Лекция № 15 « Сверхзвуковая ступень осевого компрессора. Вентиляторные ступени »
Особенности течения воздуха в решетках при больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях потока
При небольших дозвуковых скоростях потока сжимаемость газа не оказывает существенного влияния на характер обтекания решетки. С увеличением числа М потока (до 
) потери в решетке 
растут незначительно, а угол отставания потока 
практически остается постоянным. При дальнейшем увеличении числа М потока на входе в решетку местные скорости в отдельных зонах поверхности профиля достигают скорости звука.
Увеличение числа М потока на входе в решетку при 
приводит к расширению сверхзвуковых зон, усилению интенсивности местных скачков уплотнения и к увеличению зоны отрыва пограничного слоя. Число М на входе в решетку, при котором средняя скорость в узком сечении межлопаточного канала решетки на данном угле атаки достигает местной скорости звука, называется максимальным и обозначается 
.Дальнейшее увеличение скорости набегающего потока сверх и, следовательно, увеличение объемного расхода воздуха через дозвуковую решетку становится невозможным (происходит «запирание» решетки).
При обтекании решетки с обычной дозвуковой профилировкой лопаток сверхзвуковым потоком перед решеткой образуется система головных ударных волн.
Назначения околозвуковых и сверхзвуковых ступеней.
Околозвуковыми (трансзвуковыми) обычно называют такие ступени, в которых число М изменяется по высоте лопатки от повышенных дозвуковых значений до умеренных сверхзвуковых ( 
). В сверхзвуковых ступенях поток воздуха, обтекающий лопатки, имеет сверхзвуковую скорость по всей их высоте.
В дозвуковых ступенях скорости обтекания передних кромок лопаток ограничены значениями 
. Это накладывает значительные ограничения на расход воздуха, окружную скорость и степень повышения давления в ступени, не позволяет добиться существенного снижения габаритных размеров и массы высоконапорного компрессора.
Для обеспечения работы трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней с высоким КПД необходимо специальное профилирование лопаток и выбор умеренных значений диффузорности межлопаточных каналов. Отличительными особенностями профилей лопаток таких ступеней являются: малая относительная толщина ( 
и менее), смещение максимального прогиба средней линии на 
хорды, тонкая передняя кромка, наличие прямолинейного или близкого к нему входного участка спинки профиля.
Типы околозвуковых и сверхзвуковых ступеней, их принцип работы и область применения.
Ступени могут быть выполнены по следующим газодинамическим схемам:
1) ступень со сверхзвуковым рабочими колесом и дозвуковым направляющим аппаратом
, 
, 
;
2) ступень со сверхзвуковым рабочим колесом и сверхзвуковым направляющим аппаратом:
а) , , 
(за счет большой закрутки 
и 
);
б) , , , 
(в рабочем колесе осуществляется его скорости).
Принцип работы ступени заключается в следующем. На входном участке решетки рабочего колеса осуществляется торможение сверхзвукового потока до дозвукового в одном или нескольких скачках уплотнения (от до 
). Далее, как и в дозвуковой ступени, при течении воздуха в межлопаточном канале происходит небольшой поворот потока и его торможение до скорости 
. Из рабочего колеса поток поступает в направляющий аппарат, течение воздуха в котором аналогично течению в дозвуковой ступени.
Околозвуковые и сверхзвуковые ступени благодаря повышенной закрутке и высоким окружным скоростям при использовании их в качестве первых ступеней компрессора (вентилятора) обеспечивают получение степени сжатия 
и более при затраченной работе 
и КПД ступени 
.
Вентиляторные ступени современных ТРДД характеризуются большими окружности скоростями, которые достигают на наружном радиусе 420…470 м/с при числе М по относительной скорости до 1,4…1,5.
Особенности условия работы вентилятора.
Вентилятор является одним из основных узлов двухконтурных турбореактивных двигателей, осуществляющий сжатие воздуха, проходящего как через первый, так и через второй контуры.
Распределение работы по высоте лопаток вентилятора.
Профилирование ступеней вентилятора осуществляется, как правило, при переменной (по высоте лопатки) эффективной работе. При этом выбор схемы газодинамических и геометрических параметров вентилятора производится так, чтобы исключить появление больших гидравлических потерь, связанных с непостоянством работы по высоте лопатки основного рабочего колеса.
В основном рабочем колесе, начиная от втулки и до некоторого диаметра 
, на котором лопатки в состоянии передать эффективную работу 
, работа должна увеличиваться, оставаясь близкой к предельному значению. Начиная от диаметра и выше, эффективная работа остается неизменной и равной 
. Для уменьшения неравномерности параметров потока за вентилятором и гидравлических потерь установлена подпорная ступень. По высоте этой ступени эффективная работа 
должна изменяться так, чтобы сумма 
и была равна , т.е.
.
Особенности течения воздуха в вентиляторной ступени.
Течение воздуха вентиляторной ступени имеет некоторые особенности, связанные с относительно малым втулочным диаметром и сравнительно высокой степенью повышения давления.
С увеличением плотности воздуха происходит значительное сужение меридионального сечения канала по потоку, в результате чего появляется радиальная составляющая скорости, а лопатки обтекаются под некоторым переменным углом 
(появляется скольжением потока).
Скольжение потока приводит к изменению основных характеристик лопаточных венцов. Это связанно, прежде всего, с увеличением критического числа 
при возрастании угла скольжения . Рост приводит к увеличению толщины пограничного слоя у поверхности лопаток и гидравлических потерь при их обтекании. Поэтому с увеличением КПД диффузорной решетки снижается.
При создании компрессорных и вентиляторных ступеней влияние скольжения на напор и КПД ступени учитывают.
Для создания высокого напора необходимо иметь высокие окружные скорости. В современных вентиляторах окружная скорость на конце лопаток основного рабочего колеса достигает более 
.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Источник
3.10. Особенности трансзвуковых и сверхзвуковых ступеней осевого компрессора
Одним из основных путей снижения массы и габаритов авиационных ГТД является уменьшение числа ступеней в компрессоре. Для уменьшения числа ступеней необходимо увеличивать работу, затрачиваемую на вращение ступени и идущую затем на повышение давления воздуха. Как следует из формулы 
, это может быть сделано за счет увеличения окружной скорости рабочих лопаток. В современных вентиляторах она уже достигает 450…500 м/с и более.
При таких окружных скоростях на входе в рабочее колесо в первых ступенях вентилятора (компрессора) относительная скорость воздуха значительно превышает скорость звука. Использование решеток профилей для дозвуковых ступеней в этом случае неэффективно из-за резкого увеличения потерь при превышении критических чисел М и возникновения явления «запирания» в таких решетках.
Снизить указанный негативный эффект можно путем изменения формы профилей лопаток рабочего колеса. Нужно, чтобы относительная толщина профиля не превышала (на периферии) 3…4 %, максимальная толщина и максимальный прогиб дуги средней линии располагались бы подальше от передней кромки (на 50…60 % хорды), а передняя кромка имела малый радиус скругления, чтобы передняя часть профиля по своей форме напоминала острый клин. Кривизна верхней поверхности профиля, особенно в передней его части, также должна быть возможно меньшей. Примеры профилей сечения лопаток рабочего колеса, рассчитанных на обтекание их дозвуковым и сверхзвуковым набегающим потоком, показаны на рисунке.
Рассмотрим теперь некоторые особенности течения воздуха через решетку РК при Mw1 = 1,3…1,5.
Для большинства трансзвуковых ступеней, имеющих максимальные значения чисел Mw1, лежащие в диапазоне Mw1 = 1,3…1,5, характерно наличие дозвукового потока на выходе из колеса (Mw2 2 / 3 2 3 > Следующая > >>
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник