От втулочного к периферийному диаметру окружная скорость потока растет: , абсолютная скорость потока падает (при закрутке потока), т.к. давление под действием центробежных сил растет, а по уравнению Бернулли рост давления сопровождается уменьшением скорости.

Давление и окружная скорость связаны уравнением радиального равновесия:

Давление и абсолютная скорость связаны уравнением Бернулли:

Законы профилирования выбираются в зависимости от характера изменения окружной скорости по радиусу. Они рассматриваются при допущении об отсутствии радиальных составляющих скорости воздуха и о постоянстве потерь вдоль радиуса, а также условии, что энергия, сообщаемая воздуху в рабочем колесе, остается неизменной вдоль радиуса

().

Различают закон постоянной циркуляции (), закон постоянной реактивности () и закон твердого тела ().

Методы построения профилей компрессорной решетки делятся на два метода:

1.Выбор и расчет параметров решетки профилей ( t, t, b, и т.д.);

2.Выбор параметров и построение контура изолированного профиля в решетки на расчетном диаметре.

Ввыборе параметров и построение контура изолированного профиля осуществляется на основе координат симметричных профилей, имеющих высокое значение аэродинамического качества для рабочих диапазонов скоростей

потока, а также известных значений ( 1л , 2 л ) и формы средней линии профиля.

При дозвуковых скоростях потока w1 0,9

Абсолютная величина ординаты средней линии профиля будет определятся по:

cp cp b btg 2 f (x)

Абсолютное значение ординаты скорректированного симметричного профиля вычисляется по:

65. Профилирование по закону постоянной циркуляции и закону постоянного угла выхода из соплового аппарата, сравнение с законом постоянной реактивности.

Закон постоянной циркуляции.

В общем случае циркуляция скорости вдоль окружности равна:

скорости изменяются обратно пропорционально радиусу, осевые составляющие скорости вдоль радиуса неизменны, степень реактивности ступени повышается (т.к. растет получаемое давление). Величина удельной работы постоянна по всему радиусу:

( )

Треугольники скоростей на разных радиусах:

Изменение параметров потока по радиусу:

Закон постоянства циркуляции позволяет получить наилучший КПД при прочих равных по сравнению с другими законами профилирования, т.к. при принятых допущениях течение потенциальное, безвихревое, внутреннее трение в потоке не проявляется. Реальный поток близок к теоретическому.

Закон затруднительно применять на первых ступенях компрессора, где полная температура, а значит и местная скорость звука минимальна, а на периферийном сечении относительная скорость потока достигает максимального значения. В основном применяют для средних и последних ступеней компрессора.

К другим недостаткам относится технологическая сложность изготовления лопаток с большой закруткой пера; повышенным утечкам в радиальном зазоре из-за наибольшей скорости потока на периферии.

Закон постоянного угла выхода потока

В турбинных решетках применяют профилирование по закону постоянного угла выхода потока из СА . Главное преимущество – технологичность изготовления и возможность выполнения полых охлаждаемых лопаток с ребрами жесткости. Недостатки: на длинных лопатках возникает опасность появления отрицательных значений степени реактивности на втулке и повышенных на периферии, что приводит к повышенным потерям в радиальном зазоре и ранним отрывам потока во втулочном сечении.

Сравнение с законом постоянной реактивности

Сплошная линия – закон постоянной реактивности Пунктир – закон постоянной циркуляции

66. Профилирование по закону постоянной реактивности (твердого тела), сравнение с законом постоянной циркуляции.

Ступень с постоянной реактивностью.

В ступени с постоянной реактивностью давление по радиусу ступени не повышается. Для обеспечения этого, по уравнению Бернулли

( )

необходимо уменьшать осевую и увеличивать окружную составляющие скорости.

Для снижения необходима предварительная закрутка, тем большая, чем больше радиус и соответственно окружная скорость.

( )

( )

Изменение параметров по радиусу ступени:

менее интенсивное изменение угла поворота потока. В результате закрутка пера лопатки получается меньше, значит сама лопатка – технологичней.

Недостатки: необходимость предварительной закрутки, т.е. перед ступенью должен размещаться НА или ВНА.

Ступени с применяются на первых ступенях осевых компрессоров.

67. Общая номенклатура потерь в решетках турбомашин, краткая характеристика видов потерь и их зависимость от основных режимных и геометрических параметров.

перепаду .

Профильные – обусловлены реальными свойствами поверхностей профилей лопаток:

1)Трение в погран. слое, образующемся на профиле лопаток.

Для Т:

–зависят от угла изгиба профиля ε=180°-(β1л+β2л) – при ↑ε ↑действие ЦБ сил при повороте потока ► ↑разность давлений на корытце и спинке ► ↑неравномерность потока в межлоп. канале ► ↑ξтр;

лам. слоя на поверхности ► ↓ξтр.

2)Вихреобразование в зоне за выходными кромками (образующие за кромками вихревые дорожки снижают общий запас кин.энергии потока на выходе).

Для Т: при ↓β2 ► ↑длина выходных кромок ► ↑толщина погран.слоя ► ↑ξкр.

3)Отрыв потока от поверхностей профиля*.

4)Скачки уплотнения, возникающие в межлопаточном канале при переходе на

сверхзвук / дозвук*.

* - необязательны, возникают в определѐнных случаях на нерасчѐтных режимах.

Для Т: ξпр также зависят от

 (при <0 потери растут медленнее, т.к. при ↓i ► ↑ ► ↓угол поворота потока Δβ, ↑K ► пологий рост Δξпр);

M (или λ) (при M>Mопт – волновые потери, при M<Mопт – ↑толщина погран. слоя,

K=const ► ↑ξпр);

Re (при Re<Reкр ξпр зависят от отн. величины шероховатости поверхности профиля).

Концевые – вызваны наличием концевых поверхностей, ограничивающих решетку по высоте:

1.Трение в погран. слое на концевых поверхностях.

2.Вторичные (в канале между лопатками – из-за неравномерного поля давлений по сечению

канала). Для Т: и 1), и 2) зависят от ⁄ , при ↑ ► ↓hл ► интенсифицируется взаимодействие

парных вихрей ► ↑( ξкр+ ξвт).

3. Потери в рад. зазоре (вызваны перетекание газа с корытца на спинку, а также между торцевыми поверхностями лопаток и корпусом ступени из зоны повышенного давления в зону пониженного). Для Т: ξзаз ~ , связаны с тем, что часть газа уходит через рад.зазор, не совершая

работу в колесе; кроме того, в безбандажных венцах перетекание с корытца на спинку приводит к ↓перепада давлений на периферийной части лопатки и доп. вихреобразованию.

68.Дополнительные потери в турбомашинах: от нестационарности, в зазорах, на трение

одиски, на охлаждение, с выходной скоростью.

Дополнительные потери (во вращающихся решетках):

1)От радиальных течений газа в канале (из-за действия центробежных сил при вращении).

2)От нестационарности обтекания (каждой последующей решѐтки, расположенной за вращающейся; вызвана наличием вихревых дорожек за выходными кромками).

3)На охлаждение Т.

Термодинамические: ↓полезной работы Т при отводе части тепла в процессе расширения газа; охлаждение целесообразно тогда, когда позволяет ↑ настолько, чтобы компенсировать влияние потерь и получить термодинамический эффект.

Газодинамические: потери, обусловленные конструктивными особенностями Т (более толстые лопатки, повышенная толщина выходной кромки, наличие на выходной кромке уступа для выхода охлаждающего воздуха и др.); ↑ξпр+ξвт (из-за ↑ξтр в неизотермическом пограничном слое, например, при внутреннем конвективном охлаждении); газодинамические потери, обусловленные выпуском охлаждающего воздуха в проточную часть и его смешением с основным газовым потоком, подтекание охлаждающего воздуха по уплотнениям системы подвода этого воздуха, утечки в тракте подвода охлаждающего воздуха.