Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

220

- âèõðåîáðàçîâàíèå â ñëåäå çà ëîïàòêàìè (çà-

âèñèò îò ïàðàìåòðîâ âûõîäíîé êðîìêè, îïðåäåëÿ-

åìîé êîíñòðóêöèåé, ïðî÷íîñòüþ è òåõíîëîãè÷åñ-

êèìè âîçìîæíîñòÿìè ïðîèçâîäñòâà).

Òî÷êà K

ÀÄ

(PK

ÀÄ

, TK

ÀÄ

) õàðàêòåðèçóåò ñîñòîÿíèå

âîçäóõà íà âûõîäå èç êîìïðåññîðà ïðè àäèàáàòè-

÷åñêîì ñæàòèè.

Òî÷êà Ê (Ð

, T

) õàðàêòåðèçóåò ñîñòîÿíèå âîç-

äóõà íà âûõîäå èç êîìïðåññîðà.

Ðåàëüíûé ïðîöåññ ñæàòèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ

îäíèì èç îñíîâíûõ óçëîâ ÃÒÄ – êîìïðåññîðîì

(ñì. Ðèñ. 5_1)

Ðàáîòó êîìïðåññîðà õàðàêòåðèçóþò ñëåäóþ-

ùèå îñíîâíûå ïàðàìåòðû:

- ðàñõîä âîçäóõà G (êã/ñ) - îïðåäåëÿåòñÿ êîëè-

÷åñòâîì âîçäóõà, ïðîøåäøèì ÷åðåç êîìïðåññîð çà

îäíó ñåêóíäó;

ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ ïîëíîãî äàâëåíèÿ â êîì-

ïðåññîðå π

- îòíîøåíèå äàâëåíèÿ çàòîðìîæåííîãî

ïîòîêà âîçäóõà íà âûõîäå èç êîìïðåññîðà ê äàâëå-

íèþ çàòîðìîæåííîãî ïîòîêà íà âõîäå â êîìïðåññîð

= P

ÂÕ

;

- àäèàáàòè÷åñêèé ê.ï.ä.

ηη

ÀÄ

- îïðåäåëÿåòñÿ êàê

îòíîøåíèå ïîëåçíîé àäèàáàòè÷åñêîé ðàáîòû, çàò-

ðà÷åííîé íà ñæàòèå è ïðîòàëêèâàíèå âîçäóõà â êîì-

ïðåññîðå, ê ïîëíîé ïîäâåäåííîé ê êîìïðåññîðó

ðàáîòå

ηη

ÀÄ

= L

ÀÄ

/ L

ÏÎË

Àäèàáàòè÷åñêèé ê.ï.ä. íà ðàñ÷åòíîì ðåæèìå

äëÿ îòäåëüíûõ ñòóïåíåé îñåâûõ êîìïðåññîðîâ ñî-

ñòàâëÿåò 0,89…0,92, à äëÿ ìíîãîñòóïåí÷àòûõ êîì-

ïðåññîðîâ 0,85…0,87.

Ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ ïîëíîãî äàâëåíèÿ â ìíî-

ãîñòóïåí÷àòîì êîìïðåññîðå ðàâíà ïðîèçâåäåíèþ

ñòåïåíåé ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ îòäåëüíûõ åãî ñòó-

ïåíåé è îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:

=π*

⋅π*

×åì âûøå ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ â êàæ-

äîé ñòóïåíè è ÷åì áîëüøå ÷èñëî ñòóïåíåé, òåì

âûøå ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ â êîìïðåññîðå.

5.1 – Òðåáîâàíèÿ, ïðåäúÿâëÿåìûå

ê êîìïðåññîðàì

Êîìïðåññîð - ÷àñòü ÃÒÄ, ñòåïåíü àýðîäèíàìè-

÷åñêîãî è êîíñòðóêòèâíîãî ñîâåðøåíñòâà êîòîðî-

ãî â çíà÷èòåëüíîé ìåðå îïðåäåëÿþò ìîùíîñòü

(òÿãó), ýêîíîìè÷íîñòü, ãàáàðèòíûå ðàçìåðû, ìàñ-

ñó, íàäåæíîñòü è ðåñóðñ äâèãàòåëÿ. Ê êîìïðåññîðó

ïðåäúÿâëÿþòñÿ òå æå òðåáîâàíèÿ, ÷òî è ê äâèãàòå-

ëþ (ñì. ðàçäåë 2.3).

Ïîìèìî îáùèõ òðåáîâàíèé ïðåäúÿâëÿþòñÿ

è íåêîòîðûå ñïåöèôè÷åñêèå òðåáîâàíèÿ:

- îáåñïå÷åíèå çàäàííîãî ñåêóíäíîãî ðàñõîäà

âîçäóõà;

- îáåñïå÷åíèå çàäàííîé ñòåïåíè ïîâûøåíèÿ

äàâëåíèÿ;

- îáåñïå÷åíèå óñòîé÷èâîé, ò.å. áåç ïîìïàæà

è ïóëüñàöèè, ðàáîòû â øèðîêîì äèàïàçîíå ÷àñòî-

òû âðàùåíèÿ ðîòîðà.

Òðåáîâàíèÿ ê ãàçîäèíàìè÷åñêèì ïàðàìåòðàì

êîìïðåññîðà (íåîáõîäèìûå ïî ðåæèìàì ðàñõîä

âîçäóõà, ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ, êîýôôèöè-

åíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ è äð.) îïðåäåëÿþòñÿ èñõî-

äÿ èç òåðìîäèíàìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà äâèãàòåëÿ. Ïðè

ýòîì ðàññìàòðèâàåòñÿ âçàèìíàÿ ðàáîòà óçëîâ äâè-

ãàòåëÿ (êàìåðû ñãîðàíèÿ, òóðáèíû, âûõîäíîãî óñ-

òðîéñòâà) íà ðàçëè÷íûõ ðåæèìàõ ðàáîòû äâèãàòå-

ëÿ. Îïðåäåëåííûå òàêèì îáðàçîì îñíîâíûå

ïàðàìåòðû êîìïðåññîðà çàíîñÿòñÿ â òåõíè÷åñêèå

óñëîâèÿ íà ñîçäàíèå äâèãàòåëÿ.

5.2 – Ìåòîäîëîãèÿ ñîçäàíèÿ

êîìïðåññîðîâ

Ñîçäàíèå êîìïðåññîðà ñâÿçàíî ñ ñîçäàíèåì

äâèãàòåëÿ â öåëîì, ïîýòîìó ýòàïû ïðîåêòèðîâàíèÿ

êîìïðåññîðà âõîäÿò êàê ñîñòàâíàÿ ÷àñòü â èçâåñò-

íûå ñòàäèè ðàçðàáîòêè ÃÒÄ:

- ðàçðàáîòêà òåõíè÷åñêîãî çàäàíèÿ;

- ðàçðàáîòêà òåõíè÷åñêîãî ïðåäëîæåíèÿ;

- âûïîëíåíèå ýñêèçíîãî ïðîåêòà;

- âûïîëíåíèå òåõíè÷åñêîãî ïðîåêòà;

- ðàçðàáîòêà êîíñòðóêòîðñêîé äîêóìåíòàöèè.

Ïîäðîáíåå ñì. ðàçäåë 2.5.

5.2.1 - Òèïû êîìïðåññîðîâ

5.2.1.1 – Îñåâûå êîìïðåññîðû

Îñåâîé êîìïðåññîð ñîñòîèò èç âõîäíîãî íà-

ïðàâëÿþùåãî àïïàðàòà (ÂÍÀ) 5 è íåñêîëüêèõ âåí-

öîâ ïîñëåäîâàòåëüíî ÷åðåäóþùèõñÿ â îñåâîì íà-

ïðàâëåíèè ðàáî÷èõ ëîïàòîê 2, óñòàíîâëåííûõ íà

âðàùàþùåìñÿ ðîòîðå 1 è íàïðàâëÿþùèõ ëîïàòîê

3, çàêðåïëåííûõ â êîðïóñå êîìïðåññîðà 4 (ñì.

Ðèñ. 5.2.1.1_1).

îâîêóïíîñòü îäíîãî âåíöà ðàáî÷èõ

ëîïàòîê è ñëåäóþùåãî çà íèì âåíöà íàïðàâëÿþùèõ

ëîïàòîê íàçûâàåòñÿ ñòóïåíüþ êîìïðåññîðà. Ðàáî÷èå

ëîïàòêè îäíîé ñòóïåíè, óñòàíîâëåííûå

â äèñêå, íà-

çûâàþò ðàáî÷èì êîëåñîì (ÐÊ), íàïðàâëÿþùèå ëî-

ïàòêè îäíîé ñòóïåíè, çàêðåïëåííû

å â êîðïóñå, íà-

çûâàþò íàïðàâëÿþùèì àïïàðàòîì (ÍÀ).

Â îñåâîì êîìïðåññîðå íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ

âîçäóõà, â îñíîâíîì, îñåâîå. Â êàíàëàõ, îáðàçîâàí-

íûõ ðàáî÷èìè ëîïàòêàìè, ê âîçäóõó ïîäâîäèòñÿ

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

221

ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ îò òóðáèíû, â ðåçóëüòàòå

÷åãî äàâëåíèå è ñêîðîñòü âîçäóõà óâåëè÷èâàþòñÿ.

Â ðàñïîëîæåííîì çà ðàáî÷èìè ëîïàòêàìè ÍÀ êè-

íåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ âîçäóõà ïðåîáðàçóåòñÿ â ïîòåí-

öèàëüíóþ, ò. å. çà ñ÷åò ñíèæåíèÿ ñêîðîñòè ïîòîêà

âîçäóõà ïîâûøàåòñÿ åãî äàâëåíèå. ÍÀ îáåñïå÷è-

âàåò òàêæå îïðåäåëåííîå íàïðàâëåíèå ïîòîêà ïðè

âõîæäåíèè åãî â ñëåäóþùóþ ñòóïåíü. Ïðèíöèï

ðàáîòû îñåâîãî ìíîãîñòóïåí÷àòîãî êîìïðåññîðà

öåëåñîîáðàçíî ðàññìîòðåòü íà ïðèìåðå ðàáîòû åãî

îòäåëüíîé ñòóïåíè, òàê êàê âñå ñòóïåíè êîìïðåñ-

ñîðà ðàáîòàþò àíàëîãè÷íî.

Îñåâàÿ ñòóïåíü êîìïðåññîðà ñ ÂÍÀ ïðèâåäå-

íà íà Ðèñ. 5.2.1.1_2. Íà Ðèñ. 5.2.1.1_3 èçîáðàæåíà

ýëåìåíòàðíàÿ ñòóïåíü êîìïðåññîðà, ïðåäñòàâëÿþ-

ùàÿ ñîáîé ðàçâåðòêó íà ïëîñêîñòè öèëèíäðè÷åñ-

êîé ïîâåðõíîñòè, ðàññåêàþùåé ñòóïåíü êîìïðåñ-

ñîðà íà íåêîòîðîì ðàäèóñå. Ïîëíàÿ ñòóïåíü

êîìïðåññîðà ñêëàäûâàåòñÿ èç áåñêîíå÷íîãî ÷èñëà

åå ýëåìåíòàðíûõ ñòóïåíåé, ðàñïîëîæåííûõ âäîëü

ðàäèóñà â ïðåäåëàõ ïðîòî÷íîé ÷àñòè.

Ðåøåòêîé ïðîôèëåé íàçûâàåòñÿ ñîâîêóïíîñòü

ïðîôèëåé âñåõ ëîïàòîê îäíîãî ëîïàòî÷íîãî âåíöà,

ïîëó÷åííàÿ ðàññå÷åíèåì åãî öèëèíäðè÷åñêîé ïî-

âåðõíîñòüþ.

Ðåøåòêà ïðîôèëåé õàðàêòåðèçóåòñÿ ñëåäóþ-

ùèìè àýðîäèíàìè÷åñêèìè è ãåîìåòðè÷åñêèìè ïà-

Ðèñóíîê 5.2.1.1_1 – Îñåâîé êîìïðåññîð äâèãàòåëÿ

Rolls-Royce Trent 700

1 – ðîòîð; 2 - ðàáî÷èå ëîïàòêè;

3 - íàïðàâëÿþùèå ëîïàòêè;

4 – êîðïóñ; 5 - ÂÍÀ

Ðèñóíîê 5.2.1.1_2 – Ñõåìà ñòóïåíè è èçìåíåíèå

ïàðàìåòðîâ ñîñòîÿíèÿ âîçäóõà

â ñòóïåíè îñåâîãî êîìïðåññîðà

ðàìåòðàìè (Ðèñ. 5.2.1.1_4):

- Z

- êîëè÷åñòâî ëîïàòîê;

- b - õîðäà ïðîôèëÿ;

- t - øàã ðåøåòêè ïðîôèëåé;

τ τ

= b/t - ãóñòîòà ðåøåòêè;

ββ

1Ë

ββ

2Ë

- ëîïàòî÷íûå óãëû âõîäà è

âûõîäà;

θθ

ββ

2Ë

ββ

1Ë

- óãîë èçãèáà ïðîôèëÿ;

- Ñ

max

- ìàêñèìàëüíàÿ òîëùèíà ïðî-

ôèëÿ;

ββ

- ãàçîâûå óãëû âõîäà è âûõîäà

ïîòîêà;

- i =

ββ

1Ë

ββ

- óãîë àòàêè;

δδ

ββ

2Ë

ββ

- óãîë îòñòàâàíèÿ.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

222

Ðèñóíîê 5.2.1.1_3 – Ñõåìà ðåøåòîê ïðîôèëåé ëîïà-

òîê è òðåóãîëüíèêè ñêîðîñòåé

â ñòóïåíè îñåâîãî êîìïðåññîðà

Ðàññìîòðèì äâèæåíèå âîçäóõà ÷åðåç ýëåìåí-

òàðíóþ ñòóïåíü.

Äâèãàÿñü â îñåâîì íàïðàâëåíèè ñî ñêîðîñòüþ

, ïîòîê âîçäóõà ïîñòóïàåò â ÂÍÀ. Ñóæàþùèåñÿ

ìåæëîïàòî÷íûå êàíàëû ÂÍÀ îáåñïå÷èâàþò óâåëè-

÷åíèå ñêîðîñòè îò Ñ

äî Ñ

(ñì. Ðèñ. 5.2.1.1_2), ñî-

ïðîâîæäàþùååñÿ óìåíüøåíèåì ñòàòè÷åñêîãî äàâ-

ëåíèÿ è ñòàòè÷åñêîé òåìïåðàòóðû âîçäóõà.

Â ÂÍÀ

âîçäóõ ïðåäâàðèòåëüíî çàêðó÷èâàåòñÿ è ïîñòóïàåò

âî âðàùàþùååñÿ ÐÊ ïîä íåêîòîðûì óãëîì ê îñè êîì-

ïðåññîðà. Ëîïàòêè ÐÊ ïåðåìåùàþòñÿ ñî ñðåäíåé

îêðóæíîé ñêîðîñòüþ U (ñì. Ðèñ. 5.2.1.1_3).

Â ðå-

çóëüòàòå ñëîæåíèÿ îêðóæíîé ñêîðîñòè âðàùàòåëü-

íîãî äâèæåíèÿ ÐÊ - U è àáñîëþòíîé ñêîðîñòè ïîòî-

êà íà âûõîäå èç ÂÍÀ - Ñ

, ïîëó÷àåòñÿ îòíîñèòåëüíàÿ

ñêîðîñòü ïîòîêà íà âõîäå â ÐÊ - W

Ïðåäâàðèòåëü-

íàÿ çàêðóòêà ïîòîêà â ÂÍÀ ïîçâîëÿåò óìåíüøèòü

âåëè÷èíó ñêîðîñòè W1, ýòî áëàãîïðèÿòíî ñêàçû-

âàåòñÿ íà óìåíüøåíèè ïîòåðü â ÐÊ.

Â ðåçóëüòàòå ïîâîðîòà âîçäóõà è áëàãîäàðÿ

ðàñøèðÿþùåéñÿ ôîðìå ìåæëîïàòî÷íûõ êàíàëîâ

ÐÊ ïîòîê âîçäóõà òîðìîçèòñÿ îò ñêîðîñòè

íà âõî-

äå äî ñêîðîñòè

íà âûõîäå èç ÐÊ. Óìåíüøåíèå

ñêîðîñòè â ÐÊ ïðèâîäèò ê ïîâûøåíèþ ñòàòè÷åñêî-

ãî äàâëåíèÿ îò P

íà âõîäå äî P

íà âûõîäå.

Ðàáîòà,

ïîäâîäèìàÿ ê âîçäóõó â ÐÊ, èäåò íå òîëüêî íà ïî-

âûøåíèå ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ, íî è íà óâåëè÷å-

íèå àáñîëþòíîé ñêîðîñòè îò çíà÷åíèÿ Ñ

äî Ñ

Èç ÐÊ âîçäóõ ñî ñêîðîñòüþ Ñ

ïîñòóïàåò â êà-

íàëû ÍÀ. Âñëåäñòâèå äèôôóçîðíîñòè ìåæëîïàòî÷-

íûõ êàíàëîâ ÍÀ ïðîèñõîäèò óìåíüøåíèå àáñîëþò-

íîé ñêîðîñòè îò âåëè÷èíû Ñ

íà âõîäå äî Ñ

íà

âûõîäå, è, ñëåäîâàòåëüíî, ïîâûøåíèå ñòàòè÷åñêî-

ãî äàâëåíèÿ îò

äî

. Êðîìå òîãî,

ÍÀ îñóùåñòâ-

ëÿåò òðåáóåìûé ïîâîðîò âîçäóõà ïåðåä âõîäîì â ñëå-

äóþùåå ÐÊ.

Òàêèì îáðàçîì, ïîëíûé ïðèðîñò ñòàòè÷åñêî-

ãî äàâëåíèÿ â ñòóïåíè ñîñòàâëÿåò ñóììó ïðèðîñòà

äàâëåíèÿ â ÐÊ è ÂÍÀ:

∆Ð

ÑÒ

=∆Ð

ÐÊ

∆∆

∆

ÂÍÀ

Â ðåçóëüòàòå ñæàòèÿ âîçäóõà åãî òåìïåðàòóðà

ïîâûøàåòñÿ îò Ò

íà âõîäå â ÐÊ äî Ò

íà âûõîäå èç

ñòóïåíè.

Èçìåíåíèå ïàðàìåòðîâ ñîñòîÿíèÿ âîçäóõà

â ñòóïåíè îñåâîãî êîìïðåññîðà ïðèâåäåíî íà

Ðèñ. 5.2.1.1_2.

Ïðè äâèæåíèè âäîëü ïðîòî÷íîé ÷àñòè ìíîãî-

ñòóïåí÷àòîãî êîìïðåññîðà âîçäóõ ñæèìàåòñÿ è åãî

ïëîòíîñòü âîçðàñòàåò. Ïîýòîìó, ÷òîáû îáåñïå÷èòü

Ðèñóíîê 5.2.1.1_4 – Îñíîâíûå ïàðàìåòðû ðåøåòêè

ïðîôèëåé

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

223

òðåáóåìóþ âåëè÷èíó îñåâîé ñêîðîñòè íà âûõîäå

èç êîìïðåññîðà, êîòîðàÿ îáû÷íî ñîñòàâëÿåò

120…180 ì/ñ, ïðîòî÷íóþ ÷àñòü êîìïðåññîðà âû-

ïîëíÿþò ñóæàþùåéñÿ ê âûõîäó.

Îòíîøåíèå äàâëåíèÿ íà âûõîäå èç ñòóïåíè

ê äàâëåíèþ íà âõîäå â íåå íàçûâàåòñÿ ñòåïåíüþ

ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ â ñòóïåíè - π*

ÑÒ

. Ñòåïåíü ïî-

âûøåíèÿ äàâëåíèÿ ìíîãîñòóïåí÷àòîãî êîìïðåññî-

ðà òåì áîëüøå, ÷åì áîëüøå ñòåïåíè ïîâûøåíèÿ

äàâëåíèé îòäåëüíûõ ñòóïåíåé è ÷åì áîëüøå èõ

êîëè÷åñòâî.

Ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ â ñòóïåíè îñå-

âîãî êîìïðåññîðà â îñíîâíîì çàâèñèò îò ñðåäíåé

îêðóæíîé ñêîðîñòè ëîïàòîê. ×åì áîëüøå ýòà ñêî-

ðîñòü, òåì áîëüøå ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ.

Ìàêñèìàëüíàÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü ëîïàòîê èç óñ-

ëîâèé èõ ïðî÷íîñòè îáû÷íî íå ïðåâûøàå

300…450 ì/ñ. Íàïðèìåð, ìàêñèìàëüíàÿ îêðóæíàÿ

ñêîðîñòü ðàáî÷èõ ëîïàòîê ïåðâîé ñòóïåíè ÊÂÄ

äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À ñîñòàâëÿåò 365 ì/ñ. Äèàìåòð

ñòóïåíè êîìïðåññîðà îïðåäåëÿåòñÿ ïîòðåáíûì ðàñ-

õîäîì âîçäóõà, åãî ïëîòíîñòüþ è îñåâîé ñêîðîñ-

òüþ. Îñåâàÿ ñêîðîñòü âîçäóõà ñîõðàíÿåòñÿ ïî âñåì

ñòóïåíÿì ïîñòîÿííîé èëè íåñêîëüêî óìåíüøàåòñÿ

ê ïîñëåäíèì ñòóïåíÿì. Òàê êàê ïëîòíîñòü âîçäóõà

íà âõîäå â ïåðâóþ ñòóïåíü ìèíèìàëüíàÿ, òî íàè-

áîëüøóþ ïëîùàäü ïðîòî÷íîé ÷àñòè èìååò ïåðâàÿ

ñòóïåíü, äàëåå ïëîùàäü óìåíüøàåòñÿ ê ïîñëåäíèì

ñòóïåíÿì. Ïëîùàäü ïðîòî÷íîé ÷àñòè îãðàíè÷åíà

åå íàðóæíûì è âíóòðåííèì äèàìåòðàìè. Äëÿ

óìåíüøåíèÿ íàðóæíîãî äèàìåòðà ïåðâîé ñòóïåíè

ïðè çàäàííîé ïëîùàäè ïðîòî÷íîé ÷àñòè óìåíüøà-

þò âíóòðåííèé äèàìåòð, à ÷òîáû îáåñïå÷èòü ðàç-

ìåùåíèå ëîïàòîê íà ðîòîðå, âíóòðåííèé äèàìåòð

âûáèðàþò îáû÷íî ðàâíûì 0,35…0,4 îò íàðóæíîãî

äèàìåòðà.

Íà ïîñëåäóþùèõ ñòóïåíÿõ ìîæåò áûòü ñîõðà-

íåí òîò æå íàðóæíûé äèàìåòð, ÷òî è íà ïåðâîé ñòó-

ïåíè (ñì. Ðèñ. 5.2.1.1_5à), òîò æå âíóòðåííèé äèàìåòð

(ñì. Ðèñ. 5.2.1.1_5á), èëè òîò æå ñðåäíèé äèàìåòð

(ñì. Ðèñ. 5.2.1.1_5â).

Â ïåðâîì ñëó÷àå ïîòðåáíîå óìåíüøåíèå ïëî-

ùàäè ïðîòî÷íîé ÷àñòè (âñëåäñòâèå âîçðàñòàíèÿ

ïëîòíîñòè âîçäóõà) äîñòèãàåòñÿ óâåëè÷åíèåì âíóò-

ðåííåãî äèàìåòðà ïðîòî÷íîé ÷àñòè. Ïðè ýòîì ñðåä-

íèå îêðóæíûå ñêîðîñòè ñòóïåíåé ðàñòóò è, ñëåäî-

âàòåëüíî, óâåëè÷èâàþòñÿ èõ ñòåïåíè ïîâûøåíèÿ

äàâëåíèÿ. Íî íàðÿäó ñ ýòèì ïðåèìóùåñòâîì óêà-

çàííàÿ êîíñòðóêöèÿ êîìïðåññîðà îáëàäàåò è íåäî-

ñòàòêîì - ìåíüøàÿ äëèíà ëîïàòîê ïîñëåäíèõ ñòó-

ïåíåé. Çàçîð ìåæäó òîðöîì ëîïàòêè è êîðïóñîì ïðè

íàëè÷èè êîðîòêèõ ëîïàòîê îòíîñèòåëüíî áîëüøå,

÷åì ïðè äëèííûõ. Â ðåçóëüòàòå ýòîãî ó êîìïðåññî-

ðà ñ êîðîòêèìè ëîïàòêàìè óâåëè÷èâàåòñÿ îáðàòíîå

ïåðåòåêàíèå âîçäóõà â çàçîðå è, ñëåäîâàòåëüíî,

óìåíüøàåòñÿ ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ êîìï-

ðåññîðà.

Ïðè ïîñòîÿííîì âíóòðåííåì èëè ñðåäíåì äè-

àìåòðå ëîïàòêè ïîñëåäíèõ ñòóïåíåé áîëåå äëèí-

íûå, ïîýòîìó è ïåðåòåêàíèÿ ìåíüøå. Ñòåïåíü ïî-

âûøåíèÿ äàâëåíèÿ ñòóïåíåé îñòàåòñÿ ïîñòîÿííîé

(ïðè ïîñòîÿííîì ñðåäíåì äèàìåòðå) èëè óìåíüøà-

åòñÿ (ïðè ïîñòîÿííîì âíóòðåííåì äèàìåòðå), ïî-

ñêîëüêó çàâèñèò îò ñðåäíåé îêðóæíîé ñêîðîñòè.

Â öåëÿõ ðàñøèðåíèÿ îáëàñòè óñòîé÷èâîé ðà-

áîòû è ïîâûøåíèÿ ê.ï.ä. ïðèìåíÿþòñÿ äâóõêàñêàä-

íûå è òðåõêàñêàäíûå ñõåìû îñåâûõ êîìïðåññîðîâ.

Â ìíîãîêàñêàäíîì êîìïðåññîðå íåñêîëüêî ïîñëå-

äîâàòåëüíî ðàñïîëîæåííûõ ðîòîðîâ àâòîíîìíî

ïðèâîäÿùèõñÿ âî âðàùåíèå îòäåëüíûìè òóðáèíà-

ìè (ñì. ðàçäåë 5.4).

5.2.1.2 – Öåíòðîáåæíûå êîìïðåññîðû

Â öåíòðîáåæíîì êîìïðåññîðå äëÿ ïîâûøåíèÿ

äàâëåíèÿ ãàçà èñïîëüçóåòñÿ öåíòðîáåæíûé ýôôåêò,

êîòîðûé ïîçâîëÿåò óâåëè÷èòü ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ

ïîëíîãî äàâëåíèÿ íàìíîãî áîëüøå, ÷åì â îñåâîì

êîìïðåññîðå. Ê ÷èñëó äîñòîèíñòâ öåíòðîáåæíûõ

êîìïðåññîðîâ îòíîñÿòñÿ òàêæå îòíîñèòåëüíàÿ ïðî-

ñòîòà êîíñòðóêöèè (ñóùåñòâåííî ìåíüøåå ÷èñëî

äåòàëåé), áîëåå áëàãîïðèÿòíàÿ õàðàêòåðèñòèêà

è ìåíüøàÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòü ê óñëîâèÿì ýêñïëóà-

òàöèè, ÷åì ó îñåâûõ.

Ðèñóíîê 5.2.1.1_5 – Ñõåìû ïðîôèëåé ïðîòî÷íîé

÷àñòè

à) ñ ïîñòîÿííûì íàðóæíûì äè-

àìåòðîì; á) ñ ïîñòîÿííûì

âíóòðåííèì äèàìåòðîì; â) ñ

ïîñòîÿííûì ñðåäíèì äèàìåò-

ðîì; ã) ñ ïåðåìåííûì íàðóæ-

íûì, âíóòðåííèì è ñðåäíèì äè-

àìåòðàìè

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

224

Ðèñóíîê 5.2.1.2_2 - Òèïû ðàáî÷èõ êîëåñ

à) îòêðûòîãî òèïà;

b) çàêðûòîãî òèïà;

c) ïîëóîòêðûòîãî òèïà.

1 - âòóëêà; 2.- ðàáî÷èå ëîïàòêè;

3 - ïîêðûâíîé äèñê

Ñòóïåíü öåíòðîáåæíîãî êîìïðåññîðà ñîñòîèò

èç ÂÍÀ 1, ÐÊ 2 è âûõîäíîé ñèñòåìû, êîòîðàÿ âêëþ-

÷àåò â ñåáÿ áåçëîïàòî÷íûé ùåëåâîé äèôôóçîð 3,

ëîïàòî÷íûé äèôôóçîð 4 è âûõîäíîé ïàòðóáîê 5 (ñì.

Ðèñ. 5.2.1.2_1).

Â ÐÊ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ, ïîäâî-

äèìàÿ ê êîëåñó îò òóðáèíû, ïðåîáðàçóåòñÿ â ïîòåí-

öèàëüíóþ è êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ ãàçà. Ýòî ïðåîá-

ðàçîâàíèå ýíåðãèè â ÐÊ îñóùåñòâëÿåòñÿ â ðåçóëüòàòå

àýðîäèíàìè÷åñêîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïîòîêà ãàçà

ñ âðàùàþùèìñÿ ëîïàòî÷íûì àïïàðàòîì. Ïîòîê íà

âõîäå îáû÷íî çàêðó÷èâàåòñÿ ïî âðàùåíèþ.

Õîòÿ â ñâÿçè ñ ýòèì óìåíüøàåòñÿ íàïîð, ñî-

îáùàåìûé âîçäóõó, íåîáõîäèìîñòü â ïðåäâàðèòåëü-

íîé çàêðóòêå ïî âðàùåíèþ ñâÿçàíà ñ æåëàíèåì

óìåíüøèòü âåëè÷èíó îòíîñèòåëüíîé ñêîðîñòè, êî-

òîðàÿ â ïåðèôåðèéíîì ñå÷åíèè äîñòèãàåò çíà÷åíèé,

áëèçêèõ ê ñêîðîñòè çâóêà è äàæå ïðåâûøàþùèõ åå.

Ïî êîíñòðóêòèâíîìó âûïîëíåíèþ ðàáî÷èå

êîëåñà äåëÿòñÿ íà ñëåäóþùèå òèïû:

- îòêðûòûå (Ðèñ. 5.2.1.2_2a),

- çàêðûòûå (Ðèñ. 5.2.1.2_2á)

- ïîëóîòêðûòûå (Ðèñ. 5.2.1.2_2â).

Ðèñóíîê 5.2.1.2_1 – Äâóõñòóïåí÷àòûé öåíòðîáåæ-

íûé êîìïðåññîð äâèãàòåëÿ

Rolls-Royce Dart

(Ïå÷àòàåòñÿ ñ ðàçðåøåíèÿ Rolls-

Royce plc)

1 - ÂÍÀ; 2 - ÐÊ; 3 - áåçëîïàòî÷-

íûé ùåëåâîé äèôôóçîð; 4 - ëî-

ïàòî÷íûé äèôôóçîð; 5 - âûõîä-

íîé ïàòðóáîê

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

225

Ðàáî÷åå êîëåñî îòêðûòîãî òèïà ñîñòîèò èç

âòóëêè 1 è çàêðåïëåííûõ íà íåé ðàáî÷èõ ëîïàòîê

2, òàê ÷òî ìåæëîïàòî÷íûå êàíàëû ñ äâóõ òîðöåâûõ

ñòîðîí îãðàíè÷åíû ëèøü íåïîäâèæíûìè ñòåíêà-

ìè êîæóõà, ðàñïîëîæåííûìè íà íåáîëüøîì ðàññòî-

ÿíèè îò òîðöîâ ëîïàòîê. Êîëåñî îòêðûòîãî òèïà

ÿâëÿåòñÿ ìàëîýêîíîìè÷íûì ââèäó áîëüøèõ ïîòåðü

îò ïåðåòåêàíèÿ ãàçà ÷åðåç òîðöû ëîïàòîê è èç-çà

âëèÿíèÿ ñðåäû â çàçîðå ìåæäó êîëåñàìè è êîæóõîì

íà ïîòîê â êàíàëå êîëåñà. Òàêèå êîëåñà ïðèìåíÿ-

þòñÿ èíîãäà â äåøåâûõ âåíòèëÿòîðàõ èëè äûìî-

ñîñàõ.

Ó ÐÊ çàêðûòîãî òèïà ëîïàòêè 1 ñ äâóõ òîðöîâ

ïðèêðåïëÿþòñÿ ê äèñêàì 2 è 3, îäèí èç êîòîðûõ

íàçûâàåòñÿ ïîêðûâíûì. Â çàêðûòîì êîëåñå îáà òîð-

öà ëîïàòîê çàêðûòû, òàê ÷òî ïåðåòåêàíèÿ ãàçà ÷åðåç

òîðöû áûòü íå ìîæåò. Ïîòîê ãàçà â êîëåñå èçîëèðî-

âàí îò âîçäåéñòâèÿ ãàçà, íàõîäÿùåãîñÿ

â çàçîðå ìåæ-

äó ÐÊ è êîæóõîì. Ââèäó ýòîãî çàêðûòûå êîëåñà

ÿâëÿþòñÿ íàèáîëåå ýêîíîìè÷íûìè è ïðèìåíÿþò-

ñÿ ÷àùå âñåãî â ñòàöèîíàðíûõ öåíòðîáåæíûõ êîì-

ïðåññîðàõ. Ëîïàòêè çàêðûòûõ êîëåñ îáû÷íî âûïîë-

íÿþò çàîäíî ñ îñíîâíûì äèñêîì, à ïîêðûâíîé äèñê

êðåïèòñÿ ê íèì áîëòàìè èëè ñ ïîìîùüþ ñâàðêè.

Ó êîëåñ ïîëóîòêðûòîãî òèïà ëîïàòêè ñ îäíîé ñòî-

ðîíû ñîåäèíåíû ñ äèñêîì, à ñ äðóãîé ñòîðîíû òàê-

æå îòêðûòû. Îáû÷íî ëîïàòêè ïîëóîòêðûòûõ ÐÊ

âûïîëíÿþò çàîäíî ñ äèñêàìè. Ïîëóîòêðûòûå êî-

ëåñà ïî ýêîíîìè÷íîñòè çàíèìàþò ïðîìåæóòî÷íîå

ïîëîæåíèå. Ñ òî÷êè çðåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ïðî÷íî-

ñòè ÐÊ ïîëóîòêðûòîãî òèïà èìåþò íàèáîëüøóþ

ïðî÷íîñòü ïî ñðàâíåíèþ ñ êîëåñàìè çàêðûòîãî

òèïà, òàê êàê íàëè÷èå ïîêðûâíîãî äèñêà ïðèâîäèò

ê óâåëè÷åíèþ íàïðÿæåíèé âî âñåõ ýëåìåíòàõ îñ-

íîâíîãî äèñêà.

Öåíòðîáåæíûå êîìïðåññîðû ìîãóò áûòü ñ îä-

íîñòîðîííèì è äâóõñòîðîííèì âõîäîì. Ó êîìïðåñ-

ñîðà ñ îäíîñòîðîííèì îñåâûì âõîäîì âîçäóõ ïî-

ñòóïàåò íà ÐÊ ÷åðåç íåïîäâèæíûé ÍÀ îñåâîãî òèïà.

Ó êîìïðåññîðà ñ äâóõñòîðîííèì âõîäîì ÷àùå

èñïîëüçóåòñÿ êîëüöåâîé âõîä, à íåïîäâèæíûé ÍÀ

ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êîëüöåâóþ ðåøåòêó, çà êîòî-

ðîé óñòàíàâëèâàþòñÿ òàêæå íàïðàâëÿþùèå òîðî-

èäàëüíûå ïîâåðõíîñòè. Ýòîò âðàùàþùèéñÿ ÍÀ

èíîãäà âûïîëíÿåòñÿ ñîâìåñòíî ñ êîëåñîì – êàê

îäíà äåòàëü.

Íåäîñòàòêîì öåíòðîáåæíûõ êîìïðåññîðîâ

ÿâëÿåòñÿ ïîíèæåííàÿ ëîáîâàÿ ïðîèçâîäèòåëüíîñòü,

òàê êàê ñå÷åíèå âõîäà âîçäóõà çàíèìàåò ëèøü íå-

çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü ìèäåëÿ (ìàêñèìàëüíîé ïëîùà-

äè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ) êîìïðåññîðà, îñîáåííî

ó êîìïðåññîðà ñ îäíîñòîðîííèì âõîäîì. Áîëåå çàò-

ðóäíèòåëüíî ñîçäàíèå ìíîãîñòóïåí÷àòîé êîíñòðóê-

öèè, òàê êàê ïîñëå âûõîäà èç ïðåäûäóùåé ñòóïåíè

âîçäóõ ìîæåò ïîïàñòü íà âõîä ñëåäóþùåé ëèøü

ñ ïîìîùüþ òàê íàçûâàåìîãî îáðàòíîãî êàíàëà

ñëîæíîé ïåòëåîáðàçíîé ôîðìû.

Èñïîëüçîâàíèå öåíòðîáåæíîãî êîìïðåññîðà

âìåñòî ìíîãîñòóïåí÷àòîãî îñåâîãî âîçìîæíî, êîã-

äà ê.ï.ä. ñòóïåíè öåíòðîáåæíîãî êîìïðåññîðà ïðè

ππ

* = 6…8 äîñòèãíåò

ηη

* = 0,82…0,83, ò.å. ïðèáëè-

çèòñÿ ê ê.ï.ä. îñåâûõ ìíîãîñòóïåí÷àòûõ êîìïðåñ-

ñîðîâ. Áîëåå öåëåñîîáðàçíî ïðèìåíåíèå îñåöåíò-

ðîáåæíûõ êîìïðåññîðîâ â äâèãàòåëÿõ ìàëûõ

ðàçìåðîâ.

Ïî àýðîäèíàìè÷åñêîé ñõåìå ÐÊ ìîãóò áûòü

ðàçäåëåíû íà ÷åòûðå îñíîâíûõ ãðóïïû:

- êîëåñà íèçêîé ðåàêòèâíîñòè ñ ëîïàòêàìè,

çàãíóòûìè â ñòîðîíó âðàùåíèÿ (ñì. Ðèñ. 5.2.1.2_3);

- êîëåñà ñî ñòåïåíüþ ðåàêòèâíîñòè, áëèçêîé

ê 0,5, ñ ðàäèàëüíûìè ëîïàòêàìè (

ββ

2Ë

= 90°) (ñì.

Ðèñ. 5.2.1.2_4);

Ðèñóíîê 5.2.1.2_3 - Ñõåìà êîëåñà íèçêîé ðåàêòèâ-

íîñòè

Ðèñóíîê 5.2.1.2_4 - Êîëåñî ïîëóîòêðûòîãî òèïà

ñ âûõîäíûì óãëîì

ββ

2Ë

= 90°

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

226

ãä

å â ðåçóëüòàòå ñæàòèÿ â ïðåäûäóùèõ ñòóïåíÿõ

îáúåìíûé ðàñõîä çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì â íà-

÷àëüíûõ ñòóïåíÿõ.

Ðîòîðà öåíòðîáåæíûõ êîìïðåññîðîâ ñîñòîÿò

èç ÐÊ ñ ëîïàòêàìè, âðàùàþùèõñÿ ÍÀ, âàëà èëè

ïåðåäíåé è çàäíåé öàïô.

Åñëè êîíñòðóêòèâíî ÐÊ âûïîëíåíî îòäåëüíî

îò âàëà, òî ïåðåäà÷à êðóòÿùåãî ìîìåíòà ïðîèçâî-

äèòñÿ ïîñðåäñòâîì öèëèíäðè÷åñêèõ è òîðöåâûõ

øëèö. Îòäåëüíûå ñòóïåíè ñîåäèíÿþòñÿ ìåæäó ñî-

áîé ïðîìåæóòî÷íûìè âàëàìè. Ïåðåäà÷à êðóòÿùå-

ãî ìîìåíòà îñóùåñòâëÿåòñÿ ïðèçîííûìè áîëòàìè

èëè øëèöåâûì ñîåäèíåíèåì â çàâèñèìîñòè îò êîí-

ñòðóêöèè êîìïðåññîðà. Âàëû ðîòîðîâ îáû÷íî èç-

ãîòàâëèâàþò èç ëåãèðîâàííûõ êîíñòðóêöèîííûõ

ñòàëåé.

5.2.1.3 – Îñåöåíòðîáåæíûå êîìïðåñ-

ñîðû

Îñåöåíòðîáåæíûå êîìïðåññîðû ïðåäñòàâëÿ-

þò ñîáîé êîìáèíèðîâàííîå óñòðîéñòâî, â êîòîðîì

âûñîêèé ê.ï.ä. (≈ 83%) îñåâîãî êîìïðåññîðà (ïåð-

âûå 5…7 ñòóïåíåé) ñî÷åòàåòñÿ ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ

ñæàòèÿ â åäèíñòâåííîé ïîñëåäíåé öåíòðîáåæíîé

ñòóïåíè (ñì. Ðèñ. 5.2.1.3_1). Öåíòðîáåæíàÿ ñòóïåíü

óñòàíàâëèâàåòñÿ âìåñòî íåñêîëüêèõ îñåâûõ, èìå-

þùèõ ñâåðõìàëûå âûñîòû ðàáî÷èõ ëîïàòîê, ó êî-

òîðûõ îñîáåííî ñêàçûâàåòñÿ âëèÿíèå ðàäèàëüíûõ

çàçîðîâ íàä ëîïàòêàìè.

Òàêèå êîìïðåññîðû, íåñìîòðÿ íà íåêîòîðóþ

ïîòåðþ îáùåãî ê.ï.ä. (ïî ñðàâíåíèþ ñ îñåâûì êîì-

ïðåññîðîì òàêîé æå ñòåïåíè ñæàòèÿ), èìåþò çíà-

÷èòåëüíûé âûèãðûø ïî äëèííîâûì ðàçìåðàì

è ìàññå. Ýòî è ïðåäîïðåäåëÿåò ãëàâíóþ îáëàñòü èõ

èñïîëüçîâàíèÿ – íåáîëüøèå ÒÐÄ è ÒÂÄ äëÿ ðåãèî-

íàëüíûõ ñàìîëåòîâ.

5.2.2 – Àýðîäèíàìè÷åñêîå ïðîåêòè-

ðîâàíèå êîìïðåññîðà

5.2.2.1 – Îáùèå ýòàïû

Ìåòîäîëîãèþ àýðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîåêòèðî-

âàíèÿ âñåõ òèïîâ êîìïðåññîðîâ ìîæíî ïðåäñòàâèòü

â âèäå áëîê-ñõåìû (ñì. Ðèñ. 5.2.2.1_1). Âñå ðàñ÷åò-

íûå ðàáîòû êðóïíî ìîæíî ðàçäåëèòü íà òðè ýòàïà:

- ðàñ÷åò êîìïðåññîðà íà îñíîâå îäíîìåðíîé

ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè;

- ðàñ÷åò êîìïðåññîðà íà îñíîâå äâóìåðíîé

îñåñèììåòðè÷íîé ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè;

- òðåõìåðíûé ðàñ÷åò âÿçêîãî òå÷åíèÿ â ëîïà-

òî÷íûõ âåíöàõ êîìïðåññîðà.

- êîëåñà ñðåäíåé ðåàêòèâíîñòè ñ ëîïàòêàìè,

óìåðåííî çàãíóòûìè â ñòîðîíó, îáðàòíóþ âðàùå-

íèþ (

ββ

2Ë

= 40…60°);

- êîëåñà âûñîêîé ðåàêòèâíîñòè ñ ëîïàòêàìè,

çàãíóòûìè â ñòîðîíó, îáðàòíóþ âðàùåíè

(

ββ

2Ë

= 15…35°).

Êîëåñà íèçêîé ðåàêòèâíîñòè ïðèìåíÿþò, â îñ-

íîâíîì, ïðè ïðîèçâîäñòâå ïðîìûøëåííûõ âåíòèëÿ-

òîðîâ. Ýòè êîëåñà îòëè÷àþòñÿ âûñîêè

ì çíà÷åíèåì

êîýôôèöèåíòà ðàñõîäà è ñðàâíèòåëüíî áîëüøèìè

çíà÷åíèÿìè àáñîëþòíî

é ñêîðîñòè íà âûõîäå èç êî-

ëåñà. Âñëåäñòâèå íèçêîé ñòåïåíè ðåàêòèâíîñòè îñ-

íîâíîé ïðîöåññ ïîâûøåíèÿ ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ

â ìàøèíàõ ñ òàêèìè êîëåñàìè ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò

äèôôóçîðíîãî ýôôåêòà â íåïîäâèæíûõ ýëåìåíòàõ.

Êîëåñà ñî ñòåïåíüþ ðåàêòèâíîñòè, áëèçêîé

ê 0,5, ñ ðàäèàëüíûìè ëîïàòêàìè îáû÷íî âûïîëíÿþò-

ñÿ ïîëóîòêðûòîãî òèïà. Â îòëè÷èå îò êîëåñ ñ

èçîã-

íóòûìè ëîïàòêàìè çäåñü ëîïàòêè íà÷èíàþòñÿ îò

âòóëêè, è ïîâîðîò ïîòîêà èç îñåâîãî íàïðàâëåíèÿ

â ðàäèàëüíîå ïðîèñõîäèò â ìåæëîïàòî÷íîì ïðî-

ñòðàíñòâå. Âõîäíûå êðîìêè ëîïàòîê â òàêèõ êîëå-

ñàõ îáû÷íî çàãèáàþòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû èõ

íàïðàâëåíèå ñîîòâåòñòâîâàëî íàïðàâëåíèþ íàáå-

ãàþùåãî ïîòîêà.

Âñëåäñòâèå îòñóòñòâèÿ ïîêðûâíîãî äèñêà

è áëàãîäàðÿ

ïðÿìîëèíåéíîé ôîðìå è ðàäèàëüíîìó

íàïðàâëåíèþ ëîïàòîê íàïðÿæåíèÿ â òàêèõ êîëåñàõ

ïðè îäíèõ è òåõ æå îêðóæíûõ ñêîðîñòÿõ çíà÷èòåëü-

íî íèæå, ÷åì â äâóõäèñêîâûõ êîëåñàõ (ñ ïîêðûâ-

íûì äèñêîì) ñ èñêðèâëåííûìè ëîïàòêàìè.

Ïîýòî-

ìó òàêèå êîëåñà ïðèãîäíû äëÿ ðàáîòû ñ áîëüøèìè

ñêîðîñòÿìè âðàùåíèÿ (äî U = 550…600 ì/ñ), ÷òî

äàåò âîçìîæíîñòü ïîëó÷èòü â ñòóïåíÿõ âåñüìà

áîëüøèå íàïîðû è ðàñõîäû. Êîëåñà ýòîé ãðóïïû

íàøëè øèðîêîå ïðèìåíåíèå â àâèàöèîííûõ è òðàí-

ñïîðòíûõ ìàøèíàõ.

Êîëåñà ñðåäíåé ðåàêòèâíîñòè ñ ëîïàòêàìè,

óìåðåííî çàãíóòûìè â ñòîðîíó, îáðàòíóþ âðàùåíèþ

(

ββ

2Ë

= 40…60°), ðàñïðîñòðàíåíû â ñòàöèîíàðíûõ

ïðîìûøëåííûõ êîìïðåññîðàõ äëÿ íàãíåòàíèÿ ðàç-

ëè÷íûõ ãàçîâ (íàïðèìåð, àçîòà). Òàêèå êîëåñà ÷àñòî

íàçûâàþò ïðîñòî êîëåñàìè êîìïðåññîðíîãî òèïà.

Êîëåñà âûñîêîé ðåàêòèâíîñòè ñ ëîïàòêàìè,

çàãíóòûìè â ñòîðîíó, îáðàòíóþ âðàùåíèþ

(

ββ

2Ë

= 15…35°), èìåþò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â íà-

ñîñîñòðîåíèè. Â ïîñëåäíåå âðåìÿ èõ ñòàëè ïðèìå-

íÿòü òàêæå è â êîìïðåññîðàõ. Áëàãîäàðÿ âûñîêîé

ñòåïåíè ðåàêòèâíîñòè ñòóïåíè ñ òàêèìè êîëåñàìè

èìåþò ñðàâíèòåëüíî âûñîêèé ê.ï.ä. (äî 86…87%).

Äëÿ êîëåñ ýòîé ãðóïïû õàðàêòåðíû íåáîëüøèå çíà-

÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà ðàñõîäíîé ñêîðîñòè

ϕϕ

2r.

Òàêèå êîëåñà ÷àñòî èñïîëüçóþòñÿ â ïîñëåä-

íèõ ñòóïåíÿõ ìíîãîñòóïåí÷àòûõ êîìïðåññîðîâ,

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

227

Ðèñóíîê 5.2.1.3_1 – Îñåöåíòðîáåæíûé êîìïðåññîð äâèãàòåëÿ Honeywell Ò53. Ìàòåðèàë ëþáåçíî ïðåäîñòàâëåí

êîìïàíèåé Honeywell

1 - îñåâûå ñòóïåíè; 2 - öåíòðîáåæíàÿ ñòóïåíü

5.2.2.2 – Ðàñ÷åò êîìïðåññîðà íà

îñíîâå îäíîìåðíîé ìàòåìàòè÷åñêîé

ìîäåëè

Ñîãëàñíî áëîê–ñõåìå (ñì. Ðèñ. 5.2.2.1_1) íà

ïåðâîì ýòàïå àýðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ

îïðåäåëÿåòñÿ òèï êîìïðåññîðà:

- îñåâîé;

- öåíòðîáåæíûé;

- îñåöåíòðîáåæíûé.

Ïîñëå âûáîðà òèïà êîìïðåññîðà íà îñíîâàíèè

èñõîäíûõ äàííûõ òåõíè÷åñêîãî çàäàíèÿ âûïîëíÿ-

åòñÿ ðàñ÷åò åãî õàðàêòåðèñòèê. Íà ïåðâîì ýòàïå

àýðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ êîìïðåññîðà

ðàñ÷åò âûïîëíÿåòñÿ íà îñíîâå îäíîìåðíîé ìàòå-

ìàòè÷åñêîé ìîäåëè. Èñõîäíûìè äàííûìè äëÿ ðàñ-

÷åòà ÿâëÿþòñÿ:

- ïîëíîå äàâëåíèå è òåìïåðàòóðà ïîòîêà íà

âõîäå â êîìïðåññîð;

- ðàñõîä âîçäóõà;

- ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ;

- ÷àñòîòà âðàùåíèÿ ðîòîðà;

- ðàñïðåäåëåíèå êîýôôèöèåíòà çàòðà÷åííîé

ðàáîòû ïî ñòóïåíÿì.

Ðàñ÷åò êîìïðåññîðà ïî ïàðàìåòðàì íà ñðåä-

íåì ðàäèóñå âûïîëíÿåòñÿ íà îñíîâàíèè óðàâíåíèé

èçâåñòíûõ èç òåðìîäèíàìèêè.

Íà ýòîì ýòàïå ïðîåêòèðîâàíèÿ îïðåäåëÿþòñÿ

ïàðàìåòðû êîìïðåññîðà äëÿ ïîñëåäóþùåãî ðàñ÷å-

òà õàðàêòåðèñòèê êîìïðåññîðà:

- ðàçìåðû è ôîðìà ïðîòî÷íîé ÷àñòè;

- èçîýíòðîïè÷åñêèé êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî

äåéñòâèÿ;

- ìàññà è äëèíà;

- ðàñïðåäåëåíèå ïàðàìåòðîâ ïî ñòóïåíÿì;

êîíñòðóêòèâíûå ïàðàìåòðû ëîïàòî÷íûõ âåí

öîâ;

- óãëû èçãèáà ïðîôèëÿ ðàáî÷èõ è íàïðàâëÿþ-

ùèõ ëîïàòîê;

- óãëû àòàêè è îòñòàâàíèÿ ëîïàòîê;

- óãëû ëîïàòîê íà ñðåäíåì ðàäèóñå.

Ðàñ÷åò õàðàêòåðèñòèê ïðîâîäèòñÿ äëÿ îïðåäå-

ëåíèÿ ïàðàìåòðîâ êîìïðåññîðà è çàïàñîâ óñòîé÷è-

âîñòè íà ðàçëè÷íûõ ýêñïëóàòàöèîííûõ ðåæèìàõ

åãî ðàáîòû.

Ðàñ÷åò êàæäîé ñòóïåíè êîìïðåññîðà ïðîâî-

äèòñÿ ïîñëåäîâàòåëüíî îò ñòóïåíè ê ñòóïåíè. Ïîñ-

ëå ðàñ÷åòà âñåõ ñòóïåíåé âû÷èñëÿåòñÿ ñóììàðíàÿ

ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ äàâëåíèÿ êîìïðåññîðà

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

228

Ðèñóíîê 5.2.2.1_1 – Ìåòîäîëîãèÿ àýðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ êîìïðåññîðîâ

∏

ππ

Ñóììàðíûé ê.ï.ä. êîìïðåññîðà îïðåäåëÿåòñÿ

ïî ìåòîäèêå, èñïîëüçóåìîé â ïðîåêòèðîâî÷íîì

ðàñ÷åòå êîìïðåññîðà íà ñðåäíåì ðàäèóñå (ñì. âû-

øå). Â ðåçóëüòàòå âûïîëíåíèÿ ïåðâîãî ýòàïà àýðî-

äèíàìè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ

ïðåäâàðèòåëüíûé âàðèàíò îñíîâíûõ ãåîìåòðè÷åñ-

êèõ ïàðàìåòðîâ ïðîòî÷íîé ÷àñòè êîìïðåññîðà, êî-

òîðûå ìîæíî èñïîëüçîâàòü äëÿ ïðîðèñîâêè åãî êîí-

ñòðóêòèâíîãî îáëèêà.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

229

Â îáùåì ñëó÷àå ðåçóëüòàòû îäíîìåðíîãî ïðî-

åêòèðîâàíèÿ èìåþò êàê ñàìîñòîÿòåëüíîå çíà÷åíèå,

òàê è ìîãóò èñïîëüçîâàòüñÿ â êà÷åñòâå èñõîäíûõ

äàííûõ äëÿ ñëåäóþùåãî ýòàïà ðàçðàáîòêè ïðîåêòà.

5.2.2.3 – Ðàñ÷åò êîìïðåññîðà íà îñ-

íîâå äâóìåðíîé îñåñèììåòðè÷íîé

ìàòåìàòè÷åñêîé ìîäåëè

Â îñíîâó âòîðîãî ýòàïà àýðîäèíàìè÷åñêîãî

ïðîåêòèðîâàíèÿ ïîëîæåíî ðåøåíèå îáðàòíîé çàäà-

÷è ðàñ÷åòà îñåñèììåòðè÷íîãî òå÷åíèÿ â ïðîåêòíîé

òî÷êå. Ñìûñë ïðîåêòèðîâàíèÿ, â êîíå÷íîì ñ÷åòå,

ñîñòîèò â îïðåäåëåíèè êîíñòðóêòè

âíûõ ïàðàìåòðîâ

êîìïðåññîðà (âêëþ÷àÿ êîîðäèíàòû ïðîôèëåé),

îáåñïå÷èâàþùèõ ðåàëèçàöèþ ðàñ÷åòíîãî ïîëÿ òå-

÷åíèÿ.

Íà÷àëüíûå çíà÷åíèÿ ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåò-

ðîâ íàõîäÿòñÿ èñõîäÿ èç èìåþùåãîñÿ îïûòà, îäíà-

êî óæå íà ýòîé ñòàäèè ïðåäóñìàòðèâàþòñÿ ðàñ÷åò-

íàÿ ïðîâåðêà ïðî÷íîñòè íàèáîëåå îòâåòñòâåííûõ

äåòàëåé (ëîïàòîê è äèñêîâ ðîòîðà). Ïðè íåîáõîäè-

ìîñòè ïðîèçâîäèòñÿ êîððåêöèÿ èõ ãåîìåòðèè è ïîâ-

òîðíûé ðàñ÷åò òå÷åíèÿ.

Âàæíåéøåé ÷àñòüþ ðàáîò íà âòîðîì ýòàïå

ïðîåêòèðîâàíèÿ êîìïðåññîðà ÿâëÿåòñÿ ðàñ÷åò åãî

õàðàêòåðèñòèê íà îñíîâå îñåñèììåòðè÷íîé ìàòå-

ìàòè÷åñêîé ìîäåëè. Â îñíîâó ðàñ÷åòà ïîëîæåí

îäèí èç âàðèàíòîâ òàê íàçûâàåìîãî «ìåòîäà êðè-

âèçíû ëèíèé òîêà». Â êà÷åñòâå èñõîäíîé èíôîð-

ìàöèè â íåì èñïîëüçóþòñÿ ñóììàðíûå ïàðàìåòðû

êîìïðåññîðà (G

ππ

, n) è äàííûå, ïîëó÷åííûå

ïðè îäíîìåðíîì ðàñ÷åòå:

- ñðåäíèå ïàðàìåòðû ñòóïåíåé;

- ðàçìåðû ïðîòî÷íîé ÷àñòè êîìïðåññîðà.

Ãðàíè÷íûìè óñëîâèÿìè íà âõîäå â êîìïðåñ-

ñîð ÿâëÿþòñÿ:

- ðàäèàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå ïîëíîãî äàâëå-

íèÿ;

- ðàäèàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå òåìïåðàòóðû òîð-

ìîæåíèÿ;

- ðàäèàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå óãëà ïîòîêà.

Ãðàíè÷íûìè óñëîâèÿìè íà âûõîäå èç êîìï-

ðåññîðà ÿâëÿþòñÿ:

- ðàäèàëüíîå ðàñïðåäåëåíèå óãëà ïîòîêà;

- ïîñòîÿíñòâî ñòàòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ;

ðàâåíñòâî ñóììàðíîãî ðàñõîäà âîçäóõà â ñòðóé-

êàõ òîêà ïðîåêòíîìó çíà÷åíèþ G

Äëÿ ðåøåíèÿ îáðàòíîé çàäà÷è îïðåäåëåíèÿ

ïàðàìåòðîâ ïîòîêà â ðàñ÷åòíûõ ñå÷åíèÿõ èñïîëü-

çóåòñÿ ñèñòåìà ãàçîäèíàìè÷åñêèõ óðàâíåíèé äëÿ

èäåàëüíîãî ãàçà, âêëþ÷àþùàÿ äèôôåðåíöèàëü-

íîå óðàâíåíèå äâèæåíèÿ è ýìïèðè÷åñêèå ñîîò-

íîøåíèÿ. Ýòè ñîîòíîøåíèÿ èñïîëüçóþòñÿ äëÿ íà-

õîæäåíèÿ ïîòåðü â ëîïàòî÷íûõ âåíöàõ è ó÷åòà

âëèÿíèÿ ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ íà ïàðàìåòðû êîì-

ïðåññîðà.

Â ðåçóëüòàòå ðåøåíèÿ îáðàòíîé çàäà÷è îïðå-

äåëÿþòñÿ ïàðàìåòðû ïîòîêà â ìåæâåíöîâûõ çàçî-

ðàõ îñåâîãî êîìïðåññîðà, îñðåäíåííûå è ðàñïðå-

äåëåííûå ïàðàìåòðû ëîïàòî÷íûõ âåíöîâ, ñòóïåíåé

è êîìïðåññîðà â öåëîì, â òîì ÷èñëå åãî ñóììàðíûå

ïàðàìåòðû - ñòåïåíü ïîâûøåíèÿ ïîëíîãî äàâëåíèÿ

è èçîýíòðîïè÷åñêèé ê.ï.ä.

5.2.2.4 – Òðåõìåðíûé ðàñ÷åò âÿçêîãî

òå÷åíèÿ â ëîïàòî÷íûõ âåíöàõ êîìï-

ðåññîðà

Â ñîîòâåòñòâèè ñ ðàññìàòðèâàåìîé ìåòîäîëî-

ãèåé íà òðåòüåì ýòàïå ïðåäóñìàòðèâàåòñÿ äàëüíåé-

øàÿ îïòèìèçàöèÿ êîìïðåññîðà, îñíîâàííàÿ íà ñî-

âåðøåíñòâîâàíèè àýðîäèíàìèêè òðåõìåðíîãî

ðàñ÷åòà âÿçêîãî òå÷åíèÿ. Äëÿ ýòîãî èñïîëüçóþòñÿ

ïðîãðàììíûå êîìïëåêñû, â êîòîðûõ ðåàëèçîâàíî

ðåøåíèå óðàâíåíèé Íàâüå-Ñòîêñà. Íà ýòîì ýòàïå

ìîæåò òàêæå ïðèìåíÿòüñÿ êâàçèòðåõìåðíûé ïîäõîä,

áàçèðóþùèéñÿ íà ðàñ÷åòå âÿçêîãî ïîòîêà

â ìåæëî-

ïàòî÷íîì êàíàëå â ñëîÿõ ïåðåìåííîé òîëùèíû,

âûäåëÿåìûõ íà ðàçëè÷íûõ ó÷àñòêàõ ïî ðàäèóñó.

Äëÿ ýòîãî ïðåäâàðèòåëüíî ïðîâîäèòñÿ ðàñ÷åò òðåõ-

ìåðíîãî íåâÿçêîãî ïîòîêà.

Â êà÷åñòâå ãðàíè÷íûõ óñëîâèé çàäàþòñÿ:

- óãëû ïîòîêà â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè;

- óãëû ïîòîêà â ìåðèäèîíàëüíîé ïëîñêîñòè

â íàïðàâëåíèè îò âòóëêè ê ïåðèôåðèè;

- ðàñïðåäåëåíèå ïî ðàäèóñó ïîëíîãî äàâëåíèÿ;

- ðàñïðåäåëåíèå ïî ðàäèóñó òåìïåðàòóðû.

Íà âûõîäå äîëæíî çàäàâàòüñÿ:

- ñòàòè÷åñêîå äàâëåíèå íà âòóëêå;

- ðàñïðåäåëåíèå äàâëåíèÿ îò âòóëêè ê ïåðèôå-

ðèè (îïðåäåëÿåòñÿ èç óðàâíåíèÿ ðàäèàëüíîãî ðàâ-

íîâåñèÿ).

Ãðàíè÷íîå óñëîâèå íà ñòåíêå – ïðèëèïàíèå

(ñêîðîñòü ïîòîêà íà ñòåíêå ðàâíà íóëþ); ãðàíè÷-

íûå óñëîâèÿ íà ïåðèîäè÷åñêîé ãðàíèöå - ïåðèîäè-

÷åñêè ïîâòîðÿþùèåñÿ (ïàðàìåòðû ïîòîêà è ãåîìåò-

ðèÿ êîìïðåññîðà ÿâëÿþòñÿ ïåðèîäè÷åñêèìè –

ðàâíûìè ÷èñëó ëîïàòîê â ëîïàòî÷íîì âåíöå).

Ðàñ÷åòû ñ èñïîëüçîâàíèåì òðåõìåðíîãî ïðî-

ãðàììíîãî êîìïëåêñà ïîçâîëÿþò ïîëó÷àòü íàäåæíûå

êà÷åñòâåííûå è êîëè÷åñòâåííûå äàííûå î ïàðàìåòðàõ

ïðîåêòèðóåìîãî êîìïðåññîðà. Èõ îïòèìèçàöèÿ ñâî-

äèòñÿ ê ðåøåíèþ çàäà÷ òå÷åíèÿ ñ âàðèàöèåé êîîðäè-

íàò ïðîôèëåé ëîïàòîê è ïðîòî÷íîé ÷àñòè â ìåðèäèî-

íàëüíîì ñå÷åíèè êîìïðåññîðà. Ðåçóëüòàò òðåõìåðíîãî

ðàñ÷åòà âÿçêîãî òå÷åíèÿ â ëîïàòî÷íûõ âåíöàõ ïðîåê-

òèðóåìîãî êîìïðåññîðà ïîêàçàí íà Ðèñ. 5.2.2.4_1.