41. Классификация турбомашин по числу валов. Обоснование необходимости применения многовальных турбомашин.

По числу валов турбомашины классифицируют:

• Одновальные

• Двухвальные

• Трехвальные…

• Многовальные

Последние ступени компрессора склонны к самовращению из-за отрицательных углов атаки, первые ступени склонны к самоторможению из-за положительных углов атаки, для того чтобы стабилизировать работу и удовлетворить пожелания первых и последних ступеней необходимо выполнить двухвальную схему

окружная скорость уменьшится от u до u’

окружная скорость увеличится от u до u’

А - «-», В - «+» ступени в области В препятствуют росту оборотов.

Двухвальная схема не устраняет полностью «+» углов на последней ступени и «-» углов на первых ступенях. На входе площадь изменяется сильнее, поэтому в КНД число ступеней оставляют больше, в КВД меньше.

Каскадом называется группа ступеней, установленных на одном валу и приводимых отдельной турбиной. Идея разделения компрессора в следующем: компрессор с высокими расчетным значением разделяется на группы ступеней со значительно меньшей величинойи соответственно с меньшим возможным рассогласованием ступеней в пределах каждой из них; при этом рассогласование ступеней находящихся в разных каскадах, может быть уменьшено за счет естественного или принудительного изменения соотношения частот вращения каскадов при изменении общей степени повышения давления.

В этом 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.

В компрессоре, 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 сниженииувеличится. 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 снижениепри неизменном расходе воздуха означает уменьшение углов атаки в ступенях КНД, а увеличение- соответствующее увеличению углов атаки на последних ступенях двухкаскадного компрессора.