1.2.4. Комбинированные компрессоры

Комбинированными называются компрессоры, проточная часть которых образована ступенями различных типов, установленных последовательно.

В последние годы проявляется интерес к диагонально-осевым компрессорам, весьма удобным в компоновке КВД, и особенно к осецентробежным компрессорам малоразмерных двигателей, в которых применение замыкающей центробежной ступени позволяет сократить длину компрессора и обеспечить большую жёсткость вала, работающего на сверхкритических оборотах.

1.3. Элементарная ступень осевого компрессора

С точки зрения простоты и наглядности рассмотрим двумерную осесимметричную модель течения в ступени компрессора, хотя, строго говоря, такое течение является сугубо трёхмерным. Но, учитывая сложность математического аппарата решения уравнений трёхмерных задач газовой динамики, ограничимся двухмерной постановкой задачи.

В осесимметричной модели поток можно разделить поверхностями тока на осесимметричные слои переменной толщины , и в каждом слое рассматривать двухмерное

обтекание решёток с параметрами, зависящими только от угла и координаты . Такой элемент полной ступени получил название элементарной ступени. Элементарную ступень располагают между соседними поверхностями тока, отстающими друг от друга на величину . Для большей простоты элементарную ступень можно ограничивать двумя бесконечно близкими соосными цилиндрами, параллельными оси .

Г еометрически элементарная ступень осевого компрессора на плоскости чертежа является совокупностью плоских и бесконечных по протяжённости решёток профилей. Решётки НА рассматриваются неподвижными. Решётки РК перемещаются параллельно фронту решётки с окружной скоростью .

П редставление элементарных ступеней в виде совокупности решёток профилей НА и РК позволяет использовать для анализа рабочего процесса и проектирования лопаточных машин математический аппарат гидродинамической теории решёток. Кинематику потока в ступени удобно представить в виде так называемых треугольников (или планов) скоростей.

Треугольник скоростей элементарной ступени компрессора называется упрощённым т. к. при его построении приняты допущения:

Строго говоря, в реальной ступени эти равенства не выполняются.

В решётках компрессора происходит процесс торможения потока: и . Геометрически межлопаточные каналы компрессорных решёток являются диффузорами, т.е. выполняется для РК и для НА. Диффузорное течение сопровождается повышенными потерями, поэтому поворот потока в решётках компрессора ограничивается .

1.4. Основные уравнения теории турбомашин применительно к компрессорам

Для построения любой математической модели ступени компрессора используются уравнения трёх законов сохранения:

1)уравнение неразрывности (уравнение расхода);

2) а) уравнение энергии в механической форме;

б) уравнение энергии в тепловой форме;

3)уравнение количества движения (уравнения импульсов, характеризующих осевые силы, действующие на ротор).

Все уравнения будем рассматривать в двумерной постановке. Их вывод осуществляется достаточно просто и подробно изложен в литературе, поэтому рассмотрим только конечные уравнения (без вывода).