2.3. Схемы и особенности работы центробежной

и диагональной ступеней компрессора

Основными элементами центробежной компрессорной ступени являются рабочее колесо и диффузор, а характерными сечениями воздушного тракта - сечение перед рабочим колесом, сечение за ним и сечение на выходе из диффузора. За диффузором может быть установлен выходной канал или выходные патрубки, обеспечивающие поворот выходящего из диффузора потока в нужную сторону (например, из радиального в осевое направление).

Рабочее колесо обычно представляет собой диск, на торцевой поверхности которого расположены рабочие лопатки.

В одной центробежной ступени при равных значения окружной скорости на внешнем диаметре колеса можно получить значительно большее повышение давления воздуха, чем в осевой ступени, благодаря благоприятному эффекту действия центробежных сил в направлении движения воздушного потока в рабочем колесе. Но в то же время (в отличие от осевой ступени) ее диаметр намного превышает диаметр входа в колесо, определяемый, в основном, потребным объемным расходом воздуха. Кроме того, поворот потока в колесе из осевого направления в радиальное и последующий обратный поворот в направление, близкое к осевому, в выходном канале приводят к повышенным гидравлическим потерям.

Указанные недостатки центробежной ступени могут быть в значительной степени смягчены в диагональной ступени. По своим параметрам и принципу работы она занимает промежуточное положение между осевой и центробежной ступенью. Сжатие воздуха в ее рабочем колесе происходит как вследствие уменьшения относительной скорости воздуха в межлопаточных каналах, так и в результате работы центробежных сил, совершаемой при перемещении частиц воздуха в колесе от центра к переферии (по коническим поверхностям тока). Но доля этой работы в общей работе сжатия воздуха в колесе здесь меньше, чем в центробежной ступени. Это снижает возможные значения степени повышения давления воздуха в такой ступени. Но зато меньшее отклонение основного направления течения воздуха от осевого позволяет уменьшить диаметральные габаритные размеры ступени и получить более высокие значения КПД.

Направляющий аппарат (диффузор) в диагональной ступени по своему принципу работы и устройству мало отличается от направляющего аппарата осевой ступени.

2.4. Основные параметры ступени компрессора

С т е п е н ь ю п о в ы ш е н и я д а в л е н и я ступени называется отношение давления за ступенью к давления на входе в рабочее колесо.

В осевых ступенях спепень повышения давления обычно невелика и равна 1,2...1,35, но в отдельных случаях может быть увеличена до 1,6...2,0. В центробежных ступенях степень повышения давления может достигать 4-6 и более.

А д и а б а т и ч е с к и й К П Д ступени компpессоpа пpедставляет собой отношение адиабатической pаботы повышения давления воздуха в ступени к затpаченной pаботе Адиабатический КПД ступеней в осевых компрессорах обычно равен 0,83-0,87, а в некоторых конструкциях достигает еще больших значений, до 0,88-0,92, что свидетельствует об их высоком аэродинамическом совершенстве. Центробежные ступени имеют несколько меньшее значение адиабатического КПД - 0,75-0,80.

Р а с х о д в о з д у х а через компрессор пропорционален плотности воздуха, скорости потока и площади проходного сечения.

О к р у ж н а я с к о р о с т ь является важным конструктивным параметром ступени, она ограничивается как прочность лопаток и диска рабочего колеса, так и газодинамическими соображениями. В авиационных осевых компрессорах она обычно равна 300...500 м/с. Это значение относится к расчетному режиму работы ступени.

О с е в а я с о с т а в л я ю щ а я скорости воздуха перед рабочим колесом изменяется в широких пределах от 80 до 230 м/с в зависимости от типа ступени, места, занимаемого ступенью в компрессоре, и его назначения.

По уровню чисел М набегающего на лопатки потока осевые ступени принято разделять на дозвуковые, сверхзвуковые и трансзвуковые (околозвуковые), в которых окружная или осевая скорости изменяются по радиусу изменяются по радиусу от сверхзвуковой до дозвуковой.

В одной ступени дозвукового компрессора можно повысить давление не более чем в 1,2-1,4. Объясняется это следующими обстоятельствами. Работа к воздуху подводится в механической форме (вращение рабочего колеса). Чем больше (при прочих равных условиях) окружная скорость вращения рабочего колеса, тем большая работа подводится к воздуху, тем больше повышение давления. Однако с ростом окружной скорости рабочего колеса увеличиваются и скорости движения воздуха, а они не должны достигать местной скорости звука, когда образуются скачки уплотнений и резко увеличиваются потери.

С целью повышения напорности применяют многоступенчатые компрессоры, в каждой ступени которых осуществляется повышение давления воздуха.