- •Глава 3 – Основные закономерности рабочего процесса лопаточного компрессора
- •3.1 Компрессор. Основные понятия, определения, типы
- •3.2 Принцип действия ступени компрессора
- •3.3 Изменение основных параметров по длине проточной части компрессора
- •3.4 Основные параметры, характеризующие работу степени компрессора
- •3.4.1 Кинематические параметры компрессора
- •3.4.2 Энергетические параметры
- •3.4.2.1 Степень сжатия компрессора
- •3.4.2.2 Преобразование энергии в ступени компрессора
- •3.4.3 Степень реактивности
- •3 .5 Закрутка потока на входе в ступень компрессора
- •3.6 Условия совместной работы элементарных ступеней, расположенных на различных радиусах
- •3.6.1 Ступень с постоянной циркуляцией
- •3.6.2 Ступень с постоянной реактивностью
- •3.7 Рабочий процесс центробежного компрессора
- •3.7.1 Схема ступени центробежного компрессора
- •3.7.2 Преимущества и недостатки цбк
- •3.7.3 Относительные безразмерные параметры
- •3.7.4 Степень реактивности ступени цбк
- •3.7.5 Течение воздуха в цбк
- •3.7.6 Входное устройство
- •3.7.7 Рабочее колесо
- •3.7.7.1 Вход в рабочее колесо
- •3.7.7.2 Классификация рабочих колес цбк
- •3.7.7.4 Выход из рабочего колеса при бесконечном числе лопаток
- •3.7.7.5 Силовое воздействие на воздух в межлопаточном канале
- •3.7.7.6 Выход из рабочего колеса при конечном числе лопаток
- •3.7.8 Приблизительная оценка кпд ступени цбк
- •3.7.9 Потери энергии в рабочем колесе
- •3.7.10 Критерий «Де Халлера»
- •3.7.11 Рабочий процесс в диффузоре цбк
- •3.7.11.1 Безлопаточный диффузор
- •3.7.11.2 Лопаточный диффузор
- •3.7.12 Выходное устройство
- •3.8 Характеристики компрессоров
- •3.8.1 Характеристики компрессорных решёток
- •3.8.2 Напорная характеристика ступени компрессора
- •3.8.3 Характеристика компрессора
- •3.9 Многоступенчатые осевые компрессоры
- •3.9.1 Основные параметры многоступенчатого компрессора
- •3.9.2 Изменение размеров проточной части компрессора
- •3.9.3 Распределение работ сжатия в осевых компрессорах
- •3.9.4 Распределение работ сжатия в двух- и трёхкаскадных осевых компрессорах
- •3.10 Работа компрессора в нерасчетных условиях. Регулирование компрессоров.
- •3.10.1 Характеристики компрессора в условиях неравномерного и нестационарного потока на входе
- •3.10.2 Срывные и неустойчивые режимы работы компрессора
- •3.10.3 Помпаж компрессора в системе двигателя
- •3.10.4 Работа компрессора по дроссельной характеристике
- •3.10.4 Способы регулирования многоступенчатых компрессоров
- •6.11. Характеристики регулируемого многоступенчатого компрессора
3.7.8 Приблизительная оценка кпд ступени цбк
Для предварительной оценки КПД ступени ЦБК с лопатками различной формы можно воспользоваться графиком зависимости уровней КПД от угла и заданной степени повышения давления (Error: Reference source not found).
На графике представлены значения изоэнтропического КПД по полным параметрам. В результате дальнейших расчетов выбранное значение КПД уточняется. При малых значениях удаётся получить более высокий КПД, так как диффузорность межлопаточного канала рабочего колеса и скорость на входе в диффузор в этом случае понижены.
|
|
Повышенные значения КПД являются главным преимуществом этих колес по сравнению с более простыми в технологическом отношении колесами, имеющими радиальные лопатки и колесами, имеющими загнутые вперед по вращению лопатки (активными колесами). Лопаточный угол для современных ЦБК принимает значения .
Однако КПД компрессора не зависит только от угла на выходе. На КПД ступени ЦБК влияет большое число факторов, такие как профиль лопаток, зазоры между рабочим колесом и корпусом, скорость на входе в ступень, скорость на выходе из ступени, шероховатость лопаток, углы атаки на входе в рабочее колесо, на входе в диффузор, концевые потери, потери на трение воздуха о диск, и так далее. Поэтому графиком (Error: Reference source not found) можно пользоваться только в грубых приближениях.
3.7.9 Потери энергии в рабочем колесе
Потери энергии в колесе ЦБК разделяются на профильные, вторичные и концевые. Профильные и вторичные потери обычно рассматриваются совместно. К ним относятся:
потери во вращающемся направляющем аппарате, обусловленные трением, поворотом потока и местными скачками уплотнений при сверхзвуковом обтекании;
потери, связанные с поворотом потока из осевого направления в радиальное в межлопаточных каналах радиальной части колеса;
потери на трение в радиальной части колеса, а также потери от вихреобразования, обусловленного перетеканием воздуха через зазор между лопатками и покрывным диском.
Профильные и вторичные потери обычно оцениваются как доля от кинетической энергии воздуха. В частности, потери на входных кромках рабочего колеса подсчитываются как некоторая доля от кинетической энергии воздуха в относительном движении при входе в колесо:
|
, |
|
где при расчётном режиме . В общем случае при расчетном режиме зависит от , угла атаки и угла поворота потока в канале рабочего колеса.
Потери, связанные с поворотом потока из осевого направления в радиальное, определяются по формуле:
|
, |
|
где в соответствии с опытными данными.
Потери на трение в радиальной части колеса и вихреобразование из-за перетекания воздуха в зазорах относительно малы, и их учитывают тем же коэффициентом .
Концевые потери в рабочем колесе ЦБК представляют собой сумму потерь, обусловленных перетеканием воздуха из диффузора через зазоры между колесом и корпусом, и потерь на трение диска о воздух.
Эти два явления имеют различную физическую природу, но связаны между собой. Поэтому в рабочих колесах ЦБК потери, вызванные перетеканием воздуха, условно включаются в работу трения диска .
Работа трения вычисляется исходя из оценки мощности трения гладкого диска вращающегося в корпусе, и расхода воздуха через колесо и определяется по формуле:
|
, |
|
где
|
, |
|
здесь – ширина канала на выходе из рабочего колеса. Для современных ЦБК . Коэффициент для закрытых колес рекомендуется брать в пределах , для полузакрытых . Для авиационных ЦБК справедливо: [Error: Reference source not found].
Полная работа, затрачиваемая на вращение рабочего колеса, определяется как сумма теоретической работы и работы трения диска:
|
, |
|
Учитывая формулы (40) и (43) можно записать:
|
. |
|
Для рабочих колес с радиальными лопатками ( ) можно воспользоваться частной формулой формуле (46):
|
. |
|
При расчёте ЦБК пользуются также КПД рабочего колеса ЦБК . Им учитываются потери, возникнувшие непосредственно в рабочем колесе.
Адиабатический напор в колесе по статическим параметрам определяется по формуле:
|
. |
|
Адиабатический КПД рабочего колеса:
|
. |
|
Для оценки КПД рабочего колеса ЦБК вводится понятие специфических оборотов:
|
. |
|
У эффективного рабочего колеса, специфические обороты находится в окрестности 100 %.