Формы проточной части и изменение осевой скорости по тракту осевого компрессора

При одинаковом расходе рабочего тела через все ступени компрессора увеличение его плотности по мере сжатия в отдельных ступенях должно сопровождаться согласно уравнению расхода потока либо снижением осевой скорости, либо уменьшением площади проточной части.

Снижение осевой скорости в последних ступенях компрессора невыгодно, поскольку, как следует из соотношения

,

снижение с_а при данной густоте решётки колеса приводит к снижению закрутки ∆w_u , т.е. в конечном счёте к снижению адиабатической работы ступени.

С другой стороны, увеличение d (уменьшение высоты лопатки) приводит к увеличению роли концевых потерь, и, как следствие, к снижению КПД ступени, которое становится особенно существенным при >0,85…0,9.

С этой точки зрения, наоборот, выгодно уменьшать осевую скорость потока на выходе из компрессора.

Поэтому при проектировании компрессора при переходе от первых к последним ступеням одновременно уменьшают и высоту лопаток и осевую скорость потока рабочего тела.

Возможный характер изменения осевой скорости по тракту компрессора на расчётном режиме показан на рис. 7.

Рис. 7

Кривая 1 соответствует постепенному снижению с_а от ступени к ступени. В ряде случаев бывает более выгодным сохранение постоянной с_а в первых ступенях (кривая 2) или даже некоторое увеличение её в средних сечениях (кривая 3).

Однако при этом необходимо учитывать, что во избежание падения КПД последующее снижение с_а в пределах одной ступени не должно превышать 10 – 15 м/с.

Обычно в авиационных компрессорах скорость рабочего тела на выходе из последней ступени равна 120 – 180 м/с.

Уменьшение высоты лопаток от ступени к ступени может достигаться либо увеличением внутреннего диаметра, либо уменьшением наружного диаметра рабочего колеса и неподвижных аппаратов, либо одновременным изменением обоих диаметров.

Возможные формы проточной части многоступенчатых одноконтурных компрессоров показаны на рис.8.

Рис. 8

По конструктивным и технологическим соображениям наиболее удобными схемами, в которых либо наружный, либо внутренний диаметр у всех ступеней остаётся постоянным (схемы 1 и 2).

В схеме 1 средний диаметр постепенно возрастает от ступени к ступени, что позволяет получить благодаря высоким окружным скоростям значительно большую адиабатическую работу сжатия в каждой из средних и последних ступеней, чем для схемы 2 (при одинаковых параметрах первой ступени), и за счёт этого уменьшить требуемое число ступеней.

Вместе с тем, при одних и тех же значениях G_в и π_к^* и одинаковой скорости на входе в схеме 1 высота лопаток в последних ступенях получается (из-за большого среднего диаметра) заметно меньше, чем в схеме 2 , что неблагоприятно сказывается на КПД ступеней.

Таким образом, каждая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки.

В схемах 3 и 4 указанные недостатки выражены ещё более резко, и поэтому они не применяются на практике.

В компрессорах авиационных ГТД часто применяются компромиссные схемы, в которых уменьшение высоты лопаток достигается одновременным уменьшением наружного диаметра и увеличением внутреннего диаметра ступеней. При этом средний диаметр ступеней остаётся примерно постоянным (схема 5) или чаще в первых ступенях используется главным образом увеличение D_вт , а в последних – уменьшение D_к (схема 6).