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
| 2014 biblioonline ru |