2.3.4. Некоторые рекомендации по выбору параметров ступени по радиусу

В начале проведём сравнение распределения основных параметров ступени по законам и .

В случае постоянства циркуляции по радиусу ( ) основные затруднения возникают на периферии лопаток из-за высоких значений и . Высокие скорости подразумевают целесообразность использования этого закона для коротких лопаток, а увеличение реактивности на периферии не всегда позволяет это сделать из-за больших утечек в радиальных зазорах, вредное влияние которых на ступень с короткими лопатками существенно больше, чем на ступень с длинными лопатками.

В случае постоянства по радиусу степени реактивности ( ),. Избавившись от трудностей на периферии, мы тут же сталкиваемся с трудностями во втулочных сечениях, которые особенно сильно проявляются именно при наличии высоких вентиляторных лопаток и лопаток первых ступеней компрессоров. Происходит это потому, что при сильно увеличивается на втулке при высоких значениях в этом сечении. Поскольку профили рабочих лопаток во втулочных сечениях сравнительно толстые, то повышение значения приводит к большим потерям. Положение усугубляется еще и тем, что при уменьшении скорости на периферии необходимо сохранить для безударного обтекания последующего венца. А при этом условии происходит, при сохранении окружной скорости , снижение напорности ступени за счёт (рис. 2.13), что ведёт, в конечном итоге, к дополнительному снижению КПД. Поэтому применение закона в первых ступенях весьма затруднительно.

Таким образом, напрашивается вывод о комбинированном законе профилирования лопаток, который может объединять достоинства и . Запишем этот закон в форме , где и . Варьируя постоянные и можно получить любой закон профилирования, обеспечивающий желаемое распределение параметров по радиусу. Например, при = 0 получаем закон постоянства циркуляции, при = 0 – закон твёрдого тела, при = - закон постоянства реактивности. Задаваясь оптимальным распределением параметров по радиусу и не превышая допустимые значения скоростей и на периферии и углов поворота потока в первую очередь у втулки, можно подобрать требуемый закон профилирования.

О собую трудность представляет профилирование крупноразмерных вентиляторов двухконтурных двигателей. В них скорости изменяются от больших сверхзвуковых =1,4 на периферии до дозвуковых <0,8…0,9 на втулке из-за сильного изменения по радиусу окружных скоростей. Поэтому подойти к профилированию такого вентилятора с позиции только одного критерия невозможно. Обычно вентиляторы профилируют по промежуточному закону: верхнюю (периферийную) часть лопатки с малым значением коэффициента 0 а втулочную часть при 0. Однако даже в этом случае сохранить по всей длине лопатки не удаётся из-за того, что во втулочных сечениях в связи с существенным уменьшением окружной скорости сильно растёт и поэтому чрезмерно увеличивается угол поворота потока . В результате этого напорность по втулке занижают, а для последующего выравнивания степени повышения давления устанавливают на входе в первый контур ТРДД подпорные ступени. Примерное распределение по радиусу вентилятора представлено на рисунке 2.14.

Задачи и контрольные вопросы к главе 2.

1. В ступени компрессора реализуется треугольник скоростей, характеризуемый углами и осевой скоростью . Определить степень реактивности этой ступени.

2. Ступень компрессора характеризуется следующими параметрами: коэффициент теоретического напора , коэффициент расхода и угол абсолютной скорости на входе в рабочее колесо . Определить степень реактивности ступени.

3. Рассчитать необходимые параметры ступени и построить треугольники скоростей, если при , , в ступени реализуется , , .

4. В ступени компрессора осевая скорость возросла на 15% при постоянной частоте вращения. Определить на сколько изменится угол атаки, если на исходном режиме было . Построить треугольники скоростей для обоих случаев.

5. На сколько процентов изменится теоретический напор осевой ступени компрессора ( ), если увеличить угол поворота потока в рабочем колесе до . Построить треугольники скоростей для обоих значений .

6. В первой ступени компрессора без входного направляющего аппарата реализуются следующие параметры . Определить число Маха в относительном движении . Как изменится величина , если перед рабочим колесом установить входной направляющий аппарат с , при этом все остальные параметры считать неизменными. Построить треугольники скоростей для обоих случаев.

7. Почему в направляющем аппарате статическое давление растёт, а давление торможения падает?

8. Почему в многоступенчатом компрессоре удлинение лопаток первых ступеней всегда больше чем удлинение лопаток последних ступеней?

9. По какому принципу ступени делятся на до-, транс-, сверхзвуковые?

10. От каких параметров ступени и каким образом зависит величина теоретического напора ступени (или коэффициента теоретического напора) осевой ступени?

11. Что такое степень реактивности ступени? От каких параметров она зависит?

12. В ступени с какой реактивностью и почему можно получить максимальный коэффициент нагрузки (коэффициент теоретического напора)?

13. Как соотносятся между собой нагрузка и КПД осевой ступени компрессора?

14. В связи с чем в осевой ступени не представляется целесообразным иметь коэффициент теоретического напора больше 0,5?

15. В чём заключается целесообразность введения предварительной закрутки потока на входе в ступень?

16. Сформулируйте условие совместной работы элементарных ступеней, расположенных на различных радиусах (условие радиального равновесия).

17. Почему рабочая лопатка имеет “крутку” по высоте пера?

18. Какие вы знаете законы профилирования лопаток осевых ступеней? В чём их достоинства и недостатки?

Литература, рекомендованная к главе 2.

1. Основная литература.

2.1 Нечаев Ю.Н., Фёдоров Р.М. «Теория авиационных газотурбинных двигателей.» - М.: Машиностроение, 1977, 312с.

2.2 Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. «Теория и расчёт авиационных лопаточных машин» - М.:Машиностроение, 1986, 432с.

3. Стенькин Е.Д., Мусаткин Н.Ф., Белоусов А.Н. «Теория и расчёт авиационных лопаточных машин» - М.: изд-во МАИ, 1992, 187с.

4. Тихонов Н.Т., Мусаткин Н.Ф., Матвеев В.Н. «Теория лопаточных машин авиационных газотурбинных двигателей» - изд-во Самарского аэрокосмического университета, 1992, 151с.

2. Дополнительная литература.

   1. Брусиловский И.В. «Аэродинамика осевых вентиляторов» - М.: Машиностроение, 1984, 240с.

   2. Сироткин Я.А. «Аэродинамический расчёт лопаток осевых турбомашин» - М.: Машиностроение, 1972, 448с.

   3. Солохина Е.В., Митрофанов А.А. «Расчёт на ЭВМ параметров потока и профилирование лопаток осевого компрессора по радиусу» - М.: изд-во МАИ, 1978, 82с.

   4. Алаторцев В.П., Осипова Г.В., Юлдыбаев Л.Х. «Газодинамические расчёты турбокомпрессора авиационного ГТД на ЭВМ СМ-1» : Учебное пособие. Уфа, изд-во УАИ, 1983, 65с.

   5. Зябин В.М., Митрофанов А.А., Митрохин В.Т. «Расчёт на ЭВМ осевого многоступенчатого компрессора по среднему диаметру и высоте лопатки» : Учебное пособие – М.: МАИ. 1985, 76с.

.

43