2.5. Основные параметры компрессорных решеток профилей

Выбор целесообразных параметров треугольников скоростей ступени и определение числа и формы лопаток, обеспечивающих получение этих параметров при высоком КПД, являются задачей аэродинамического расчета осевой ступени.

Линия, являющаяся геометрическим местом центров вписанных в профиль окружностей, называется средней линией профиля. Хорда профиля - это прямая, соединяющая точки пересечения средней линии с контуром профиля. Та часть контура профиля, которая расположена (по отношению к средней линии) с той же стороны, что и хорда, называется нижней поверхностью или корытом, а противоположная часть - верхней поверхностью или спинкой профиля.

Форма профиля может иметь много индивидуальных особенностей, но наиболее важными параметрами, характеризующими ее, являются:

- угол кривизны профиля (угол между касательными к средней линии, проведенными в точках ее пересечения с контуром профиля);

- расстояние вдоль хорды от носка профиля до точки максимального прогиба средней линии;

- максимальная толщина профиля;

- координата положения максимальной толщины.

С аэродинамической точки зрения определяющее значение имеют не абсолютные, а относительные величины.

2.6. Влияние радиальных и осевых зазоров на работу ступени

В реально выполненных ступенях компрессора между лопатками рабочего колеса и внутренней поверхностью корпуса всегда имеется конструктивный зазор, величина которого зависит от размеров компрессора и качества его выполнения. При этом реальный зазор в рабочем состоянии компрессора может заметно отличатся от монтажного (контролируемого при сборке компрессора) вследствие радиальных деформаций деталей ротора и корпуса под действием центробежных и газовых сил и вследствие теплового расширения. Обычно у прогретого двигателя рабочий зазор оказывается меньше монтажного. Наличие радиального зазора оказывает существенное влияние на работу прилегающих к нему участков лопаток.

Перетекание (утечка) воздуха через радиальный зазор приводит к понижению давления на вогнутой стороне лопатки (набегающей на поток) и к повышению давления на спинке, т.е. к уменьшению разности давлений на поверхностях профиля, причем, как показывают эксперименты, этот эффект наблюдается на участке лопатки, радиальная протяженность которого превышает сам зазор в среднем примерно в 5 раз. Искажение эпюр распределения давлений по хорде и по высоте лопатки на этом участке носит сложный характер. Но в целом уменьшение перепада давлений приводит к снижению окружного усилия и, следовательно, к снижению работы, передаваемой воздуху в ступени. Бесполезные затраты энергии на перетекание воздуха через зазор и на создание вихревого течения у концов лопаток вблизи зазора приводят, кроме того, к падению КПД ступени. В результате снижения эффективной работы и КПД увеличение радиального зазора приводит к снижению напора ступени.

На работу ступени оказывают также влияние осевые зазоры между ее неподвижными и вращающимися венцами. Осевые зазоры между лопатками рабочего колеса и спрямляющего аппарата составляют примерно 15-20% хорды лопаток и также снижают эффективность работы ступени.

2.7. Основные параметры многоступенчатого компрессора

и связь их с параметрами ступеней

В теоpии ГТД обычно используются следующие паpаметpы многоступенчатого компpессоpа:

- степень повышения давления (отношение полного давления воздуха за комперссором к полному давлению перед компрессором);

- секундный pасход воздуха чеpез компpессоp (производительность);

- частота вpащения pотоpа и мощность, затpачиваемая на вpащение;

- адиабатический КПД.

Степень повышения давления в компpессоpе pавна пpоизведению степеней повышения давления отдельных его ступеней.

В компрессорах современных ГТД степень повышения давления компрессора доходит до 25..30 и более. Такие высокие степени повышения давления применяют для улучшения экономичности двигателя.

Дело в том, что В ГТД 70% тепла, введенного с топливом в двигатель, теряется с уходящими газами. Эти потери обусловлены вторым законом термодинамики (в двигатель засасывается холодный воздух, а выходит горячий).

При увеличении степени повышения давления в компрессоре соответственно увеличивается и степень понижения давления на тракте расширения газа в двигателе (во сколько раз воздух сжимается - во столько же раз газы расширяются). А чем больше степень понижения давления, тем ниже (при заданной температуре газа перед турбиной) температура уходящих газов и, следовательно, тем меньше потери тепла с уходящими газами.

Иначе говоря, с увеличением степени повышения давления воздуха степень полезного использования введенного в двигатель тепла увеличивается.

Обычно скорость воздуха на выходе из компрессора составляет 110-160 м/с.