Выбор данных.

1. Степень реактивности относительно первой ступени: .

2. Относительный диаметр втулки первой ступени компрессора существующих ТРД составляет . С уменьшением увеличивается производительность компрессора, но снижается работа, передаваемая воздуху в первых ступенях:

.

3. Окружная скорость на внешнем диаметре первой дозвуковой ступени находится обычно в пределах 360 380 м/с. Чтобы иметь не слишком малый напор ступени в нашем случае выбираем: м/с.

4. Окружная скорость на среднем диаметре:

м/с.

5. Коэффициент теоретического напора:

– коэффициент теоретического напора на ср. диаметре первой ступени.

Правильность выбора величин , , контролируют по величине теоретического напора первой ступени:

кДж/кг.

6. Осевая скорость и угол входа воздуха в колесо первой ступени:

Осевая скорость С1а , коэффициент расхода и угол входа воздуха в колесо первой ступени на среднем радиусе связаны между собой выражением , позволяющим совместно с газодинамической функцией расхода q(λ) обеспечить выбранные значения величин , , и .

м/с;

– коэффициент расхода на среднем диаметре первой ступени;

;

откуда .

7. Коэффициент производительности первой ступени компрессора:

;

м/с;

;

– газодинамическая функция расхода, находится по значению с использованием ГДФ.

В дозвуковых компрессорах авиационных ГТД для первых ступеней коэффициент производительности должен быть близким к максимальному значению =0,65. При этом следует иметь в виду, что при выбранном ( или заданном ) относительном диаметре втулки величина увеличивается с уменьшением и ростом

8. Число Маха на входе в рабочее колесо:

– приведенная окружная скорость;

.

9. Скорость звука на входе в колесо:

Проверяем окружную скорость на среднем диаметре колеса первой ступени. Из параметрического соотношения числа Маха по окружной скорости колеса

;

м/с – скорость звука на входе в колесо;

м/с – рассчитанная окружная скорость.

10. Густота решетки рабочего колеса первой ступени на среднем диаметре назначается на основе обобщенных опытных данных , полученных при продувке плоских решеток. Рассчитываются безразмерные величины:

;

;

;

;

– густота решётки.

11. Затраченная работа в первой ступени:

кДж/кг;

Принимаем ; .

12. Диаметр колеса первой ступени компрессора определяется по параметрам на входе в компрессор:

м;

;

Па;

при и Дж/кг∙К;

– для промежуточного закона закрутки лопатки; он учитывает неравномерность поля скоростей по высоте лопатки на входе в первую ступень и влияние пограничного слоя у наружной и внутренней стенок корпуса.

Выбранные параметры позволяют провести предварительный расчёт компрессора.

Предварительный расчет компрессора.

Выбираем тип проточной части: при высоких степенях повышения давления в компрессоре и небольших расходах воздуха высоты лопаток последних ступеней могут получиться меньше 15–20 мм, что отрицательно сказывается на КПД этих ступеней и всего компрессора в целом. В таких случаях выбирается проточная часть с . По условию задания принят тип проточной части с .

1. Средний напор ступеней с :

кДж/кг.

2. Напор компрессора:

кДж/кг.

3. Число ступеней компрессора:

;

Принимаем и уточняем кДж/кг.

4. Мощность, потребляемая компрессором:

кВт.

5. Частота вращения ротора компрессора:

об/с.

6. Распределение напора по ступеням компрессора:

Напор в ступенях КВД обычно распределяется так, что в двух–трех средних ступенях он максимальный (на 10–20% больше ), а в последних примерно равен . При четном числе ступеней, в качестве средней, выбирают . Для ступеней от до можно принять: Дж/кг.

На основе известных величин и с учетом указанных рекомендаций строим в первом приближении график (рис. 1.1). Далее суммируются напоры по ступеням и корректируются значения для отдельных ступеней с тем ,чтобы обеспечить равенство .

7. Распределение осевых скоростей по ступеням компрессора:

Осевые скорости потока по ступеням компрессора постепенно уменьшаются от выхода к входу. Величина на входе в первую ступень определяется при выборе основных исходных данных первой ступени компрессора.

В нескольких последующих ступенях желательно сохранить величину неизменной, равной , что позволяет получить в этих ступенях повышенные напоры при заданной густоте решеток .Желательно, чтобы градиент уменьшения при переходе от ступени к ступени не превышал 10-15 м/с.

8. Определяем параметры на выходе из компрессора:

Скорость воздуха в современных авиационных ГТД составляет 140-170 м/с. Выбираем м/с, тогда при осевом выходе воздуха из компрессора ( ):

;

К;

;

По из таблиц ГДФ находим ;

Па – давление;

м² – площадь проходного сечения;

м – средний диаметр;

м –высота лопатки СА последней ступени.

9. Рассчитываем степень реактивности:

Степень реактивности обычно увеличивают с увеличением номера ступени на . Это позволяет получить большие значения коэффициента напора при незначительном снижении КПД. Результаты распределения по ступеням показаны в табл. 1.1.

Параметры	Размер-ность	Ступени
		1	2	3	4	5	k
	кДж/кг	20,00376	27	28,540733	28,181611	26	129,7261
	м/с	176,4	174	166	160	150	140
		0,5	0,515	0,53045	0,5463635	0,5627544
		0,98	0,96	0,94	0,92	0,9
		0,98	0,977	0,975	0,97	0,96
	Дж/кг	20,00376	27,47813	29,60342	29,71322	27,733333
		0,315	0,432699	0,4661662	0,4678953	0,4367179
		0,7	0,690476	0,6587302	0,6349206	0,5952381
*/*		0,45	0,626668	0,707674	0,736935	0,7336861
		0,876	0,88	0,9	0,87	0,86
	Дж /кг	17,52329	23,76	25,686659	24,518002	22,36	113847,95
	К	307,9042	334,7699	363,16865	391,21005	417,0807
	К	288	307,9042	334,76991	363,16865	391,21005	417,0807
		1,228422	1,295533	1,2937008	1,2555251	1,2136064	3,1858543
	Па	98261	120706	156378,63	202307,16	254001,72	308258,1

10. Рассчитываем теоретический ( эйлеровский ) напор:

;

где коэффициент, отражающий неравномерность скоростей, линейно изменяется по длине проточной части компрессора от 0,98-1,0 в первой ступени до 0,86-0,9 в последней.

Потери в зазорах и потери от трения диска обычно учитываются величиною . Произведение уменьшается линейно от 0,97-0,98 в первой ступени до 0,95-0,96 в последней.

Результаты расчета приведены в табл. 1.1.

11. Коэффициент напора:

– коэффициенты напора по ступеням;

– коэффициенты расхода по ступеням.

12. Проверяем густоту решётки:

Густоты решёток рабочего колеса и спрямляющего аппарата в средних, наиболее нагруженных ступенях дозвукового компрессора не должны превышать 1,5-1,6. Поэтому прежде чем продолжить расчет необходимо проверить эти густоты в той ступени компрессора, где отношение максимальное.

– достигает max для 4 ступени;

;

;

;

.

Густота решётки спрямляющего аппарата 4 ступени определяется в такой последовательности:

а) осевая скорость за рабочим колесом:

м/с;

б) окружная составляющая скорости воздуха на выходе из колеса:

м/с;

в) угол потока на выходе:

.

Т.к. находим угол выхода потока из СА:

;

м/с;

г) поворот потока в решетке СА:

;

д) ;

;

;

е) .

13. Назначаем КПД (см. таблицу 1.1):

КПД в отдельных ступенях неодинаковы. В первых ступенях , в средних и в последних .

КПД отдельных ступеней можно согласовать с КПД всего компрессора методом эквивалентной политропы. Для этих целей необходимо иметь напор (Нkz) и КПД последней ступени. Выбирая , а , вычисляем отношение

и по этому соотношению определяем КПД условного эквивалентного политропного процесса:

.

КПД , соответствующий равенству напоров в действительном и эквивалентном политропном процессах сжатия, определяется:

;

Дж/кг.

Напоры отдельных ступеней берутся из табл. 1.1. Величины в остальных (z-1) ступенях выбираются с учетом изложенных ранее рекомендаций так, чтобы .

14. Рассчитываем температуру по ступеням (см. таблицу 1.1):

Температура адиабатно заторможенного потока воздуха на выходе из СА данной ступени равна соответственно температуре торможения в абсолютном движении на выходе из РК и на входе в последующую ступень.

;

Для первой ступени К.

15. Рассчитываем степень повышения давления (см. таблицу 1.1):

;

Для проверки правильности расчетов необходимо вычислить общую степень повышения давления , которая должна совпадать с заданной: .

16. Рассчитываем полное давление по ступеням (см. таблицу 1.1)

Полное давление на входе в i–ю ступень равно полному давлению на выходе из (i – 1)–й ступени, т.е.:

.

Результаты расчётов, выполненных в данном параграфе, сведены в табл.1.1.