Проточная часть компрессора

Вдоль компрессора (рис. 1) плотность воздуха увеличивается и, соответственно ( 4 ), уменьшается площадь поперечного сечения проточной части и высота лопаток. Из-за имеющихся между лопатками и корпусом зазоров с уменьшением высоты лопаток увеличивается влияние концевых потерь на КПД компрессора, что становится особенно заметным при высоте лопаток мм, и что необходимо учитывать при выборе осевой составляющей скорости с движением воздуха и формы проточной части ( рис. 2).

Из уравнения ( 4 ) видно, что высота лопатки тем больше, чем меньше осевая скорость . Однако с уменьшением скорости , как правило, уменьшается работа ступени. Поэтому при проектировании компрессора принимается компромиссное решение. Первая ступень определяет поперечные габариты компрессора и имеет наиболее высокие лопатки. Поэтому в ней в ней на входе устанавливается осевая скорость =170 – 210 м/с, которая ограничивается только условиями обтекания лопатки воздухом без волновых потерь, В последующих ступенях скорость незначительно увеличивается и только в двух – трех последних ступенях она несколько снижается и на выходе из компрессора составляет =120 – 170 м/с, что приводит к некоторому снижению работу этих ступеней, но диктуется необходимостью получения более высоких лопаток на последних ступенях и умеренной скорости вдоха воздуха в камеру сгорания.

Высота лопаток также существенно зависит и от формы проточной части, которая в ТРД выполняется ( рис. 2) наиболее часто с постоянным наружным или средним диаметром , а в некоторых случаях с постоянным внутреннем диаметром или комбинированная из них. В случае ( рис. 2а ) окружные скорости во всех ступенях имеют максимальную величину из периферии, а на среднем и внутреннем диаметрах возрастают от первой ступени к последней. Это позволяет увеличить напор ступеней и, соответственно, уменьшить их число по сравнению со схемой на рис. 2б. Однако при высота лопаток от ступени к ступени уменьшается быстрее чем при и, кроме того, в последнем случае обеспечивается желательная симметрия движения воздуха как по компрессору, так и на входе в камеру сгорания.

Число ступеней компрессора зависит как от величины его работы , так и от распределения этой работы по ступеням, которое, как правило, бывает неравномерным. Наименее нагруженной делается первая ступень, работа которой составляет 16 – 22 кДж/кг. Объясняется это тем, что на рабочем колесе первой ступени затруднительна установка достаточного количества лопаток и, кроме того, на рабочем первой ступени в наибольшей мере сказывается изменение режима работы двигателя и полета самолета. Вторая ступень нагружается больше, чем первая, т. к. ее работа в меньшей мере зависит от внешних факторов, через нее проходит воздух с более высокой температурой, что при той же скорости воздуха соответствует меньшим числам М, и наконец, конструктивно она выполняет с более рациональной высотой и густотой лопаточных решеток. Работа второй ступени составляет 24 – 30 кДж/кг. Работа всех остальных ступеней , кроме двух последних, делается максимально допустимой и составляет 34 – 38 кДж/кг. В двух последних ступенях, как и в первых, работу сжатия снижают до = 31 – 35 кДж/кг в предпоследней и до = 28 – 32 кДж/кг в последней, т. к. снижается осевая скорость и, кроме того, последние ступени имеют пониженные значения КПД. Снижение нагрузки в последних ступенях желательно так же, как и в первых, для улучшения работы компрессора на нерасчетных режимах. С учетом вышеизложенного распределения работы по ступеням, число ступеней компрессора предварительно находится из условия

( 12 )

а, затем, полученная величина округляется до целого числа и, соответственно, корректируются величины выбранных работ ступеней так, чтобы

, ( 13 )

Число и ширина ступеней определяют ( рис. 1 ) длину компрессора

которая в первом приближении может рассчитываться по формуле

( 14 )

где и - ширина первой и последней ступеней.

В ступени осевого компрессора воздух сжимается в лопатках рабочего колеса и спрямляющего аппарата. В связи с этим в рабочем колесе изменяется ( рис. 3 ) как абсолютная скорость от на входе до на выходе, так и относительная от до и с учетом кинематики потока работа ступени равна

( 15 )

Отношение работы сжатия воздуха в лопатках рабочего колеса, которая характеризуется изменением кинетической энергии газа в относительном движении, ко всей работе сжатия газа называется степенью реактивности ступени:

( 16 )

При величине = 0,5 обеспечиваются наибольшие значения напора и КПД ступени и, поэтому, данная величина рекомендуется для всех ступеней компрессора. Кроме того, при = 0,5 получаются идентичными профили лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата, что облегчает их изготовление.