Осевой компрессор — лопаточная машина, которая засасывает воздух из атмосферы, сжимает его и принудительно подает (нагнетает) в камеры сгорания. Он состоит из двух элементов: неподвижного корпуса, где крепятся спрямляющие лопатки, и вращающегося ротора, несущего рабочие лопатки (рис. 4).
Рис. 4. Ротор и корпус 11-ти ступенчатого осевого компрессора
Сочетание одного ряда подвижных рабочих лопаток и одного ряда неподвижных спрямляющих лопаток называется ступенью осевого компрессора .
Воздух всасывается в осевой компрессор через кольцевую щель, образуемую корпусом и ротором, и при сжатии дви жется параллельно оси вращения ротора, потому компрессор и называется осевым.
Процесс сжатия воздуха в осевом компрессоре состоит из ряда последовательных процессов сжатия его в каждой ступени.
Рис. 5. Сжатие воздуха в осевом компрессоре
Воздух, сжатый в первой ступени, перегоняется во вторую ступень, где сжимается, перегоняется в третью ступень и сжимается и т. д., пока не пройдет сжатие во всех ступенях компрессора. Высота лопаток ступеней 2, 3, 4, 5 и т. д. уменьшается, так как удельный объем воздуха вследствие сжатия его уменьшается.
В каждой ступени воздух сжимается незначительно поэтому для получения давления воздуха на выходе из компрессора порядка 5 — 7 кг/см 2 осевые компрессоры современных ТРД имеют 8 — 12 ступеней.
Схематически повышение давления воздуха в осевом компрессоре показано на рис.5.
В осевом компрессоре каждая ступень имеет свою степень сжатия (для разных ступеней она может быть численно различной). Степень сжатия ступени — это отношение давления воздуха за ступенью к давлению воздуха до ступени:
Где Р ЗА – давление воздуха за ступенью компрессора, Р ДО – давление воздуха до ступени компрессора.
Численно ε СТУП = 1,20 — 1,35 (для тех ступеней, где скорость движения воздуха не превышает скорости звука). Степень сжатия осевого компрессора — это отношение (давления воздуха, выходящего из последней ступени компрессора, к давлению воздуха, входящего в первую ступень компрессора.
Видео:Как рисовать треугольники скоростей на экзамене. Паровые турбиныСкачать
Для выполненных осевых компрессоров степень сжатия равна 6,2 — 8.
Познакомимся с принципом работы ступени осевого компрессора.
Каждая ступень осевого компрессора состоит из вращающегося рабочего колеса и неподвижного спрямляющего аппарата.
Иногда перед первой ступенью современных осевых компрессоров устанавливается еще один ряд лопаток — входной направляющий аппарат или входное устройство.
Работа каждого из этих устройств в процессе сжатия воздуха различна, поэтому рассмотрим ее раздельно.
А. Входной направляющий аппарат
Воздух, входящий в компрессор со скоростью с 1 движется параллельно оси компрессора. Попадая в каналы, образуемые лопатками входного устройства, частицы воздуха измеряют направление движения — они отклоняются в сторону вращения рабочего колеса (рис. 6, скорость с 1 ) . Отклонение потока воздуха от осевого направления движения называется “закруткой” потока воздуха.
Предварительная закрутка потока воздуха по направлению вращения колеса позволяет увеличить окружную скорость колеса и получить в ступени больший напор.
Таким образом, назначение входного устройства состоит в следующем: создать наиболее выгодное направление потока воздуха на входе в рабочее колесо и этим улучшить работу первой ступени.
Читайте также: Компрессоры для бассейнов инструкция по
Лопатки входного устройства иногда делают управляемыми — при изменении числа оборотов компрессора специальный автомат поворачивает лопатки и этим изменяя величину закрутки потока воздуха, чтобы сохранить наиболее выгодное, безударное направление потока воздуха на входе в колесо.
Рис. 6. Треугольники скоростей воздуха в ступени
Газовая турбина вращает ротор рабочего колеса комп peccopa , а лопатки колеса передают полученную энергию потоку воздуха.
Видео:Турбинная ступень. Треугольники скоростейСкачать
Частицы, воздуха со скоростью с 1 подходят к лопаткам рабочего колеса (см. рис. 6). Рабочая лопатка вращается со скоростью u , равной окружной скорости вращения колеса.
Если бы поток воздуха был неподвижен, а двигались только рабочие лопатки, то скорость движения частиц воздуха относительно лопаток была бы – u .
Но поток воздуха имеет скорость с 1 . В результате сложения скоростей с 1 и — u частицы воздуха приобретают относительную скорость w 1 (скорость, с которой поток воздуха движется относительно лопаток).
Скорости с 1 , — u , w 1 образуют треугольник скоростей на входе в рабочее колесо ступени. Треугольник скоростей на входе изменяется в зависимости от величины секундного расхода воздуха через компрессор (изменяется скорость с 1 ) и от скорости вращения колеса компрессора (изменяется скорость и ).
Форма лопаток рабочего колеса и их взаимное расположение подобраны так, что между лопатками образуются расширяющиеся каналы.
Воздух, двигаясь в расширяющемся канале, уменьшает свою скорость движения, поэтому относительная скорость на выходе из канала w 2 меньше относительной скорости воздуха w 1 на входе в канал.
За счет уменьшения относительной скорости давление воздуха в каналах колеса повышается.
Рабочие лопатки сжимают воздух, поворачивают поток воздуха и увеличивают абсолютную скорость движения воздуха до величины с 2 . Абсолютная скорость воздуха на выходе из рабочего с 2 колеса больше скорости на входе с 1 на 50—70 м/сек за счет энергии, получаемой воздухом от рабочих лопаток.
Таким образом, энергия, получаемая рабочим колесом, расходуется на сжатие воздуха, на увеличение его скоростной энергии и на преодоление гидравлических потерь в каналах между рабочими лопатками.
Лопатки спрямляющего аппарата неподвижно закреплены в корпусе компрессора. Они имеют хорошо обтекаемую форму и специально изогнуты для изменения направления потока воздуха. Между лопатками спрямляющего аппарата получаются расширяющиеся каналы — диффузоры.
Частицы воздуха со скоростью w 2 (рис. 6) отбрасываются рабочим колесом к спрямляющему аппарату. Вращаясь вместе с колесом, они получил окружную скорость — и. Попадая в каналы спрямляющего аппарата, частицы воздуха тормозятся, их окружная скорость уменьшается. Поэтому на треугольнике скоростей на входе в спрямляющий аппарат окружная скорость и направлена в другую сторону, чем было на треугольнике скоростей на входе в рабочие колесо, хотя величина ее осталась без изменения.
В результате сложения скоростей w 2 , и и получается абсолютная скорость c 2 . Имея эту скорость, поток воздуха входит в каналы спрямляющего аппарата.
В каналах спрямляющего аппарата скорость потока воздуха уменьшается от с 2 до с ВЫХ , а давление увеличивается.
Видео:Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать
Н апишем для этого случая уравнение, которым мы пользовались при рассмотрении входа воздуха в двигатель во время полета:
Читайте также: Ремонт компрессоров fini москве
Скорость на выходе из направляющего аппарата с ВЫХ меньше скорости на входе с 2 . Поэтому дробь, стоящая в скобках, всегда будет иметь положительную величину, т. е. Рвых будет больше Р 2 .
Лопатки спрямляющего аппарата изогнуты так, чтобы направление скорости с ВЫХ с которой воздух покидает ступень, совпадало или немного отличалось от направления скорости с 1 с которой воздух входит в ступень. Этим обеспечивается подход воздуха под нужным углом к лопаткам рабочего колеса следующей ступени.
Скоростная энергия воздуха при его движении в спрямляющем аппарате расходуется на совершение работы сжатия воздуха, на поворот потока воздуха и на преодоление гидравлических потерь в каналах спрямляющего аппарата.
Окружная скорость и различна по высоте лопатки. У корня лопатки она меньше, чем у ее конца. Поэтому треугольники скоростей будут различными по высоте лопатки.
Треугольники скоростей осевых компрессоров
В соответствии с основным уравнением турбомашин (уравнением Леонарда Эйлера) работа, переданная лопатками рабочего колеса единице протекающей массы, определяется выражением
или для осевых машин с движением по цилиндрическим поверхностям тока, когда , как
.
Видео:Курс ""Турбомашины". Планы скоростей и принципы работы с нимиСкачать
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.
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.
Читайте также: Ремонт компрессора для холодильника liebherr
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.
Видео:Построение Планов скоростей компрессораСкачать
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
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.
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:Лекция 3 Основы рабочего процесса ВРД. Часть 1 Работа ступени осевого компрессораСкачать
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).
- 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
Воздушная навигация.Навигационный треугольник скоростей-элементы и взаимозависимость.Скачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 5.1.1. Характеристика компрессора лекция №1 (лектор Батурин О.В.)Скачать
Построение планов скоростей турбиныСкачать
Как работаетй осевой компрессор или вентиляторСкачать
Движение жидкости в рабочем колесеСкачать
Центробежный компрессорСкачать
Многоступенчатый центробежный компрессорСкачать
Тест двухпоршневого компрессора производительностью 65 л/минСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.2 Влияние входной закрутки на работу компрессора (Батурин О.В) вер. 1Скачать
Курс ""Турбомашины". Степень реактивности турбомашиныСкачать
Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 5.1.3. Характеристика компрессора лекция №3 (лектор Батурин О.В.)Скачать
Курс ""Турбомашины" Глава 3.2 Рабочий процесс центробежного компрессора. ч. 1 (лектор Батурин О.В.)Скачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.6 Изменение в многосупенчатом компрессоре (лектор Батурин О.В.)Скачать
