Особенности работы первой и последней ступени компрессора.

Первые ступени имеют наименьший относительный диаметр втулки, т. е. самые длинные лопатки. Поэтому в корневых сечениях первых ступеней окружная скорость мала, что также требует снижения и коэффициентов напора для обеспечения приемлемой диффузорности канала. Помимо отмеченного существует еще одна причина снижения напора в первых ступенях. При снижении приведенной частоты вращения режимы первых ступеней смещаются по своим характеристикам в сторону срывных неустойчивых режимов, т. е. дополнительно нагружаются. Поэтому на расчетном режиме приходится на первых ступенях, обеспечивая необходимый запас по срыву, снижать их нагрузку, т. е. работу сжатия.

Для объяснения причины снижения КПД в последних ступенях нам придется предварительно рассмотреть распределение осевой скорости по ступеням многоступенчатого компрессора. Такое распределение приведено в нижней части рис. 6.36. При сжатии воздуха в связи с ростом плотности по тракту компрессора высоты лопаток уменьшаются и для сохранения высоты лопатки на приемлемом уровне, когда концевые потери еще не очень велики, приходится снижать осевую скорость и, следовательно, коэффициент расхода . Однако, как видно из формулы (6.5), снижать невыгодно, поскольку для сохранения степени диффузорности приходится при этом снижать и и, следовательно, работу сжатия H _т. Поэтому в первых ступенях величину не снижают и иногда даже повышают, поскольку высота лопаток первых ступеней достаточно велика. Но в последних ступенях все же приходится снижать и, следовательно, работу сжатия H _т. Это обусловлено также желанием иметь пониженную скорость на входе в камеру сгорания. Следует при этом отметить, что снижение с_а в одной ступени не должно превышать значений 10-15 м/с. Кроме отмеченных обстоятельств, заставляющих снижать работу сжатия в последних ступенях, надо также иметь еще в виду, что на переменных режимах работы при увеличении частоты вращения последние ступени смещаются по своим характеристикам к срывным режимам работы, поэтому снижение работы сжатия позволяет увеличить запасы по срыву в этих ступенях. Заканчивая обсуждение вопроса о распределении работы сжатия в многоступенчатом однокаскадном компрессоре, отметим некоторые количественные данные. Если среднее значение работы, затрачиваемой на сжатие и определяемой величиной , принять за 100 %, то в I ступени следует принимать,55-75 % этой величины, II – 75-90 % и последней ступени – 80-90 %.

Схема и принцип действия ступени осевого компрессора. План скоростей.

Ступень компрессора состоит из двух последовательно расположенных венцов (рис. 6.1) – вращающегося (РК) и неподвижного (НА), в которых последовательно происходит сжатие рабочего тела. Термодинамические параметры рабочего тела в абсолютном движении на входе (сечение 1-1) характеризуется точкой 1 на i-S -диаграмме (рис. 6.2). Скорость абсолютного потока на входе в РК c₁ в большинстве случаев имеет отличное от осевого направление (₁≠90°). Положительная закрутка потока на входе с _{1 u} >0 создается либо НА предыдущей ступени многоступенчатого компрессора, либо входным направляющим аппаратом (ВНА) I ступени. Отметим, что в ряде случаев для I ступени (особенно для ступени вентилятора) ВНА отсутствует и величина c _{1 u} =0 (₁=90°). Если изоэнтропически затормозить скорость с ₁, то на i-S -диаграмме получим точку 1^*, характеризующую параметры заторможенного потока в абсолютном движении на входе в РК , (). Скорость потока в относительном движении на входе в РК w ₁, как правило, больше абсолютной скорости, поэтому параметры торможения в относительном движении , () больше, чем в абсолютном движении. В рабочем колесе к потоку подводится механическая энергия. Окружное усилие направлено против вращения (рис. 6.1), поэтому для преодоления этого усилия надо подводить механическую энергию, под действием которой в рабочем колесе происходит сжатие рабочего тела (р ₂> p ₁) и увеличивается кинетическая энергия потока в абсолютном движении с ²> с ₁. Струйка тока, особенно в первых ступенях современных осевых компрессоров, изменяет свой радиус от входа в колесо до выхода из него. Поэтому – =( – )/2 и температура торможения в выходном сечении РК больше, чем на входе. Правда, это изменение в ступенях осевого компрессора невелико. Давление заторможенного потока меньше в связи с тем, что процесс торможения от точки 1 до точки 2 совершается с потерями, и энтропия потока увеличивается на величину  S _PK. Итак, полная энергия потока в относительном движении близка к постоянной величине и при повышении статического давления при течении через решетку РК относительная скорость w ₂ уменьшается и, следовательно, сечение струи на входе в РК меньше, чем на выходе (F _1PK< F _2PK), соответственно ₂>₁ Процесс сжатия в РК во многом аналогичен процессу в обычном диффузоре.