ПОТЕРИ ЭНЕРГИИ ПРИ ДВИЖЕНИИ ВОЗДУХА ПО СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
Работа, получаемая колесом компрессора, передается потоку воздуха не вся. При движении воздуха по каналам компрессора неизбежно возникают потери на трение, связанные с движением воздуха. Эти потери называются гидравлическими. На преодоление потерь и затрачивается часть работы (энергии), передаваемой от рабочего колеса потоку воздуха.
Гидравлические потери можно разделить на три группы:
- профильные;
- потери на образование вихрей;
- потери на перетекание воздуха.
Профильные потери - это потери энергии в приграничном слое.
Опыт показывает, что у поверхности любого тела, обтекаемого потоком воздуха, образуется тонкий пограничный слой воздуха, в котором происходит торможение воздушного потока за счет сил трения между частицами воздуха и поверхностью тела.
Рассмотрим пограничный слой, образующийся у лопатки осевого компрессора при обтекании ее потоком воздуха (рис. 8).
Пограничный слой у стенки имеет слоистое строение: частицы воздуха движутся слоями, один слой над другим. Частицы воздуха, находящиеся непосредственно у поверхности лопатки, движутся медленно; чем дальше они находятся от поверхности лопатки, тем движутся быстрее. Такой пограничный слой называется ламинарным, он неустойчив, легко нарушается, толщина его небольшая. Этот слой создает небольшие потери на трение. В какой-то точке поверхности лопатки плавное движение частиц воздуха переходит в беспорядочное вихревое движение, слои воздуха пограничном слое нарушается. Воздух перестает двигаться слоями. Поступательное движение частиц воздуха переходит и беспорядочное вихревое движение, слои воздуха перемешиваются. Точка 3называется точкой перехода. Такой пограничный слой, где частицы воздуха имеют вихревое движение, называется турбулентным, он очень устойчив, имеет большую толщину, чем ламинарный пограничный слой, и поэтому дает большие потери на трение. Толщина пограничного слоя постепенно увеличивается: к хвостику лопатки она доходит до 2 - 4 мм.
Рис. 8. Пограничный слой воздуха
(1 – слоистый неустойчивый, 2 – вихревой устойчивый, 3 – точка перехода пограничного слоя из неустойчивого в устойчивый, 4 – вихревой след за профилем (спутная струя)).
Профильные потери зависят от формы профиля лопаток, поэтому и называются профильными. Кроме этого, профильные потери зависят от качества обработки поверхности лопаток. Естественно, чем хуже обработана поверхность лопаток, тем 'больше будут профильные потери.
Пограничный слой воздуха образуется на всех стенках канала, по которому течет воздух.
Вторая группа потерь энергии при движении потока воздуха - это образование вихрей. За лопаткой образуется вихревой след - так называемая спутная струя (рис. 8). В природе вихревой след можно наблюдать в виде водяных вихрей, образующихся за неподвижными предметами, находящимися в реке, например за устоями мостов, за камнями, за скалами и т. д. Опустите руку в текущую воду, и вы увидите, что от руки образуется вихревой след на поверхности воды.
Рис. 9. Образование парного вихря
При движении воздуха между лопатками образуется повышенное давление на “корытце” (вогнутой стороне лопатки) и пониженное давление (разрежение) на ее спинке. Разность этих давлений заставляет пограничный слой сдвигаться от корытца лопатки А кспинке лопатки Б (рис. 9). Это течение пограничного слоя складывается с течением основного потока воздуха и образует “парный вихрь” - два вихря, вращающиеся навстречу друг другу.
Вихревые зоны образуются и при отрыве струи воздуха от лопаток, как это изображено на рис. 10.
Рис. 10. Образование вихревых зон при отрыве струи воздуха от лопатки
Третью группу потерь анергии при движении воздуха составляют потери на перетекание воздуха из области повышенного давления в область пониженного давления.
В выполненных конструкциях осевых нагнетателей между торцами лопаток рабочего колеса и внутренней поверхностью корпуса нагнетателя имеется радиальный зазор 0,5 - 2 мм.
Под действием повышенного давления на корытце и пониженного давления на спинке лопатки возникает перетекание воздуха по зазору (рис. 11). Движение лопатки относительно корпуса при вращении рабочего колеса способствует этому перетеканию воздуха.
Перетекание воздуха по радиальному зазору уменьшает эффективность сжатия воздуха лопатками и снижает степень сжатия воздуха в каждой ступени.
С увеличением скорости течения воздуха по компрессору гидравлические потери увеличиваются.
Рис. 11. Перетекание воздуха по радиальному зазору в колесе осевого компрессора
Для уменьшения гидравлических потерь поверхности лопаток тщательно полируют, лопаткам придают хорошо обтекаемую аэродинамическую форму и стараются уменьшить перетекание воздуха путем специальных уплотнений между ступенями осевого компрессора.
Дата добавления: 2016-06-09; просмотров: 2823;