3.8. Параметры и характеристики компрессорных решеток профилей

При проектировании ступени после определения формы расчетных треугольников скоростей на различных радиусах необходимо выбрать число и форму лопаток, которые обеспечили бы получение соответствующей структуры потока с малыми гидравлическими потерями, т.е. провести аэродинамический расчет ступени.

В настоящее время разрабатываются методы аэродинамического расчета ступеней компрессора, основанные на решении на ЭВМ задачи пространственного обтекания лопаточных венцов РК и НА вязким потоком с использованием уравнений движения вязкого газа. Но эти методы громоздки и пока ещё недостаточно отработаны.

В инженерной практике в основном используются методыаэродинамического расчета, основанные на результатах экспериментальногоисследования течения воздуха в компрессорных решетках профилей. При этом предполагается, что элементарные ступени, расположенные на различных радиусах, связаны друг с другом только условием радиального равновесия, и можно рассматривать течение через плоские решетки профилей, являющиеся разверткой осесимметричного течения, ("Гипотеза плоских сечений").

Параметры профиля и решетки профилей

Решетка профилей состоит из одинаковых профилей, расположенных в определенном порядке. Рассмотрим типичную форму профиля и компрессорной решетки профилей (рис. 3.10). Сначала рассмотрим профиль, из ряда которых составлена решетка (рис. 3.10, б).

Средней линиейпрофиля называется геометрическое место центров вписанных в профиль окружностей (на рисунке она показана штриховой линией).

Хорда профиля b –это длина прямой, соединяющей две самые удаленные друг от друга точки средней линии профиля.

Та часть контура профиля, которая расположена (по отношению к средней линии) с той же стороны, что и хорда, называется нижней поверхностью или корытцем, а противоположная часть – верхней поверхностью или спинкой профиля.

Угол кривизныпрофиля – угол между касательными к средней линии, проведенными в точках ее пересечения с контуром профиля.

Толщина профиля (максимальная) с  максимальный диаметр вписанной в профиль окружности.

Прогиб средней линии (максимальный) f – максимальное расстояние от текущей точки средней линии до хорды (по нормали к ней).

Кроме того, параметрами профиля являются также:

х_с  расстояние вдоль хорды до месторасположения максимальной толщины;

 расстояние вдоль хорды до месторасположения максимального прогиба, а также их относительные значения: ,и.

В качестве средней линии профиля используется обычно дуга круга или какая-нибудь линия с плавно меняющейся кривизной, например отрезок параболы. По нормали к средней линии откладываются ординаты профиля, в качестве которого в дозвуковых ступенях используется обычно один из симметричных (по отношению к средней линии) профилей, рассчитанных на работу при больших дозвуковых скоростях потока. Решетки, применяемые в дозвуковых компрессорах, составляются обычно из профилей с и, а передняя кромка у них имеет достаточно большой радиус закругления, равный 10…15%c.

Рассмотрим далее решетку профилей (рис. 3.10, а). Она имеет следующие параметры.

Шаг решетки t – это расстояниемежду сходственными точками соседних профилей.

Рис. 3.10. Геометрические параметры компрессорной решетки и ее профиля

Густота решетки– отношениеb/t.

Конструктивные (“лопаточные”) углы_1ли_2л – углы между касательными к средней линии и фронтом решетки у передней (входной) и задней (выходной) кромок. При этом_2л = _1л + .

Угол установки профиля угол между хордой профиля и фронтом решетки.

“Горло” решетки – минимальный диаметр окружности, вписанной в канал между соседними профилями. Имеет значение также относительный размер горла.

Режим обтекания решетки характеризуется:

– углом атаки i (по передней кромке), равным_1л –₁;

– углом отставанияпотока (от направления задней кромки), равным_2л –₂;

– углом поворота потока .

Если канал между соседними лопатками («межлопаточный канал») получается расширяющимся от входа к выходу, то такая решетка называется диффузорной.

Угол поворота потока непосредственно связан с закруткой воздуха в решетке рабочего колесаw_u. Если пренебречь изменением осевой составляющей скорости воздуха в рабочем колесе, то, как следует из треугольника скоростей,

. (3.11)

Таким образом, закрутка воздуха в колесе при данных значениях углов ₁и₂пропорциональна осевой скорости воздуха и, кроме того, возрастает по мере увеличения.

Кроме того, режим обтекания решетки характеризуется гидравлическими потерями, возникающими из-за наличия вязкостного трения, вихреобразования (при отрыве потока) и возможного возникновения скачков уплотнения в потоке, обтекающем каждый профиль. Эти потери называются профильными, а их относительный уровень принято характеризовать коэффициентом потерь

. (3.12)

Можно показать, что при малых скоростях набегающего на решетку потока

, (3.13)

где и– полное и статическое давления воздуха в набегающем потоке, аосредненное (по шагу) значение полного давления за решеткой (для решетки РКв относительном движении).

При обработке экспериментальных данных формула (3.13) часто используется независимо от числа М в набегающем на решетку потоке.

Рассмотренные здесь и ниже параметры и соотношения записаны применительно к решеткам рабочего колеса ступени. Но все они могут быть (с небольшой коррекцией) отнесены и к решеткам направляющего аппарата.