Характеристики решеток профилей осевого компрессора. Изменение угла поворота потока в зависимости от угла атаки.

Рис. 6.6. Схема компрессорной решетки

Применительно к решетке компрессора рассмотрим более подробно особенности течения по поверхности вращения и в первом приближении примем, что поверхность вращения представляет собой круговой цилиндр. Решетка профилей, полученная в результате развертки на плоскость, представлена на рис. 6.6. Важнейшим параметром решетки являются шаг (t) и густота решетки (b / t – отношение к шагу величины хорды), соединяющей точки пересечения средней линии профиля (см. рис. 6.6, пунктир) с контуром профиля. Помимо шага и густоты отметим угол установки профиля в решетке ; (угол между хордой и фронтом решетки). Важно подчеркнуть, что углы потока на входе ₁ и на выходе из решетки ₂, определенные треугольником скоростей, отличаются от конструктивных углов лопаток _1л и _2л, определяемых между касательными к средней линии и фронтом решетки на угол атаки i по передней кромке и на угол отставания потока ; на выходе из решетки. Как отмечалось ранее, угол поворота потока в решетке ; определяется как =₂–₁, а разность конструктивных углов лопаток определяет угол изгиба профиля =_2л–_1л. Вводя углы i и , получим =+ i –;. Параметром, определяющим пропускную способность решетки при больших скоростях набегавшего потока, является ширина узкого сечения (так называемого «горла») решетки (А _г) и отношение его к ширине струи на входе (A _г/ A ₁). Помимо угла изгиба профиля ; форма профиля характеризуется величинами x_f - расстоянием вдоль хорды от носика профиля до точки максимального прогиба, с _max – максимальной толщиной профиля и х_с – координатой положения максимальной толщины. Используются соответствующие безразмерные величины: ; ; . Задача аэродинамики решеток состоит в том, чтобы при заданном треугольнике скоростей определить потери в решетке, режим работы решетки с оптимальными потерями и обеспечить заданный угол поворота потока, а для этого надо определить оптимальный угол атаки и угол отставания потока. Как отмечалось ранее, в связи с диффузорным течением в решетках компрессора эти характеристики определяются экспериментально. Рассмотрим прежде всего обобщенные данные исследования плоских компрессорных решеток при малых скоростях набегающего потока на установках, принципиальная схема которых была приведена на рис. 5.24. Типичные результаты продувки плоской компрессорной решетки – зависимости угла поворота потока ; и коэффициента потерь от угла атаки представлены на рис. 6.7.

При отрицательных и небольших положительных углах атаки угол отставания потока  практически не изменяется и, следовательно, угол выхода потока из решетки ₂ остается практически неизменным. Поэтому при увеличении угла атаки (при уменьшении угла входа потока на решетку ₁) угол поворота потока  увеличивается. При некотором положительном угле атаки i _кр возникает срывное течение с выпуклой поверхности профиля и, несмотря на уменьшение угла потока ₁ величина  не увеличивается, так как на срывном режиме увеличивается угол отставания ; и ₂ уменьшается. Потери в решетке при этом примерно в два раза больше, чем на режиме минимальных потерь, характеризуемом углом i _min при небольших отрицательных углах атаки. На режиме i _min угол поворота потока в решетке  мал и, следовательно, мал теоретический напор ступени. Наибольший КПД решетки достигается при некотором оптимальном (положительном) угле атаки i _opt. На этом режиме потери в решетке хотя и несколько больше минимальных, но повышенное значение угла поворота потока  и, следовательно, величины напора ступени по сравнению с режимом i _min обеспечивают максимальный КПД решетки. Картина течения в плоской компрессорной решетке находится в полном соответствии с рассмотренной ранее картиной течения в плоском диффузоре. Напомним, что при течении в плоском диффузоре также наблюдалось, что режим максимума КПД наступает ранее, чем режим возникновения срыва (рис. 5.21). Эти режимы определяются двумя параметрами: углом раскрытия диффузора ; и величиной b / n ₁. Если сопоставить параметры компрессорной решетки с эквивалентным диффузором, то будем иметь = t / b (sin₂–sin₁) и b / n ₁= b /(t sin₁), т. е. режим работы решетки определяется углом поворота потока =₂–₁, углом ₁ или ₂=–₁ и густотой решетки b / t.

6. Влияние чисел М и Re на характеристики решеток профилей осевого компрессора.

Естественно, что при изменении числа Рейнольдса изменяются как потери в решетке, так и угол отставания потока. При уменьшении числа Re угол отставания потока увеличивается. Рекомендуемая формула и опытные зависимости, приведенные на рис. 6.15, применимы при числах Re≥2,5^.10⁵. Влияние числа (или для решетки НА) вплоть до М=0,8 мало (в пределах 1º;) влияет на величину угла отставания потока.

Отметим, что для профилей с утолщенной входной кромкой (в частности, профили серии NASA) влияние числа М набегающего потока вплоть до М≤0,8 практически не сказывается на величину оптимального угла атаки. Для профилей с острым носиком при увеличении М от 0,5 до 0,8 оптимальный угол атаки увеличивается на 4-6°.