Тема 10. «Компрессоры авиационных ГТД» авиационных ГТД»

Тема 10. «Компрессоры авиационных ГТД»
Занятие № 1. «Общие сведения о компрессорах
авиационных ГТД»
Вопросы:
1. Назначение, классификация и требования,
предъявляемые к компрессорам.
2. Схема и принцип действия ступени осевого компрессора.
3. Характеристики компрессоров.
Вопрос 1. Назначение, классификация и требования,
предъявляемые к компрессорам
Классификация компрессоров:
По принципу работы:
-осевые;
- центробежные;
- осецентробежные.
По количеству каскадов (роторов):
- однокаскадные (однороторные);
- двухкаскадные (двухроторные);
- трехкаскадные (трехроторные).
По скорости воздуха в проточной части ступени
- дозвуковые;
- трансзвуковые;
- сверхзвуковые.
Требования:
- высокий КПД при минимальной работе, подводимой к компрессору и максимальном
повышении давления;
- малые масса и габариты;
- устойчивая работа в заданных условиях эксплуатации;
- обеспечение в заданных условиях эксплуатации требуемой степени повышения
давления и расхода воздуха;
- общие требования к механизмам: надежность, безопасность и т.д.
Вопрос 1 end
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
Схема ступени осевого компрессора
1
2
3
А↓
А↓
р*
Т*
р
Т
с
W
Рис. 4.1. Ступень осевого компрессора
Вопрос 2
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
РК
1
Р
НА
2
3
Рu
w2
Ра
f2РК
α
f1РК
u
t
w3
R
c2
w1
β
c1
α
u
f2НА
u
f3НА
→
→ →
R=Gв(w2 - w1)
Рис. 4.2. Решетка профилей осевого компрессора
Вопрос 2
c3
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
Угол натекания
w
ЦБ силы
инерции потока
w`
w
-i
+i
w
Рис. 4.3. Угол натекания потока на
лопатку компрессора
w
Рис. 4.4. Обтекание лопаток
компрессора при изменении угла
натекания i
Вопрос 2
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
Работа, подводимая к воздуху в ступени компрессора
Для РК:
Для НА:
с32  с22
0  LполНА 
 LтрНА
2
→
с22  с32
 LполНА  LтрНА
2
Работа, подводимая к воздуху в ступени равна работе, подводимой в РК.
с32  с12
LСТ  LРК  LполСТ 
 LтрСТ
2
Для идеального двигателя
Вопрос 2
с32  с12
0
2
→
LСТ = LполСТ + LтрСТ
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
Составные части работы трения
(гидравлические потери)
профильные – потери, связанные с образованием
пограничного слоя на профиле
концевые –
потери, связанные с образованием
пограничного слоя на стенках,
ограничивающих проточную часть
компрессора
Рис. 4.5. Профильные потери энергии
Рис. 4.6. Концевые потери энергии
вторичные - потери, связанные с образованием
вторичных парных вихрей и
перетеканием воздуха над пером
лопатки
Рис. 4.7. Вторичные потери энергии
Вопрос 1
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
Работа, затрачиваемая на вращение рабочего колеса компрессора
с1
U
Рa
W1
с1u
Сила, действующая на лопатки
со стороны потока:
Р

 
Р  Gв (w2  w1 )
Рu
W1U
R
с2
W2
Pu  Gв (w2u  w1u )  Gв (с2u  с1u )
U
с2u
W2U
Сила, действующая на поток со
стороны лопаток :
Рис. 4.8. Обтекание воздухом лопаток рабочего колеса.
Момент силы, приложенной на среднем радиусе:
Ru  Gв (с2u  с1u )
M u  Ru rср  Gв (с2u  с1u )rср
2
2
М u Gв (с2u  с1u )rср
LСТ 

 rср  (с2u  с1u )  u (с2u  с1u )  u  cuср  u wuср
Gв
Gв
 w  
f2
*
   СТ
   К*   LЦ   Pдв
f1
*
*
 u    СТ
  К
  LЦ ,  Gв   Pдв
Вопрос 1
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
Применение ВНА
В
ВНА
РК
1
w1
u
Без ВНА
С ВНА
св
iкр
u
iopt
fв
f1вна
c1
c1
Рис. 4.9. Решетка профилей осевого компрессора с ВНА
Вопрос 1
Вопрос 2. Схема и принцип действия ступени осевого
компрессора
Термодинамические процессы
в ступени осевого компрессора
р
3ад
3
Lпол сж = Lад сж + ΔLтр
Lсж
2ад
2
Т1 < Т2
ΔLтр
1
υ
Адиабатический КПД ступени
адСТ
L
LадСТ
 адСТ 
LСТ
LполСТ  LтрСТ
LадРК

LадСТ
Вопрос 2 end
Оценивает гидравлические потери в компрессоре.
Показывает, какая часть подведенной работы
затрачивается на повышение давления.
Степень реактивности
Оценивает распределение работы адиабатического сжатия
между рабочим колесом и направляющим аппаратом.
Вопрос 3. Характеристики компрессоров
Нормальные характеристики компрессора
 к  f (Gв , n), к  f (Gв , n) при рв*  const , Т в*  const
Gв- var
w
n - var
u
2
Рис. 4.11. Схема установки для
получения нормальных характеристик
компрессора
1
3 c
Рис. 4.12. Деформация
треугольников скоростей в
зависимости от Gв
f3
f1
Рис. 4.13. Изменение площади
канала c увеличением i
ηк *
ηк *
1. Gв = Gв расч
i = iopt , ηк* = ηк*макс
πк *
πк *
Напорная
кривая
2. Gв > Gв расч Gв↑→ с↑→ i < iopt → Lтр↑>Lтр расч → ηк*↓, πк* ↓
3. Gв < Gв расч
Gв↓ → с↓→ i > iopt → πк*↑
При i > iкр – срыв со спинки → ηк*↓, πк* ↓.
Вопрос 3
Gв min
i = iкр
Gв расч
i = iopt
Gв max Gв
c = a (w = a)
Рис. 4.14. Нормальные характеристики
компрессора
Вопрос 3. Характеристики компрессоров
Приведенные (универсальные) характеристики компрессоров
Критерии приведения: равенство чисел Маха и подобие треугольников
скоростей (равенство углов ά и β)
Мu в 
u
а
~
n
n
~ *
Тв
Тв
RT
Gв Tв
с
Gв Tв*
cв
св f в
Gв RTв
p

~



~
~
1
pв
а
Tв
Т в f в  
T ' pв f
pв*

Мсв

Приведенные параметры – это параметры компрессора, которые были
бы при работе его в САУ, чтобы режим его работы был подобен режиму при
данных рв* и Тв*.
nпр  n
Gв пр
Вопрос 3
288
Tв*
101320 Т в*
 Gв
рв*
288
Приведенные обороты
Приведенный расход воздуха
Вопрос 3. Характеристики компрессоров
Приведенные (универсальные) характеристики компрессоров
η*к
ηк3
π*к
ηк4
ηк2
Г
В
О
ηк1
π*к гр
π*к раб
πк4
Р
Н
З
πк3
πк2
Г
nпр4
О π
к1
nпр3
nпр2
З
nпр1
Gв пр гр Gв пр раб
Gв пр
Рис. 4.15. Приведенные (универсальные) характеристики компрессора
Вопрос 3 end
  к* 
 G 
в  гр

К у  ( *
 1)  100%
 к 
 G 
в  раб
