- •Часть I Рыбинск 1999
- •Глава 1. Компрессор гтд как тепловая лопаточная машина.
- •Глава 2. Cтупень осевого компрессора. 20
- •Задачи и контрольные вопросы к главе 2. 43
- •Глава 3. Характеристики компрессорных решёток. 46
- •Глава 4. Многоступенчатые осевые компрессоры. 95
- •Глава 1. Компрессор гтд как тепловая лопаточная машина.
- •Идеальный цикл гтд
- •Принципиальные схемы компрессоров
- •1.2.1. Осевые компрессоры
- •Основные недостатки:
- •1.2.2. Диагональные компрессоры
- •1.2.3. Центробежные компрессоры
- •1.2.4. Комбинированные компрессоры
- •1.3. Элементарная ступень осевого компрессора
- •1.4. Основные уравнения теории турбомашин применительно к компрессорам
- •1.4.1. Уравнение неразрывности
- •1.4.2. Уравнение энергии в тепловой форме
- •1.4.3. Уравнение энергии в механической форме (Уравнение Бернулли)
- •1.4.4. Уравнение количества движения
- •1.4.5. Уравнение моментов количества движения
- •1.4.6. Эффективность процесса повышения давления в компрессоре
- •Глава 2. Cтупень осевого компрессора
- •2.1. Основные параметры осевой ступени
- •2.1.1Термодинамические параметры
- •2.1.2. Геометрические параметры
- •2.1.3. Кинематические и гахзодинамические параметры
- •2.1.4. Энергетические параметры
- •В указанных интервалах изменения параметров большим значениям соответствуют большие значения и меньшие значения .
- •2.2. Взаимовлияние основных параметров ступени
- •2.2.1. Типы ступеней в зависимости от степени реактивности
- •2.2.2. Пути достижения высокой эффективности ступени компрессора
- •Распределение параметров потока по высоте проточной части осевой ступени
- •Условия совместной работы элементарных ступеней, расположенных на различных радиусах
- •2.3.2. Ступень с постоянной по радиусу циркуляцией
- •2.3.4. Некоторые рекомендации по выбору параметров ступени по радиусу
2.2.2. Пути достижения высокой эффективности ступени компрессора
Ступень компрессора будет работать эффективно в том случае, когда высокие параметры нагруженности и будут сочетаться с высоким . Величина теоретической работы (напора) ступени определяется как:
. Отсюда следует, что увеличение можно достичь не только увеличением (при ) или увеличением (при ), что ведёт к снижению , но ещё и увеличением окружной скорости при сохранении близкими к оптимальным и . При рассмотрении ступеней с различной реактивностью было установлено, что реализация высоких значений коэффициента теоретического напора ( >0.5) не представляется целесообразным по двум основным причинам:
увеличение углов поворота потока и вызывает отрывные течения в диффузорных межлопаточных каналах при которых резко растут потери и возникают неустойчивые режимы работы ступени (вращающийся срыв, помпаж, потеря статической устойчивости и т.д.) работа на которых недопустима. Поэтому ограничивают по углам и ;
рост скоростей и до сверхзвуковых значений сопровождается дополнительными волновыми потерями в решётках и дополнительными воздействиями на лопатки, особенно опасными для РК. Поэтому ограничивают по скоростям <1 и <1.
В связи с отмеченными причинами коэффициенты теоретического напора ступеней осевого компрессора, как правило, не превышают значений =0,3...0,4. Поэтому единственным резервом увеличения напора ступени остаётся увеличение окружной скорости вращения ротора РК. Однако, простое увеличение числа оборотов ротора приведёт одновременно с ростом к увеличению и , что недопустимо по отмеченным выше причинам. Рассмотрим возможность увеличения путём применения предварительной закрутки потока в сторону вращения.
Пусть ступень выполнена без предварительной закрутки, т.е. с оптимальным значением =0,3...0,4. В этом случае , т.е. направляющий аппарат ступени нагружен слабо. Для того, чтобы нагрузить НА надо снизить .
При этом оставим неизменной кинематику потока в РК в относительном движении, т.к. его нагрузка оптимальна =0,3...0,4. Введём положительную входную закрутку . В этом случае при сохранении и можно увеличить окружную скорость . При этом, естественно, возрастут и скорости
и . Увеличение за счёт скорости при неизменной ( ) означает повышение нагрузки НА и снижение . Но так как в случае может оказаться , то такие ступени проектируют с повышенной степенью реактивности ( =0,55...0,6). При достаточно большой величине входной закрутки , когда , можно обеспечить одинаковую форму треугольников скоростей РК и НА, что соответствует одинаковой работе сжатия в венцах и следовательно =0,5 с оптимальным соотношением <1 и <1.
Следовательно, для достижения высоких КПД ступени осевого компрессора целесообразно применять ступени с входной закруткой по вращению при степени реактивности близкой к значению 0,5.
Д
c2
П ри степени реактивности =1 вся работа сжатия осуществляется в РК, а в НА происходит только поворот потока при . Если роторы двух ступеней вращать в разные стороны, то абсолютная скорость на выходе из РК первого ротора совпадёт по величине и направлению с абсолютной скоростью на входе в РК второго ротора . В результате можно обойтись без НА, т.к. работы сжатия в нём не происходит в силу =1, а входная и выходная скорости и без него совпадают. При одинаковой суммарной работе сжатия КПД биротативного компрессора будет выше, чем у обычного осевого, т.к. в нём меньше лопаточных венцов за счёт ликвидации НА, а так же будет меньше осевые габариты и гироскопический момент ротора. Однако конструктивно он более сложен (два ротора вместо одного) и подшипники работают в условиях повышенной частоты вращения равной сумме частот вращения роторов, что снижает ресурс и надёжность.