Компрессоры

3.1. Типы компрессоров

Компрессор в ГТД служит для повышения давления воздуха перед подачей его в камеру сгорания. Применение компрессора позволяет получить нужный расход воздуха, обеспечить желаемое значение КПД, получить высокую тягу (мощность) при небольших габаритных размерах и массе двигателя. Применение компрессора позволяет ГТД развивать тягу на месте и на малых скоростях по­лета.

Основными типами компрессоров ГТД являются осевые и цент­робежные. Реже применяются диагональные компрессоры.

Осевой компрессор (рис. 3.1) состоит из ротора 1, приводимого во вращение газовой турбиной, и неподвижного статора 2. Ротор имеет рабочие лопатки, закрепленные на диске или барабане. Каж­дый венец лопаток образует рабочее колесо (РК). Статор имеет венцы лопаток (направляющих), образующих направляющие аппа­раты (НА). Перед первым РК может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА).

При вращении РК за счет сообщенной внешней энергии повы­шается скорость потока, при этом на входе создается разрежение, обеспечивающее непрерывное поступление воздуха. Внешняя энер­гия, сообщенная лопатками РК воздуху, движущемуся по расши­ряющимся каналам, затрачивается на повышение давления возду­ха, а также на увеличение скорости в абсолютном движении. Преобразование кинетической энергии воздуха, приобретенной в РК, сопровождающе­еся повышением давления, происходит в НА, который, кроме того, сообщает потоку требуемое направление для входа в РК следующей ступени. Аналогично работают все ступени компрессора. Характер изменения скорости, температуры и давления показан на рис. 3.1.

Центробежный компрессор (рис. 3.2) состоит из входного патрубка, рабочего колеса (крыльчатки), диффузоров и выходного патрубка. Входной патрубок подводит воздух из атмосферы к РК. Для уменьшения сопротивлений проточная часть входного устройства разделяется на отдельные кольцевые каналы. На входе устанавливается неподвижный направляющий аппарат, обеспечивающий предварительную закрутку

_Рис. 3.1. _{Схема осевого компрессора}

воздуха перед входом его на РК, являющееся главной частью ком­прессора. РК представляет собой диск с рядом радиальных лопа­ток. Вместе со стенками диска и корпусом, в который заключено РК, лопатки образуют расширяющиеся к периферии каналы.

Лопаточный диффузор представляет собой концентрически рас­положенную вокруг РК полость, разделенную неподвижными ло­патками на ряд криволинейных каналов. Площадь сечения диффу­зора увеличивается в направлении движения воздуха. Выходные патрубки соединяют диффузор с камерами сгорания.

Рис. 3.2. Схема центробежного компрессора '

1-лопаточный диффузор; 2- безлопаточный диффузор; 3- рабочее колесо; 4- входной патрубок;5-выходной патрубок

Р ис. 3.3. Схема диагонального компрессора

При вращении РК, приводимого газовой турбиной, лопатки его передают воздуху внешнюю энергию. Под действием центробежных сил воздух перемещается к периферии колеса и сжимается, а на входе в компрессор создается разрежение, обеспечивающее непрерывное поступление воздуха. Поскольку каналы между лопатками РК расширяются, то в относительном движении скорость по­ тока уменьшается, что сопровождается некоторым увеличением его давления. В РК происходит также разгон потока в абсолютном движении. В каналах диффузоров и происходит торможение потока, что приводит к увеличению давления. По выходным патрубкам сжатый воздух направляется в камеры сгорания.

Диагональный компрессор (рис. 3.3) имеет те же элементы, что и центробежный. Но в отличие от центробежного диаметр втулки РК 1 в нем увеличивается в сторону движения воздуха, а лопатки на нем расположены под некоторым углом к оси втулки. При вра­щении РК лопатки увлекают воздух и он под действием центробежных сил сжимается и перемещается в радиальном направлении. Кроме того, каждый элемент лопатки работает подобно рабочей лопатке осевого компрессора и сообщает воздуху осевое движение, в результате чего его давление и скорость увеличиваются.

Выходит воздух из РК не в радиальном направлении, как в центробежном компрессоре, а под углом к оси, меньшим 90°. Дальнейшее повы­шение давления происходит в осевом диффузоре 2 (подобном НА осевого компрессора) за счет торможения воздуха в абсолютном движении.

На двигателях с небольшим расходом воздуха применяют осе-центробежные компрессоры — сочетание осевого и центробежного компрессоров.

Осевые компрессоры в настоящее время являются основными для ГТД. Объясняется это присущими им достоинствами: малыми диаметральными размерами, высоким КПД, значительным сжати­ем в них воздуха. Вместе с тем они имеют и недостатки: узкий диа­пазон рабочих режимов, сложность и трудоемкость изготовления, большую уязвимость при попадании посторонних частиц в компрес­сор.

К достоинствам центробежного компрессора относят способ­ность значительно сжимать воздух в одной ступени, широкий диа­пазон рабочих режимов, простоту конструкции и надежность ра­боты. Но большие диаметральные размеры и сравнительно незна­чительное сжатие воздуха в них ограничивают применение комп­рессоров на вспомогательных силовых установках, двигателях транспортных и учебно-тренировочных самолетов.

Диагональный компрессор занимает промежуточное положение между центробежным и осевым компрессором.