Материал: Мамиконов А.Г. Теория авиационных компрессоров и газовых турбин [учебник]

1 кр\ \кр

=J - D K~(1 — d а) qxmKp -£ }= . sin о,

идалее, учитывая, что Тг* = Га*, а />,* = /»в*оНА, где оНА — коэф"

фициент падения полного давления в направляющем аппарате,

сообразно, так как приведет лишь к снижению коэффициента производительности.

М1а при разных углах а1 приведен на рис. 60. Следует подчерк­ нуть, что наивыгоднейшее число М)анв в общем случае меньше, единицы и только при осевом входе М)ОЛ, = 1.

126

Гидравлические потери в НА обусловливают снижение коэффидиента производительности ук и, кроме того, некоторое сме­ щение его максимума в сторону меньших осевых скоростей по сравнению с максимумом q la, потому что при увеличении ско­ рости потока с 1 коэффициент аНА несколько уменьшается. Одна­

Рис. 60. Зависимость функции q la от числа М1о и угла си на входе в рабочее колесо

Необходимо учитывать, что в связи с конечной толщиной лопаток критический режим течения в горловине НА дости­ гается раньше, чем в сечении 1-1 перед колесом, т. е. еще при

окружной скорости колеса (при данных значениях w, и с1а), что отрицательно сказывается на работоспособности ступени. По­ этому практически число М)а для дозвуковой первой ступени обычно выбирается не свыше 0,60 — 0,62, чему в статических условиях соответствует осевая скорость порядка 2 0 0 MjceKi Если ограничения, связанные с уменьшением работоспособности ступени, отсутствуют (как, например, в сверхзвуковой ступени), то целесообразный верхний предел для числа М,„ можно счи­ тать равным 0,70 — 0,72 и соответственно для осевой скорости—: 230 — 235 м'сек.

127

Важным фактором, определяющим пропускную способность ступени, является также относительный диаметр втулки, с уменьшением которого коэффициент <рж возрастает. Следует, однако, иметь в виду, что по

§42. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ В СТУПЕНИ И ЕЕ К. П. Д.

Вотличие от элементарной ступени в ступени осевого ком­ прессора имеется, кроме профильных, ряд дополнительных ги­ дравлических потерь. Основным источником этих потерь яв­

ляются радиальные зазоры на концах лопаток н стенки коль­ цевого канала, в котором происходит движение воздуха.

В радиальных зазорах благодаря наличию разности давле­ ний по обеим сторонам лопатки происходит перетекание воздуха через ее торец с вогнутой поверхности на выпуклую. Это пере­ текание приводит к образованию свободных вихрей, сбегающих

ний, которые на вогнутой поверхности направлены к периферии, а на выпуклой, наоборот,— к центру. Отметим, что возникаю­ щее при этом дополнительное сопротивление аналогично индук­ тивному сопротивлению крыла конечного размаха.

Вторичные течения у концов лопаток, кроме перетекания через радиальный зазор, создаются также и вследствие наличия пограничного слоя на поверхностях ротора и статора, образую­ щих кольцевой канал. Причины появления этих течений и их характер можно установить, рассматривая обтекание потоком

128

прямой решетки профилей, 1 ограниченной по концам лопаток плоскими стенками [9]. Трение воздуха о плоские стенки при­ водит к снижению скорости обтекания концевых сечений ло­ патки и, как следствие, к уменьшению разности давлений на ее

нию к выпуклой стороне соседней лопатки и затем переходят в радиальные течения у спинки,

направленные от концов лопатки к ее середине (рис. 63). Одновременно в ядре потока у концов лопаток образуются ком-

Рис. 63. Образование парного вихря

1 Прямая решетка образуется лопатками с постоянным профилем по дли­

пенсируюгцие течения, направленные от спинки к вогнутой по­ верхности.

Рассмотренные течения обычно приводят к местному отрыву пограничного слоя на выпуклой поверхности лопатки вблизи стенок (из-за увеличения его толщины при слиянии с погранич­ ным слоем, стекающим со стенок канала) и образованию двух противоположно направленных концевых вихрей, которые по­ лучили наименование парного вихря.

Аналогичный парный вихрь возникает и в действительных пространственных решетках профилей РК и СА. Происхожде­ ние, его'совершенно не связано с наличием радиальных зазоров, а направление вращения составляющих вихрей противоположно концевым вихрям, вызываемым перетеканиями через торцы ло­ паток. '

Вследствие внутреннего трения энергия концевых вихрей на небольшом расстоянии за лопатками рассеивается. Поэтому они являются источником значительных гидравлических потерь в ступени. Абсолютная величина этих потерь практически не за­ висит от длины лопаток, в связи с чем относительные конце­ вые потери изменяются обратно пропорционально / и оказы­ ваются особенно существенными при коротких лопатках. На концевые потери влияет, кроме длины лопаток, большое число раз­ личных факторов: густота решетки, кривизна межлопаточных ка­ налов, угол атаки, число Re, число М, размеры радиальных зазоров и т. д. Из приведенной выше схемы образования вто­ ричных течений следует, что все мероприятия, направленные на уменьшение поперечного градиента давления в межлопаточных каналах, должны приводить к уменьшению интенсивности пери­ ферийных течений в пограничных слоях и, следовательно, вели­ чины концевых потерь.

Значительную часть гидравлических потерь в ступени, осо­ бенно при малой относительной длине лопаток, составляют

следствие, к дополнительному увеличению их профильного сопротивления. К такому же эффекту, но уже по всей длине лопаток, приводит искажение поля скоростей.перед РК и СА, которое вызывается предшествующими рядами лопаток. Соз­ даваемая этими лопатками периодическая неравномерность по­ тока существенно ухудшает обтекание решетки и увеличивает ее профильное сопротивление, обусловливая тем самым возра­ стание общих потерь в ступени.

Дополнительные потери в ступени появляются также потому, что в пограничных слоях на лопатках РК и СА вследствие сни­ жения скорости движения воздуха и одновременно наличия

1 3 0