3.4. Многоступенчатый компрессор

Осевой компрессор повышает давление воздуха в ряде после­довательно расположенных ступеней. Поскольку не превышает 1,3 ... 1,4, то для получения = 15 ... 20 требуется иметь большое число ступеней, (в некоторых двигателях оно достигает 15 ... 17).

Т ак как воздух сжимается по­следовательно во всех ступенях (при работе без перепуска), то его количество, проходящее через ступень, равно расходу воздуха через компрессор. Поэтому, как следует из уравнения неразрыв­ности

увеличение плотности сжимаемо­го воздуха в каждой из после­дующих ступеней должно сопровождаться уменьшением проход­ной площади для воздуха и уменьшением осевой скорости .

Осевая скорость по тракту компрессора постепенно снижается от значений м/с в 1-й ступени до м/с на выxоде из последней ступени. Снижение скорости на средних и последних ступенях позволяет иметь последние лопатки не слишком короткими. Умеренные скорости за компрессором позволяют уменьшить потери в камере сгорания.

Уменьшение площади проходных сечений в компрессоре дости­гается увеличением , т. е. уменьшением длины лопаток. Как вид­но из рис. 3.15, высота лопатки может быть уменьшена выбором D_к и D_вт, т. е. применением компрессора с соответствующей фор­мой проточной части.

Наиболее часто встречается форма с D_к = const. Окружная ско­рость на среднем диаметре D_ср в таком компрессоре растет в каж­дой последующей ступени, что способствует увеличению напорности ступеней и уменьшению их числа, требуемого для получения нужной . Но лопатки последних ступеней могут получиться очень короткими (особенно при больших и малых G_в), что приведет к снижению КПД этих ступеней из-за относительного ро­ста потерь. Высота лопаток должна быть не менее 20 ... 30 мм (в турбовальных компрессорах высота лопаток меньше), а величина на последних ступенях не должна быть больше 0,85 ... 0,95.

При D_вт = const лопатки получаются достаточно высокими, но в связи с этим уменьшение и снижает напорность средних и последних ступеней и требует увеличения их числа.

Применение проточной части с D_к = const позволяет упростить изготовление корпуса, а D_вт = const упрощает конструкцию ротора. Все это снижает стоимость компрессора.

Проточная часть с D_ср = const занимает промежуточное поло­жение между указанными формами. В некоторых случаях оказы­вается целесообразным применение комбинированной формы про­точной части.

Для построения проточной части компрессора нужно знать раз­меры проходных сечений и параметры решеток каждой из ступеней.

Ниже приводится расчет геометрических величин по парамет­рам на D_ср на примере 1-й ступени.

1. Введя в уравнение расхода (3.11) коэффициент K_G, учиты­вающий неравномерность поля осевых скоростей по высоте лопатки

и представляющий собой отношение действительного расхода воздуха через ступень , к расходу, подсчитанному по параметрам на D_ср, а также подставив в формулу (3.11) значение m= 0,0404 (для воздуха), получим выражение для потребной площади проходного сечения на входе в РК:

Для вихревых лопаток = 0,97 ... 0,98, для лопаток с постоянной степенью реактивности = 0,93 ... 0,95. В предварительном расчете, считая в первом приближении, что закрутка отсутствует, принимаем . Значение определяется по формуле

и находят по рекомендациям подразд. 3.3.1.

По величине F₁ можно найти

и

2. Потребная площадь на выходе из РК

где ; , ;

Размеры проходного сечения на выходе из РК находятся по следующим формулам (в зависимости от выбранной формы проточной части):

а) ;

б)

в)

3. Площадь проходного сечения на выходе из ступени

Величина определена ранее, а находится по рекомендациям подразд. 3.3.1. Остальные размеры определяют по тем же формулам, что и для сечения на выходе из РК.

4. Ширина решеток РК и НА определяется по рекомендациям подразд. 3.3.2. Осевой зазор между РК и НА выбирается в пре­делах (0,15 ... 0,25)b, а радиальный — (0,005 ... 0,015)h.