10. Потери мощности, подводимой к рабочим лопаткам колеса.

Под теоретическим напором компрессорной ступени понимают удельную механическую энергию l₀^*, подводимую к рабочим лопаткам на окружности колеса и затрачиваемую для сжатия газа массой 1 кг. Если к рабочим лопаткам на окружности колеса подводится механическая энергия N_u, то теоретический напор ступени

, (1.34)

где G - расход газа.

Передаваемая рабочим лопаткам на окружности механическая энергия N_u меньше всей подводимой к компрессору механической энергии N_e, затрачиваемой на сжатие воздуха. Часть подводимой к компрессору механической энергии идет на преодаление внешних и внутренних потерь, таких как механические потери в подшипниках, потери от утечки рабочей среды в наружных уплотнениях, потери от тренния и вентиляции, от утечки газа во внутренних зазорах. Если предположить, что компрессор одноступенчатый, то к рабочим лопаткам на окружности подводится механическая энергия

N_u = N_е_м_ук - N_у.т - N_т.в = N_i- N_у.т-N_т.в , (1.35)

где _м - механический КПД компрессора;

_{ук -} коэффициент, учитывающий потери от утечки рабочей среды через наружные уплотнения;

N_{у.т -} дополнительная затрата мощности на сжатие из-за внутренних протечек газа в ступени;

N_{т.в -} мощность, затрачиваемая на преодоление мощности трения и вентиляции;

N_i- внутренняя мощность, затрачиваемая на сжатие газа.

Из приведенных зависимостей следует, что теоретический напор ступени равен разности внутренней работы, затрачиваемой на сжатие 1 кг газа и удельных потерь от утечки через внутренние зазоры ступени, от трения и вентиляции (рис. 8).

Таким образом

. (1.36)

Согласно выражению (1.5) теоретический напор компрессорной ступени можно определить по формуле Эйлера

, (1.37)

где c_2u, c_1u, w_{2u ,}w_1u - проекции соответственно абсолютных и относительных скоростей на окружное направление.

10. Действительный (полезный) напор и изоэнтропийный кпд центробежной ступени и компрессора.

Подводимая к рабочим лопаткам механическая энергия l₀^* (теоретический напор) не может быть полностью использована только для повышения давления, часть ее в процессе сжатия будет затрачена на преодоления потерь, неизбежных при движении потока в рабочем колесе и направляющем аппарате.

Работа l_а^*, затрачиваемая ступенью только на повышение давления называется действительным или полезным напором компрессорной ступени.

Действительный напор ступени равен работе изоэнтропийного процесса сжатия, поэтому также называется изоэнтропийным напором или изоэнтропийной работой сжатия. При принятых для центробежной ступени обозначениях действительный напор определяется по формуле изоэнтропийного процесса сжатия (рис. 8)

(1.38)

или

. (1.39)

Изоэнтропийный КПД изолированной компрессорной ступени равен отношению изоэнтропийной работы сжатия к внутренней затраченной работе

. (1.40)

Из-за потерь энергии во впускном и выпускном устройствах и_ак<_а.

Разница в КПД составляет 2,0-3,0 %.

Изоэнтропийный КПД центробежного компрессора _ак= L_ак/L_iк (в одноступенчптом компрессоре ) зависит от типа рабочего колеса и направляющего аппарата, подачи и степени повышения давления. В компрессорах газотурбинных двигателей _ак=0,860,88, во вспомогательных компрессорах (например, применяемых для наддува судовых дизелей) _ак=0,760,80.

Коэффициент расхода центробежной ступени принято определять по осевой составляющей с_1а скорости входа в рабочее колесо или по радиальной составляющей с_1r на выходе из колеса и окружной скорости u₂ на периферии рабочего колеса

. (1.41)

В центробежных компрессорах с_1ас_1r. Оптимальное значение коэффициента расхода зависит от типа рабочего колеса и составляет:

а)_. у колеса с радиальными лопатками _opt = 0,28÷0,35;

б) у колеса с умеренно загнутыми назад лопатками (_2л=130÷145⁰) _opt=0,20÷0,28;

в) у колеса с сильно загнутыми назад лопатками (_2л>150⁰) _opt = 0,12÷0,18;

Коэффициент напора центробежной ступени и компрессора определяют как отношение ,. (1.42)

Учитывая формулы (1.13), (1.42) и соотношения ,получим

. (1.43)

Для ступеней с радиальными лопатками μ=0,86÷0,92, α=0,03÷0,08, поэтому . В случае лопаток, загнутых назад,ψ=1,0 ÷ 1,2. в тех же пределах принимают и значение коэффициента напора компрессора.