2.2. Взаимовлияние основных параметров ступени

2.2.1. Типы ступеней в зависимости от степени реактивности

В соответствии с уравнением Эйлера удельная теоретическая работа , которая подводится только в РК, расходуется на работу сжатия как РК, так и в НА, при этом = . Если вся подведённая работа расходуется на повышение давления в НА, то и ступень называется активной. Если вся подведённая работа расходуется на повышение давления в РК, то и ступень называется полностью реактивной.

Если подведённая работа распределяется между НА и РК, то 0< <1 и ступень называется реактивной. Рассмотрим более подробно каждый из перечисленных типов ступеней компрессора. Активная ступень ( = 0 ). В активной ступени и , следовательно и , т.к. с другой стороны . Пусть для простоты предварительная закрутка на входе в ступень отсутствует, тогда при ; = получим .

Построим план скоростей и сформируем на его основе элементарную активную ступень компрессора.. Для того чтобы реализовать условие межлопаточные каналы РК, в силу закона сохранения расхода , должны выполняться с постоянной площадью межлопаточного канала, в котором осуществляется только поворот потока на угол . При этом вся удельная работа тратится на прирост кинетической энергии потока .

Для того чтобы затормозить разогнавшийся до поток и преобразовать его кинетическую энергию в работу сжатия межлопаточные каналы НА выполняют с высокой геометрической диффузорностью . Следует заметить, что возрастает только лишь в пределах того межлопаточного венца в

котором подводится работа , поэтому несмотря на то, что при

полное давление . В решётках НА происходит некоторое снижение вследствие затрат энергии на преодоление трения и возможные отрывы потока при высокой диффузорности канала.

Сделаем приблизительную оценку величины коэффициента нагрузки активной ступени.

На первый взгляд, судя по большой величине , можно сделать вывод о возможности подвода в ступени с большей работы . Однако в этом случае чрезмерно растёт скорость , что приводит к большим сверхзвуковым скоростям на входе в НА и повышенным потерям энергии при торможении, которые сводят к нулю преимущества больших . Поэтому ступени с обладают низким КПД и не используются в авиационных компрессорах.

Чисто реактивная ступень ( ). В чисто реактивной ступени вся работа сжатия происходит только в РК, то есть ,

следовательно и . B направляющем аппарате

, и следовательно при . Для того, чтобы затормозить поток уже в РК ( ) , преобразовав его кинетическую энергию в давление , межлопаточные каналы РК выполняют диффузорными , а НА лишь поворачивают поток на угол . Для построения плана скоростей чисто реактивной ступени проанализируем выражение:

= _.

Отсюда следует, что . Значит в ступени с = 1 должна быть предварительная закрутка потока , направленная против вращения РК, что и отражено на рисунке 2.6.

Вычислим коэффициент напора ступени с = 1, который определяется из выражения:

_.

Д

w₂

ля обеспечения высоких коэффициентов напора необходимо обеспечить , тогда >1. Но в этом случае будет сильно расти в РК относительная скорость , достигая сверхзвуковых величин , что повлечёт за собой дополнительные потери энергии в РК, однако эти потери будут меньше, чем в ступени с = 0 при равных значениях . Но следует запомнить, что в ступенях с = 1 нельзя получать = 2, т.к. (иначе произойдёт вырождение плана скоростей, характерного для процесса сжатия). А в ступенях с = 0 можно при отрицательной (против вращения ротора) входной закрутке получить >2.

Р

w₂

еактивная ступень ( = 0,5).

К ак следует из определения самой степени реактивности ступени при

= 0,5 или на основании уравнения Эйлера . Отсюда следует, что и . При отсутствии предварительной закрутки ( ) план скоростей ступени

= 0,5 принимает вид (см. рис. 2.7). Из этого плана видно, что коэффициент нагрузки имеет величину

_.

При этом скорости и более умеренные чем при = 1 и = 0, а следовательно и более умеренные уровни потерь энергии в РК и НА, т.е. более высокий КПД ступени в целом. Однако, реализация такого плана скоростей на практике обычно невозможна, т.к. при

= 1 поворот потока в лопаточных венцах и превышает предельно допустимый уровень в . Поэтому для уменьшения и приходиться снижать окружную скорость , что ведёт к падению и .