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.
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).
Видео:Турбинная ступень. Треугольники скоростейСкачать
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
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: Indesit no frost не работает компрессор
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).
Элементарная ступень компрессора
Т.6. ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПРЕССОРОВ И ТУРБИН
Компрессор в ГТД служит для повышения давления воздуха перед подачей его в камеру сгорания. Применение компрессора позволяет получить нужный расход воздуха, обеспечить желаемое значение КПД, получить высокую тягу (мощность) при небольших габаритных размерах и массе двигателя. Применение компрессора позволяет ГТД развивать тягу на месте и на малых скоростях полета.
Компрессор должен удовлетворять следующим требованиям:
— минимальные потери подводимой работы, то есть максимальный КПД;
— устойчивость работы во всем диапазоне эксплуатационных режимов;
— подвод воздуха в камеру сгорания должен производиться без пульсаций давления, расхода и скорости;
— минимальные вес и габариты;
Основными типами компрессоров авиационных газотурбинных двигателей являются многоступенчатые осевые или осецентробежные компрессоры.
Процесс сжатия воздуха в многоступенчатом компрессоре состоит из ряда последовательно протекающих процессов сжатия в отдельных его ступенях.
В современных ГТД наиболее часто используются осевые компрессоры как более полно отвечающие предъявляемым требованиям. В осевых компрессорах по сравнению с другими типами компрессоров возможны высокие значения степени повышения давления и большие расходы воздуха при высоких коэффициентах полезного действия и сравнительно малых диаметральных габаритных размерах и массе.
Осевой компрессор имеет несколько рядов лопаток, насаженных на один общий вращающийся барабан или на ряд соединенных между собой дисков, которые образуют ротор компрессора.
Читайте также: Ремонт компрессора воздушного в тюмени
Видео:Как рисовать треугольники скоростей на экзамене. Паровые турбиныСкачать
Один ряд лопаток ротора называется рабочим колесом. В рабочем колесе к потоку воздуха подводится механическая энергия, отбираемая от турбины.
Другой основной частью компрессора является статор, состоящий из нескольких рядов лопаток, закрепленных в корпусе. Назначением лопаток статора является:
— направление проходящего через них воздушного потока под необходимым углом на лопатки расположенного за ними рабочего колеса;
— спрямление потока, закрученного впереди стоящим колесом, с одновременным преобразованием части кинетической энергии закрученного потока в работу повышения давления воздуха.
Сочетание одного рабочего колеса и одного стоящего за ним направляющего аппарата называется ступенью компрессора.
Перед рабочим колесом компрессора может быть установлен входной направляющий аппарат.
При вращении рабочего колеса за счет сообщенной внешней энергии повышается скорость потока, при этом на входе создается разрежение, обеспечивающее непрерывное поступление воздуха. Внешняя энергия, сообщенная лопатками рабочего колеса воздуху, движущемуся по расширяющимся каналам, затрачивается на повышение давления воздуха, а также на увеличение скорости в абсолютном движении.
Преобразование кинетической энергии воздуха, приобретенной в рабочем колесе, сопровождающееся повышением давления, происходит в направляющем аппарате, который, кроме того, обеспечивает потоку требуемое направление для входа в рабочее колесо следующей ступени.
Если рассечь лопатки ступени цилиндрической поверхностью и развернуть ее на плоскость, то сечения лопаток рабочего колеса представятся в виде одинаковых и одинаково расположенных профилей, образующих решетку профилей рабочего колеса.
Поток воздуха, движущийся через проточную часть осевого компрессора можно представить
состоящим из отдельных струек тока, каждая из которых движется по поверхности, приближенной к
цилиндрической. Рассмотрим, как будут изменятся параметры воздуха в струйке тока толщиной Δh,
движущейся вдоль цилиндрической поверхности А-А (рис.2.2). Для чего рассмотрим межлопаточные
каналы ВНА, РК и НА в сечении их цилиндрической поверхностью А-А (рис.2.3).
Рассмотрим течение воздуха через решетки профилей, пренебрегая неравномерностью потока в окружном направлении. 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 входного направляющего аппарата. Вращению рабочего колеса соответствует перемещение решетки сверху вниз с окружной скоростью «u«. Для определения скорости воздуха относительно рабочих лопаток «w» применим известное правило сложения скоростей, согласно которому абсолютная скорость равна сумме относительной и переносной. В данном случае переносной скоростью является окружная скорость лопаток, следовательно, c = w + u.
Видео:Лекция 3 Основы рабочего процесса ВРД. Часть 1 Работа ступени осевого компрессораСкачать
Треугольник, составленный из векторов «c«, «u» и «w«, называется треугольником скоростей на входе в колесо.
1) Шаг лопаток, t (см. рис.2.3). Оценивает расстояние между лопатками в плоскости их вращения.
2) Хорда лопатки, b — расстояние между передней и задней кромками лопаток.
Для существующих компрессоров должно соблюдаться соотношение:
При соблюдении соотношения (1) можно считать, что воздух движется по межлопаточным каналам, а не обтекает отдельно стоящие лопатки. Отсюда можно сделать вывод, что вектор скорости воздуха при его движении в межлопаточных каналах параллелен оси этих каналов.
3) Абсолютная скорость воздуха «С» — скорость воздуха относительно неподвижных лопаток компрессора.
Читайте также: Охлаждение для самодельного компрессора зил 130
4) Окружная скорость движения рабочего колеса «u». Нетрудно видеть что
u =w×r.
где, w — угловая скорость вращения ротора компрессора.
5) Относительная скорость воздуха «W» — скорость воздуха относительно лопаток рабочего колеса.
Вектор абсолютной скорости воздуха равен сумме векторов относительной и окружной скоростей:
С = u +W.
6) Площадь межлопаточных каналов f. Из рисунка 3 нетрудно увидеть, что площадь всех межлопаточных каналов по мере продвижения воздуха будет изменяться.
7) Угол входа (выхода) α потока воздуха из межлопаточных каналов для неподвижных лопаток
Видео:Построение Планов скоростей компрессораСкачать
8) Угол входа (выхода) β потока воздуха из межлопаточных каналов для лопаток рабочего колеса.
Из анализа содержания рисунков 2 и 3, если принять Δh=1, можно записать:
f = t Sinα — для ВНА и НА. (6.1)
9) Степень повышения давления в ступени компрессора: .
или по параметрам заторможенного потока:
Из анализа содержания рисунка 3 видно, что угол входа в межлопаточные каналы ВНА больше чем угол выхода (αВ>α1). Поэтому с учетом (6.2) можно записать: fВ>f1. Отсюда можно сделать вывод, что площадь межлопаточных каналов ВНА по мере движения воздуха уменьшается, т.е канал сужающийся.
Поэтому скорость движения воздуха согласно уравнению неразрывности будет возрастать (С1>СВ), а давление согласно уравнению Бернулли — падать (р1 β1 → f2К>f1К (канал расширяющийся)→W2 р1 → Т2 >Т1; (при этом С2>С1)
и к направляющему аппарату:
Из выше сказанного можно сделать выводы:
1) В ВНА происходит падение давления, снижение температуры воздуха и закрутка потока по направлению вращения рабочего колеса.
2) В РК происходит рост давления, рост температуры, рост абсолютной скорости воздуха.
3) В НА происходит рост давления, рост температуры и снижение абсолютной скорости воздуха.
При этом абсолютная скорость на входе и выходе из ступени приблизительно равны (С1»С3).
Изменение параметров воздуха при прохождении через ВНА и ступень компрессора показаны на рисунке 6.4.
Из сказанного выше можно сделать вывод, что в ступени осевого компрессора происходит повышение давления воздуха. Рост давления объясняется разностью площадей межлопаточных каналов на входе и выходе, а значит и разностью углов входа и выхода. Поэтому можно сказать, что поток воздуха, перемещаясь по межлопаточным каналам, поворачивается на некоторый угол, равный разности между углом входа и углом выхода. Этот угол называется углом поворота потока. Угол поворота потока в межлопаточных каналах НА и РК не может превышать 30÷35° , иначе инерционные силы вызывают отрыв потока от стенок канала и рост потерь энергии. Следовательно, если угол поворота потока ограничен, то ограничена также степень повышения давления в ступени осевого компрессора. У существующих компрессоров степень повышения давления в ступени составляет π*ст =1,2÷1,35.
Видео:Курс ""Турбомашины". Раздел 5.1.1. Характеристика компрессора лекция №1 (лектор Батурин О.В.)Скачать
С другой стороны, увеличение степени повышения давления можно достичь увеличением подвода механической энергии, т.е. увеличением угловой скорости. Рост угловой скорости ведет к росту u, величина которой на периферии больше, чем у корня лопатки и может превысить скорость звука. Из-за возможности появления локальных трансзвуковых зон на периферии степень повышения давления в ступени ограничена значением p * ст= 1,2 – 1,4.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
- 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
Курс ""Турбомашины". Планы скоростей и принципы работы с нимиСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 3.1.1. Принцип действия ступени компрессораСкачать
Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 5.1.3. Характеристика компрессора лекция №3 (лектор Батурин О.В.)Скачать
Лекция 2.2. Ступень турбомашиныСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 3.1.2. Изменение параметров рабочего процесса в ступени компрессораСкачать
Центробежный компрессорСкачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.8 Зачем и как регулировать многоступенчатые компрессоры (Батурин О.В.)Скачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.2 Влияние входной закрутки на работу компрессора (Батурин О.В) вер. 1Скачать
Курс ""Турбомашины". Раздел 7.6 Изменение в многосупенчатом компрессоре (лектор Батурин О.В.)Скачать
Построение планов скоростей турбиныСкачать
Двухвенечная ступень скоростиСкачать
Как работаетй осевой компрессор или вентиляторСкачать
4.Физика.Треугольник скоростей и экстремальные параметры полета!Скачать
