Файл: Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах.pdf

никновением срывной зоны на выпуклой стороне лопатки и за­ громождением проходного сечения канала как лопатками, так и срывной зоной. Лишь во второй половине канала скорость на его средней линии уменьшается до величины скорости перед лопатками. При углах атаки, близких к нулю, скорость посте­ пенно уменьшается вдоль средней линии канала. При положитель-

Рис. 4.6. Схема течения в межлопаточном канале диффузора

ных углах атаки уменьшение скорости вдоль средней линии канала наблюдается лишь на протяжении первой половины канала, после возникновения срывной зоны в конце выпуклой поверхности лопатки уменьшение скорости прекращается. Описанная картина получена при Ь3 = 0,076D3. При меньшей относительной ширине канала (b3/D3 '= 0,053) срывные зоны в конце канала не наблю­ дались.

Распределение давлений по лопатке ощутимо зависит от густоты лопаточной решетки диффузора. При небольшой густоте (L = = 1,21) «провал» в распределении давлений по вогнутой поверх­ ности лопатки не возникает. При больших отрицательных углах

атаки градиент давления на вогнутой поверхности отрицателен, а при больших положительных — давление возрастает только вдоль вогнутой поверхности, а вдоль выпуклой почти не изме­ няется.

Для расчета элементов проточной части, расположенных за диффузором: обратных направляющих аппаратов в промежуточ­ ной ступени, спиральной или кольцевой камеры в концевой,—

необходимо знать угол выхода потока из диффузора а4.

Вступенях с безлопаточным диффузором направление потока

всечении 4—4 зависит от направления потока за колесом. Среднее

значение угла выхода из лопаточного диффузора а4 во всем рабо­ чем диапазоне режимов практически не зависит от направления потока перед лопатками [16].

При большой густоте лопаточной решетки угол выхода потока а4 мало отличается от выходного угла лопаток а4л, но вследствие вяз­

кости газа и конечности числа лопаток z3 угол а4 несколько меньше угла а4л. Круговая решетка лопаточного диффузора, в которой на расчетном режиме угол потока должен возрастать (а4л > а3л), всегда несколько «недоворачивает» поток до направления средней линии канала на выходе. Этот «недоворот», оцениваемый углом

отставания потока за диффузором ба4 = а4л —а4, оказывается неизменным во всей представляющей практический интерес об­ ласти режимов работы лопаточного диффузора.

Угол отставания потока в плоской компрессорной решетке может быть приближенно определен, например, по эмпирической формуле Хоуэлла, полученной на основании обработки результа­ тов продувок большого числа решеток:

где а — абсцисса максимальной кривизны средней линии лопатки (для дужки круга 2а — L).

Углы в формуле (4.7) определены в градусах. Формула (4.7) считается справедливой при а4л >> 40°, и возможность ее приме­ нения для определения угла отставания потока в круговой решетке не очевидна. Однако наши экспериментальные данные показывают, что формула (4.7) может быть использована для вычисления угла выхода потока из лопаточных диффузоров ц. к. м. Из рис. 4.7

видно, что отклонение опытных значений а4 от вычисленных на основании формулы (4.7) составляет ±1°, т. е. находится в преде­

лах точности экспериментального определения углов ос.

В начале главы было отмечено, что под углом потока перед диффузором а3 везде подразумевается величина, найденная по

130

формуле (4.4). Эта величина отличается от среднего угла потока перед диффузором аз, вычисленного по результатам измерений

Рис. 4.7. Углы отставания (а) и углы выхода потока из

лопаточного диффузора (б); ба4 — по опытным данным; о®!* — по формуле (4.7):

—— — — расчетные данные

взазоре между колесом и диффузорными лопатками. Типичная

зависимость угла аз от срго, полученная на основании измерений полей скоростей по ширине канала и шагу лопаток приведена на рис. 4.8.

При больших значениях срГ 2 опытные значения аз совпадают с расчетнымиаз, од­ нако при малых фг2 значения аз превосхо­ дят аз и углы потока при выходе из колеса

а 2, определенные по суммарным газоди­ намическим характеристикам ступени. В некоторой области коэффициентов рас­ хода (соответствующей зоне минималь­ ных потерь в диффузоре и малым углам

атаки і3 = а3л —а3) углы аз оказываются почти неизменными, не зависящими от режима работы колеса. Получаемый при

лученные измерениями величины углов аз, так же как и величины углов потока в непосредственной близости

перед лопатками колеса, не могут рассматриваться как значения углов потока вдали от лопаточной решетки и не могут быть ис­ пользованы при расчете лопаточных систем методами теории решеток.

4.2. ВЛ И Я Н И Е ОСНОВНЫ Х ГЕОМ ЕТРИ ЧЕСКИ Х СООТНОШ ЕНИЙ В ЛОПАТОЧНОМ ДИФ Ф УЗОРЕ НА ЕГО РАБОТУ

Аэродинамическая схема лопаточного диффузора с параллель­ ными боковыми стенками характеризуется пятью основными гео­ метрическими параметрами: входным и выходным углами лопа­ ток а3л и а4л, числом лопаток z3, относительной шириной b3/D3

иотношением DJD3, а также формой профиля лопатки и соотно­ шениями, связывающими входные размеры диффузора с шириной

идиаметром колеса Ь3ІЬ2 и D3. В качестве параметра, опреде­ ляющего режим работы лопаточного диффузора, может быть при­

нят либо угол потока перед лопатками а3, либо связанный с ним

угол атаки і3 = а3л — а3. Причем под углом а3 следует понимать угол потока на достаточно большом удалении от лопаток, экви­ валентный углу потока «на бесконечном удалении от лопаток» в прямой аэродинамической решетке профилей. Этот угол задается режимом работы колеса и связан с углом выхода потока из ко­

леса а о.

Как указано в гл. 1, работу лопаточного диффузора удобно оценивать по величине коэффициента потерь £3_4, коэффициенту восстановления g3_4 и коэффициенту диффузорности /сд, причем последний можно определить по двум первым с помощью формулы (1.38).

Теоретически достижимое значение коэффициента восстановле­ ния лопаточного диффузора при отсутствии потерь, однородном, т. е. одномерном потоке перед и за межлопаточным каналом, и бесконечно большом числе лопаток определяется соотношением

а коэффициент диффузорное і

Отношение DJD3 при проектировании диффузора обычно при­ нимается в пределах 1,2—1,4 (для ступени промежуточного типа

D4 = 1,50-г-1,55, а для концевой £>4 = 1,38-ь1,45). Угол а3

зависит от угла выхода потока из колеса а 2 и Ь3ІЬ2, причем пре­ делы изменения последней величины не очень широки. Отноше­ ние плотностей при не очень больших числах М, характерных для, стационарных ц. к. м., находится в пределах 1,05—1,10. Угол

выхода потока из диффузора а4 зависит от угла выхода лопаток а4л, величина которого может быть определена, например, по коэффи­ циенту диффузорности межлопаточного канала кд. л и формуле (4.6). Согласно опытным данным, желательно соблюдать условие

132