- •Теория компрессорной ступени
- •Г.Керчь, 2002 год удк 621
- •Содержание
- •Литература._______________________________________________ ________49 Введение.
- •Основные параметры, принятая терминология.
- •Теоретический напор центробежной компрессорной ступени. Степень реактивности.
- •Направление входной кромки лопаток (угол 1л) может не совпадать с направлением относительной скоростиw1(угол1) и тогда возникает ударное обтекание входной кромки лопаток с углом атаки:
- •Зависимость теоретического напора и степени реактивности от угла выхода потока из рабочего колеса.
- •Зависимость теоретического напора от закрутки потока перед рабочим колесом.
- •Движение потока в рабочем колесе. Влияние числа рабочих лопаток на теоретический напор.
- •1.7. Особенности течения газа в лопаточном диффузоре.
- •Особенности течения в спиральных и кольцевых камерах.
- •Особенности течения во всасывающих камерах.
- •Потери мощности, подводимой к рабочим лопаткам колеса.
- •Действительный (полезный) напор и изоэнтропийный кпд центробежной ступени и компрессора.
- •1.12. Характеристики центробежного компрессора.
- •1.14. Потери энергии в центробежном компрессоре.
- •1.15. Определение параметров рабочего тела в проточной части компрессора.
- •2. Теория осевой компрессорной ступени.
- •2.1. Геометрические характеристики осевой компрессорной ступени.
- •2.2. Теоретический напор осевой компрессорной ступени.
- •2.3. Действительный (полезный) напор и изоэнтропийный кпд компрессорной ступени.
- •2.4. Степень реактивности компрессорной ступени.
- •2.5. Характеристика решеток профилей с различной степенью реактивности.
- •2.6. Коэффициенты расхода и напора.
- •2.7. Характеристики компрессорной ступени.
- •2.8. Неустойчивая работа компрессора. Помпаж.
- •2.9. Многоступенчатые осевые компрессоры.
- •2.10. Основные положения газодинамического расчета компрессора.
- •Литература
Зависимость теоретического напора и степени реактивности от угла выхода потока из рабочего колеса.
Рассмотрим влияние на теоретический напор центробежной ступени угла 2 выхода потока из рабочего колеса в относительном движении. Предположим, что вход потока в рабочее колесо – осевой, поэтому теоретический напор
(1.12)
Рис. 4. Выходные треугольники скоростей центробежного компрессора: а – рабочее колесо с лопатками, загнутыми вперед (2 < 900); б – рабочее колесо с радиальными лопатками (2 = 900); в – рабочее колесо с лопатками, загнутыми назад (2 > 900).
Из рис. 4 видно, что
,
где с2r – проекция абсолютной скорости с2 выхода из рабочего колеса на радиальное направление. Тогда теоретический напор можно представить
(1.13)
Выражение (1.13) показывает, что наибольший напор развивает компрессор, у которого угол 2 выхода потока из рабочего колеса наименьший. Таким является компрессор с лопатками рабочего колеса, загнутыми вперед, а наименьший – с лопатками, загнутыми назад. Компрессор с радиальными лопатками занимает промежуточное положение между указанными выше.
Зависимость напора от угла 2 можно пояснить, рассматривая выходные треугольники скоростей (рис. 4). При неизменной окружной скорости u2 увеличение угла 2 приводит к уменьшению проекции абсолютной выходной скорости на окружное направление, а следовательно, к уменьшению изменения момента количества движения потока от входного сечения к выходному сечению, определяющего согласно уравнению Эйлера, значение теоретического напора ступени.
При осевом входе потока (с1u=0) и радиальном выходе абсолютной скорости из рабочего колеса (с2u= 0) теоретический напор ступени равен нулю. Из этого следует, что наибольший угол 2 не должен превосходить значений, определяемых выражением
(1.14)
в ступенях с лопатками, загнутыми назад 0,20÷0,25, поэтому 2<160÷165. В реальных конструкциях 2=135145. При бесконечно большом числе лопаток угол выхода потока из рабочего колеса равен выходному углу лопатки. Для этого случая теоретический напор центробежного компрессора определяется по формуле
(1.15)
Угол 2 влияет и на степень реактивности. Учитывая, что и подставляя это выражение в (1.11) получим
(1.16)
Из формулы (1.16) следует, что с увеличением угла 2 степень реактивности повышается.
В ступенях с лопатками, загнутыми вперед, степень реактивности < 0,5, с лопатками, загнутыми назад > 0,5, и с радиальными лопатками = 0,5.
Исследования центробежных компрессоров показывают, что основные потери энергии приходятся на щелевой и лопаточный диффузоры. В рабочем колесе эти потери невелики, если учитывать малую относительную скорость потока в рабочем колесе и плавность его обводов. Кроме этого, значительная часть напора рабочего колеса создается кориолисовой силой, что происходит практически без потерь.
Поскольку сжатие в ступенях с лопатками загнутыми вперед, происходит в основном в щелевом и лопаточном диффузорах, то КПД их будет самым низкий, что подтверждается экспериментом. Наоборот, ступени с лопатками загнутыми назад имеют наивысший КПД, поскольку основное сжатие у них происходит в рабочем колесе с небольшой потерей энергии. Центробежные компрессоры с радиальными лопатками имеют КПД по величине занимающий промежуточное значение между рассмотренными выше.
С учетом низкого КПД ступени с лопатками загнутыми вперед не получили распространения в компрессорах, однако такие ступени широко используются в вентиляторах, у которых направляющий аппарат отсутствует. Наибольшее распространение получили центробежные компрессоры с радиальными лопатками рабочего колеса.