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

пических работ L%K0 и Ц ,к пл. (ba*k*c) = пл. (b a *k 0*d) и потому

Рко > Ptc ■

В авиационных компрессорах отвод тепла от сжимаемого воз­ духа практически осуществляется путем непосредственного впрыска охлаждающей жидкости в поток воздуха [31]. Этот способ не связан с существенным утяжелением и усложнением конструкции компрес­ сора, но при длительном применении требует больших запасов ох­ лаждающей жидкости на самолете, так как она в испаренном виде вместе с воздухом поступает в камеру сгорания и затем выбрасы­ вается в атмосферу. В связи с последним обстоятельством охлажде­ ние воздуха в авиационных компрессорах применяется лишь крат­ ковременно (для специальных целей) и поэтому предметом даль­ нейшего изучения будет являться исключительно теория неохлаждаемых компрессоров.

§ 7. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ, ПОТЕРИ НА УТЕЧКУ И ЭФФЕКТИВНАЯ РАБОТА КОМПРЕССОРА

нические сопротивления в виде сил трения в подшипниках. Энергия, расходуемая на эти сопротивления, превращается в

где NmK— мощность, расходуемая на преодоление механических сопротивлений.

Дополнительная затрата энергии в реальном компрессоре обусловливается также радиальными зазорами между его вра­ щающимися и неподвижными деталями. Эти зазоры приводят к утечке части сжатого воздуха обратно в область пониженного давления или в окружающую среду и, следовательно, к потере подведенной к этому воздуху энергии. Благодаря этому работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха, поступающего к потре­ бителю, возрастает на некоторую величину Ls , которая назы­

вается пот ерей на ут ечку.

30

Следует заметить, что та часть перетекающего через зазоры воздуха, которая остается внутри компрессора, передает полу­ ченную ею энергию в виде тепла основному потоку. Это об­ стоятельство приводит к дополнительному возрастанию темпе­ ратуры Тк* и должно учитываться в уравнении энтальпии. Однако в авиационных компрессорах потери на утечку на­ столько незначительны, что ими можно вообще пренебречь или приближенно считать, что указанный выше подвод энергии

Диаграмма, наглядно показывающая связь между различ­ ными работами и потерями энергии в компрессоре, представ­ лена на рис. 7.

§ 8. КОЭФФИЦИЕНТЫ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ КОМПРЕССОРА

Совершенство использования затраченной энергии в реальном компрессоре оценивается его коэффициентами полезного действия. Понятия о к. п. д. основаны на сравнении работ реального и идеаль­ ного компрессоров с одинаковой степенью сжатия, поскольку такое сравнение дает возможность судить об имеющихся в 'компрессоре потерях энергии.

Основными к. п. д. компрессора являются: адиабатический, эф­

шение его адиабатической работы к внутренней:

1 Заметное распространение имеет также политропический к.п.д., но так как его величина однозначно определяется показателем политропы сжатия воз­ духа в компрессоре, то этот к. п. д. нами не рассматривается.

31

(1.29)

Адиабатический к.п.д. показывает, насколько совершенно работа, подведенная к воздуху в компрессоре, используется для повышения его давления.

Подставляя в исходное выражение (1.29) адиабатическую работу из (1.26), получим

(1.30)

Как видим, адиабатический к.п.д. учитывает собственно гид­ равлические потери в компрессоре и, кроме того, избыточную работу сжатия. Величина адиабатического к.п.д. зависит глав­ ным образом от гидравлических потерь, с ростом которых к.п.д. уменьшается, и дополнительно от степени сжатия: чем выше_г/, тем при данных относительных гидравлических поте­

рях LrK ниже v\adK .

В справедливости последней зависимости можно убедиться, заменив в (1.29) адиабатическую и внутреннюю работы по фор­ мулам соответственно (1.7) и (1.15). После подстановки будем иметь

рях LrK, адиабатический к. п. д. с ростом степени сжатия ком­ прессора уменьшается. При этом чем больше показатель т*, тем сильнее влияет степень сжатия на тrfad/i (рис. 8а). Уменьше­

ние адиабатического к.п .д . при увеличении степени сжатия компрессора физически объясняется быстрым ростом избыточ­

ной работы сжатия AL. При данных относительных ‘потерях Ьгк работа AL с увеличением ек* возрастает быстрее внутренней

работы L iK. Поэтому относительная избыточная работа AL = ^ -

*-*iK

увеличивается (рис. 86) и, как следствие, адиабатический к. п. д. падает.

Из рис. 86 следует, что при характерных для современных

авиационных компрессоров значениях Lric^ 8 -f-20 %, относи­ тельная избыточная работа сжатия при еК* ^ 4 -ч- 5 составляет около 2 — 5%, а при 10 - г - 12 — примерно 3 — 8% .

Осевые и центробежные компрессоры имеют заметно отли­ чающиеся адиабатические к.п .д . У осевых компрессоров адиа-

.32

Рис. 8. Адиабатический к.п.д. и относительная избыточная работа в функции степени сжатия

откуда видно, что механическим к. п. д. оценивается относитель­ ная величина механических потерь в компрессоре.

У авиационных компрессоров механические потери по срав­ нению с внутренней работой незначительны, что объясняется их большой мощностью, прямым соединением с источником энергии и широким применением подшипников качения. По­ этому механический к.п .д. этих компрессоров бывает, обычно порядка 0,985 — 0,995.

Эффективным к. п. д. ком п рессора ч\* называется отношение его адиабатической работы к эффективной:

Эффективный к. п. д. характеризует совершенство исполь­ зования эффективной работы компрессора для повышения дав­ ления воздуха. Подставляя в (1.34) адиабатическую работу из (1.26) и учитывая (1.28), будем иметь

Умножив и разделив правую часть формулы (1.34) на внут­

В связи с высокими значениями i\mK эффективный к. п.д. компрессора несущественно отличается от его адиабатического

к. п.д.

Взаключение отметим, что при равенстве или небольшом различии между скоростями са и ck адиабатический и эффек­ тивный к. п.д. компрессора могут подсчитываться не только по полным, но и по статическим параметрам состояния воздуха,

потому что в этом случае L adK = LadK.

§ 9. МОЩНОСТЬ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ КОМПРЕССОРОМ

Так как на сжатие 1 кг воздуха расходуется работа LK, а в течение 1 сек через компрессор протекает G кг воздуха, то величина потребляемой компрессором мощности (в л. с.) опре­ деляется по формуле

где NK— эффективная мощность компрессора.

Подсчет мощности компрессора без учета механических по­ терь производится по формуле

\r 7,jKG __ i-aduG

(1.38)

/V“ - "75" - 75^

где NiK— внутренняя мощность компрессора.

34