2.2. Профилирование лопаток рабочего колеса сверхзвуковой ступени осевого компрессора по высоте

Профилирование лопаток рабочего колеса предусматривает решение двух задач:

- расчет параметров потока и определение треугольников скоростей на различных радиусах;

- построение решеток профилей, обеспечивающих требуемую эффективность ступени.

3.2.1. Расчет параметров потока и треугольников скоростей по длине лопатки

1. Расчет треугольников скоростей в расчетных сечениях.

Расчет проводится для трех радиусов: наружного (на конце лопатки), на среднем диаметре и во втулочном сечении ( ), величины которых известны из газодинамического расчета.

При расчете треугольников скоростей используются данные, полученные в п. 3.1.2.

Перед построением треугольников скоростей и расчетом изменения параметров потока по высоте лопатки задаются законом изменения параметров потока по радиусу ступени. В принципе для сверхзвуковой ступени могут применяться те же законы профилирования, что и для дозвуковых ступеней, т.е. законы постоянной циркуляции, постоянной реактивности, твердого тела и др.

Рассмотрим методику определения параметров потока перед колесом и за ним для закона профилирования . Результаты расчетов для удобства сводятся в таблицу 2.1.

Если в результате расчетов получается , то во втулочном сечении осуществляется корректировка закона профилирования посредством уменьшения до величины, обеспечивающей получение в заданных пределах. После корректировки во втулочном сечении уточняются значения .

Таблица 2.1

Величина и расчетная формула		Сечения
		втулочное	среднее	периферийное

2.2.2. Определение параметров решетки

Рис. 2.3. Зависимость угла отклонения потока от густоты и угла выхода решетки

Определение хорды профилей и густоты решеток в различных сечениях проводится по определенным рекомендациям:

- на среднем диаметре хорда лопатки выбирается из условия прочности в пределах

,

где – длина лопатки;

- густота решетки определяется по графику (рис. 2.3) на основании и , полученных в табл. 2.1;

- размеры хорды принимаются постоянными по высоте лопатки;

- количество лопаток в рабочем колесе

,

где шаг решетки.

2.2.3. Построение решетки профилей

Построение решеток профилей на различных радиусах является заключительным этапом газодинамического расчета и имеет целью определение размеров и формы профилей, используемых в элементарных лопаточных венцах.

Наибольшее распространение в сверхзвуковых компрессорных решетках получили лемнискатные профили, схема размещения которых в элементарном лопаточном венце и основные геометрические параметры на рис. 2.4.

Рис. 2.4. Сверхзвуковая диффузорная решетка.

Для построения спинки и корытца сверхзвукового профиля используются различные методы. Наиболее часто для профилирования используется лемниската Бернулли. На рис. 2.5 изображена симметричная лемниската в координатах .

Рис. 2.5. Построение средней линии сверхзвукового профиля

В табл. 2.2 в процентах относительно хорды представлены координаты для построения средней линии сверхзвукового профиля, где

; .

Таблица 2.2

	0	2	5	10	20	30	40	50	60	70	80	90	95	98	100
	0	0,61	1,52	3,01	5,74	7,97	9,47	10	9,47	7,97	5,74	3,01	1,52	0,61	0

В табл. 2.2 приведены координаты лемнискаты с прогибом 10%.

1. Построение симметричных лемнискатных профилей с различными относительным прогибом

осуществляется по формулам

;

,

где и – значения координат, определяемых по табл. 3.2 для лемнискаты с прогибом 10%.

Для расчета и построения сверхзвукового профиля используются данные, полученные при газодинамическом расчете ступени:

- углы и ;

- хорда профиля на рассматриваемом диаметре;

- густота решетки ;

- абсолютная и относительная толщины профиля и , которые выбираются из условия прочности в пределах от на наружном диаметре до на внутреннем диаметре, причем изменение относительной толщины по радиусу может быть линейным или экспоненциальным;

- радиусы округления передней и задней кромок принимаются в диапазоне от у втулки до на наружном диаметре, причем можно принимать

.

2. Порядок расчета и построения профилей.

Углы кривизны профиля и конструктивные углы:

- расчетный угол набега потока

;

- расчетный угол изгиба профиля

,

где ;

- угол между спинкой и средней линией профиля вблизи задней кромки

;

- конструктивные углы клина у передней и задней кромки

.

Расчет координат спинки и корыта (рис. 2.6):

- определение длины основания лемнискатной лопатки

Рис. 2.6. Сверхзвуковой профиль

- относительный прогиб спинки профиля

;

- координаты и профиля

,

,

где и определяются по табл. 3.2.

- абсолютная и относительная координаты и взаимного смещения оснований спинки и корыта

, ;

- относительный прогиб корытца профиля

;

- координата корытца профиля определяется по координатам спинки для тех же значений пропорционально относительным изгибам

.

Построение профилей и установка их в решетке:

- по полученным результатам расчетов строится графическое изображение профилей;

- определяется угол установки профилей в решетке

;

- по заданной величине шага строится решетка профилей.

При построении профилей сверхзвуковой решетки следует учитывать то обстоятельство, что, кроме диффузорной части межлопаточного канала, в которой осуществляется поворот потока на угол , на профилях имеется прямолинейный участок, необходимый для организации системы скачков (участок « » на рис. 2.6). Прямолинейный участок занимает обычно 0,5 хорды профиля.