2. Осевые компрессоры. Анализ кинематических параметров ступени.

Основными кинематическими параметрами ступени являются скорости ,и. При этом значенияиобусловлены требуемойn-ступени, а при данных ивеличинасвязана со степенью реактивности.

Величина является одним из главных факторов, определяющих форму плана скоростей, а следовательно, и условия действия ступени.

1. .

Вся работа ступени идет сначала на увеличение кинетической энергии, а сжатие воздуха происходит только в спрямляющем аппарате. Подобные ступени называются активными.

При :

Следовательно:

.

Это равенство и обеспечивает (при =const) удовлетворение условия .

План скоростей рабочего колеса при ρ_к = 0 показан на рис. 2.3.

Рис. 2.3. План скоростей рабочего колеса при ρ_к = 0

2. .

В этом случае работа ступени:

т. е. вся работа ступени идет на повышение энтальпии воздуха при его сжатии на колесе. При этом кинетическая энергия абсолютного движения не изменяется, и спрямляющий аппарат выполняет лишь функции направляющего аппарата, обеспечивающего подачу воздуха к следующей ступени в нужном направлении. Подобные ступени называются чистореактивными.

Так как закрутка на колесе всегда направлена в сторону вращения, то отрицательная величинаи показывает, что в данном случае поток перед колесом закручен в обратном направлении.

При .

План скоростей рабочего колеса при показан на рис. 2.4.

Рис. 2.4. План скоростей рабочего колеса при

3. .

При таком значении работаиспользуется для равного увеличения энтальпии (т .е. на примерно одинаковую работу сжатия) на рабочем колесе и в спрямляющем аппарате, поэтому

Это условие удовлетворяется при

При :и следовательно.

При таком значении

чем достигаются требуемые равенства скоростей.

План скоростей при показан на рис. 2.5.

Рис. 2.5. План скоростей рабочего колеса при

Как видно, в этом случае он получается симметричным, что позволяет иметь одинаковые зеркально отображенные формы лопаточных решеток.

Для получения более общих результатов целесообразно рассматривать все параметры скоростей воздуха в долях окружной скорости. При этом вместо иследует братьи, а вместо.

Таким образом, основным фактором, который может сильно влиять на скорость, является , т. е. допускаемая в данных условиях скорость, которая ограничивает возможную скорость.

Значение мало влияет на относительные потери до тех пор, пока по всему сечению воздушного потока сохраняются дозвуковые скорости. Однако по мере увеличенияна отдельных участках профиля лопаток возникают местные зоны сверхзвуковых скоростей. Сверхзвуковые скорости в дальнейшем переходят в дозвуковые, что связано с появлением дополнительных гидравлических (так называемых волновых) потерь, интенсивность которых быстро возрастает с увеличением.

Ступени, в которых не превосходят величины, приводящей к волновым потерям, называются дозвуковыми. В этих ступенях на среднем диаметреизменяется в пределах.

Наименее благоприятные условия получаются для первой ступени компрессора, так как у нее наиболее низка, а объемный расход воздуха наиболее велик, что обусловливает повышенные требования к скорости. Для этой ступени при выполнении ее дозвуковой и при обычных значенияхи параметров плана скоростей,Дж/кг, что соответствует.

В некоторых случаях используют первые ступени с более высокими , а следовательноможет доходить до. В зависимости от уровняступени называются околозвуковыми и сверхзвуковыми. Однако скорости поступления воздуха в спрямляющий аппарат обычно сохраняются дозвуковыми. В сверхзвуковых ступенях возможно иметьпри повышенных осевых скоростях воздуха.

Сверхзвуковые ступени в конструктивном и технологическом отношении обладают рядом недостатков, поэтому они имеют ограниченное применение, обычно в качестве первых ступеней. Получаемая при этом возможность повышения осевой скорости воздуха и окружной скорости лопаток позволяет существенно снизить массу и размеры компрессора.