- •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
2.1.3. Кинематические и гахзодинамические параметры
В качестве характерного кинематического параметра принимается окружная скорость на входном периферийном диаметре РК. Это максимальная окружная скорость, которая во многом определяет величину напора ступени и других выжнейших параметров. В современных компрессорах .
Осевая составляющая скорости определяет расход воздуха через ступень. Для первых ступеней ; для последних ступеней . Наряду с размерной осевой скоростью часто употребляют безразмерную величину , называемую коэффициентом расхода, который связан с элементами треугольника скоростей соотношением , и изменяется для выполненных ступеней в пределах .
Наибольшие скорости возникают в ступени осевого компрессора в двух сечениях: - на входе в РК; - на входе в НА. Поэтому в качестве характерных параметров принимаются приведенные скорости и , где , , Ступени считаются дозвуковыми при и ; трансзвуковыми при и ; сверхзвуковыми при и .
2.1.4. Энергетические параметры
Основной энергетической характеристикой ступени компрессора является теоретический напор или полная удельная работа ступени , которые для современных ступеней изменяются в достаточно широких пределах 15...45 кДж/кг и являются недостаточно информативными, т.к. зависят от многих физических величин (температуры, скорости, геометрии).
Гораздо удобней пользоваться безразмерными (относительными) энергетическими характеристиками. К таковым относятся степень повышения давления в ступени компрессора , политропический КПД - и коэффициент теоретического напора . Эти параметры зависят от типа ступени имеют следующие значения:
|
|
|
|
Дозвуковые ступени |
1,15...1,4 |
0,88...0,91 |
0,15...0,25 |
Трансзвуковые |
1,4...1,8 |
0,85...0,88 |
0,25...0,35 |
Сверхзвуковые |
1,9...2,5 |
0,8...0,85 |
0,3...0,4 |
В указанных интервалах изменения параметров большим значениям соответствуют большие значения и меньшие значения .
Величина коэффициента теоретического напора ограничена для каждого из типов ступеней в силу причин, которые будут рассмотрены позже. А сейчас рассмотрим от каких параметров зависит величина . Сделаем элементарное преобразование уравнения Эйлера.
Н а основании геометрических соотношений плана скоростей (рис. 2.4)запишем следующие выражения для компонент, входящих в полученное выражение.
; ;
; ;
С учётом этих соотношений получим:
. (2.2)
Для того, чтобы из последнего выражения получить коэффициент теоретического напора , перейдём от средней скорости к периферийной(поконцам лопаток) и запишем:
, (2.3)
где и –коэффициенты расхода РК и НА соответственно.
Коэффициент теоретического напора при постоянной величине входной расходной (осевой) скорости тем больше, чем больше торможение потока в ступени. В свою очередь торможение потока тем больше, чем больше угол поворота потока , чем больше торможение осевой скорости и чем больше увеличение радиуса струек тока . В разных типах ступеней эти составляющие имеют разный удельный вес. В осевых ступенях основной вклад в торможение потока вносит поворот потока , в диагональных и , а в центробежных , и . Поэтому в упрощённом виде для осевых ступеней можно записать:
. (2.4)
Величина коэффициента теоретического напора характеризует нагруженность ступени в целом. Распределение изоэнтропической работы сжатия между РК и НА характеризуется величиной степени реактивности ступени.
. (2.5)
Перейдём от энергетических параметров к кинематическим. Для этого будем считать, что и с учётом соотношений:
при
Получим выражение для степени реактивности:
. (2.6)