3.3.4. Работа ступени

При обтекании потоком воздуха лопаток РК относительная скорость изменяется от до (см. рис. 3.6). При этом на вогну­той стороне (корыте) профиля создается повышенное давление, а на выпуклой (спинке) — разрежение, в результате чего образует­ся аэродинамическая сила Р. Осевая составляющая этой силы на­правлена по полету и воспринимается упорными подшипниками ротора компрессора, а окружная в сторону, противоположную направлению вращения РК. Она представляет собой силу сопро­тивления воздуха вращению РК, и на преодоление ее затрачивает­ся внешняя работа, подводимая к ступени компрессора.

Определить можно с помощью уравнения количества дви­жения, которое, если принять направление и за положительное, можно записать для 1 кг воздуха таким образом:

где — сила воздействия лопаток РК на воздух в окружном направлении, равная силе . Следовательно, . Учитывая, что , получаем .

Пренебрегая затратами энергии на трение торцовых поверхно­стей РК о воздух, очень малыми в осевом компрессоре, можно определить работу ступени (она называется теоретическим напо­ром ступени) как произведение силы на окружную скорость:

(3.12)

Увеличение возможно путем увеличения окружной скорости и или закрутки в РК . Увеличение и ограничивается как прочно­стью лопаток и диска, так и значительным возрастанием потерь при приближении и к местной скорости звука. Увеличение (при u = const) достигается увеличением , для чего требуется увели­чить угол β₂, что связано с опасностью отрыва потока воздуха от лопаток. При этом рост с₂ также сопровождается увеличением гид­равлических сопротивлений. Поэтому величина ограничивается значениями 15000 ... 25000 Дж/кг для дозвуковых и 35000 ... 50 000 Дж/кг для сверхзвуковых ступеней.

3.3.5. Степень реактивности ступени

Распределение общей работы сжатия воздуха в ступени или об­щего повышения давления в ней между РК и НА характеризуется степенью реактивности ступени — отношением адиабатной рабо­ты сжатия воздуха в РК к теоретическому напору ступени:

(3.13)

Из выражения для теоретического напора ступени, записанного для условия отсутствия гидравлических сопротивлений в РК

можно получить значение адиабатной работы сжатия в РК

Из рис. 3,9 видно, что ; ; что дает, считая ,

Подставив значение , полученное из выражения для закрутки воздуха в РК , получим

Подстановка этого значения в (3.13) дает после сокращения

(3.14)

Как видно, при заданных значениях u и , зависит от ве­личины предварительной закрутки воздуха. Увеличение ее походу и уменьшение против хода приводят к уменьшению , что соответствует уменьшению сжатия воздуха в РК и увеличе­нию в нем кинетической энергии воздуха в абсолютном движении, и повышению роли НА, в котором будет уменьшаться кинетичес­кая энергия, приобретенная в РК.