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

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

но меньшие потери йа трение диска. Этот тип колеса получил в авиационных компрессорах преобладающее распространение.

У закрытого колеса (рис. 89в), кроме заднего диска, имеется еще передний, так называемый покрывающий диск с отверстием в центральной части для входа воздуха. Основное достоинство этого колеса — высокий к. п.д., связанный с небольшими дисковыми по терями. К числу недостатков относятся большая сложность изготов ления и худшая сопротивляемость центробежным силам. В компрес сорах ГТД закрытое колесо, как правило, не используется.

Рабочие колеса рассмотренных трех типов могут выполняться как с односторонним, так и с двухсторонним входом. На рис. 89г, например, изображено колесо с двухсторонним входом полузакры того типа, а на рис. 89д — закрытого типа.

Лопатки РК по форме можно разделить на прямые и изогнутые

(или	криволинейные),	а	по расположению-— на радиальные
(рис.	94а), которые могут быть только прямыми, загнутые вперед
(рис.	946) и загнутые	назад	(рис. 94в). В авиационных компрес

сорах применяются почти исключительно рабочие колеса с прямыми радиальными лопатками, которые в основном и составляют предмет дальнейшего изучения.

Рассмотрим теперь течение воздуха в каналах колеса. По выходе из ВНА воздух проходит участок поворота, где напра вление его скорости изменяется примерно на 90°, и далее, на чиная с диаметра Du движется практически в радиальном на правлении. С целью снижения гидравлических потерь участок поворота всегда выполняется с постепенно уменьшающейся пло щадью проходного сечения. Это приводит к соответствующему возрастанию скорости и потому у выполненных компрессоров радиальная составляющая с 1г абсолютной скорости на диаметре

после поворота составляет примерно (1,11) -ч- 1,15)с1о. Воздух, находящийся в каналах колеса, вовлекается его ло

патками во вращательное движение и одновременно под дей ствием центробежных сил течет в направлении к периферии. Поэтому на каждом радиусе абсолютная скорость потока с определяется как геометрическая сумма окружной скорости вращения РК и и скорости относительного движения w. Вдоль радиуса скорость w несколько уменьшается, а абсолютная ско рость вследствие роста скорости переносного движения увели чивается.

Для пояснения характера движения воздуха в РК предполо жим вначале, что оно имеет бесконечно большое число лопа ток, лишенных толщины. В таком колесе воздушный поток был бы разделен на элементарные струйки, совершающие одинако вое движение и строго следующие направлению канала между лопатками. Поэтому в любом промежуточном сечении, и в том числе на выходе из колеса, относительная скорость w была бы направлена по радиусу, а ее величина и соответственно давле ние воздуха вдоль окружности данного радиуса не изменялись

188

бы, т. е. через колесо протекал				бы равномерный радиальный
поток. В	этом случае треугольник скоростей на выходе из РК,
образованный относительной			та>2~ ,	окружной и2 и абсолютной
с2оо скоростями,		имел бы	вид,	W;
представленный на рис. 90,			при
				Zoo
котором	окружная	составляющая

СОцоо — Wo*

Вколесе с конечным числом ло


паток масса воздуха, заключенная
между двумя соседними лопатка
ми, стремится в силу инертности
вращаться в обратную сторону с
той же угловой скоростью			со, что
и колесо. В результате, кроме рав
номерного	радиального	потока,		в
каналах РК появляется еще цир
куляционный поток (рис. 91). Сло
жение скоростей этих двух потоков
позволяет	установить	качествен
ную картину распределения отно
сительной	скорости и давления			по	Рис. 90. Течение воздуха в коле
шагу колеса. Перед лопаткой			бла
					се с бесконечно большим числом
годаря направлениям скоростей ра
					лопаток
диального и циркуляционного пото
ков в разные стороны		относитель

ная скорость уменьшается, а за лопаткой, где скорости указанных потоков имеют одинаковое направление, увеличивается. Поэтому

Рис. 91. Течение воздуха в колесе с конечным числом лопаток

относительная скорость по ширине канала в направлении враще ния возрастает, а статическое давление соответственно умень шается.

189

Следует отметить, что неравномерное распределение скорости и давления по ширине канала и связанное с этим различие в давле ниях по обе стороны лопатки находится в полном соответствии с не обходимостью преодоления крутящего момента при вращении ко леса, так как в противном случае этот момент равнялся бы нулю и


на вращение колеса не требовалось затрачивать энергию.											по
		Наличие ^циркуляционного
		тока	изменяет не только величину,
		но	и направление				относительной
		скорости.			Так	как	на выходе				из
		РК скорость циркуляционного по
		тока направлена против							вращения
		колеса,		то	в	эту же		сторону			от
		клоняется			от	радиального				напра
		вления на некоторый угол и отно
		сительная			скорость		w 2.		Соответ
		ственно изменяется					вид выходного
		треугольника				скоростей			(рис. 92).
		В^этом треугольнике абсолютная
		скорость		c2 = u2 ~\-w2,				а	ее соста
		вляющие		соответственно						равны:
		c2r =	w2r	и	с2и = u2 + w 3a				(с	уче
		том знака проекций). Направление
Рис. 92. Треугольник скоростей		абсолютной			и	относительной ско
на выходе	из колеса	ростей характеризуется							углами		а2
		и Ра, показанными на рис. 92.
Сравнивая	треугольники	скоростей		на рис. 90 и 9 2 ,замечаем,

что	влияние конечного		числа лопаток	приводит к уменьшению
скорости с2а на выходе			из колеса: на рис.		92 с2и<^и2. Для оцен
ки	этого	уменьшения	по сравнению	со	случаем бесконечно
большого		числа лопаток вводится коэффициент ск о л ь ж ен и я 1

Р =	С2и	(10.13)
	^211°°

который согласно теоретическим и экспериментальным исследо ваниям зависит главным образом от числа лопаток и, естествен но, увеличивается с ростом грк. Опытные данные, полученные

В. И. Дмитриевским для колес с прямыми радиальными лопат ками [13], приведены в таблице 4. Хорошее совпадение с экс периментальными результатами дает формула, предложенная П. К. Казанджаном [57]:

1 Некоторые авторы называют его коэффициентом мощности.

190

± = i + _ * L ____ !____

(10.14)

“3грк‘ - ( ^ ) !

где	\| f	-\|- Z ) , “	Z )g + Z ?i
где	D cp — I /	u ^— — «	-■*-£— -— средний диаметр входного
отверстия колеса.
	Согласно	формуле (10.14) коэффициент р. зависит, кроме 2 РК ,

также от относительной длины лопаток и возрастает с увеличе нием последней.

Т а б л и ц а 4

	Зависимость коэффициента скольжения от числа лопаток
гРК	2	4	7	10	14	16	29*
V-	0,52	0,67	0,77	0,82	0,87	0,89	0,92
* Значение ц для г рк= 2 9			получено экстраполяцией кривой, построенной
по данным Дмитриевского.
Радиальная		составляющая скорости			с2г при проектировании

компрессора выбирается с таким расчетом, чтобы в каналах ко-

леса не происходило	сильного уменьшения относительной ско
рости, связанного с	возрастанием	потерь. Низкие значения c2t
недопустимы также	потому, что	при этом скорость циркуля

ционного потока может превзойти радиальную скорость, вслед

ствие		чего у передней стороны лопатки появится обратное те
чение,		снижающее к. п.д. колеса. Во избежание роста скорости
с2	и	уменьшения		ширины каналов РК радиальная скорость с3,
не	может		назначаться и особенно большой. На существующих
компрессорах c2r^z (1,00н- 1,05) с 1а.
	Механическая энергия, затрачиваемая на вращение колеса,
передается			протекающему воздуху главным образом в виде ра
боты,		совершаемой аэродинамическими силами воздействия ло
паток		на	поток.	Эту работу можно определить по уравнению

Эйлера (4.8), применив его к массе воздуха, заключенной между сечениями 1-1 и 2-2. Кроме того, внешняя энергия сообщается потоку за счет трения боковых поверхностей колеса о воздух, находящийся в осевых зазорах между корпусом и крыльчаткой. У центробежного компрессора (особенно с малой производи тельностью) в отличие от осевого работа трения диска L j со ставляет ощутимую долю энергии, подводимой к воздуху непо средственно лопатками колеса. Поэтому внутренняя работа одноступенчатого центробежного компрессора определяется по формуле

191

Источник: https://tut-files.ru/previewfile/124709

Смотрите также:










2014 biblioonline ru