4.2. Формы проточной части осевого компрессора (каскада)

При одинаковом расходе воздуха через все ступени компрессора увеличение плотности воздуха по мере сжатия его в отдельных ступенях должно сопровождаться согласно уравнению расхода либо снижением осевой скорости, либо уменьшением площади проточной части.

Снижение осевой скорости невыгодно. Из формулы следует, что при данных параметрах решетки РК (и) это повлечет за собой пропорциональное снижение закрутки воздуха в колесеи соответственно. Это приведет к снижению адиабатной ра­боты в каждой из этих ступеней. Поэтому для достижения заданной величины(и соответственно) придется увеличивать число ступеней.

Но уменьшение площади проточной части требует уменьшения высоты лопаток. Это приводит к увеличению доли концевых потерь и снижению КПД ступени, которое становится особенно существенным при > 0,85 ... 0,9.

Рис. 4.4. Возможные формы

проточной части многоступенчатого компрессора

Поэтому обычно принимается компромиссное решение, когда при переходе от первых к последним ступеням одновременно уменьшается и высота лопаток, и осевая скорость воздуха. Уменьшение с_а в последних ступенях улучшает также условия работы расположенной за компрессором камеры сгорания.

Обычно в авиационных компрессорах скорость воздуха на выходе из последней ступени равна 120—180 м/с.

Уменьшение высоты лопаток от ступени к ступени может достигаться либо увеличением внутреннего диаметра, либо уменьшением наружного диаметра рабочих колес и направляющих аппаратов, либо, наконец, одновременным изменением обоих диаметров. Возможные формы проточной части многоступенчатых компрессоров (каскадов) показаны на рис. 4.4. По конструктивным и технологическим соображениям наиболее удобными являются схемы, в которых либо наружный, либо внутренний диаметр у всех ступеней остается одинаковым. В схеме а(с постоянным наружным диаметром) средний радиус постепенно возрастает от ступени к ступени. Это позволяет получить благодаря бóльшим окружным скоростям (и, следовательно, более высоким значениям) более высокую адиабатную работу сжатия в каждой из средних и последних ступеней, чем для схемыб(при одинаковых параметрах первой ступени), и за счет этого уменьшить потребное число ступеней. Вместе с тем, при одних и тех же значенияхии при одинаковой скорости на входе в схемеа высота лопаток в последних ступенях получается (из-за большего среднего диаметра) заметно меньшей, чем в схемеб,что неблагоприятно сказывается на КПД последних ступеней. Кроме того, несмотря на уменьшение числа ступеней в схемеа(по сравнению со схемойб),масса компрессора уменьшается при этом не очень сильно, так как последние ступени в схемеаполучаются более тяжелыми из-за большего их диаметра. Таким образом, каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки.

В компрессорах авиационных ГТД часто применяются компромиссные схемы, в которых уменьшение высоты лопаток достигается одновременным уменьшением наружного диаметра и увеличением внутреннего диаметра ступеней. При этом средний диаметр ступеней либо остается примерно постоянным (схема в) или, чаще, в первых ступенях используется, главным образом, увеличениеD_вт, а в последнихуменьшениеD_к(схемаг).