Файл: Михайлов, В. И. Термодинамика и силовые установки летательных аппаратов учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2024
Просмотров: 57
Скачиваний: 0
к работе адиабатического сжатия на ступени |
называется сте- |
|
пенью реактивности р ступени |
|
|
Р = |
Си. рк |
(2.1) |
-7------• |
||
|
гад. ст |
|
Если р = 1,0, сжатие газа осуществляется только на рабочем ко лесе; если р = 0, сжатие газа происходит лишь в спрямляющем аппарате. Обычно степень реактивности ступени составляет р»0,5. Рабочий процесс в последующих ступенях компрессора аналогичен отмеченному.
Уменьшение размера и веса компрессора может быть достиг нуто за счет повышения осевой составляющей скорости са на входе в компрессор и окружной скорости и рабочего колеса. В таком случае относительная скорость ац на входе в рабочее колесо может оказаться сверхзвуковой. Для того чтобы умень шить потери и добиться расположения скачка уплотнения в меж лопаточном канале, лопатки выполняются с заостренными кром ками.
После скачка уплотнения относительная скорость wo стано вится дозвуковой, скорость Со оказывается меньше а2> в связи с чем профиль лопаток спрямляющего аппарата соответствует дозвуковой ступени. Если же абсолютная скорость с2 оказыва ется больше скорости а* звука, лопатки спрямляющего аппарата будут иметь заостренные передние кромки.
Повышение окружной скорости рабочего колеса в сверхзву ковой ступени по сравнению с дозвуковой ступенью позволяет иметь более высокую степень повышения давления яет в ступени, у сверхзвуковой ступени лст — 1,6-г-1,8 вместо лст= 1,2-=-1,4 до звуковой ступени.
В связи с наличием скачков уплотнения к. п. д. сверхзвуковой ступени на 2—4% ниже к. п. д. дозвуковой ступени. Тем не менее у современных компрессоров’первые ступени часто выполняются сверхзвуковыми. В этом случае удается увеличить степень повы шения давления и производительность компрессора без сущест венного снижения к. п.д. и изменения размеров компрессора.
§ 2. Основные показатели и зависимости для компрессора
Важнейшим показателем работы ступени и компрессора в це лом является степень повышения давления. Степень повышения давления в ступение лст и в целом в компрессоре як выражает отношение давления газа на выходе из ступени или компрессора к давлению газа на входе. Степень повышения давления в комп рессоре
Р2 |
it: |
|
|
Р%$ > |
(2.2) |
||
|
|||
Р\ |
°вхР0 |
|
15
где p^ — давление заторможенного потока воздуха на выходе из компрессора; р* — давление заторможенного потока воздуха
на входе в двигатель; aDX— коэффициент восстановления пол ного давления во входном устройстве двигателя.
Степень повышения давления в компрессоре может быть вы ражена через степень повышения давления в ступенях компрес
сора |
я* = я* ,я* „я* „...я* |
||
г |
К |
ст. І СТ. 2 СТ. 3 |
ст. п |
В идеальном компрессоре сжатие газа протекает по адиа бате 1—2 (рис. 2.3). Работу, которую необходимо затратить на
Рис. 2.3. Процесс сжатия воз духа в компрессоре.
адиабатическое сжатие 1 кг газа в компрессоре, можно опреде лить из уравнения
dl^n= di-}-d 2~
\ |
k - i ) > |
(2,3) |
где я* — степень повышения давления в компрессоре.
Величина этой работы изображается в определенном масш табе площадью 1 — 2ад— а — b — 1 в диаграмме р — ѵ (рис. 2.3).
В реальном компрессоре энергия, затрачиваемая на преодо ление гидравлических сопротивлений в процессе сжатия, преоб разуется в тепло, которое усваивается сжимаемым газом. Его температура при том же давлении оказывается выше, чем при адиабатическом сжатии, сжатие происходит по политропе 1—2 с показателем п== 1,46— 1,52 (для воздуха). Работа, затрачивае мая на политропическое сжатие газа, отображается на диаграмме р — V площадью 1—2—а—Ь—1.
Потери энергии в компрессоре обусловливаются |
1 |
|
1) |
трением воздуха о стенки каналов, а также взаимным тре |
|
нием слоев воздуха; |
|
|
2 ) |
скачками уплотнённа в местах сверхзвуковой скорости; |
|
3) |
образованием вихрей в связи с отклонением направления |
|
вектора скорости от расчетного на входе в межлопаточные ка налы рабочего колеса и спрямляющих аппаратов.
Потери, вызванные первыми двумя причинами, условно назы ваются потерями на трение, а потери, обусловленные отклоне нием вектора скорости от расчетного положения, — потерями на удар. Отмеченные потери зависят от расхода воздуха. Если по тери на трение увеличиваются с ростом расхода (скорости) воз духа, то потери на удар растут как при увеличении, так и при уменьшении расхода по сравнению с расчетным. Все виды потерь энергии,' включая и механические (потери в подшипниках), оце ниваются коэффициентом полезного действия rj* компрессора
(2-4)
где Ік — эффективная работа компрессора.
Для современных осевых компрессоров г|* =0,82—0,87. Таким образом,
|
*к= £ д4 - |
|
|
(2.5) |
|
или |
|
|
|
|
|
|
Я 7 ? и ~ - і ) 4 - . |
(2 .6) |
|||
|
|
|
|
IK |
|
При отсутствии потерь тепла во входном устройстве |
двига |
||||
теля Т* —Т* и |
|
|
|
|
|
k |
RTl |
|
|
(2.7) |
|
k— \ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг |
воздуха в компрессоре, |
||||
примерно пропорциональна квадрату,числа оборотов* |
|
||||
Из (2.7) следует, что |
4 « Л /г2. |
|
(2 .8) |
||
|
|
|
/г |
|
|
|
|
/г — 1 1к\ |
|
||
* |
' |
У* |
(2.9) |
||
7Г,с= |
1 |
kR |
К |
|
|
|
|
|
|||
- Степень повышения давления іх* |
в |
компрессоре зависит не |
|||
только от величины работы /к и потерь энергии, учитываемых!]*, но и от Г*,, которая определяется скоростью и высотой полёта-.
2 Заказ №520 |
""" "Я|««| |
17 |
Г ё/ |
, \4Jt |
|
|
■Сор |
|
I |
ДЯР |
|
При неизменной величине /„ степень повышения давления в компрессоре монотонно снижается по мере увеличения скоро сти Со полета (рис. 2.4) в связи с ростом Т* и увеличивается с вы
сотой полета, так как снижается Т* (до 11 км) . Степень повы шения давления я* во входном устройстве растет с увеличением
скорости со и высоты Я (до 11 км) полета. В связи с этим увели чивается''общая степень повышения давления я* = я* я* по мере
ІіХ К |
1 |
увеличения скорости Со и высоты Я (до 11 км) полета.
Рис. 2.4. Изменение я*х,
и я* от скорости Сп полета н высоты Н полета.
Мощность, затрачиваемая на привод компрессора при произ-
кг |
|
|
водительности m -------, составляет |
|
|
сек - |
|
|
|
N K= m/ад —іг- ■ |
(2.10) |
|
\ |
|
Так как производительность компрессора |
примерно пропор |
|
циональна числу' оборотов |
|
|
. |
7nzüBn, \ |
(2.11) |
то мощность, затрачиваемая на привод компрессора, примерно пропорциональна кубу оборотов
N K^ Du3. |
(2.12) |
18
§ 3. Характеристики компрессора
Эксплуатационные качества компрессора устанавливаются по его характеристике. Различают нормальные и универсальные характеристики.
Нормальная характеристика — это графическое изображение зависимости между степенью повышения давления я* , расходом
воздуха V, к. п. д. компрессора т]* й числом оборотов п при дан
ных атмосферных условиях (рис. 2,5, а). Нормальная характери стика компрессора строится по данным испытания, проводимого на специальной установке. Характеристика осевого компрессора
Рис. 2.5. Характеристики компрессора: а — нормальная; б — универсальная; А — границы помпажа; Б — эксплуатационная (рабочая) кривая компрес сора в системе газотурбинного двигателя.
показывает, что степень повышения давления я* при п = const
растет по мере снижения расхода воздуха, особенно в области высоких значений чисел оборотов. Эта закономерность напорной характеристики обусловливается характером изменения эффек тивной работы ступени и потерь энергии от расхода воздуха. Эф фективная работа ступени lCT=Awuii растет по мере снижения расхода воздуха в связи с увеличением закрутки Дwu воздуха на рабочем колесе при постоянной окружной скорости и. Поэтому при отсутствии потерь энергии я ст компрессора повышается по мере снижения расхода воздуха (рис. 2.6, кривая А). Потери энергии при снижении расхода воздуха до расчетного значения уменьшаются (снижаются потери на трение и на удар), а после расчетного значения — увеличиваются (потери на трение умень шаются, а на удар — увеличиваются). В связи с этим соответст вующим образом изменяется и я ст от расхода воздуха (рис. 2.6, кривая Б и В) .
2* |
19 |
Каждому числу оборотов, соответствует некоторый минималь ный расход воздуха, при котором наступает неустойчивая работа (помпаж) компрессора. В этом случае происходит периодиче ское перетекание воздуха в направлении входа в компрессор, по является пульсация воздушного потока, возникают резкие коле бания давления и скорости воздуха. Внешне помпаж сопровож дается вибрацией лопаток и своеобразным, не свойственным нор мальной работе компрессора шумом. При.помпаже резко падает коэффициент полезного действия компрессора. Помпаж может
Рис. 2.6. Зависимость степени повы- |
Рис. |
2.7. Треугольник |
скоростей |
|||||
шения давления в ступени от объем- |
на |
входе в |
первую ступень |
|||||
ного |
расхода |
V |
воздуха: А — при |
компрессора |
при |
различных |
||
отсутствии потерь; |
Б — с учетом по- |
температурах. |
поступающего |
|||||
терь |
на трение; |
В — с |
учетом потерь |
|
воздуха, |
|
||
|
на трение |
и на |
удар. |
|
|
|
|
|
привести к остановке двигателя в связи с прекращением горе ния топлива в камерах сгорания, а также к разрушению элемен тов компрессора.
Характеристика компрессора охватывает широкий диапазон режимов работы по расходу воздуха и оборотам. Если компрес сор находится в системе газотурбинного двигателя, расход воз духа изменяется лишь за счет оборотов, которые ограничиваются определенными пределами. В связи с этим каждому значению числа оборотов соответствует лишь одна точка, характеризующая расход воздуха. Совокупность этих точек в пределах допустимых оборотов определяет линию Б (рис. 2.6, а) эксплуатационных (рабочих) режимов компрессора в системе газотурбинного дви гателя.
20