53. Атакоустойчивость профиля и решетки профилей компрессоров и турбин. Характеристика компрессора по потерям (кпд). Факторы, определяющие атакоустойчивость.

Потери в компрессорной решетке оцениваются коэффициентом потерь

Характер течения в решетке и подводимую (отводимую) величину работы в ней оценивают углом поворота потока , гдеугол кривизны профиля,угол атаки,угол отставания потока. Если, решетка называется диффузорной,конфузорной. Закрутка потока (а с ней и подводимая работа) прямо пропорциональна углу поворота потока:

Атакоустойчивость профиля при малых скоростях потока . Влияниеине учитывается.

При некотором угле атаки сопротивление решетки имеет наименьшее значение, но с точки зрения работы на РК, является невыгодным. При увеличении угла атакивозрастает угол поворота потока, закрутка потока, а следовательно и подводимая к воздуху работа. КПД решетки при этом растет, т.к. сопротивление решетки растет медленнее, чем. Максимальному КПД соответствует угол атаки, лежащий недалеко от резкого подъема кривой. Дальнейшее увеличение угла атаки дои выше приведет к срыву потока, резкому возрастанию сопротивления решетки и уменьшению. Для создания запаса устойчивости профиля к изменению угла атаки, номинальное значение, которое находится в пределах 1-3⁰ от .

Номинальный угол поворота потока увеличивается с увеличением густоты решетки и угла выхода . Увеличениеприводит к усилению воздействия решетки на поток, т.е. к увеличениюи.

Атакоустойчивость профиля с учетом влияния .

При увеличении в пределах достижения местной скорости звука на поверхности профиля характеристики профиля меняются не сильно и вызваны изменением сжимаемости и распределением давлений по контуру профиля. Криваявозрастает более резко по сравнению с малыми скоростями потока, поэтомулежит в узких пределах. Пунктиром показаны характеристики при, сплошной линией.

Дальнейшее увеличение скорости потока ведет к образованию местных зон сверхзвуковых скоростей. Последующее торможение потока сопровождается скачками уплотнения, волновыми потерями и отрывом пограничного слоя. С некоторого значения числа наблюдается резкое увеличениеи уменьшение угла поворота потока Δβ. Наибольшие значениясоответствуют нулевому углу атаки, при котором.соответствует случаю, когда область местных сверхзвуковых скоростей занимает все поперечное сечение межлопаточного канала.

54. Зависимость работы ступени компрессора от расхода воздуха. Характеристика компрессора по напорности (степени повышения полного давления). Основные режимы работы компрессоров и границы области рабочих режимов.

- масса воздуха, проходящего через контрольную поверхность в единицу времени.

Работа затрачиваемая на вращение данного элемента ступени, в расчете на 1 кг проходящего через него воздуха. Если окружная скорость лопаток колеса есть, то секундная работа вращения лопатки равна. Отнеся ее к расходу воздуха через рассматриваемую контрольную поверхность, получим:

Таким образом, работа вращения элемента колеса ступени осевого компрессора при цилиндрической поверхности тока пропорциональна окружной скорости и закрутке воздуха в колесе.

В центробежных и диагональных ступенях, а также в осевых ступенях со значительным изменением диаметра втулки или корпуса в пределах рабочего колеса поверхности тока существенно отличаются от цилиндрических. В этих случаях для определения следует использовать теорему Эйлера о моменте количества движения. Применим эту теорему к кольцевому объему воздуха, заключенному между поверхностями токаabиa’b’ и сечениями 1 - 1 и 2 - 2 (рис 2.11):

Поверхности тока будем считать асимметричными. Аэродинамические силы, возникающие на элементах всех лопаток рабочего колеса, расположенных внутри выделенного кольцевого объема, создают относительно оси вращения колеса некоторый суммарный момент , воздействующий на воздушный поток. Все силы давления, действующие на рассматриваемую контрольную поверхность, являются центральными (проходят через ось вращения колеса). Поэтому, если пренебречь незначительной разностью моментов сил внутреннего трения воздуха на близких друг к другу поверхностяхabиa’b’, то приложенный к потоку со стороны лопаток моментдолжен быть равен согласно :приращению момента количества движения потока в единицу времени, т.е.

Где ,- окружные составляющие скорости воздуха перед и за колесом на радиусах

- массовый расход воздуха через рассматриваемый элемент ступени.

Если угловая скорость вращения колеса есть , то секундная работа вращения данного элемента колеса равна.Отнеся эту величину к расходу воздуха, найдем работу вращения элемента колеса в расчете на 1 кг воздуха:

Или, поскольку ,. Полученное выражение для работы, затрачиваемой на вращение элемента колеса ступени компрессора, носит названиеформулы Эйлера.

Работа и мощность, затрачиваемые на вращение колеса, для ступени в целом. Заметим предварительно, что между работой L, расходом рабочего телаGи мощностьюNсуществует очевидное соотношение:N=LG.

Среднее значение работы вращения колеса в расчете на единицу массы воздуха:

Работа трения диска зависит от конструктивной схемы рабочего колеса и его окружной скорости.

В осевых компрессорах роль работы трения диска ничтожна (менее 0,5 % ) и практически ею можно пренебречь, полагая

Режимы работы компрессора

При определении характеристик компрессора на стенде можно получить почти всевозможные режимы работы компрессора. При работе компрессора в системе ГТД той или иной схемы реализуется лишь часть этих возможных режимов, занимающая некоторую область в поле характеристики компрессора - область рабочих режимов. Значения , соответствующие какому-либо конкретному рабочему режиму, изображаются на характеристике компрессора рабочей точкой. Важное значение в теории ГТД имеют точки, соответствующие установившимся режимам работы двигателя, т.е. постоянным во времени значениям частоты вращения, подачи топлива и других параметров и факторов, которые могут влиять на работу элементов двигателя.

Для большинства схем авиационных ГТД каждому значению приведенной частоты вращения на установившихся режимах соответствует при заданных условиях регулирования двигателя только одна рабочая точка. Соединив такие рабочие точки, относящиеся к различным значениям , получим рабочую линию (линию рабочих режимов). Таким образом, рабочая линия представляет собой совокупность всех установившихся режимов работы компрессора в системе конкретного ГТД при заданных условиях его регулирования.

Форма расположения рабочей линии в поле характеристики компрессора зависит от расчетных параметров компрессора, типа двигателя и условия (закона) регулирования. На рис 4.32 показано типичное расположение рабочей линии на характеристике нерегулируемого компрессора (с высокой расчетной степенью повышения давления).

Рабочая линия пересекает границу устойчивой работы компрессора в двух точках н и в. Первая из них лежит в области значений ,меньших расчетного, и поэтому соответствующее ей нарушение устойчивой работы компрессора (при) «называется нижним срывом». Неустойчивая работа компрессора в системе двигателя, возникающая при увеличениидо, называется «верхним срывом».

Нарушение устойчивой работы компрессора ГТД (часто называемое потерей газодинамической устойчивости) является одним из наиболее опасных отказов авиационной силовой установки. Поэтому в эксплуатации работа на режимах, где рабочая точка располагается вблизи границы устойчивости, т.е. где запас устойчивости мал, недопустима.

Количественную оценку запаса устойчивости компрессора при каждом значении принято производить по соотношению значенийв рабочей точке и на границе устойчивости. Еслиесть степень повышения давления и приведенный расход воздуха в рабочей точке, а- то же на границе устойчивости при том же значении, то соотношениеназывается коэффициентом устойчивости компрессора, аназывается запасом устойчивости.

Если напорная линия на характеристике компрессора при данном близка к вертикали, тои, т.е значениеилихарактеризует запас устойчивости по. Если напорная линия близка к горизонтали, то собственно эти величины характеризуют запас устойчивости по расходу воздуха. В общем случае значенияилихарактеризуют запас устойчивости как потак и по.

Для предотвращения неустойчивой работы двигателя при высоких необходимо, чтобы значениябыло выше, чем самое высокое значение, которое может встретиться в эксплуатации. Если это условие не выполняется, то приходиться вводить ограничение максимально допустимого значениялибо с помощью автоматических устройств, либо в инструкции по эксплуатации двигателя. Исключить в эксплуатации двигателя режимы, лежащие в области, нельзя, т.к. они должны неизбежно использоваться в процессе запуска двигателя и вывода его на основные эксплуатационные режимы. Поэтому в двигателях с высоким значениемкомпрессор выполняется регулируемым.