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

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

Диффузорный характер течения в межлопаточных каналах ра­ бочих колес и спрямляющих аппаратов является одной из важных отличительных особенностей осевого компрессора. Благодаря поло­ жительному градиенту давления диффузорное течение связано с быстрым увеличением толщины пограничного слоя у стенок канала в, как следствие, с возможностью отрыва потока, который приводит к-резкому увеличению потерь. Опасность отрыва в осевом компрес­ соре дополнительно усиливается еще из-за криволинейной формы каналов. Поэтому к профилированию и обработке лопаток компрес­ сора предъявляются весьма жесткие требования. Кроме того, во из­ бежание отрыва потока приходится ограничивать его углы поворота в межлопаточных каналах и в соответствии с этим выполнять ло­ патки сравнительно слабоизогнутыми. Это обстоятельство приво­ дит к снижению работоспособности, или, как обычно говорят, напорности, ступени осевого компрессора и создаваемой ею степени сжатия.

§ 14. КРАТКАЯ ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА О РАЗВИТИИ. ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Принципиальная схема многоступенчатого осевого компрессора была известна еще в конце XIX века, и тогда же англичанином Пар­ сонсом были, предприняты первые попытки его практического осуще­ ствления. Однако низкий уровень развития аэродинамики и техно­ логии производства того времени не позволил получить компрессор с удовлетворительным к. п. д. и потому работа над его созданием была временно прекращена.

Пути преодоления затруднений, стоявших перед конструкторами осевых компрессоров, удалось найти значительно позже: во вто­ ром десятилетии XX века, после того как был достигнут достаточно высокий уровень развития ближайшего предшественника осевого компрессора — осевого вентилятора. Именно из осевого вентилятора в результате постепенного повышения его степени сжария, которое ‘достигалось за счет увеличения окружной скорости вращения ко­ леса и числа его лопаток, а также за счет последовательного соеди­ нения нескольких ступеней в единую конструкцию,, в . дальнейшем развился осевой компрессор.

Успехи прикладной аэродинамики в. области осевых вентилято­ ров" и, воздуходувок в сочетании с непрерывным улучшением техно­ логии 'производства постепенно подготовили почву для практиче­ ского осуществления идеи многоступенчатого осевого компрессора. В начале сороковых годов XX столетия осевые компрессоры были в ряде стран освоены производством и стали поступать в промышлен­ ную эксплуатацию. Наибольшее внимание осевой компрессор при­ влекал к себе в связи с разработкой газотурбинных силовых устано­ вок различного назначения, где он сулил значительные выгоды и где поэтому главным образом и применялся. Все же вплоть до второй4

4 А. Г. Мамиконов и др

49

мировой войны осевые компрессоры выпускались, как правило, еди­ ницами и лишь в редких случаях небольшими сериями.

В авиации до появления газотурбинных двигателей осевые ком­ прессоры не применялись. Незадолго перед второй мировой войной были предприняты отдельные попытки использовать осевые ком­ прессоры для наддува поршневых авиадвигателей. С этой целью было создано несколько экспериментальных образцов осевых ком­ прессоров с тремя и четырьмя ступенями, которые, однако, ни на од­ ном из выполненных двигателей практически не использовались.

Переворот в истории развития осевых компрессоров был вызван появлением в авиации турбореактивных двигателей. В 1937 г. совет­ ский инженер А. М. Люлька предложил проект, а затем практиче­ ски осуществил ТРД с осевым компрессором. В годы второй миро­ вой войны большая работа по созданию ТРД с осевыми компрессо­ рами проводилась рядом немецких фирм (Юнкере, „BMW и др.). К концу войны некоторые из двигателей этих фирм были запущены в серийное производство и использовались в боевых операциях. В дальнейшем развитие и совершенствование осевых компрессоров (в первую очередь в авиации) пошло чрезвычайно быстрыми тем­ пами.

Благодаря высокому к. п. д. и исключительной приспособленно­ сти к большим расходам воздуха осевой компрессор в короткий срок завоевал прочное место и получил широкое распространение как на отечественных, так и на иностранных авиационных газотурбинных двигателях. С большой интенсивностью стали проводиться теорети­ ческие и экспериментальные исследования в области осевых ком­ прессоров.

В настоящее время осевые компрессоры надежно освоены в про­ изводстве, выпускаются массовым порядком для самых различных целей и отличаются весьма высокими показателями. Достаточно указать, что к. п. д. современных компрессоров обычно составляет не менее 85%, а у отдельных образцов достигает даже 90%.

Выдающимися успехами в своем развитии осевые компрессоры в значительной мере обязаны творческой мысли и трудам русских ученых и инженеров, разрешивших основные проблемы и давших миру строгую научную теорию машин этого типа.

Теория и методы расчета осевого компрессора разрабатывались на базе теории осевого вентилятора, основы которой были заложейы Н. Е. Жуковским. Упоминавшаяся выше вихревая теория греб­ ного винта, опубликованная Жуковским в период 1912— 1918 гг. в четырех статьях (под общим названием «Вихревая теория гребного винта»), явилась не только наиболее точной и последовательной теорией винтов, но одновременно и прочным фундаментом для соз­

дания аэродинамических' методов расчета вентиляторов и воздухо­ дувок.

После победы Октябрьской революции выдающиеся исследова­ ния Жуковского по теории винтов и осевых вентиляторов были оце­ нены по достоинству и получили дальнейшее развитие и широкое

5 0

практическое применение. В лабораториях ЦАГИ, организованного в 1918 г., была начата упорная и систематическая работа по иссле­ дованию и совершенствованию осевых вентиляторов. Осевые венти­ ляторы ЦАГИ, спроектированные по методам Жуковского и его учеников, широко применялись в самых различных отраслях промышлености и благодаря своим совершенным данным снискали себе

мировую известность.

Теорию осевого вентилятора, разработанную Жуковским, раз­ вивали и дополняли его ученики и последователи Б. Н. Юрьев, Г. X. Сабинин, В. П. Ветчинмив, К. А. Ушаков и др. Особенно широкую известность получила работа Ушакова «Аэродинамический расчет осевого вентилятора», опубликованная в трудах ЦАГИ в 1936 г. В этой работе были обобщены результаты предшествующих иссле­ дований и дан метод проектирования высоконапорных осевых вен­ тиляторов.

Основой расчета осевого вентилятора в то время служила аэро­ динамика изолированного профиля и данные его продувки. Особен­ ности же работы профиля в решетке учитывались введением в рас­ чет средней геометрической скорости потока.

Этот прием с успехом использовался также при проектировании первых образцов осевых компрессоров, отличавшихся сравнительно небольшой густотой расположения лопаток в колесе и спрямляющем аппарате. Однако по мере роста указанной густоты, которым неиз­ менно сопровождалось дальнейшее развитие осевых компрессоров, стало наблюдаться все увеличивающееся расхождение между опыт­ ными и расчетными данными, что привело к необходимости создания нового, более точного метода расчета.

Попытки использовать для этой цели гидродинамическую теорию решеток (предпринятые Л. А. Симоновым, Б. С. Стечкиным и др.), хорошо зарекомендовавшую себя при расчете осевых водяных тур­ бин, не привели к желательным результатам. Разработанный на ос­ нове теории решеток метод расчета даже после внесения в него экс­ периментальных поправок все же не удовлетворял полностью кон­ структоров осевых компрессоров. Поэтому многие исследователи в целях разработки более совершенного метода расчета компрессора пошли по пути экспериментального изучения обтекания решеток профилей. В результате был накоплен обширный эксперименталь­ ный материал по продувкам плоских решеток профилей с весьма широким диапазоном изменения их параметров, на основе которого А. Р. Хоуэлл [43, 72], а затем более обстоятельно В. Г. Процеров и Л. Е. Олынтейн [39] разработали метод расчета ступени осевого ком­ прессора по характеристикам плоских решеток профилей, оправдав­ ший себя на практике и получивший широкое признание.

Указанный метод получил дальнейшее развитие и углубление в работе К- В. Холщевникова. «Выбор параметров и расчет осевого компрессора» [54]. В этой работе автору, в частности, удалось увя­ зать расчет осевого компрессора по характеристикам плоских реше­ ток с принятым ранее методом расчета по характеристикам избли-

4*

51

 

рованных профилей. Холщевников ясно показал, что в основе обоих методов .расчета лежит теория подъемных сил Жуковского и что данные продувок плоских решеток лишь вносят в эту теорию экспе­ риментальные поправки.

Успешному развитию теории и методов расчета осевого компрес­ сора в большой степени содействовали своими исследованиями и трудами советские ученые Б. С. Стечкин, В. И. Поликовокий, К Ж. Баулин, В. А. Стефановокий, С. А. Довжик и др. Академику Стечкину, помимо работ по отдельным вопросам теории осевых ком­ прессоров, принадлежит также первенство в создании систематиче­ ского курса по этим машинам.

Над проблемами теории, расчета и конструирования осевых ком­ прессоров в течение многих лет весьма плодотворно работают наши научно-исследовательские организации (ЦАГИ, ЦИАМ, ЦКТИ и др.) , а также многочисленные конструкторские бюро, которыми созданы высокоэкономичные образцы компрессоров.

Из трудов зарубежных исследователей в области осевых ком­ прессоров, в которых содержится решение ряда важных вопросов, следует упомянуть еще работы А. Хоуэлла, Р. Гриффитса, X. Кон­ станта (Англия), Б. Эккерта [67], В. Траупеля, К- Келлера (Герма­ ния) и др.

А

■ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПЛОСКИХ РЕШЕТОК ПРОФИЛЕЙ

§ 15. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПЛОСКОЙ РЕШЕТКИ

Плоской решеткой профилей (рис. 18) называется бесконечный ряд одинаковых профилей, расположенных на плоскости на равных расстояниях друг от друга и образующих одинаковые углы с пря­ мой линией соединяющей сходственные точки профилей. Эта ли­ ния называется фронтом решетки, а перпендикулярная к ней пря­ мая— осью решетки.

Различные геометрические параметры плоской решетки можно разделить на две группы, одна из которых характеризует форму про­ филя,. а другая определяет его положение в решетке.

К числу основных геометрических характеристик, определяющих форму профиля решетки, относятся: средняя линия, хорда, макси­ мальная вогнутость, максимальная толщина и угол изгиба.1

1 Предметом рассмотрения являются плоские решетки исключительно с прямолинейным фронтом.

5 2

С редней линией профиля (рис. 19) называется линия, проходящая через середины перпендикулярных к ней отрезков, ог­ раниченных контуром профиля. Х ор да профиля b представляет

9

Рис. 18. Геометрические параметры плоской решетки .

собой отрезок прямой, соединяющей концы средней линий.

М аксим альной вогнутостью профиля f называется наиболь­ шая стрела прогиба его средней линии. Положение точки макси-

Рис. 19. Геометрические параметры профиля

мальной вогнутости определяется расстоянием а ее проекции на хорду от передней кромки профиля. Толщина профиля изме­ ряется в направлении нормали к средней линии и достигает максимального значения с в точке средней линии, удаленной от передней кромки на расстояние е вдоль хорды.

Углом изгиба проф иля 0 (рис. 19) называется внешний угол, образованный касательными к средней линии профиля в его пе­

5 3

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

Смотрите также:

2014 biblioonline ru