Многоступенчатые осевые компрессоры

По мере движения воздуха от ступени к ступени повышаются давление и плотность воздуха, что в соответствии с уравнением расхода(одинакового для всех ступеней) должно сопровождаться уменьшением либо площади кольцевой проточной части компрессора F, либо осевой составляющей скорости С_а.В выполненных конструкциях обычно одновременно уменьшаются и F, и С_а.

Уменьшение F, сопровождающееся уменьшением длины лопаток, может быть осуществлено с помощью увеличения ее внутреннего или уменьшения наружного диаметра.

Для обеспечения необходимого угла набегания воздушного потока на лопатки РК первой ступени ОК перед ней устанавливается ВНА, который может быть управляемым.

Основными параметрами ОК по аналогии со ступенью являются:

1. Степень повышения давления воздуха

                       π*_к = р*_к/р*_в = π*_ст1π_ст2* . . . π_ст.z*,. . . . . . . . . . . . . . (3.5)

где z – число ступеней ОК. В современных авиационных ГТД величина π_к = 25-30 и более.

    2. Адиабатная работа компрессора

              L*_ад.к = kRT*_в(π_к*^(k-1)/k – 1)/(k – 1). . . . . . . . . . . . . . . (3.6)

    3. Адиабатный КПД компрессора

ξ*_ад.к = L*_ад.к/L_к,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .(3.7)

где L_k = ΣL_ст - работа вращения вала ОК, равная сумме работ вращения РК всех его ступеней.

Величина ξ*_ад.к для многоступенчатых компрессоров составляет 0,8-0,86, т.е. несколько ниже, чем КПД отдельной ступени, так как подогрев воздуха вследствие трения в каждой ступени отрицательно сказывается на работе и всех последующих ступеней.

Особенности работы сверхзвуковой ступени ОК

Одним из требований, предъявляемых к компрессорам авиационных ГТД, являются их малые размеры и вес. Из уравнения расхода G_в = FC_aρследует, что для получения ОК малых диаметральных размеров при заданном Gв необходимо увеличить осевую скорость на входе в РК. Для уменьшения длины ОК необходимо увеличить напорность ступеней.

Для получения высоких значений степеней повышения давления в ступенях путем увеличения окружных скоростей при одновременном обеспечении больших Gв с сохранением достаточно высоких КПД применяются сверхзвуковые ступени.

На практике наиболее часто применяется сверхзвуковая ступень, состоящая из сверхзвукового РК и дозвукового НА. Передняя часть профиля лопатки сверхзвукового РК выполняется клиновидной, для того чтобы возникающие скачки уплотнения имели небольшую интенсивность и не выходили за пределы межлопаточных каналов. Передняя часть спинки рабочей лопатки выполняется прямолинейной, совпадающей с направлением скорости W₁. Канал за прямым скачком должен иметь незначительное расширение во избежание отрыва потока от стенки (уменьшения потерь).

Сверхзвуковой поток в каналах РК превращается в дозвуковой, пройдя через прямой скачок уплотнения (или через систему скачков). Степень повышения давления воздуха в скачке уплотнения π_ск определяется отношением давления воздуха после скачка к давлению до скачка.

Постановка сверхзвуковой ступени позволяет увеличить осевую скорость на входе в компрессор до 220-230 м/с. При этом удается значительно уменьшить диаметр и вес двигателя при заданной его тяге. При допустимых по условиям прочности лопаток окружных скоростях 400 м/c и приемлемых КПД в сверхзвуковой ступени можно получить π_ст до 2. Кроме того, при постановке первой сверхзвуковой ступени, работающей с большой окружной скоростью, появляется возможность создать следующие за ней дозвуковые ступени с большой напорностью. Это объясняется тем, что воздух за первой ступенью имеет повышенную температуру, соответственно более высокое значение будет иметь скорость распространения звука и при числах М_W1<1 допустимые значения W₁ и U оказываются большими. При этом уменьшается число ступеней и общий вес компрессора.