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

щего сверхзвукового потока. Угол заострения клина и протяжен­ ность прямолинейных участков должны обеопечивать реализацию расчетной системы скачков уплотнения, а очертание хвостовой ча­ сти профиля должно обеопечивать принятую кинематику потока на дозвуковом участке межлопаточного канала.

Один из возможных вариантов выполнения решетки сверхзвуко­ вого РК с прямым скачком уплотнения схематично представлен на рис. 82. Передняя клиновидная часть профиля изготавливается на­ столько тонкой, насколько это допустимо по условиям прочности и

нала увеличивается и потому образуется прямой скачок уплотне­ ния. Точка В должна находиться на таком удалении от передней кромки, чтобы фронт прямого скачка проходил через вершину соседнего профиля. Прямолинейный участок АС нижней поверх­ ности профиля отклоняет поток от его первоначального направле­ ния, но так как за фронтом прямого скачка скорость уже дозву­ ковая, то косого скачка в точке А не возникает. В рассмотренном случае профили решетки почти на всем протяжении обтекаются дозвуковым потоком с плавно изменяющимися параметрами и по­ тому решетка работает с достаточно высоким к. п.д.

На участке межлопаточного канала после скачка уплотне­ ния во избежание отрыва потока не допускаются большие по­ ложительные градиенты давления. В связи с этим сверхзвуко­ вые решетки обычно выполняются со слабоизогнутыми профи­

способствующей снижению градиента давления и возрастанию

допустимых углов поворота потока. Повышение - j могло бы

быть достигнуто за счет уменьшения шага. Однако сравни­ тельно малый относительный диаметр втулки и высокая окруж­

1 6 7

ная скорость вращения РК исключают возможность его изго­ товления с большим числом лопаток. Поэтому одной из харак­ терных особенностей сверхзвуковой ступени является большая ширина ее рабочих лопаток.

Заметим, что наряду с описанным выше существуют также и другие методы профилирования сверхзвуковой решетки, основанные на образовании скачка уплотнения перед профилем и потому не тре­ бующие обязательного выполнения его передней части в виде ост­ рого клина.

ГЛАВА ВОСЬМАЯ

МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ОСЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

§ 54. П Р Е Д В А Р И Т Е Л Ь Н Ы Е З А М Е Ч А Н И Я

Осевые компрессоры авиационных ГТД практически всегда вы­ полняются многоступенчатыми, потому что степень сжатия, созда­ ваемая одной ступенью (не более 1,30— 1,35 в дозвуковой ступени), значительно меньше потребной для двигателя. Ввиду отсутствия не­ обходимости в резких поворотах потока при его подводе от преды­ дущей ступени к последующей создание многоступенчатого осевого компрессора не встречает принципиальных трудностей и не сопря­ жено с ощутимым падением к. п.д. Число ступеней z у существую­ щих осевых компрессоров изменяется в довольно широких преде­ лах: от 5 до 20.

Многоступенчатый осевой компрессор нельзя рассматривать как простое механическое соединение нескольких отдельных ступеней. При совместной работе ступеней возникает ряд специфических яв­ лений, обусловленных их взаимным влиянием, которые отсутствуют в изолированной ступени. Условия на входе в каждую последую­ щую ступень определяются параметрами состояния и кинематикой потока на выходе из предыдущей ступени, причем эти условия рез­ ко изменяются в завиоимости от режима работы компрессора. По­ этому при создании многоступенчатого компрессора параметры от­ дельных ступеней для обеспечения их согласованной работы долж­ ны тесно увязываться друг с другом.

Рабочий процесс многоступенчатого компрессора, особенно на нерасчетных режимах, изучен в настоящее время менее глубоко, чем работа изолированной ступени. Теоретическое определение наивы­ годнейших параметров отдельных ступеней, при которых была бы гарантирована нормальная работа компрессора на всех режимах, встречающихся в процессе эксплуатации, весьма затруднительно, в силу чего эти параметры приходится существенно корректировать в процессе доводки компрессора.

168

§ 55. ИЗМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СТУПЕНЕЙ ПО ДЛИНЕ КОМПРЕССОРА

Основные параметры ступеней — относительный диаметр втулки и независимые элементы плана скоростей на Dcp , как-то: осевая ско­ рость, степень реактивности, окружная скорость и густота решет­ ки — должны изменяться по длине компрессора таким образом, чтобы наиболее полно удовлетворялись важнейшие из предъявляе­ мых к авиационному компрессору требований. К числу последних обычно относятся: легкость и малогабаритность компрессора, его высокий к. л. д. и возможно более согласованная работа ступеней на различных режимах. Кроме того, компрессор должен быть простым в конструктивном отношении, так как это удешевляет стоимость его производства и ремонта.

Рис. 83. Формы проточной часпГмногоступенчатых осевых компрессоров

Изменение относительного диаметра втулки по длине компрес­ сора определяется изменением площади поперечного сечения про­ точной части и формой последней в меридиональном сечении.

В связи с возрастанием удельного веса воздуха в последующих ступенях и невозможностью компенсировать это возрастание соот­ ветствующим снижением осевой скорости площадь поперечного се­ чения кольцевого канала (и, следовательно, длина лопаток) вдоль компрессора уменьшается. По этой причине относительный диаметр втулки при прочих равных условиях должен увеличиваться и тем в большей степени, чем сильнее уменьшается указанная площадь.

Формы проточной части, встречающиеся на выполненных ком­ прессорах, схематично представлены на рис. 83. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.

Схема I с постоянным наружным диаметром (рис. 83) выгодна тем, что она обеспечивает увеличение скорости и в последующих ступенях, а следовательно, и повышенную их работоспособность по

169

сравнению со схемами II и III. Недостатком ее является опасность получения слишком коротких лопаток в последних ступенях, обус­ ловленная увеличением среднего диаметра. Это недопустимо пото­ му, что из-за сближения стенок кольцевого канала и возрастания относительной величины радиального зазора короткие лопатки при­ водят к увеличению вторичных и кольцевых потерь и в результате к падению к. п. д. ступени. .Кроме указанного недостатка, при схе­ ме / несколько усложняется крепление рабочих лопаток на дисках или барабане.

Сохранение постоянного диаметра втулки (рис. 83, II) упрощает конструкцию узлов крепления лопаток, но вместе с тем ведет к уве­ личению числа ступеней компрессора из-за снижения их работоспо­ собности. Вероятность получения недопустимо коротких лопаток в последней ступени при схеме II наименьшая.

Проточная часть с уменьшающимся наружным и возрастающим внутренним диаметром (рис. 83, III) занимает по своим свойствам промежуточное положение между двумя предыдущими схемами.

Одновременное увеличение обоих диаметров (рис. 83, IV) обес­ печивает максимальную работоспособность последующих ступеней компрессора. Однако эта схема связана с наибольшими конструк­ тивными затруднениями н, кроме того, с сильным укорочением по­ следних рядов лопаток.

На существующих компрессорах наиболее часто встречается

Во всех рассмотренных случаях относительный диаметр d от ступени к ступени увеличивается, причем наиболее интенсивно

уменьшалась. Однако для достижения больших коэффициентов закрутки в последующих ступенях и, следовательно, для повы­ шения их работоспособности (при данном значении и) необхо­ димо осевую скорость, наоборот, сохранять достаточно высо­ кой. Поэтому уменьшение осевой скорости по длине компрес­ сора производится с осторожностью (настолько медленно, на­ сколько позволяют величина скорости ck и длина лопаток по­ следней ступени) и обычно не более чем на 12 — 15 -м /сек в

170

одной ступени. Нередко в первых двух-трех ступенях, имеющих длинные лопатки, осевая скорость снижается незначительно или даже остается постоянной, а затем падение ее убыстряется.

Увыполненных компрессоров соотношение между осевыми

скоростями на выходе и на входе — лежит в пределах 0,5 — 0,9.

шаться в меньшей степени, чем при других схемах. Общее

постоянной. С точки зрения максимума к.п.д. желательно, чтобы все ступени имели примерно одинаковую степень реак­ тивности, по возможности близкую к т = 0,5. Однако стремле­ ние повысить степень сжатия последующих ступеней может

тающую функцию т. Увеличение степени реактивности целесо­ образно также потому, что при этом уменьшается скорость с8ц на выходе из последнего колеса и, следовательно, облегчается раскрутка потока до осевого направления.

Возрастание т практически достигается за счет уменьшения предварительной закрутки на входе в колесо и потому должно быть по длине компрессора плавным. Иначе отклоняющая спо­ собность СА, закрутка потока в котором должна превосходить закрутку в предыдущем РК, может оказаться недостаточной. Чрезмерно интенсивное увеличение т неприемлемо также из-за возможности превышения допустимых чисел Мрк на входе в РК

последующих ступеней.

При малых отношениях =^- « 0 ,8 ) повышение степени реак-

тивности не позволяет увеличить степень сжатия ступени и по­ этому нецелесообразно.

171