2.4. Степень реактивности компрессорной ступени.
Согласно выражению (2.1) теоретический напор осевой компрессорной ступени равен
.
из треугольников скоростей (см. рис.2.3) следует
,
.
Выражая из последних
уравнений
и
,
и подставляя их в выражение (2.1), получим
.
(2.9)
Обозначим:
;
,
(2.10)
где l01 – теоретический напор рабочего колеса, который равен части подводимой к рабочим лопаткам механической энергии, используемой на сжатие в пределах рабочей решетки;
l02 – теоретический напор направляющего аппарата, который равен работе, используемой для сжатия в пределах направляющего аппарата.
Теоретический напор рабочего колеса является статической частью полного напора ступени
.
(2.11)
Теоретический напор направляющего аппарата является динамической частью полного напора ступени. Он равен разности теоретического напора ступени и теоретического напора рабочего колеса
.
(2.12)
Если считать, что в процессе сжатия сР=const,
.
(2.13)
При выполнении равенства с3=с1
.
(2.14)
Согласно приведенным выше выражениям, можно создать бесчисленное множество компрессорных ступеней с одинаковым теоретическим напором, но разными напорами рабочего колеса и направляющего аппарата. Для оценки характера преобразования подводимой к рабочим лопаткам механической энергии, которая используется на сжатие в компрессорной ступени, вводится понятие степени реактивности.
Под степенью реактивности компрессорной ступени понимается отношение теоретического напора рабочего колеса к теоретическому напору ступени
.
(2.15)
Учитывая, что
,
будет справедливо выражение
.
При равенстве скоростей с3=с1 степень реактивности ступени можно представить как отношение приращений статических температур в рабочем колесе и во всей ступени
.
(2.16)
Степень реактивности, как и в турбинной ступени, изменяется по радиусу и увеличивается к периферии.
При малой реактивности на среднем диаметре в корневом сечении она может оказаться отрицательной, что вызывает снижение КПД ступени. Поэтому компрессорные ступени со степенью реактивности <0,5 не нашли применение на практике. Главным образом применяют компрессорные ступени с =0,5 и =1,0. Кроме того, используют ступени и с промежуточной степенью реактивности =0,7.
2.5. Характеристика решеток профилей с различной степенью реактивности.
Степень реактивности определяет конфигурацию профилей рабочих и направляющих лопаток в компрессорных ступенях. Для выяснения этой зависимости рассмотрим компрессорные ступени со степенью реактивности 0,5; 0,7; 1,0.
В ступени со
степенью реактивности =0,5
сжатие происходит как в рабочей, так и
направляющей решетках. Теоретические
напоры решеток равны между собой
(l01=l02).
В связи с тем, что
;
,
скорости потокас1=w2
и w1=с2.
Учитывая, что в осевых компрессорах
са=const
вытекает равенство углов α1=β2
и β1=α2.
Таким образом, рабочая и направляющая
решетки компрессорной ступени с =0,5
имеют один и тот же профиль лопаток.
Такие ступени называются конгруэнтными.
В таких ступенях поток закручен в сторону вращения рабочего колеса (рис.2.4 а). Компрессорные ступени с =0,5 нашли широкое применение на практике, особенно в транспортных установках (в том числе судовых). Такие компрессоры имеют высокий КПД и наименьшие габариты.
В компрессорных ступенях с =0,7 отсутствуют закрутка потока перед рабочим колесом, то есть абсолютная скорость входа воздуха на рабочие лопатки имеет осевое направление (см. рис.2.4 б). Сжатие газа происходит как в рабочей, так и в направляющей решетках, но большая степень повышения давления создается на рабочих лопатках. Профили рабочих и направляющих решеток различны.
В ступенях с =1,0 сжатие происходит только в рабочем колесе, поэтому l02=0. Средний вектор абсолютных скоростей закрутки в окружном направлении не имеет, т.е. сmu=0 (см. рис.2.4 в). Компрессорные ступени с =1,0 получили широкое распространение в стационарных установках. Такие компрессоры имеют наиболее высокий КПД, который сохраняется в широком диапазоне изменения подачи. Однако габариты такого компрессора при прочих равных условиях будут больше, чем компрессоров со степенью реактивности в ступенях =0,5 и =0,7.