 |
Схема и принцип действия ступени осевого компрессора. Треугольники скоростей.
|
|
|
|
Осевой компрессор содержит ротор и статор с закреплёнными на них в несколько рядов лопатками. Один ряд лопаток, закреплённый на роторе, называется рабочим венцом, а ряд лопаток, закреплённых на статор, - направляющим или спрямляющим аппаратом. Оба термина, по существу, являются синонимами, т.к. лопатки статора выполняют функцию спрямление потока, закрученного лопатками рабочего венца, и организуют направление потока рабочего тела под необходимым углом на лопатки следующего рабочего венца, расположенного за этим аппаратом.
Сочетание одного рабочего венца и расположенного за ним направляющего аппарата называется ступенью осевого компрессора.
Обычно осевой компрессор ГТД содержит от 5 до 25 ступеней. Перед первой ступенью может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА). Рабочий венец, установленный на диске ротора называется рабочим колесом.
Рис 1
На рис. 1 схематически показана ступень осевого компрессора, содержащая рабочее колесо А и направляющий аппарат Б. Эту ступень можно условно разбить на 3 поперечных сечения:
1 – 1 – перед рабочим колесом;
2 – 2 – за рабочим колесом;
3 – 3 – за направляющим аппаратом.
Параметры рабочего тела в этих сечениях обозначаются индексами, соответствующими номеру сечения.
В каждом из этих сечений в основании лопаток рабочего колеса диаметр корневого сечения обозначают как диаметр втулки D вт, а по периферии – этих лопаток D к – диаметр корпуса.
Пространство, заключённое между поверхностями втулки и корпуса, называется проточной частью ступени.
Если мысленно рассечь лопатки ступени цилиндрической поверхностью, ось которой совпадает с осью ступени компрессора, и затем развернуть её на плоскость, то сечения лопаток рабочего колеса образуют ряд одинаковых и одинаково расположены профилей, образующих решётку профилей рабочего колеса А (рис. 2); а сечения лопаток направляющего аппарата соответственно образуют вторую решётку профилей направляющего аппарата Б (рис.2).
|
|
|
Рис 2
Оба профиля повёрнуты по отношению к рис.1 на 900.
Абсолютная скорость c 1 рабочего тела перед рабочими лопатками в общем виде может быть направлена не параллельно оси колеса, а под некоторым углом к ней вследствие неполного спрямления потока направляющим аппаратом предыдущей ступени или установки 
перед рабочим колесом входного направляющего аппарата, показанного на рис. 2 пунктиром. Вращению рабочего колеса соответствует на рис. 2 перемещение решётки А справа налево с окружной скоростью u. Скорость потока относительно рабочих лопаток w 1 можно найти из треугольника скоростей, составленных из векторов c 1, u и w 1
.
Лопатки рабочего колеса установлены таким образом, чтобы их передние кромки совпадали с направлением вектора w 1. При этом кривизна профиля лопаток выбирается так, чтобы угол выхода β2 потока из колеса был больше угла входа β1. В этом случае поворот потока сопровождается увеличением поперечного сечения канала между двумя соседними лопатками 
. В результате скорость потока в направляющем аппарате подает, а статическое давление растёт. При этом полное давление (р *) в направляющем аппарате уже не растёт, а несколько падает под влиянием гидравлического сопротивления.
Следует отметить, что увеличение площади поперечного сечения струи рабочего тела, текущего через межлопаточный канал, сопровождается уменьшением скорости этого потока только в случае дозвукового течения.
В некоторых случаях, когда скорость потока, набегающего, например, на лопатки рабочего колеса, окажется больше скорости звука (w1≥ a1), то течение в расширяющемся межлопаточном канале должно было бы сопровождаться не уменьшением, а увеличением скорости. Но, как показывают исследования таких ступеней, в этом случае перед каждой лопаткой решётки обычно возникает скачёк уплотнения (головная волна) и, пройдя систему этих скачков уплотнения, поток становиться дозвуковым.
|
|
|
Таким образом, независимо от уровня числа М = w1/ a1 набегающего на лопатки потока, течение потока через ступени может рассматриваться как течение через систему диффузорных каналов с уменьшением относительной скорости потока в рабочем колесе и уменьшением абсолютной скорости в направляющем аппарате и увеличением статического давления в обоих случаях.
Показанные на рис.2 треугольники скоростей в сечениях 1 – 1 и 2 – 2 обычно совмещают на одном чертеже, называемом треугольником скоростей ступени, и представленном на рис. 3
Рис. 3
Из рис.3 видно, что окружная составляющая абсолютной скорости потока перед рабочим колесом (предварительная закрутка) равна:
Если 
, то предварительная закрутка направлена в сторону вращения колеса и считается положительной. При, 
- отрицательной.
Если 
, то вектор с 1 направлен параллельно оси вращения колеса, предварительная закрутка отсутствует и такая ступень называется ступень с осевым входом.
ОтрезокΔ wu, равный разности окружных составляющих относительных скоростей потока перед и за колесом, называется закруткой потока в колесе.
Литература
1. Лозицкий Л.П., Ветров А.Н., Дорошко С.М., Иванов В.П., Коняев Е.А. Конструкция и прочность авиационных газотурбинных двигателей. М.:Воздушный транспорт, 1992.- 533 с.
2. Г.С. Скубачевский, Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчёт деталей, Машиностроение, Москва, 1969. 543 с.
3. А.В. Штода, С.П. Алещенко, А.Я. Иванов и др. Конструкция авиационных газотурбинных двигателей, ВОЕНИЗДАТ МО, Москва, 1961, 412 с.
4. А.В. Штода, С.П. Алещенко, С.А. Гаевский и др., Конструкция авиационных двигателей, ч.1. ВВИА им. Н.Е, Жуковского, 1969, 408 с.
5. Косов М.А., Любановский Е.В. Авиационные газотурбинные двигатели, Москва, 1960, 457 с.
|
|
|
