1.15. Определение параметров рабочего тела в проточной части компрессора.

Для определения параметров газа в различных сечениях компрессора используют уравнения энергии, состояния и политропного процесса. Исходными для расчета являются начальное давление и температура. Если компрессор забирает воздух из атмосферы, то р_а=0,1013 Мпа, Т_а=(293÷300) К.

Температура газа перед рабочим колесом определяется из уравнения энергии

. (1.56)

Для судовых компрессоров с вращающимся направляющим аппаратом с₁=с_1а=φu₂, обычно с₁=80÷140 м/с в зависимости от типа рабочего колеса и степени повышения давления в компрессоре.

Давление перед рабочим колесом определяется из уравнения политропного процесса расширения

, (1.57)

где р₀=р_а-Δр_{ф –} давление после фильтра глушителя; обычно Δр_ф=2000÷5000 Па;

n₁ – показатель политропы расширения во входном патрубке

(1.58)

здесь ξ_n=0,03÷0,06 – коэффициент потерь энергии во входном патрубке.

Температура воздуха при выходе из рабочего колеса определяется из уравнения энергии

, (1.59)

где - теоретический напор компрессора;

- потеря от трения диска о воздух и от вентиляции;

- потеря тепла в окружающую среду, по опытным данным ≈ 0,5.

Из уравнения энергии

.

В случае компрессора с радиальными лопатками и осевым входом потока в рабочее колесо, учитывая формулы (1.19) и (1.51), имеем.

Если предположить, что с₁=с_2r, с_1u=0, то . При указанных условиях получим

. (1.60)

Давление газа на выходе из рабочего колеса

, (1.61)

где n₂ – показатель политроны сжатия, определяется из выражения

.

Параметры воздуха в выходном сечении щелевого диффузора определяют по формулам

, (1.62)

, (1.63)

где - скорость газа на выходе из щелевого диффузора.

Аналогично определяют температуру и давление при выходе из лопаточного диффузора и в выходном сечении патрубка улитки:

; (1.64)

; (1.65)

; (1.66)

. (1.67)

Скорость газа на выходе из лопаточного диффузора назначается с₄=80÷120 м/с, а в выходном сечении выпускного патрубка с₅ =60÷80 м/с.

2. Теория осевой компрессорной ступени.

2.1. Геометрические характеристики осевой компрессорной ступени.

Под осевой компрессорной ступенью понимают совокупность рабочей решетки компрессорных лопаток и следующей за ней направляющей решетки лопаток. Схема компрессорной ступени показана на рис.2.1, развертка цилиндрического сечения проточной части – на рис.2.2. В качестве контрольных сечений указаны сечения: 1-1 – соответствует входным кромкам рабочей решетки; 2-2 – выходным кромкам рабочей решетки; 3-3 – выходным кромкам направляющей решетки.

Геометрические размеры ступени обозначены:

l₁. l₂ - соответственно высота рабочих и направляющих лопаток;

d₁. d₂ – соответственно средние диаметры рабочей и направляющей кольцевых решеток;

β_1л, β_2л – соответственно входной и выходной углы рабочих лопаток;

α_2л, α_3л – соответственно входной и выходной углы направляющих лопаток.

Газодинамические параметры потока обозначаются индексами соответствующего контрольного сечения.

Вследствие диффузорности межлопаточных каналов рабочей и направляющей решеток при прохождении рабочего колеса относительная скорость газа уменьшается (w₂<w₁) , а угол выхода увеличивается (β₂>β₁). В направляющем аппарате уменьшается абсолютная скорость (c₃<c₂) и α₃>α₂.

На выходе из компрессорной ступени скорость и угол потока мало отличаются от скорости c₁ и угла α₁. В дальнейшем часто будем принимать c₃=c₁ и α₃=α₁.

Лопатки компрессорной ступени имеют малую изогнутость профиля, что необходимо для уменьшения профильных и концевых потерь в решетках. Движение газа в межлопаточных каналах компрессорной ступени происходит при положительных градиентах давления, характерных для диффузорных течений. Опытами установлена склонность потока к вихреобразованию в направлении увеличения давления. Это происходит из–за увеличения турбулизации потока и срыва пограничного слоя. Поэтому угол изогнутости профиля в компрессорной ступени не превышает 45⁰, в то время как в турбинной ступени он составляет 60÷120⁰.