2.8. Распpеделение pаботы сжатия между ступенями компpессоpа

Различные ступени компpессоpа pаботают в неодинаковых условиях: они имеют pазличные окpужные и осевые скоpости, их лопатки обтекаются потоком с pазличными числами М и т.д. Поэтому адиабатические pаботы сжатия воздуха в pазличных ступенях одного и того же компpессоpа могут существенно отличаться дpуг от дpуга.

В пеpвых и в меньшей степени в последних ступенях pабота заметно снижена по сpавнению с pаботой пpиходящейся на каждую из сpедних ступеней.

Если сpеднее значение pаботы, затpачиваемой на вpащение ступени в компpессоpе, пpинять за 100%, то обычно pабота, затpачиваемая на вpащение пеpвой ступени, составляет 55-75% этой величины, для втоpой ступени - 75-90%, а последней ступени - 80-100%. Значения КПД в пеpвых ступенях обычно составляет 0,84-0,86%, в средних - 0,88-0,91 и в последних - 0,86-0,87.

В двухкаскадных ТРД используется компрессор, в котором ступени разбиты на два каскада, каждый из которых имеет самостоятельный привод от своей турбины. Первая по ходу воздушного потока группа ступеней называется компрессором низкого давления, а вторая - компрессором высокого давления.

Одна из особенностей двухкаскадного компрессора состоит в возможности увеличения частоты вращения группы ступеней каскада высокого давления в расчетных условиях (по сравнению с каскадом низкого давления). При этом адиабатическая работа сжатия воздуха в каждой из ступеней второго каскада может быть соответственно увеличена.

2.9. Общее представление о характеристиках компрессоров

Определение формы и размеров проточной части, необходимого числа ступеней, а также формы и углов установки лопаток в процессе газодинамического расчета компрессора призводится для определенного режима его работы (скорости и высоты полета, частоты вращения), называемого расчетным. Соответствующие этому режиму значения степени повышения давления, расхода воздуха, частоты вращения и других показателей работы компрессора также называются расчетными.

В условиях эксплуатации и высота, и скорость полета, и частота вращения изменяются в широких пределах. При этом степень повышения давления, расход воздуха, окружные скорости, а следовательно, числа М и углы атаки на лопатках различных ступеней также изменяются и могут существенно отличаться от их расчетных значений. Это может явиться причиной значительного изменения потребляемой мощности и КПД компрессора, а в некоторых случаях - появления неустойчивости в его работе. Поэтому возникает необходимость в обеспечении устойчивости работы компрессора не только на расчетном, но и на других, нерасчетных режимах.

Зависимости, показывающие, как изменяются основные показатели работы компрессора - степень повышения давления и КПД при изменении частоты вращения, расхода воздуха и условий на входе, называются характеристикой компрессора.

Зависимость степени сжатия компрессора от расхода воздуха называется напорной кривой.

По мере повышения давления в компрессоре повышается плотность воздуха, а массовый расход воздуха во всех сечениях компрессора, естественно, должен быть постоянным. Следовательно, по мере повышения плотности необходимо уменьшать площадь проходного сечения.

Снижать осевую скорость, практически, нельзя.

Нецелесообразно беспредельно уменьшать высоту лопатки (проходную площадь компрессора), так как ступени с маленькими лопатками будут иметь недопустимо низкий КПД. Все это приводит к тому, что в авиационном компрессоре одновальной схемы нельзя получить степень повышения давления более 10-14.

По мере сжатия воздуха увеличивается его температура и местная скорость звука, то есть чем больше степень повышения давления, тем больше местная скорость звука.

Таким образом, если скорость воздуха во всех ступенях одинакова, то число Маха уменьшается. В этом и скрыты неиспользованные возможности компрессора одноватьной схемы.

Увеличение в ограниченных пределах окружной скорости в последующих ступенях компрессора хотя и повысит скорость воздуха, но из-за увеличения скорости звука число Маха останется на допустимом уровне. В конечном счете это позволит подвести большую работу к ступени и получить большую степень повышения давления.

В многокаскадных компрессорах частота вращения каждого последующего каскада больше предыдущего. Увеличение числа каскадов усложняет конструкцию компрессора и увеличивает его массу, поэтому в современных компрессорах число каскадов не превышает трех.

В условиях эксплуатации значения полного давления и температуры заторможенного потока воздуха на входе в компрессор могут сильно изменяться в зависимости от атмосферных условий, скорости и высоты полета, уровня потерь во входном устройстве и т.д. Эти изменения будут влиять на характеристики компрессора.

Установлено, что при изменении только давления воздуха на входе в компрессор в широких пределах давления во всех других его сечениях изменяются пропорционально давлению на входе, а температуры и числа М потока газа, обтекающего лопатки, остаются неизменными. В этом случае степень сжатия и КПД компрессора не изменяются, а расход воздуха изменяется пропорционально изменению давления, т.е. плотности воздуха на входе.

Изменение температуры воздуха на входе в компрессор приводит не только к изменению расхода воздуха, но также к изменению степени сжатия и КПД компрессора. Так, например, при уменьшении температуры воздуха на входе в компрессор массовый расход воздуха и степень повышения давления возрастают. Рост расхода воздуха при уменьшении температуры на входе в компрессор обусловлен увеличением плотности воздуха. Повышение степени сжатия компрессора является следствием того, что для сжатия более холодного воздуха при неизменном значении степени сжатия нужно было бы затрачивать меньшую работу (из-за меньшего значения его удельного объема). Но работа, затрачиваемая на вращение компрессора, при постоянной частоте вращения от внешних условий зависит слабо. Поэтому более холодный воздух может быть сжат до более высокого давления, что и влечет за собой возрастание степени сжатия при уменьшении температуры