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:
Выбор и расчет параметров решетки профилей (
и
т.д.);Выбор параметров и построение контура изолированного профиля в решетки на расчетном диаметре.
В
выборе 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
и формы средней линии профиля.
При
дозвуковых скоростях потока
При трансзвуковых или сверхзвуковых скоростях потока
Если
Если
Абсолютная величина ординаты средней линии профиля будет определятся по:
Абсолютное
значение ординаты скорректированного
симметричного профиля вычисляется по:
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:
При
законе изменения
получается
.
Перед и за РК окружные составляющие
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