или для осевых машин с движением по цилиндрическим поверхностям тока, когда , как
.
Таким образом, энергообмен в рабочем колесе определяется кинематикой потока, а именно величиной окружной скорости решетки и изменением окружной составляющей абсолютной скорости потока от входа в колесо до выхода из него. Поэтому ясное представление о форме движения в рабочем колесе чрезвычайно важно для понимания основных особенностей работы турбомашин, в частности компрессоров.
Форма течения в области рабочего колеса определяется скоростями абсолютного движения (обозначаемыми в дальнейшем с), построенными в неподвижной системе координат (системе, связанной с корпусом машины), переносного движения (u) — движения лопаток рабочего колеса и относительного движения (w), то есть движения среды относительно движущихся с окружной скоростью лопаток рабочего колеса. Скорость относительного движения — это скорость среды в системе координат, связанной с вращающимися лопатками рабочего колеса.
Основной связью, определяющей соотношения между абсолютными, переносными и относительными скоростями, является условие сложения векторов , утверждающее, что вектор абсолютной скорости является суммой векторов скоростей переносной и относительной. Графическое изображение условия называется треугольником скоростей, который может быть построен как для входа в рабочее колесо, то есть для течения перед рабочим колесом, так и для выхода из рабочего колеса.
Совмещенные треугольники скоростей для входа и выхода называются иногда планами скоростей, они характеризуют кинематику потока в рабочем колесе, в конечном счете определяющую и величину переданной работы.
Видео:Турбинная ступень. Треугольники скоростейСкачать
В современной практике проектирования и расчета турбомашин в основном используются два метода совмещения треугольников при построении планов скоростей. В компрессоро- и турбостроении план скоростей обычно строится при совмещении началам векторов абсолютных и относительных скоростей для треугольников входа и выхода (рис. 1).
Рис.1. Треугольники скоростей при совмещении начала их векторов
В вентиляторостроении при анализе режимов работы осевых ступеней с течением по цилиндрическим поверхностям тока (когда ) планы скоростей строят совмещением векторов окружных скоростей (рис.2).
Очевидно, оба момента построения планов скоростей допустимы и поэтому необходимо всегда уметь перейти от одной формы плана скоростей к другой.
Вполне естественно, что треугольники скоростей, т.е. план скоростей, отражающих картину течения, определяются как неподвижными, так и подвижными лопатками и, прежде всего, их геометрической формой.
Рис. 2 Треугольники скоростей при совмещении векторов окружных скоростей
Действительно, проследим, за потоком от входа в ступень осевого компрессора до выхода из него. Предположим, что перед решеткой входного направляющего аппарата среда движется в осевом направлении, то есть вдоль оси машины. Решетка направляющего аппарата в этом случае разместится поперек движущегося потока. Если мы будем рассматривать течение на какой-либо цилиндрической поверхности, соосной с осью ступени, то, развернув такую поверхность на плоскость, получим картину, изображенную на рис. 3.
| Рис. 3 Схема входа потока в направляющий аппарат |
Рис.4. Схема обеспечения заданного
Видео:Как рисовать треугольники скоростей на экзамене. Паровые турбиныСкачать
направления потока на выходе из решетки пластин
Так как направление векторов с0 определяется особенностями течения где-то впереди рассматриваемой ступени и является заданным, то конструктор, проектируя ступень и стремясь уменьшить потери при обтекании лопаток, очевидно, должен придать входным элементам лопаток неподвижной решетки направление, примерно соответствующее вектору абсолютной скорости с0, набегающего на лопатки потока.
Читайте также: Компрессор vdc 400 100 см3 fubag
Входной направляющий аппарат (ВНА) ставится для придания вполне определенного направления потоку перед рабочим колесом, выбираемого при проектировании наиболее выгодной для заданных условий ступени. Если направление скорости перед рабочим колесом задано вектором с1,то очевидно, что это направление должны придать потоку лопатки входного направляющего аппарата. Вполне естественно, что в первом приближении направление потока на выходе из решетки определится направлением выходных кромок лопаток, что становится совершенно очевидным при предельном переходе к решетке из бесконечно тонких пластин, очень близко расположенных друг к другу (рис. 4).
В реальных решетках действительное направление скорости отличается от направления выходных кромок лопаток втем большей степени, чем больше расстояние между лопатками. На направление скорости выхода влияют и другие геометрические характеристики решетки, а также режимы обтекания (числа М и Re, углы набегания потока на лопатки и т.д.).
Рис. 5. Треугольники на входе и выходе рабочего колеса осевого компрессора
Если перед рабочим колесом течение определяется вектором с1 (скоростью выхода среды из входного направляющего аппарата), то на перемещающиеся лопатки рабочего колеса поток набегает со скоростью и, следовательно, треугольник скоростей перед лопатками рабочего колеса имеет вид, изображенный на рис. 5а.
Профилируя лопатки рабочего колеса, конструктор, стремясь уменьшить потери при набегании потока на лопатки, придает их входным кромкам направление, совпадающее с направлением набегающего потока, то есть с направлением скорости w1.
Видео:Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать
Выбрав кривизну лопаток (то есть форму и направление выходных кромок), конструктор определяет и направление относительной скорости на выходе из рабочего колеса, а следовательно, и форму треугольника скоростей на выходе из рабочего колеса (рис. 5б). Совмещение треугольников скоростей рабочего колеса даёт совмещенный план скоростей при неравенстве расходных составляющих скоростей с1z с2zперед и за рабочим колесом. При равенстве расходных составляющих скоростей с1z = с2z построение треугольников скоростей упрощается (рис.7).
3.2. Схема и принцип действия ступени осевого компрессора
Осевой компрессор имеет несколько рядов лопаток, закреплннных на вращающихся дисках или барабане и образующих ротор компрессора (рис. 3.1).
Один ряд лопаток ротора (вращающийся лопаточный венец) называется рабочим колесом (РК).
Другой основной частью компрессора является статор, состоящий из нескольких рядов неподвижных лопаток (лопаточных венцов), закрепленных в корпусе.
Рис. 3.1. Ротор и статор осевого компрессора
Назначением лопаток статора является спрямление воздушного потока, закрученного впереди стоящим рабочим колесом, и направление его под необходимым углом на лопатки расположенного далее следующего рабочего колеса. Соответственно этому один ряд лопаток статора называется направляющим аппаратом (НА).
Если первый ряд лопаток статора установлен впереди первого рабочего колеса, то он называется входным направляющим аппаратом (ВНА).
Пространство, заключенное между поверхностями втулки и корпуса, называется проточной частью ступени.
Видео:Курс ""Турбомашины". Раздел 3.1.1. Принцип действия ступени компрессораСкачать
Сочетание одного рабочего колеса (РК) и одного стоящего за ним направляющего аппарата (НА) называется ступенью компрессора (осевой ступенью, рис. 3.2).
Читайте также: Подшипник компрессора кондиционера форд куга
Будем рассматривать в дальнейшем следующие сечения проточной части ступени: 1-1 перед рабочим колесом,2-2 за рабочим колесом и3-3 за направляющим аппаратом. Параметры воздушного потока в этих сечениях будем отмечать индексами, соответствующими номеру сечения.
В каждом из этих сечений различают диаметр втулки Dвт(по основаниям лопаток) инаружный диаметр Dк (по корпусу).На рис. 3.2 эти диаметры показаны для сечения1-1.
Предположим для простоты, что все струйки воздуха, проходящие через ступень, движутся по цилиндрическим поверхностям, что обычно близко к действительности. Тогда для анализа картины течения воздуха в ступени проведем мысленно её сечение такой цилиндрической поверхностью АА, ось которой совпадает с осью РК, и развернем затем это сечение на плоскость. Тогда сечения лопаток РК и НА представятся в виде двух рядов одинаковых и одинаково расположенных профилей, образующихрешетки профилейрабочего колеса и направляющего аппарата, как показано на рис. 3.3 (где для удобства дальнейшего изложения сечения лопаток повернуты по отношению к рис. 3.2 на 90°).
Рассмотрим течение воздуха через эти решетки профилей. На входе в рабочее колесо скорость воздуха по отношению к корпусу компрессора (будем называть ее абсолютной скоростью) в общем случае может быть направлена не параллельно оси колеса, а под некоторым углом к ней вследствие неполного спрямления потока направляющим аппаратом предыдущей ступени или установки перед колесом входным направляющим аппаратом, показанного на рис. 3.3 пунктиром. Эта скорость изображена на рис. 3.3 вектором
.Вращению рабочего колеса соответствует на рис. 3.3 перемещение решетки РК справа налево сокружной скоростью 
.
Рис. 3.3. Схема течения воздуха в ступени осевого компрессора
Для определения скорости воздуха относительно рабочих лопаток (относительной скорости) применим известное правило сложения векторов скоростей, согласно которому абсолютная скорость равна сумме относительной и переносной. В данном случае переносной скоростью является окружная скорость лопаток, следовательно,
Видео:Построение Планов скоростей компрессораСкачать
.
Треугольник, составленный из векторов 
,
и
, называетсятреугольником скоростейна входе в колесо.
Лопатки рабочего колеса захватывают поступающий к ним воздушный поток и проталкивают его дальше вдоль проточной части (вправо на рис. 3.2 и, соответственно, вниз на рис. 3.3), сообщая ему при этом энергию. Во избежание срыва потока с их поверхности лопатки РК должны быть установлены так, чтобы их передние кромки были направлены под малым углом к направлению вектора 
. Кроме того, для усиления передачи воздуху энергии форма (кривизна) профилей лопаток должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы уголвыхода потока из колеса2был больше угла входа1. Как видно из рис. 3.3, такая форма профилей лопаток образует между двумя соседними профилями расширяющийся канал
. Поэтому течение в таком канале сопровождается увеличением площади поперечного сечения каждой струи воздуха. Соответственно относительная скорость воздуха в рабочем колесе уменьшается (W2 p1).
Такое обтекание лопаток рабочего колеса сопровождается возникновением на каждой лопатке аэродинамической силы 
, направленной от вогнутой поверхности профиля к выпуклой (см. рис. 3.3). Работа, затрачиваемая на преодоление этой силы при вращении колеса и передаваемая воздуху, идет как на увеличение абсолютной скорости (т.е. кинетической энергии) воздуха, прошедшего через колесо, так и на повышение его давления, как показано в верхней части рис. 3.2. Соответственно полный напор воздушного потока также возрастает
.
Читайте также: Автомобильный аккумуляторный компрессор absolut skytools
Вектор абсолютной скорости потока воздуха за решеткой рабочего колеса 
может быть определен путем сложения уже известных векторов скоростей
и
, т.е. построениемтреугольника скоростей на выходе из колеса (см. рис. 3.3).Вследствие поворота потока в колесе вектор скорости
оказывается отклоненным от вектора
в сторону вращения колеса. Лопатки направляющего аппарата отклоняют поток воздуха в обратную сторону, причем форма их подбирается обычно так, чтобы направление вектора скорости воздуха за ступенью
было близко к направлению вектора
. При этом, как и в рабочем колесе, поворот межлопаточного канала приводит к увеличению поперечного сечения струи воздуха, проходящей через канал между соседними лопатками
. В результате скорость воздуха в направляющем аппарате падает, а давление растет. Но здесь рост давления обеспечивается только за счет использования кинетической энергии воздуха. Полный напор воздушного потока в направляющем аппарате уже не растет, а несколько уменьшается из-за влияния гидравлических потерь.
Таким образом, течение воздуха через ступень может рассматриваться как течение через систему диффузорных каналов с уменьшением относительной скорости воздуха в рабочем колесе, уменьшением абсолютной скорости в направляющем аппарате и увеличением давления в обоих случаях.
Показанные на рис. 3.3 треугольники скоростей в сечениях 1-1н2-2обычно совмещают на одном чертеже, называемомтреугольником скоростей ступени.В общем случае он имеет вид, показанный на рис. 3.4. Здесь же указаны те обозначения, которые будут использованы в дальнейшем.
При построении треугольника скоростей ступени надо учитывать, что величина составляющей скорости воздуха в направлении оси компрессора (осевая составляющая) при прохождении воздуха через колесо в общем случае может изменяться. Вследствие увеличения давления в колесе плотность воздуха на выходе из него оказывается больше, чем на входе, и поэтому при постоянной высоте лопаток осевая составляющая скорости воздуха соответственно уменьшается. Но обычно ступень выполняют таким образом, что высота лопаток к выходу из нее уменьшается. В этом случае осевая составляющая скорости воздуха может как уменьшаться, так и увеличиваться, в зависимости от соотношения изменения плотности воздуха и площади поперечного сечения воздушного тракта ступени. В расчетных условиях работы ступени обычно имеет место некоторое уменьшение осевой составляющей скорости воздуха в колесе и в ступени в целом.
Рис. 3.4. Треугольники скоростей ступени осевого компрессора
Видео:Курс ""Турбомашины". Планы скоростей и принципы работы с нимиСкачать
На рис. 3.4c1uокружная составляющая абсолютной скорости воздуха перед колесом (предварительная закрутка). Очевидно,
. Если1 90° соответствуетотрицательнойзакрутке. Если1 = 90°, то вектор
направлен параллельно оси вращения колеса, предварительная закрутка отсутствует и ступень в этом случае называетсяступенью с осевым входом.Величина
, т.е. разность окружных составляющих относительных скоростей воздуха перед и за колесом, называетсязакруткой воздуха в рабочем колесе в относительном движении, а
закруткой воздуха в РК в абсолютном движении.Если
, то
.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
📸 Видео
Лекция 3 Основы рабочего процесса ВРД. Часть 1 Работа ступени осевого компрессораСкачать
Центробежный компрессорСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 5.1.1. Характеристика компрессора лекция №1 (лектор Батурин О.В.)Скачать
Двухвенечная ступень скоростиСкачать
Определение путевой скорости и угла сносаСкачать
Воздушная навигация.Навигационный треугольник скоростей-элементы и взаимозависимость.Скачать
4.Физика.Треугольник скоростей и экстремальные параметры полета!Скачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.6 Изменение в многосупенчатом компрессоре (лектор Батурин О.В.)Скачать
Построение планов скоростей турбиныСкачать
Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 3.1.2. Изменение параметров рабочего процесса в ступени компрессораСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.2 Влияние входной закрутки на работу компрессора (Батурин О.В) вер. 1Скачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 5.1.3. Характеристика компрессора лекция №3 (лектор Батурин О.В.)Скачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.4 Изменение параметров по высоте компрессора (лектор Батурин О.В.)Скачать
