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

Подождите немного. Документ загружается.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

230

5.2.2.5 – Ïðîôèëèðîâàíèå ëîïàòî÷-

íûõ âåíöîâ êîìïðåññîðà

Çàäà÷à ïðîôèëèðîâàíèÿ ëîïàòî÷íûõ âåíöîâ

âûïîëíÿåòñÿ íà âòîðîì è òðåòüåì ýòàïå ïðîåêòè-

ðîâàíèÿ êîìïðåññîðà, êîãäà âûïîëíÿåòñÿ ðàñ÷åò

ïàðàìåòðîâ â ìåðèäèîíàëüíûõ ñå÷åíèÿõ. Ðàñ÷åò

ïðîôèëåé âûïîëíÿåòñÿ ïî òåì æå ôîðìóëàì, ÷òî

è ðàñ÷åò îäíîìåðíîé ìîäåëè íà ïåðâîì ýòàïå. Ïî

ðåçóëüòàòàì ðàñ÷åòà îïðåäåëÿþòñÿ:

- óãëû àòàêè è îòñòàâàíèÿ ïîòîêà;

- ïðîôèëè ëîïàòîê â êîíè÷åñêèõ ñå÷åíèÿõ;

- ïðîôèëè ëîïàòîê â ïëîñêèõ ñå÷åíèÿõ.

Îïðåäåëåíèå êîîðäèíàò ïðîôèëåé â ïëîñêèõ

ñå÷åíèÿõ ëîïàòîê, îñóùåñòâëÿåòñÿ ïåðåñ÷åòîì ïðî-

ôèëåé êîíè÷åñêèõ ñå÷åíèé.

Ñîâîêóïíîñòü êîîðäèíàò âñåõ ïëîñêèõ ñå÷å-

íèé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìàòåìàòè÷åñêóþ ìîäåëü

ïîâåðõíîñòè ïåðà ëîïàòêè. Â òàêîì âèäå ìîäåëü

ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ èçãîòîâëåíèÿ ëîïàò-

êè íà ñòàíêàõ ñ ÷èñëîâûì ïðîãðàììíûì óïðàâëå-

íèåì.

5.2.2.6 – Îáåñïå÷åíèå àýðîäèíàìè-

÷åñêîé óñòîé÷èâîñòè

Åùå îäíîé çàäà÷åé âòîðîãî è òðåòüåãî ýòàïà

àýðîäèíàìè÷åñêîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ êîìïðåññîðà

ÿâëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèå åãî àýðîäèíàìè÷åñêîé óñòîé-

÷èâîñòè.

Ðàáîòà îñåâîãî êîìïðåññîðà ñîãëàñîâàíà ñ ðà-

áîòîé ïîñëåäóþùèõ óçëîâ òàêèì îáðàçîì, ÷òî åãî

ïàðàìåòðû, â çàâèñèìîñòè îò ÷àñòîòû âðàùåíèÿ

ðîòîðà, èçìåíÿþòñÿ ïî îïðåäåëåííîìó çàêîíó, ñî-

îòâåòñòâóþùåìó ëèíèè, êîòîðóþ ïðèíÿòî íàçûâàòü

ëèíèåé ðàáî÷èõ ðåæèìîâ (ËÐÐ).

Ñòóïåíè êîìïðåññîðà ïðîåêòèðóþòñÿ è ñîãëà-

ñîâûâàþòñÿ ìåæäó ñîáîé òàê, ÷òî íà ËÐÐ êîìïðåñ-

ñîð ðàáîòàåò áëèçêî ê ñâîåìó îïòèìóìó â íåêîòî-

ðîé îãðàíè÷åííîé îáëàñòè, íàçûâàåìîé çîíîé

ðàñ÷åòíûõ ðåæèìîâ.

Ðàáîòà êîìïðåññîðà íà íåðàñ÷åòíîì ðåæèìå

ìîæåò ïðèâåñòè ê åãî íåóñòîé÷èâîé ðàáîòå è âîç-

íèêíîâåíèþ ïîìïàæà. Ïîìïàæ – ãàçîäèíàìè÷åñêè

íåóñòîé÷èâûé àâòîêîëåáàòåëüíûé ðåæèì ðàáîòû

êîìïðåññîðà è åãî ñåòè, õàðàêòåðèçóþùèéñÿ ñèëü-

íûìè íèçêî÷àñòîòíûìè êîëåáàíèÿìè ïàðàìåòðîâ:

- äàâëåíèÿ;

- òåìïåðàòóðû;

- ðàñõîäà âîçäóõà.

Õàðàêòåð ïðîòåêàíèÿ ïîìïàæà â çíà÷èòåëüíîé

ñòåïåíè çàâèñèò îò ñëåäóþùèõ ôàêòîðîâ:

- òèï êîìïðåññîðà;

- ãåîìåòðè÷åñêèå è àýðîäèíàìè÷åñêèå õàðàê-

òåðèñòèêè êîìïðåññîðà;

- îáúåì êàìåðû ñãîðàíèÿ;

- ïëîùàäü ñîïëîâîãî àïïàðàòà òóðáèíû.

Ïîìïàæ ñîïðîâîæäàåòñÿ ñðûâàìè ïîòîêà çíà-

÷èòåëüíîé èíòåíñèâíîñòè â ñòóïåíÿõ êîìïðåññîðà

è ïåðèîäè÷åñêèìè âûáðîñàìè ñæàòîãî â êîìïðåñ-

ñîðå âîçäóõà âî âñàñûâàþùóþ ñèñòåìó. Âñòðå÷íûå

óäàðíûå âîëíû è íèçêî÷àñòîòíûå êîëåáàíèÿ äàâëå-

íèÿ ìîãóò âûçâàòü ïîâðåæäåíèÿ êîìïðåññîðà.

Íåðàñ÷åòíûé ðåæèì ïîÿâëÿåòñÿ èç-çà ðàññîã-

ëàñîâàíèÿ â ðàáîòå åãî ïåðâûõ è ïîñëåäíèõ ñòóïå-

íåé. Ðàññîãëàñîâàíèå ìîæåò áûòü âûçâàíî ñëåäó-

þùèìè ïðè÷èíàìè:

- îòêëîíåíèÿìè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà îò

ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ;

- èçìåíåíèÿìè òåìïåðàòóðû âîçäóõà íà âõîäå

â êîìïðåññîð.

Ïðè îòêëîíåíèè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà îò

ðàñ÷åòíîãî çíà÷åíèÿ íàðóøàåòñÿ ðàáîòà êðàéíèõ

ñòóïåíåé, êîãäà óìåíüøåíèå ÷àñòîòû âðàùåíèÿ

âûçûâàåò ñðûâ ïîòîêà â ïåðâûõ ñòóïåíÿõ, à óâåëè-

÷åíèå - â ïîñëåäíèõ.

Ïðè óìåíüøåíèè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà

êîìïðåññîðà îñåâûå ñîñòàâëÿþùèå ñêîðîñòè íà

ïåðâûõ ñòóïåíÿõ óìåíüøàþòñÿ ñèëüíåå, ÷åì íà

ïîñëåäíèõ. Òàê êàê îêðóæíûå ñêîðîñòè íà ïåðâûõ

è ïîñëåäíèõ ñòóïåíÿõ èçìåíÿþòñÿ îäèíàêîâî, óãëû

àòàêè íà ïåðâûõ ñòóïåíÿõ óâåëè÷èâàþòñÿ, à íà ïîñ-

Ðèñóíîê 5.2.2.4_1 –

Ðàñïðåäåëåíèå ñêîðîñòåé ïîòî-

êà ïî òðàêòó êîìïðåññîðà

(òðåõìåðíûé ðàñ÷åò)

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

231

ëåäíèõ óìåíüøàþòñÿ. Â ýòîì ñëó÷àå óãëû àòàêè íà

ïåðâûõ ñòóïåíÿõ äîñòèãàþò êðèòè÷åñêèõ çíà÷åíèé

ðàíüøå, ÷åì íà ïîñëåäíèõ, ÷òî îáóñëîâëèâàåò ñðûâ

ïîòîêà íà ïåðâûõ ñòóïåíÿõ. Âñëåäñòâèå ýòîãî ñðû-

âû íà ïîñëåäíèõ ñòóïåíÿõ îòñóòñòâóþò. Îäíàêî ïðè

î÷åíü áîëüøèõ îòðèöàòåëüíûõ óãëàõ àòàêè íà ïîñ-

ëåäíèõ ñòóïåíÿõ ìîæåò íàñòóïèòü òàê íàçûâàåìûé

«òóðáèííûé» ðåæèì, ïðè êîòîðîì âîçäóõ â ýòèõ

ñòóïåíÿõ íå ñæèìàåòñÿ, à ðàñøèðÿåòñÿ. Ïðè òàêîì

ðåæèìå ðàáîòû ïîñëåäíèõ ñòóïåíåé ïàäàåò ê.ï.ä.

è íàïîð êîìïðåññîðà.

Åñëè ÷àñòîòû âðàùåíèÿ ðîòîðà êîìïðåññîðà

óâåëè÷èâàþòñÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ ðàñ÷åòíûì çíà÷å-

íèåì, òî îñåâàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñêîðîñòè íà ïîñëå-

äíèõ ñòóïåíÿõ áóäåò óìåíüøàòüñÿ âñëåäñòâèå óâå-

ëè÷åíèÿ ïëîòíîñòè âîçäóõà èç-çà ðîñòà ñòåïåíè

ñæàòèÿ. Ïðè ýòîì óìåíüøåíèå ñêîðîñòè ïðîèñõî-

äèò òàêèì îáðàçîì, ÷òî óãëû àòàêè ëîïàòîê íà ïîñ-

ëåäíèõ ñòóïåíÿõ óâåëè÷èâàþòñÿ çíà÷èòåëüíî áûñ-

òðåå, ÷åì íà ïåðâûõ. Òàêèì îáðàçîì, ñðûâû ïîòîêà,

âûçûâàþùèå ïîìïàæ, áóäóò âîçíèêàòü, ïðåæäå âñå-

ãî, íà ïîñëåäíèõ ñòóïåíÿõ.

Èçìåíåíèå òåìïåðàòóðû âîçäóõà íà âõîäå

â êîì-

ïðåññîð òàêæå ìîæåò âûçâàòü ðàññîãëàñîâàíèå,

âñëåäñòâèå òîãî, ÷òî óâåëè÷åíèå òåìïåðàòóðû âîç-

äóõà ïðè ïîñòîÿííîé ÷àñòîòå âðàùåíèÿ âûçûâàåò

óìåíüøåíèå îñåâîé ñîñòàâëÿþùåé ñêîðîñòè íà ñòó-

ïåíÿõ êîìïðåññîðà, òåì ñàìûì óâåëè÷èâàÿ óãëû àòà-

êè. Íà ïîñëåäíèõ ñòóïåíÿõ óãëû àòàêè óâåëè÷èâà-

þòñÿ áûñòðåå, â ðåçóëüòàòå ÷åãî íà ýòèõ ñòóïåíÿõ

êðèòè÷åñêèå óãëû àòàêè äîñòèãàþòñÿ ðàíüøå, ÷åì

íà ïåðâûõ. Ïðè äîñòèæåíèè êðèòè÷åñêèõ óãëîâ àòà-

êè îáðàçóþòñÿ ñðûâíûå çîíû, êîòîðûå, ïîñòåïåííî

óâåëè÷èâàÿñü â ðàçìåðàõ, îõâàòûâàþò âñå áîëüøåå

÷èñëî ñòóïåíåé äî òåõ ïîð, ïîêà íå íàñòóïèò íåóñ-

òîé÷èâûé ðåæèì ðàáîòû âñåãî êîìïðåññîðà.

Òðåóãîëüíèêè ñêîðîñòåé ïîçâîëÿþò âûÿñíèòü

ôèçè÷åñêóþ ñóùíîñòü âîçíèêíîâåíèÿ ïîìïàæà

êîìïðåññîðà è ïðèìåíÿåìûõ ìåð áîðüáû ñ íèì. Íà

Ðèñ. 5.2.2.6_1 ïðåäñòàâëåíà êàðòèíà îáòåêàíèÿ ëî-

ïàòîê íà òðåõ ðåæèìàõ ðàáîòû êîìïðåññîðà.

Åñëè êîìïðåññîð ðàáîòàåò íà ðàñ÷åòíîì ðå-

æèìå, òî íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ âîçäóøíîãî ïîòî-

êà íà âõîäå â ÐÊ ïðèìåðíî ïàðàëëåëüíî êàñàòåëü-

íîé ê ñðåäíåé ëèíèè ïðîôèëÿ íà ïåðåäíèõ êðîìêàõ

ëîïàòîê (ñì. Ðèñ. 5.2.2.6_1à).

Óìåíüøåíèå ðàñõîäà âîçäóõà ïî ñðàâíåíèþ

ñ ðàñ÷åòíûì (óìåíüøåíèå îñåâîé ñîñòàâëÿþùåé

àáñîëþòíîé ñêîðîñòè - Ñ

) ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ

óãëîâ àòàêè íà ëîïàòêàõ (Ðèñ. 5.2.2.6_1á). Ïðè áîëü-

øèõ ïîëîæèòåëüíûõ óãëàõ àòàêè, ïðåâûøàþùèõ

êðèòè÷åñêèå, âîçíèêàåò ñðûâ ïîòîêà, ñîïðîâîæäà-

Ðèñóíîê 5.2.2.6_1 – Ñõåìà îáòåêàíèÿ ëîïàòîê ÐÊ îñåâîãî êîìïðåññîðà

à) ðàñ÷åòíûé ðåæèì ðàáîòû; á, â) íåðàñ÷åòíûå ðåæèìû ðàáîòû

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

232

Ðèñóíîê 5.2.2.7_1 – Âõîäíûå óñòðîéñòâà

à) àâèàöèîííîãî äâ. Rolls-Royce RR535; á) ÃÒÓ íàçåìíîãî ïðèìåíåíèÿ ÏÑ-90ÃÏ-1

þùèéñÿ îáðàçîâàíèåì âèõðåâûõ çîí ñ âûïóêëîé

ïîâåðõíîñòè ïðîôèëåé. Îáëàñòè ýòèõ çîí íàðàñòà-

þò è ïðîíèêàþò âíóòðü êîìïðåññîðà, çàïîëíÿÿ åãî

ïðîòî÷íóþ ÷àñòü. Ïðîèñõîäèò ïåðèîäè÷åñêè ïîâòî-

ðÿþùàÿñÿ «çàêóïîðêà» ïðîòî÷íîé ÷àñòè êîìïðåñ-

ñîðà âèõðåâûìè îáëàñòÿìè.

×åðåç ýòè îáëàñòè âîç-

äóõ èç-çà êîìïðåññîðà ïåðèîäè÷åñêè ïðîðûâàåòñÿ

îáðàòíî, â ñòîðîíó âõîäà. Êàê ñëåäñòâèå âîçíèêà-

þò àâòîêîëåáàíèÿ ïîòîêà, ïðèâîäÿùèå ê íåóñòîé-

÷èâîé ðàáîòå, ò.å. ê ïîìïàæó êîìïðåññîðà.

Óâåëè÷åíèå ðàñõîäà âîçäóõà ÷åðåç ñòóïåíü

(óâåëè÷åíèå îñåâîé ñîñòàâëÿþùåé àáñîëþòíîé

ñêîðîñòè - Ñ

) âûçûâàåò óìåíüøåíèå óãëîâ àòàêè

íà ëîïàòêàõ (ñì. Ðèñ. 5.3.2.6_1â), ïðè ýòîì óãîë àòà-

êè i ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå íóëÿ. Ïîòîê âîçäóõà óäà-

ðÿåòñÿ â âûïóêëóþ ÷àñòü ëîïàòêè, à íà åå âîãíó-

òîé ÷àñòè âîçíèêàþò âèõðè. Â ñâÿçè ñ òåì, ÷òî

ïîòîê âîçäóõà ïîä äåéñòâèåì ñèë èíåðöèè ïðèæè-

ìàåòñÿ ê âîãíóòûì ñòîðîíàì ëîïàòîê, îáðàçîâàâ-

øèåñÿ âèõðè íå ìîãóò ðàñïðîñòðàíèòüñÿ ïî âñåìó

êîëåñó è íîñÿò ìåñòíûé õàðàêòåð, íå íàðóøàÿ óñ-

òîé÷èâîé ðàáîòû êîìïðåññîðà.

Îáåñïå÷åíèå àýðîäèíàìè÷åñêîé óñòîé÷èâîñ-

òè îñóùåñòâëÿåòñÿ ðåãóëèðîâàíèåì êîìïðåññîðà:

- ïîâîðîòîì îäíîãî èëè íåñêîëüêèõ âåíöîâ

ÍÀ, ÷òî ïîçâîëÿåò ñîõðàíèòü îïòèìàëüíûå óãëû

àòàêè íà ðàáî÷èõ êîëåñàõ;

- ïåðåïóñêîì âîçäóõà èç-çà îòäåëüíûõ ñòóïå-

íåé êîìïðåññîðà, ÷òî ïðèâîäèò ê óâåëè÷åíèþ ðàñ-

õîäà âîçäóõà ÷åðåç ïðåäûäóùèå ñòóïåíè è, êàê

ñëåäñòâèå, ê áîëåå îïòèìàëüíûì óãëàì àòàêè íà

ðàáî÷èå êîëåñà.

Ïîäðîáíåé î ñïîñîáàõ ðåãóëèðîâàíèÿ êîìï-

ðåññîðà ðàññêàçàíî â ðàçäåëå 5.7.

5.2.2.7 – Èíòåãðàöèÿ ÃÒÄ ñ âîçäóõî-

çàáîðíèêîì ñàìîë¸òà

Âõîäíûå óñòðîéñòâà ÑÓ (ñì. Ðèñ. 5.2.2.7_1)

ðàñïîëàãàþòñÿ ïåðåä âõîäîì â êîìïðåññîð è ïðåä-

íàçíà÷àþòñÿ äëÿ îðãàíèçàöèè ðàâíîìåðíîé ïîäà-

÷è âîçäóøíîãî ïîòîêà íà âõîä â äâèãàòåëü ñ ñîõðà-

íåíèåì âûñîêîé ýôôåêòèâíîñòè ñæàòèÿ âî âñåì

äèàïàçîíå ðàáî÷èõ ðåæèìîâ êîìïðåññîðà.

Âõîäíîå óñòðîéñòâî àâèàöèîííîãî äâèãàòåëÿ

íàçûâàþò âîçäóõîçàáîðíèêîì. Â âîçäóõîçàáîðíèêå

ðàñïîëàãàþò êîëëåêòîðû ïðîòèâîîáëåäåíèòåëüíîé

ñèñòåìû (ñì. Ðèñ. 5.7_1), à âíóòðåííèå îáâîäû âû-

ïîëíåíû ñ ïàíåëÿìè øóìîãëóøåíèÿ.

Âîçäóõîçàáîð-

íèê âûïîëíÿåò, ïîìèìî ïðî÷åãî, ôóíêöèþ ïðåîá-

ðàçîâàíèÿ êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè íàáåãàþùåãî

ïîòîêà â ïîòåíöèàëüíóþ.

Äëÿ íîðìàëüíîé ðàáîòû äâèãàòåëÿ íåîáõîäè-

ìî îáåñïå÷èòü çàäàííîå çíà÷åíèå ñêîðîñòè ïîòîêà

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

233

íà âõîäå â êîìïðåññîð, â òîì ÷èñëå è ïðè ïîñòîÿí-

íî ìåíÿþùèõñÿ óñëîâèÿõ îêðóæàþùåé ñðåäû. Èç-

ìåíåíèå óñëîâèé ðàáîòû âõîäíîãî óñòðîéñòâà, óñ-

ëîâèÿ ðàçìåùåíèÿ åãî è äâèãàòåëÿ íà ñàìîëåòå

(íàïðèìåð, íàëè÷èå îáâîäíûõ è êðèâîëèíåéíûõ êà-

íàëîâ) ñîçäàþò íåðàâíîìåðíîñòü ïîëÿ ñêîðîñòåé

ïåðåä êîìïðåññîðîì.

Óñòîé÷èâàÿ ðàáîòà êîìïðåññîðà âîçìîæíà

ëèøü ïðè îïðåäåëåííîì çíà÷åíèè ñòåïåíè íå-

ðàâíîìåðíîñòè è ïóëüñàöèè ïàðàìåòðîâ âî âõîä-

íîì óñòðîéñòâå.Íàëè÷èå ïóëüñàöèé îòðèöàòåëü-

íî ñêàçûâàåòñÿ íà ðàáîòå âõîäíîãî óñòðîéñòâà,

÷òî ìîæåò ïðèâîäèòü ê íåóñòîé÷èâîé ðàáîòå êîì-

ïðåññîðà.

Ïóëüñàöèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ:

- ÷àñòîòîé;

- àìïëèòóäîé.

Èñòî÷íèêàìè ïóëüñàöèé ÿâëÿþòñÿ:

- íåðàâíîìåðíîñòü ïîëÿ ïàðàìåòðîâ;

- íåóñòîé÷èâîñòü ïîãðàíè÷íîãî ñëîÿ;

- êîíñòðóêòèâíûå è òåõíîëîãè÷åñêèå âûñòó-

ïû â ïðîòî÷íîé ÷àñòè âõîäíîãî óñòðîéñòâà.

Òàêèì îáðàçîì, âõîäíîå óñòðîéñòâî äîëæíî

áûòü ñïðîåêòèðîâàíî òàê, ÷òîáû óðîâåíü íåðàâíî-

ìåðíîñòè ïîëÿ ñêîðîñòåé è ïóëüñàöèîííûå õàðàê-

òåðèñòèêè ïîòîêà â åãî âûõîäíîì ñå÷åíèè íå ïðè-

âîäèëè ê íåóñòîé÷èâîé ðàáîòå äâèãàòåëÿ.

Äëÿ ÃÒÄ ñ áîëüøîé ñòåïåíüþ äâóõêîíòóðíî-

ñòè (m ≥ 4) ïîìèìî òðåáîâàíèé, èçëîæåííûõ âûøå,

ê âîçäóõîçàáîðíèêàì ïðåäúÿâëÿþòñÿ ñïåöèôè÷åñ-

êèå òðåáîâàíèÿ. Âîçäóõîçàáîðíèêè òàêèõ ñèëîâûõ

óñòàíîâîê îòíîñèòåëüíî êîðîòêèå (l/d < 1), ÷òî

îáóñëàâëèâàåò èõ âûñîêóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü:

- ê ïîðûâàì âåòðà;

- êîñîìó îáäóâó ïðè ðàáîòå íà ìåñòå;

- ê ìèíèìàëüíûì ñêîðîñòÿì ïîëåòà.

Äëÿ ñíèæåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè êîìïðåññî-

ðà ñ «êîðîòêèì» âîçäóõîçàáîðíèêîì ê ýòèì ôàêòî-

ðàì ââîäÿò äîïîëíèòåëüíûå ýêñïëóàòàöèîííûå

îãðàíè÷åíèÿ:

ïî íàïðàâëåíèþ è

ñêîðîñòè âåòðà;

ââåäåíèåì âçëåòà ñàìîëåòà ñ «ðîëëèíã-ñòàðòà»;

- ïðèìåíåíèåì íàçåìíîãî óñòðîéñòâà ïîä âîç-

äóõîçàáîðíèêîì, èñêëþ÷àþùèì âîçíèêíîâåíèå

âèõðåâîãî øíóðà.

5.2.3 – Òåïëîâîå ñîñòîÿíèå êîìï-

ðåññîðà

Ïðè ñîçäàíèè íîâîãî äâèãàòåëÿ îñîáîå âíè-

ìàíèå óäåëÿåòñÿ îáåñïå÷åíèþ òðåáóåìîãî ðåñóðñà

è íàäåæíîñòè äåòàëåé è óçëîâ êîìïðåññîðà. Òåï-

ëîâîå ñîñòîÿíèå äåòàëåé êîìïðåññîðà ñóùåñòâåí-

íî âëèÿåò íà èõ íàïðÿæåííî-äåôîðìèðîâàííîå ñî-

ñòîÿíèå (ÍÄÑ) è, ñîîòâåòñòâåííî, íà ðåñóðñ è íà-

äåæíîñòü óçëîâ. Â çàâèñèìîñòè îò ðàñïðåäåëåíèÿ

òåìïåðàòóðû â íåðàâíîìåðíî íàãðåòûõ äåòàëÿõ

ìîãóò âîçíèêàòü íàïðÿæåíèÿ:

- ðàñòÿæåíèÿ;

- ñæàòèÿ.

Îöåíèâ âåëè÷èíó íàïðÿæåíèé â äåòàëÿõ, âû-

áèðàþò êîíñòðóêöèþ, êîòîðàÿ ïîçâîëèò îáåñïå-

÷èòü íàçíà÷åííûé ðåñóðñ. Â ñâÿçè ñ ýòèì, ïîëó÷å-

íèå äîñòîâåðíîãî òåïëîâîãî ñîñòîÿíèÿ ïî öèêëó

ðàáîòû ÃÒÄ ÿâëÿåòñÿ âàæíåéøåé çàäà÷åé.

5.2.3.1 – Ðàñ÷åò òåïëîâîãî ñîñòîÿíèÿ

äåòàëåé êîìïðåññîðà

Íà Ðèñ. 5.2.3.1_1 ïðåäñòàâëåíî ðàñ÷åòíîå òåï-

ëîâîå ñîñòîÿíèå êîðïóñîâ êîìïðåññîðà íà îäíîì

èç ðåæèìîâ ðàáîòû äâèãàòåëÿ. Ðàñ÷åò âûïîëíåí

â îñåñèììåòðè÷íîé ïîñòàíîâêå. Äëÿ îïðåäåëåíèÿ

èçìåíåíèÿ òåïëîâîãî ñîñòîÿíèÿ â ïðîöåññå ðàáî-

òû äâèãàòåëÿ íåîáõîäèìî ðåøèòü íåñòàöèîíàðíîå

óðàâíåíèå òåïëîïðîâîäíîñòè:

()

γλ

Т =∇∇

ãäå Ò - èñêîìàÿ òåìïåðàòóðà äåòàëè;

γ - òåïëîïðîâîäíîñòü, òåïëîåìêîñòü äåòàëè;

- âðåìÿ.

Ðèñóíîê 5.2.3.1_1 – Ðàñ÷åòíîå òåïëîâîå ñîñòîÿíèå

êîðïóñîâ êîìïðåññîðà íà îäíîì

èç ðåæèìîâ ðàáîòû äâèãàòåëÿ

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

234

Ïîäðîáíî âûâîä äàííîãî óðàâíåíèÿ, à òàê æå

ìåòîäû åãî ðåøåíèÿ èçëîæåíû â ó÷åáíûõ ïîñîáè-

ÿõ ïî îñíîâàì òåïëîïåðåäà÷è, ñì. íàïðèìåð

[5.13.1]. Ïîýòîìó çäåñü ýòî íå ðàññìàòðèâàåòñÿ.

Îòìåòèì òîëüêî, ÷òî äëÿ ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ íå-

îáõîäèìî çàäàòü íà÷àëüíûå (òåïëîâîå ñîñòîÿíèå

äåòàëè â íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè) è ãðàíè÷íûå

óñëîâèÿ íà ïîâåðõíîñòÿõ, îãðàíè÷èâàþùèõ ðàñ-

ñìàòðèâàåìóþ äåòàëü. Â [5.13.1] ïðèâåäåíà ñëåäó-

þùàÿ êëàññèôèêàöèÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé, êîòîðûå

ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ äëÿ ðåøåíèÿ óðàâíåíèÿ íåñòà-

öèîíàðíîé òåïëîïðîâîäíîñòè:

- ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ ïåðâîãî ðîäà - íà ïîâåð-

õíîñòÿõ, îãðàíè÷èâàþùèõ äåòàëü, çàäàþòñÿ çíà÷å-

íèÿ òåìïåðàòóð, êîòîðûå ìîãóò çàâèñåòü îò êîîð-

äèíàò òî÷åê ãðàíèöû è âðåìåíè;

- ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ âòîðîãî ðîäà - íà ãðàíè÷-

íûõ ïîâåðõíîñòÿõ ðàññìàòðèâàåìîé äåòàëè, çàäà-

åòñÿ ïëîòíîñòü òåïëîâîãî ïîòîêà (ïðîèçâîäíàÿ îò

òåìïåðàòóðû ïî íîðìàëè ê ïîâåðõíîñòè). Ïëîò-

íîñòü òåïëîâîãî ïîòîêà òàê æå çàäàåòñÿ â âèäå ôóí-

êöèè, çàâèñÿùåé îò âðåìåíè è êîîðäèíàò òî÷åê ãðà-

íèöû;

- ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ òðåòüåãî ðîäà - òåïëîâîé

ïîòîê çàäàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî ðàçíîñòè òåìïå-

ðàòóð íà ãðàíèöå äåòàëè è îêðóæàþùåé ñðåäû:

()

f‹

‹

ÒÒ

−=−

∂

â ýòîì óñëîâèè äîëæåí áûòü çàäàí êîýôôèöèåíò

òåïëîîòäà÷è a è òåìïåðàòóðà îêðóæàþùåé ñðåäû Ò

;

- ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ ÷åòâåðòîãî ðîäà (óñëî-

âèÿ ñîïðÿæåíèÿ)- îäíîâðåìåííî çàäàåòñÿ ðàâåíñòâî

òåìïåðàòóð è òåïëîâûõ ïîòîêîâ íà ãðàíèöå ðàçäå-

ëåíèÿ äâóõ ñîñåäíèõ äåòàëåé êîìïðåññîðà:

ãã

ÒÒ =

ãã

∂

−=−

Ýòè óñëîâèÿ äîïóñêàþò ðàçëè÷íûå ìîäèôè-

êàöèè. Òàê, íàïðèìåð, åñëè êîíòàêò ìåæäó ñîñåä-

íèìè äåòàëÿìè íå èäåàëåí, òî ñóùåñòâóåò ñêà÷îê

òåìïåðàòóðû íà ãðàíèöå ðàçäåëà äåòàëåé, ò.å.

ãã

ÒkÒ =

Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ

âòîðîãî ðîäà, â ñèëó ïðîáëåìàòè÷íîñòè ïîëó÷åíèÿ

òî÷íîãî çíà÷åíèÿ âåëè÷èíû ïëîòíîñòè òåïëîâîãî

ïîòîêà, ðåäêî èñïîëüçóþòñÿ ïðè îïðåäåëåíèè òåï-

ëîâîãî ñîñòîÿíèÿ äåòàëåé êîìïðåññîðà.

Ìîãóò ñóùåñòâîâàòü è äðóãèå âàæíûå ãðàíè÷-

íûå óñëîâèÿ, íå ðàññìîòðåííûå âûøå. Íàïðèìåð,

ïðè òåïëîîáìåíå èçëó÷åíèåì òåïëîâîé ïîòîê îêà-

çûâàåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíûì ðàçíîñòè ÷åòâåðòûõ

ñòåïåíåé òåìïåðàòóð èñòî÷íèêà è ïðèåìíèêà òåï-

ëîòû. Îäíàêî äàííûå ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ êðàéíå

ðåäêî èñïîëüçóþòñÿ ïðè îïðåäåëåíèè òåïëîâîãî

ñîñòîÿíèÿ äåòàëåé êîìïðåññîðà, ïîýòîìó çäåñü íå

ðàññìàòðèâàþòñÿ.

Â îñíîâíîì, ïðè ðåøåíèè óðàâíåíèÿ òåïëîïðî-

âîäíîñòè ïðèìåíèòåëüíî ê äåòàëÿì êîìïðåññîðà èñ-

ïîëüçóþò ãðàíè÷íûå óñëîâèÿ òðåòüåãî ðîäà. Â ýòîì

ñëó÷àå ïðè îïðåäåëåíèè êîýôôèöèåíòà òåïëîîòäà-

÷è

αα

èñïîëüçóþò ïîëóýìïèðè÷åñêèå çàâèñèìîñòè.

Â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ïðèìåíÿþò áåçðàçìåðíûé

êîìïëåêñ, êîòîðûé íàçûâàþò ÷èñëîì Íóññåëüòà:

Nu =

α α

l /

λλ

ãäå α

λ - êîýôôèöèåíòû òåïëîîòäà÷è, òåïëîïðî-

âîäíîñòè,

l - õàðàêòåðíûé ðàçìåð.

Êîýôôèöèåíò òåïëîïðîâîäíîñòè

îòíîñèòñÿ

ê ôèçè÷åñêèì ñâîéñòâàì ìàòåðèàëà. Êîýôôèöèåíò

òåïëîîòäà÷è a çàâèñèò îò âèäà è ñâîéñòâ äâèæåíèÿ

îêðóæàþùåé ñðåäû.

Ðàçäåëÿþò äâà âèäà äâèæåíèÿ îêðóæàþùåé

ñðåäû, âëèÿþùèõ íà âåëè÷èíó

αα

- ñâîáîäíîå äâèæåíèå, êîãäà òå÷åíèå îêðóæà-

þùåé ñðåäû âîçíèêàåò â ïîëå ìàññîâûõ ñèë ïðè

íàëè÷èè ãðàäèåíòîâ òåìïåðàòóðû;

- âûíóæäåííîå äâèæåíèå, êîãäà òå÷åíèå îê-

ðóæàþùåé ñðåäû âûçâàíî âíåøíèìè ïðè÷èíàìè.

Îáîáùåííàÿ çàâèñèìîñòü äëÿ îïðåäåëåíèÿ

êîýôôèöèåíòà òåïëîîòäà÷è

α α

èìååò âèä:

- äëÿ ÷èñòî âûíóæäåííîãî äâèæåíèÿ

Nu = f

(Re,Pr),

- äëÿ ñâîáîäíîãî äâèæåíèÿ

Nu = f2(Gr,Pr),

ãäå Re, Pr, Gr - ÷èñëà Ðåéíîëüäñà, Ïðàíäëÿ è Ãðàñ-

ãîôà.

Óäîáíîé è ñðàâíèòåëüíîé ïðîñòîé çàâèñèìîñòüþ

äëÿ îáîáùåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ÿâëÿåòñÿ

ñëåäóþùåå óðàâíåíèå äëÿ âûíóæäåííîãî òå÷åíèÿ

(Nu = ÑRe

) èëè ñâîáîäíîãî (Nu = Ñ (Gr Pr)

), ãäå

Ñ, m, n - êîíñòàíòû, êîòîðûå îïðåäåëÿþòñÿ ýêñïåðè-

ìåíòàëüíûì ïóòåì.

Íàõîæäåíèþ ôîðìóë ïî îïðåäå-

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

235

ëåíèþ ÷èñëà Íóññåëüòà äëÿ îòäåëüíûõ âèäîâ è êëàñ-

ñîâ òå÷åíèé îêðóæàþùåé ñðåäû ïîñâÿùåíî ìíîæåñòâî

ðàáîò. Òàê, â [5.13.2], [5.13.3] ïðåäñòàâëåíû ôîðìóëû,

êîòîðûå ìîæíî èñïîëüçîâàòü ïðè îïðåäåëåíèè òåïëî-

âîãî ñîñòîÿíèÿ äåòàëåé êîìïðåññîðà.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîÿâëÿþòñÿ ïðîãðàììíûå

ïðîäóêòû, â êîòîðûõ íå òðåáóåòñÿ çàäàâàòü êîýô-

ôèöèåíò òåïëîîòäà÷è ìåæäó äåòàëüþ êîìïðåññî-

ðà è îêðóæàþùåé ñðåäîé. Äàííûé êîýôôèöèåíò

âû÷èñëÿåòñÿ ïðè ñîâìåñòíîì ðåøåíèè óðàâíåíèÿ

òåïëîïðîâîäíîñòè, îïðåäåëÿþùåãî òåïëîâîå ñî-

ñòîÿíèå äåòàëè, è óðàâíåíèé Íàâüå-Ñòîêñà, îïèñû-

âàþùèõ òå÷åíèå âÿçêîãî ñæèìàåìîãî ãàçà âîêðóã

ðàññìàòðèâàåìîé êîíñòðóêöèè ñ ó÷åòîì òåïëîîá-

ìåíà ìåæäó ãàçîì è äåòàëÿìè êîìïðåññîðà. Ñ ðàç-

âèòèåì âû÷èñëèòåëüíîé òåõíèêè äàííûé ñïîñîá

ïîëó÷åíèÿ ñîâìåñòíîãî ðåøåíèÿ òåïëîâîãî ñîñòî-

ÿíèÿ äåòàëè è òå÷åíèÿ ñðåäû, îìûâàþùåé äåòàëü,

ïðèîáðåòàåò âñå áîëåå øèðîêîå ðàñïðîñòðàíåíèå.

Ñ öåëüþ áûñòðîãî ïîëó÷åíèÿ òåïëîâîãî ñîñòî-

ÿíèÿ ïðè îïðåäåëåíèè ïàðàìåòðîâ, íåîáõîäèìûõ

äëÿ çàäàíèÿ ãðàíè÷íûõ óñëîâèé äåëàþò ðàçëè÷íûå

äîïóùåíèÿ. Òàê òå÷åíèå

â äåòàëÿõ êîìïðåññîðà

ðàçáèâàþò íà äâà âèäà:

- îñíîâíîå òå÷åíèå ãàçà â ïðîòî÷íîé ÷àñòè

êîìïðåññîðà;

- âòîðè÷íûå (âñå îñòàëüíûå).

Çà÷àñòóþ, íåîáõîäèìûå äëÿ çàäàíèÿ ãðàíè÷-

íûõ óñëîâèé â îñíîâíîì ïîòîêå äàííûå ïîëó÷àþò

èç ðåøåíèÿ óðàâíåíèé, îïèñûâàþùèõ ïðîöåññû

â ëîïàòî÷íûõ ìàøèíàõ. Ïðè ýòîì ÷àñòî ââîäÿò äî-

ïîëíèòåëüíûå äîïóùåíèÿ:

- ðåøàåòñÿ óðàâíåíèå òå÷åíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà

ñ ïðèíÿòûìè ìîäåëÿìè ïîòåðü;

- ïðè áîëüøèõ ðàñõîäàõ ãàçà ïî ïðîòî÷íîé

÷àñòè ïðåíåáðåãàþò òåïëîîáìåíîì îò äåòàëåé êîì-

ïðåññîðà â ïðîòî÷íóþ ÷àñòü.

Ïðè îïðåäåëåíèè ïîòîêîâ ãàçà âî âòîðè÷íûõ

òå÷åíèÿõ îáû÷íî ïåðåõîäÿò ê îäíîìåðíûì ìîäå-

ëÿì, à ïðè óñëîâèè íåáîëüøèõ ñêîðîñòåé ïîòîêà

ïîëàãàþò, ÷òî îêðóæàþùàÿ ñðåäà íåñæèìàåìà.

Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî â äàííûõ ïîòîêàõ óñëî-

âèå òåïëîîáìåíà ìåæäó äåòàëÿìè è îêðóæàþùåé

ñðåäîé ñóùåñòâåííî. Ïîýòîìó äàííûé òåïëîîáìåí

íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïðè îïðåäåëåíèè ïàðàìåò-

ðîâ âòîðè÷íûõ òå÷åíèé.

5.2.4 – Âûáîð ðàäèàëüíûõ è îñåâûõ

çàçîðîâ

Â ëþáîé êîíñòðóêöèè, èìåþùåé äâèæóùèå-

ñÿ ÷àñòè, ìåæäó ïîäâèæíûìè è íåïîäâèæíûìè

äåòàëÿìè íåîáõîäèì çàçîð äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íåîá-

õîäèìîé ñâîáîäû ïåðåìåùåíèÿ.

Êîìïðåññîð ÃÒÄ ñîñòîèò èç äâóõ îñíîâíûõ

÷àñòåé:

- ñòàòîðà (íåïîäâèæíîãî êîðïóñà);

- ðîòîðà (âðàùàþùåéñÿ ÷àñòè).

Ïðèìåíÿÿ öèëèíäðè÷åñêóþ ñèñòåìó êîîðäèíàò

ê äâèãàòåëþ (îñåâàÿ êîîðäèíàòà ñîâïàäàåò ñ îñüþ

äâèãàòåëÿ), ðàçäåëèì çàçîðû â êîìïðåññîðå íà äâà

âèäà (ñì. Ðèñ. 5.2.4_1).

- îñåâûå çàçîðû (ìåæäó äâóìÿ ñîñåäíèìè ëî-

ïàòî÷íûìè âåíöàìè);

- ðàäèàëüíûå çàçîðû (ìåæäó ðàáî÷èìè ëîïàò-

êàìè è êîðïóñîì, ìåæäó ëîïàòêàìè ÍÀ è ðîòîðîì).

Ïðè ðàññìîòðåíèè îñåâûõ çàçîðîâ ó÷èòûâà-

åòñÿ îñåâîå ñìåùåíèå ñòàòîðà îòíîñèòåëüíî ðîòî-

ðà, à ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ – ðàäèàëüíîå ñìåùåíèå.

Ïðè ðàññìîòðåíèè çàçîðîâ, îáðàçîâàííûõ êîíè÷åñ-

êèìè ïîâåðõíîñòÿìè (íà ïîâåðõíîñòÿõ ìåíÿåòñÿ

êàê îñåâàÿ, òàê è ðàäèàëüíàÿ êîîðäèíàòà), íåîáõî-

äèìî ó÷èòûâàòü êàê îñåâîå, òàê è ðàäèàëüíîå ñìå-

ùåíèå ñòàòîðà îòíîñèòåëüíî ðîòîðà. Îáû÷íî â çà-

Ðèñóíîê 5.2.4_1 – Çàçîðû â êîìïðåññîðå

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

236

âèñèìîñòè îò âèäà òàêèõ çàçîðîâ, èõ òàê æå íàçû-

âàþò îñåâûìè èëè ðàäèàëüíûìè.

Ðîòîð è ñòàòîð êîìïðåññîðà ÿâëÿþòñÿ ñëîæíû-

ìè êîíñòðóêöèÿìè, ñîñòîÿùèìè èç áîëüøîãî êîëè-

÷åñòâà äåòàëåé ñ ðàçëè÷íûìè õàðàêòåðèñòèêàìè:

- ìàññû;

- ãåîìåòðèè;

- ìàòåðèàëà.

Äåòàëè ðîòîðà è ñòàòîðà ðàáîòàþò â ðàçëè÷-

íûõ óñëîâèÿõ:

- èìåþò ðàçëè÷íîå òåïëîâîå ñîñòîÿíèå;

- èñïûòûâàþò ðàçëè÷íûå íàãðóçêè.

Âñå ýòî ïðèâîäèò ê èçìåíåíèþ çàçîðîâ ìåæ-

äó ðîòîðîì è ñòàòîðîì âî âðåìÿ ðàáîòû äâèãàòåëÿ.

Äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ çàäåâàíèÿ äåòàëåé ðîòîðà

î äåòàëè ñòàòîðà âî âñåì äèàïàçîíå ðåæèìîâ ðàáî-

òû êîìïðåññîðà è èñêëþ÷åíèÿ âîçìîæíîñòè çàêëè-

íèâàíèÿ ðîòîðà äî è ïîñëå îñòàíîâà äâèãàòåëÿ çà-

çîðû âûáèðàþòñÿ ñ ó÷åòîì âûøåñêàçàííîãî.

Äëÿ ëó÷øåãî ïîíèìàíèÿ ïðîöåññà èçìåíåíèÿ

ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ â êîìïðåññîðå ðàññìîòðèì, êàê

âåäóò ñåáÿ ðîòîð è ñòàòîð ïðè çàïóñêå è îñòàíîâêå

íàçåìíîãî ÃÒÄ.

Ïðè çàïóñêå äâèãàòåëÿ ðàñòåò òåìïåðàòóðà

â ïðîòî÷íîé ÷àñòè êîìïðåññîðà è èçìåíÿåòñÿ òåï-

ëîâîå ñîñòîÿíèå äåòàëåé. Çàìåòèì, ÷òî äëÿ îáåñïå-

÷åíèÿ òðåáóåìîãî ðåñóðñà äåòàëè ðîòîðà êîíñòðóè-

ðóþò áîëåå ìàññèâíûìè, ò.å. îíè îáëàäàþò áîëüøåé

òåïëîâîé èíåðòíîñòüþ, ÷åì ñòàòîðíûå äåòàëè. Èç-

çà ìåíüøåé òåïëîâîé èíåðòíîñòè äåòàëåé êîðïóñà

ðàäèàëüíûé çàçîð óâåëè÷èâàåòñÿ îòíîñèòåëüíî ìîí-

òàæíîãî, ñóùåñòâóþùåãî íà õîëîäíîì äâèãàòåëå.

Â ïðîöåññå ðàáîòû çàçîð ïåðåñòàåò óâåëè÷èâàòüñÿ

è íà÷èíàåò óìåíüøàòüñÿ ïî ìåðå ïðîãðåâà ðîòîðà.

Ñòàáèëèçàöèÿ çàçîðîâ íàñòóïàåò, êîãäà òåïëîâîå

ñîñòîÿíèå óçëîâ êîìïðåññîðà ñòàíîâèòñÿ íåèçìåí-

íûì íà óñòàíîâèâøåìñÿ ðåæèìå. Ïîìèìî òåïëîâî-

ãî ðàñøèðåíèÿ äåòàëåé ðîòîðà è ñòàòîðà ñóùåñòâó-

åò âûòÿæêà ðîòîðà îò öåíòðîáåæíûõ ñèë, êîòîðàÿ

òîæå âëèÿåò íà èçìåíåíèå ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ, íî

â çíà÷èòåëüíî ìåíüøåé ñòåïåíè, ïîýòîìó â äàííîì

ïðèìåðå ìû åå íå ðàññìàòðèâàåì. Ïðè îñòàíîâêå

äâèãàòåëÿ êîðïóñ êîìïðåññîðà îñòûâàåò áûñòðåå,

÷åì ðîòîð, ïîýòîìó ðàäèàëüíûé çàçîð óìåíüøàåòñÿ

è ñòàíîâèòñÿ ìåíüøå ìîíòàæíîãî. Ñêîðîñòü èçìå-

íåíèÿ çàçîðîâ ïðîïîðöèîíàëüíà âðåìåíè, çà êîòî-

ðîå ïðîèñõîäèò ïîëíûé îñòàíîâ äâèãàòåëÿ. Ïðè

ðåçêîì ñíèæåíèè ðåæèìà äâèãàòåëÿ ðàäèàëüíûå

çàçîðû ïðîäîëæàþò óìåíüøàòüñÿ ïîñëå îñòàíîâêè

äâèãàòåëÿ. Ïðè íåïðàâèëüíî âûáðàííûõ ìîíòàæ-

íûõ çàçîðàõ â òàêèõ ñëó÷àÿõ ìîæåò ïðîèçîéòè çàê-

ëèíèâàíèå ðîòîðà.

Ïðè âûáîðå âåëè÷èíû ìîíòàæíûõ çàçîðîâ íå-

îáõîäèìî ó÷èòûâàòü èõ âëèÿíèå íà ýôôåêòèâíîñòü

ðàáîòû êîìïðåññîðà. Çàçîðû â çíà÷èòåëüíîé ñòåïå-

íè âëèÿþò íà àýðîäèíàìèêó. Òå÷åíèå ãàçà êàê â îñå-

âîì, òàê è â ðàäèàëüíîì çàçîðå èìååò ñëîæíóþ òðåõ-

ìåðíóþ ñòðóêòóðó. Â çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû

çàçîðà ìåíÿåòñÿ õàðàêòåð òå÷åíèÿ è, êàê ñëåäñòâèå,

èçìåíÿåòñÿ ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû êîìïðåññîðà.

Ñóùåñòâóåò îïòèìàëüíàÿ âåëè÷èíà îñåâîãî è ðàäè-

àëüíîãî çàçîðîâ, ïðè êîòîðîé äîñòèãàåòñÿ ìàêñè-

ìàëüíàÿ ýôôåêòèâíîñòü êîìïðåññîðà. Íî äàæå ïðè

îïòèìàëüíûõ çàçîðàõ âñåãäà ñóùåñòâóþò «ïàðàçèò-

íûå òå÷åíèÿ», íî èõ âðåäíîå âëèÿíèå íà ïàðàìåòðû

êîìïðåññîðà äîëæíî áûòü ìèíèìèçèðîâàíî.

Îòðèöàòåëüíîå âëèÿíèå íà ýôôåêòèâíîñòü

êîìïðåññîðà îêàçûâàþò:

- íåðàâíîìåðíîñòü ïîòîêà â ñëåäå çà ëîïàòêà-

ìè ïðè ìèíèìàëüíîì îñåâîì çàçîðå ìåæäó ëîïàò-

êàìè ñòàòîðà è ðîòîðà;

- ïîòåðè íà òðåíèå ïðè áîëüøîì îñåâîì çàçî-

ðå ìåæäó ëîïàòêàìè ñòàòîðà è ðîòîðà;

- ðàñïîëîæåíèå ñêà÷êîâ óïëîòíåíèÿ ïðè âçàèìî-

äåéñòâèè ðîòîðà è ñòàòîðà â ñëó÷àå íåîïòèìàëüíîãî

îñåâîãî çàçîðà ìåæäó ëîïàòêàìè ñòàòîðà è ðîòîðà;

- ïåðåòåêàíèå ãàçà èç îáëàñòè ïîâûøåííîãî

äàâëåíèÿ (çà ëîïàòêîé) â îáëàñòü ïîíèæåííîãî (ïå-

ðåä ëîïàòêîé) ïðè áîëüøîì ðàäèàëüíîì çàçîðå

(ñì. Ðèñ. 5.2.4_2), ïðè ýòîì ñ óìåíüøåíèåì âûñî-

òû ëîïàòêè óñèëèâàåòñÿ âëèÿíèå îáðàòíûõ ïîòî-

êîâ íà ýôôåêòèâíîñòü êîìïðåññîðà;

îáðàçîâàíèå âèõðåâûõ çîí íà òîðöàõ ëîïàòîê

èç-çà îòñóòñòâèÿ ñäóâà âèõðÿ ïðè ïåðåòåêàíèè,

à òàê æå ðàáîòà ÷àñòè ïåðà ëîïàòêè â ïðèñòåíî÷-

íîé îáëàñòè ïðè íåáîëüøîé (áëèçêîé ê íóëþ) âå-

ëè÷èíå ðàäèàëüíîãî çàçîðà.

Îòðèöàòåëüíîå âëèÿíèå íà ýôôåêòèâíîñòü

êîìïðåññîðà îêàçûâàþò:

- íåðàâíîìåðíîñòü ïîòîêà â ñëåäå çà ëîïàòêà-

ìè ïðè ìèíèìàëüíîì îñåâîì çàçîðå ìåæäó ëîïàò-

êàìè ñòàòîðà è ðîòîðà;

- ïîòåðè íà òðåíèå ïðè áîëüøîì îñåâîì çàçî-

ðå ìåæäó ëîïàòêàìè ñòàòîðà è ðîòîðà;

- ðàñïîëîæåíèå ñêà÷êîâ óïëîòíåíèÿ ïðè âçàèìî-

äåéñòâèè ðîòîðà è ñòàòîðà â ñëó÷àå íåîïòèìàëüíîãî

îñåâîãî çàçîðà ìåæäó ëîïàòêàìè ñòàòîðà è ðîòîðà;

- ïåðåòåêàíèå ãàçà èç îáëàñòè ïîâûøåííîãî

äàâëåíèÿ (çà ëîïàòêîé) â îáëàñòü ïîíèæåííîãî (ïå-

ðåä ëîïàòêîé) ïðè áîëüøîì ðàäèàëüíîì çàçîðå

(ñì. Ðèñ. 5.2.4_2), ïðè ýòîì ñ óìåíüøåíèåì âûñî-

òû ëîïàòêè óñèëèâàåòñÿ âëèÿíèå îáðàòíûõ ïîòî-

êîâ íà ýôôåêòèâíîñòü êîìïðåññîðà;

- îáðàçîâàíèå âèõðåâûõ çîí íà òîðöàõ ëîïà-

òîê èç-çà îòñóòñòâèÿ ñäóâà âèõðÿ ïðè ïåðåòåêàíèè,

à òàê æå ðàáîòà ÷àñòè ïåðà ëîïàòêè â ïðèñòåíî÷-

íîé îáëàñòè ïðè íåáîëüøîé (áëèçêîé ê íóëþ) âå-

ëè÷èíå ðàäèàëüíîãî çàçîðà.

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

237

Èç ïðåäñòàâëåííîãî ñëåäóåò, ÷òî âûáîð îïòè-

ìàëüíûõ îñåâûõ è ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ - ýòî êîìï-

ðîìèññ ìåæäó ýôôåêòèâíîñòüþ êîìïðåññîðà è áåç-

äåôåêòíîé ðàáîòîé åãî óçëîâ.

Îïòèìàëüíàÿ âåëè÷èíà ðàäèàëüíîãî è îñåâî-

ãî çàçîðà çàâèñèò îò ðàñïðåäåëåíèÿ êàê ãåîìåòðè-

÷åñêèõ, òàê è ãàçîäèíàìè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ â ñòó-

ïåíè. Äëÿ åå îïðåäåëåíèÿ, íà îñíîâíûõ ðåæèìàõ

ðàáîòû êîìïðåññîðà ïðè ðàçëè÷íûõ çíà÷åíèÿõ âå-

ëè÷èí çàçîðîâ ïðîâîäÿò ðàñ÷åòû òå÷åíèÿ âÿçêîãî

ãàçà â òðåõìåðíîé ïîñòàíîâêå ñ ó÷åòîì âçàèìîäåé-

ñòâèÿ ñòàòîðà è ðîòîðà. Íà îñíîâàíèè âûïîëíåííûõ

ðàñ÷åòîâ âûáèðàþò îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå îñåâîãî

è ðàäèàëüíîãî çàçîðîâ ïðè ðàáîòå êîìïðåññîðà.

Êàê óæå ãîâîðèëîñü ðàíåå, â ïðîöåññå ðàáîòû

äâèãàòåëÿ ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå çàçîðîâ â êîìï-

ðåññîðå. Íà Ðèñ. 5.2.4_3 ïðåäñòàâëåíî èçìåíåíèå

ðàäèàëüíîãî çàçîðà â ÐÊ 11 ñòóïåíè ÊÂÄ ïî ïî-

ëåòíîìó öèêëó ðàáîòû äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À. Â îáùåì

ñëó÷àå âåëè÷èíà çàçîðà ïðè ðàáîòå êîìïðåññîðà îï-

ðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå:

Z = Z

δδ

ãäå Z – âåëè÷èíà çàçîðà â ðàññìàòðèâàåìûé

ìîìåíò ðàáîòû êîìïðåññîðà;

– âåëè÷èíà ìîíòàæíîãî çàçîðà;

Ðèñóíîê 5.2.4_2 – Õàðàêòåð òå÷åíèÿ â ðàäèàëüíîì çàçîðå ÐÊ êîìïðåññîðà

δ δ

– èçìåíåíèå ïîëîæåíèÿ äåòàëè ñòàòîðà ïðè

ðàáîòå êîìïðåññîðà â îñåâîì íàïðàâëå-

íèè (ïðè îïðåäåëåíèè îñåâîãî çàçîðà);

δ δ

– èçìåíåíèå ïîëîæåíèÿ äåòàëè ðîòîðà ïðè

ðàáîòå êîìïðåññîðà â ðàäèàëüíîì íà-

ïðàâëåíèè (ïðè îïðåäåëåíèè ðàäèàëü-

íîãî çàçîðà) .

Èç ïðåäñòàâëåííîé ôîðìóëû ñëåäóåò, ÷òî ïðè

ðàáîòå êîìïðåññîðà íà îñíîâíûõ ðåæèìàõ ïîëó-

÷èòü âåëè÷èíó çàçîðà áëèçêóþ ê îïòèìàëüíîé ìîæ-

íî äâóìÿ ñïîñîáàìè:

- ïåðâûé ñïîñîá ïîëó÷èë íàçâàíèå ïàññèâíî-

ãî ðåãóëèðîâàíèÿ çàçîðîâ. Îí çàêëþ÷àåòñÿ â òîì,

÷òîáû âåëè÷èíà ìîíòàæíîãî çàçîðà Z

áûëà áëèç-

êà ê îïòèìàëüíîìó çíà÷åíèþ, à èçìåíåíèå ñìåùå-

íèÿ ñòàòîðà îòíîñèòåëüíî ðîòîðà (

δδ

) íà âñåõ

ðåæèìàõ ðàáîòû êîìïðåññîðà íå ïðîèñõîäèëî.

- âòîðîé ñïîñîá ïîëó÷èë íàçâàíèå àêòèâíîãî

ðåãóëèðîâàíèÿ çàçîðîâ.

Îí çàêëþ÷àåòñÿ â òîì, ÷òî-

áû íà çàäàííûõ ðåæèìàõ ðàáîòû êîìïðåññîðà

îáåñïå÷èòü äîïîëíèòåëüíîå èçìåíåíèå

δδ

èëè

δδ

ñ öåëüþ ïðèáëèçèòü âåëè÷èíó ñóììàðíîãî çà-

çîðà ê îïòèìàëüíîìó çíà÷åíèþ.

Ïðè ïàññèâíîì ðåãóëèðîâàíèè çàçîðîâ îñîáîå

âíèìàíèå óäåëÿåòñÿ ïîäáîðó ìàòåðèàëîâ, âûáîðó

ãåîìåòðèè äåòàëåé ðîòîðà è ñòàòîðà, ââåäåíèþ äî-

ïîëíèòåëüíûõ êîíñòðóêòèâíûõ ýëåìåíòîâ (òåïëî-

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

238

èçîëÿöèîííûå ýêðàíû, âîçäóøíûå ïðîñëîéêè è ò.ä.),

ïîçâîëÿþùèõ âûðîâíÿòü òåïëîâóþ èíåðöèîííîñòü

(âðåìÿ ïðîãðåâà) äåòàëåé ðîòîðà è ñòàòîðà.

Ïðè àêòèâíîì ðåãóëèðîâàíèè çàçîðîâ ñîçäà-

åòñÿ ñïåöèàëüíàÿ ñèñòåìà, êîòîðàÿ íà çàäàííûõ

ðåæèìàõ ðàáîòû äâèãàòåëÿ âîçäåéñòâóåò íà äåòàëè

ðîòîðà èëè ñòàòîðà. Òàê êàê, â îñíîâíîì, äåòàëè

ñòàòîðà áîëåå ïîäâåðæåíû èçìåíåíèþ, òî îáû÷íî

âîçäåéñòâóþò íà èõ ýëåìåíòû.

Ñóùåñòâóåò äâà îñíîâíûõ òèïà íàãðóçîê, îò

äåéñòâèÿ êîòîðûõ ìîæåò èçìåíèòüñÿ âåëè÷èíà ðà-

äèàëüíîãî çàçîðà:

Ïðè òåïëîâîé íàãðóçêå íà äåòàëè êîðïóñà

êîìïðåññîðà íàïðàâëÿåòñÿ âîçäóøíûé ïîòîê îïðå-

äåëåííîé òåìïåðàòóðû, êîòîðûé èçìåíÿåò òåïëî-

âîå ñîñòîÿíèå äåòàëè, ñîîòâåòñòâåííî èçìåíÿåòñÿ

òåïëîâîå ðàñøèðåíèå ñòàòîðà è ðàäèàëüíûé çàçîð

â ñòóïåíè. Ïðè ýòîì âîçäåéñòâîâàòü íà êîðïóñ ìîæ-

íî äâóìÿ ñïîñîáàìè. Ïåðâûé - íà îñíîâíûõ ðåæè-

ìàõ ðàáîòû êîìïðåññîðà óìåíüøèòü ðàäèàëüíûé

çàçîð ïóòåì îõëàæäåíèÿ äåòàëåé ñòàòîðà âîçäóõîì,

îòáèðàåìûì îò ïðåäûäóùèõ ñòóïåíåé. Âòîðîé - íà

íåîñíîâíûõ ðåæèìàõ ðàáîòû êîìïðåññîðà óâåëè-

÷èòü ðàäèàëüíûé çàçîð ïóòåì íàãðåâàíèÿ êîðïóñà

êîìïðåññîðà âîçäóõîì, îòáèðàåìûì îò ïîñëåäóþ-

ùèõ ñòóïåíåé.

Â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïðåäïî÷òåíèå îòäàåòñÿ

ïåðâîìó ñïîñîáó.

Íà Ðèñ. 5.2.4_4 ïðåäñòàâëåíà êîíñòðóêöèÿ

çàäíåãî êîðïóñà ÊÂÄ äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À ñ àêòèâ-

íûì ðåãóëèðîâàíèåì ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ ïóòåì

îõëàæäåíèÿ âîçäóõîì, îòáèðàåìûì èç-çà ïîäïîð-

íûõ ñòóïåíåé. Ñòðåëêàìè ïîêàçàíû íàïðàâëåíèÿ

òå÷åíèÿ îõëàæäàþùåãî âîçäóõà. Âîçäóõ èç-çà ïîä-

ïîðíûõ ñòóïåíåé ïî òðóáîïðîâîäó ïîäàåòñÿ ê ïàò-

ðóáêó â êîðïóñå îáäóâà 1. Ïîñëå ýòîãî âîçäóõ ïî-

ïàäàåò â êîëüöåâîé êîëëåêòîð, îáðàçóåìûé

êîðïóñîì îáäóâà è çàêðåï

ëåííûì íà íåì òîíêî-

ñòåííûì êîæóõîì 2 ñ ñåòüþ îòâåðñòèé 3. ×åðåç ýòè

îòâåðñòèÿ è îñóùåñòâëÿåòñÿ íåïîñðåäñòâåííûé îá-

äóâ êîðïóñà êîìïðåññîðà 4. Äàëåå âîçäóõ ñáðàñû-

âàåòñÿ â íàðóæíûé êîíòóð ÷åðåç îòâåðñòèÿ 5.

2) Ïðè ðåãóëèðîâàíèè ñ ïîìîùüþ ãàçîâûõ

íàãðóçîê íàä äåòàëüþ êîðïóñà êîìïðåññîðà ñîçäà-

åòñÿ âîçäóøíàÿ ïîëîñòü, íàïîëíÿåìàÿ âîçäóõîì

ñ ïîâûøåííûì äàâëåíèåì. Íà îñíîâíûõ ðåæèìàõ

Ðèñóíîê 5.2.4_3 – Èçìåíåíèå âåëè÷èíû ðàäèàëüíîãî çàçîðà â ÐÊ 11 ñòóïåíè ÊÂÄ ïî ïîëåòíîìó öèêëó

äâèãàòåëÿ ÏÑ-90À

Ãëàâà 5 - Êîìïðåññîðû ÃÒÄ

239

ðàáîòû â ýòó ïîëîñòü ïîäàåòñÿ âîçäóõ âûñîêîãî

äàâëåíèÿ. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî êîðïóñà êîìï-

ðåññîðà îò ãàçîâûõ ñèë ðàñøèðÿåòñÿ ìåíüøå, è âå-

ëè÷èíà ðàäèàëüíîãî çàçîðà â ñòóïåíè êîìïðåññî-

ðà óìåíüøàåòñÿ.

Îïèñàííûé ñïîñîá ðåãóëèðîâàíèÿ çàçîðîâ

ìîæíî ðåàëèçîâàòü â êîíñòðóêöèè, ïîäîáíîé ïðåä-

ñòàâëåííîé íà Ðèñ. 5.2.4_4, òîëüêî â íåé íå áóäåò

êîæóõà 2 è âûïóñêíûõ îòâåðñòèé 5.

Ïðåèìóùåñòâî ýòîãî ñïîñîáà â òîì, ÷òî âîç-

äóõ, çàïîëíÿþùèé ïîëîñòü íàä êîðïóñîì, îñòàåò-

ñÿ â ñèñòåìå, à íå ñáðàñûâàåòñÿ â íàðóæíûé êîëí-

òóð, êàê â ñëó÷àå ñ äîïîëíèòåëüíûì îõëàæäåíèåì

êîðïóñîì. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ýôôåêòèâíîñòü ñïî-

ñîáà ãîðàçäî íèæå.

Äëÿ óâåëè÷åíèÿ ýôôåêòèâíîñòè,

íåîáõîäèìî óìåíüøàòü æåñòêîñòü êîðïóñà, íàïðèìåð,

äåëàòü åãî áîëåå òîíêèì, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê

óìåíü-

øåíèþ ðåñóðñà.

Îäíàêî òàêîé ñïîñîá ðåãóëèðî-

âàíèÿ çàçîðîâ ìîæåò ïîëó÷èòü ðàçâèòèå â ñëó÷àå

ñîçäàíèÿ íîâûõ æàðîïðî÷íûõ ìàòåðèàëîâ

ñ íå-

áîëüøîé æåñòêîñòüþ è âûñîêèìè ïðî÷íîñòíûìè

õàðàêòåðèñòèêàìè.

Òàêèì îáðàçîì, âûáîð çàçîðîâ â êîìïðåññî-

ðàõ îñóùåñòâëÿåòñÿ â äâà ýòàïà:

- íà ïåðâîì ýòàïå, íà ñòàäèè âûïîëíåíèÿ ïðî-

Ðèñóíîê 5.2.4_4 – Êîðïóñ êîìïðåññîðà äâ. ÏÑ-90À

ñ êàíàëàìè äëÿ àêòèâíîãî ðåãóëè-

ðîâàíèÿ ðàäèàëüíûõ çàçîðîâ

1 - êîðïóñ îáäóâà; 2 – êîæóõ; 3 -

îòâåðñòèÿ îáäóâà; 4 - êîðïóñ êîì-

ïðåññîðà; 5 - îòâåðñòèÿ äëÿ ñáðî-

ñà âîçäóõà â íàðóæíûé êîíòóð

åêòèðîâî÷íûõ ãàçîäèíàìè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ îïðåäå-

ëÿþòñÿ «îïòèìàëüíûå» âåëè÷èíû çàçîðîâ. Â äàëü-

íåéøåì, ïðè äîâîäêå äâèãàòåëÿ, ðàçìåðû çàçîðîâ

ìîãóò áûòü óòî÷íåíû;

íà âòîðîì ýòàïå ìîíòàæíûå çàçîðû, êîíñòðóê-

öèÿ è ãåîìåòðèÿ äåòàëåé êîìïðåññîðà îïðåäåëÿþò-

ñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ïðè ðàáîòå íà îñíîâíûõ

ðåæèìàõ ðàáîòû âåëè÷èíà çàçîðà áûëà áëèçêà ê îï-

òèìàëüíîé è ïðè ýòîì íå äîïóñêàëà çàäåâàíèé âî

âñåì äèàïàçîíå ðàáîòû êîìïðåññîðà. Ïîñëåäíåå òðå-

áîâàíèå ïîäðàçóìåâàåò, ÷òî ìèíèìàëüíàÿ âåëè÷èíà

çàçîðà äîëæíà ïðåâûøàòü âåëè÷èíó, îïðåäåëÿåìóþ

äåéñòâèåì âñåâîçìîæíûõ ôàêòîðîâ, ñïîñîáíûõ åå

èçìåíèòü (äîïóñê íà èçãîòîâëåíèå è ñáîðêó; ëþôò

ïîäøèïíèêîâ; íàãðóçêè îò âîçäåéñòâèÿ íà äâèãàòåëü

ñî ñòîðîíû ñàìîëåòà, è ò.ä.). Ïðè ýòîì ìèíèìàëü-

íàÿ âåëè÷èíà çàçîðà îïðåäåëÿåòñÿ ñ ó÷åòîì âñåõ âîç-

ìîæíûõ öèêëîâ ðàáîòû äâèãàòåëÿ.

Íà èçãîòîâëåíèå è ñáîðêó äåòàëåé ñóùåñòâó-

þò äîïóñêè, èç-çà êîòîðûõ âåëè÷èíà çàçîðà â êîì-

ïðåññîðå íåïîñòîÿííà â îêðóæíîì íàïðàâëåíèè.

Êðîìå ýòîãî, ïðè ðàáîòå êîìïðåññîðà èç-çà íåðàâ-

íîìåðíîñòè ïðèêëàäûâàåìûõ íàãðóçîê ïðîèñõîäèò

äîïîëíèòåëüíàÿ îâàëèçàöèÿ äåòàëåé è ñìåùåíèå

îñåé äåòàëåé ðîòîðà è ñòàòîðà. Äëÿ óìåíüøåíèÿ

èçìåíåíèÿ ðàäèàëüíîãî çàçîðà â îêðóæíîì íàïðàâ-

ëåíèè íà êîðïóñàõ íàä ðàáî÷èìè ëîïàòêàìè íàíî-

ñèòñÿ ëåãêîâûðàáàòûâàåìîå ïîêðûòèå. Êðîìå ýòî-

ãî, äëÿ óëó÷øåíèÿ ïðèðàáîòêè ïî òîðöàì ëîïàòîê

ïðîôèëü ïåðà íà òîðöàõ óòîí÷àþò.

Çàêëþ÷åíèå î ïðàâèëüíîñòè íàçíà÷åííûõ çà-

çîðîâ äåëàþò ïî ðåçóëüòàòàì îñìîòðà ãàçîâîçäóø-

íîãî òðàêòà êîìïðåññîðà ïîñëå ïðîâåäåíèÿ èñïû-

òàíèé, à òàê æå èçìåðåíèåì ðàäèàëüíûõ è îñåâûõ

çàçîðîâ ïðè ðàáîòå êîìïðåññîðà.

5.3 – Êîíñòðóêòèâíûå è ñèëîâûå

ñõåìû îñåâûõ êîìïðåññîðîâ

Îñåâûå êîìïðåññîðû äåëÿòñÿ íà òðè ãðóïïû:

îäíî-, äâóõ- èëè òðåõêàñêàäíûå.

Â îäíîêàñêàäíûõ êîìïðåññîðàõ (ñì.

Ðèñ. 5.3_1)

ðîòîð 1 ðàñïîëîæåí íà äâóõ îïîðàõ – ñ ðîëèêîâûì

ïîäøèïíèêîì, âîñïðèíèìàþùèì ðàäèàëüíûå íà-

ãðóçêè, è ðàäèàëüíî-óïîðíûì øàðèêîâûì ïîäøèï-

íèêîì, ôèêñèðóþùèì ïîëîæåíèå ðîòîðà îòíîñè-

òåëüíî ñòàòîðà 2. Ïðè ýòîì ïåðåäà÷à óñèëèé îò

ïåðåäíåé îïîðû ïðîèñõîäèò ÷åðåç ðàäèàëüíûå

ñòîéêè 3 âõîäíîãî êîðïóñà, à îò çàäíåé – ïî êîðïó-

ñó ÊÑ ÷åðåç ñïðÿìëÿþùèé àïïàðàò 5 ïîñëåäíåé

ñòóïåíè êîìïðåññîðà èëè ñòîéêè ÊÑ.

Ïðè ñðàâíèòåëüíîé ïðîñòîòå êîíñòðóêöèè

îäíîêàñêàäíûå êîìïðåññîðû ñ áîëüøîé ñòåïå-