Характеристики решеток профилей

Характеристикой решетки профилейназывается зависимость угла поворота потокаи коэффициента потерьот угла атакиiпри данном значении чисел Маха и Рейнольдса в набегающем на нее потоке.

Рис.3.11 Характеристика компрессорной решетки

(b/t= 1,33;υ= 25; β_2л= 65)

Типичные результаты испытаний компрессорной решетки (при М_w10,4) приведены на рис. 3.11. При малых углах атаки угол отставанияпочти не зависит от угла атаки и поэтому с ростомiугол поворота потока в решеткепочти линейно возрастает. Но при повышенных углах атаки на спинке профиля (сначала вблизи его задней кромки) возникает срыв потока, что проявляется в замедлении роста и в последующем падении, а также в резком увеличении. Угол атаки, при котором прекращается рост, называетсякритическим. При этом угле атаки срыв потока распространяется практически уже на всю поверхность спинки лопатки.

При некотором угле атаки коэффициент потерь в решеткеимеет наименьшее значение. Однако этот режим не является оптимальным, так как припотери в решетке растут незначительно, тогда как поворот потока, а также увеличение давления в решетке возрастают.

Наивыгоднейшее соотношение между работой повышения давления воздуха в решетке и потерями достигается обычно при углах атаки, близких к критическим. Но срыв потока в решетке может привести к весьма нежелательным последствиям. Поэтому при выборе расчетного угла атаки нужно обеспечить необходимый запас по отношению к i_кр. Обычно этому соответствует угол атакиi, близкий к нулю, а поворот потока в решетке при этом составляет около

80 % от максимального. Угол атаки , при котором угол поворота потока в решетке равен, и соответствующий ему режим обтекания решетки называютсяноминальными.

При больших отрицательных углах атаки коэффициент потерь также возрастает из-за развития срыва потока уже на нижней поверхности её профилей.

Влияние чисел м и Re на характеристики компрессорных решеток

Увеличение числа М набегающего потока (для решетки рабочего колеса это М_w1) мало сказывается на характеристике дозвуковой компрессорной решетки до тех пор, пока местные скорости на поверхности профиля не достигнут скорости звука. При дальнейшем увеличении числа М набегающего потока на поверхности профиля возникает местная зона сверхзвуковых скоростей. Последующее торможение потока сопровождается возникновением скачков уплотнения, замыкающих эту сверхзвуковую зону, что приводит к появлению волновых потерь. Кроме того, взаимодействие скачков уплотнения с пограничным слоем может вызвать отрыв его от поверхности профиля. В результате, начиная с некоторого значения числа М_w1, наблюдается резкое увеличение коэффициента потерьи уменьшение угла поворота потока, как показано на рис. 3.12. Это число Мназываетсякритическим.

Рис. 3.12. Влияние М_w1на характеристики решетки

После перехода через значение М_крдальнейшее увеличение числа М набегающего на решетку потока при неизменном угле атаки в ряде случаев оказывается возможным лишь до определенного предела (М_mахна рис. 3.12). Это связано с тем, что по мере ростаM_w1область местных звуковых и сверхзвуковых скоростей увеличивается в размерах, пока не займет все поперечное сечение ("горло") межлопаточного канала. Дальнейшее увеличение числаM_w1оказывается невозможным по той же самой причине, по которой невозможно увеличить число М на входе в сужающееся сопло, если в минимальном его сечении достигнута скорость звука. Это явление называетсязапираниемрешетки.

Рис. 3.13. Влияние числаReна характеристики решетки

Изменение числа Рейнольдса практически не оказывает влияния на характеристики компрессорных решеток до тех пор, пока оно остается выше некоторого критического значения (границы автомодельности). Это значение при характерном для осевых компрессоров высоком уровне турбулентности потока лежит обычно в пределахRe_авт= (2,5...3,0)10⁵.

При меньших числах Reугол поворота потока(при неизменном угле атаки) несколько снижается, а коэффициент сопротивлениясущественно возрастает, как показано на рис. 3.13. Это связано с возрастанием роли сил вязкости по отношению к силам инерции, соотношение которых, как известно, обратно пропорционально числуRe.