Осевой компрессор

 

Первоначально определяются осевые силы, действующие на каждое рабочее колесо ротора и направляющий аппарат статора.

Осевая газодинамическая сила, возникающая на лопатках рабочего колеса, может быть подсчитана по формуле

 

 

 

Рис. 1.1. К расчету осевой газодинамической силы лопаток компрессора и турбины

Осевая газодинамическая сила, действующая на все рабочее колесо ступени, определяется как сумма равнодействующих статических давлений на боковые поверхности рабочего колеса и осевой силы лопаток (рис. 1.2):

где — статические давления, действующие на боковые поверхности колеса, равные соответствующим давлениям в корневом сечении лопаток; — статические давления внутри барабана, справа и слева от колеса. Полости обычно сообщаются, поэтому указанные давления одинаковы, тем не менее разность сил все равно имеет место из-за различия величин площадей, на которые действуют давления; F_lH, F_lBH, F_2H, F_2BH — площади открытых боковых поверхностей диска, определяемые расположением уплотнений и размерами барабана. Эти площади легко подсчитываются по ограничивающим их окружностям:

(1.10)

Осевое усилие, действующее на лопатки направляющего ап­парата ступени, подсчитывается также по формуле (1.7), по параметрам воздуха на среднем радиусе входа и выхода лопаток.

Полное осевое усилие, действующее на направляющий аппарат ступени, складывается из суммы (рис. 1.3)

где второе и третье слагаемые представляют собой силы статиче­ских давлений на боковые поверхности нелопаточной части на­правляющего аппарата.

 

Рис.1.2. К расчету осевой силы рабочего колеса компрессора

 

Осевые силы на рабочем колесе и направляющем аппарате компрессора действуют в сторону входа. При расчете по приведенным формулам они имеют отрицательный знак и достигают сотен килоньютонов. Их определение необходимо для расчета на прочность и деформацию элементов конструкций ротора и корпуса осевого компрессора.

 

Рис. 1.3. К расчету осевой силы направляющего аппарата компрессора

 

Осевые силы создают растяжение барабана ротора и оболочки корпуса. Усилие растяжения возрастает от первой ступени к последней, так как происходит сложение осевых сил ступеней. Наибольшее усилие растяжения создается за последней ступенью компрессора. Такое распределение сил необходимо учитывать при расчете соединений частей ротора и корпуса.

Общее осевое усилие, возникающее на роторе компрессора, равно сумме осевых сил от всех ступеней. Для уменьшения этой осевой силы за задней торцовой поверхностью ротора создается думисная полость З с низким, почти атмосферным, давлением , а перед передней торцовой поверхностью ротора — думисная полость П, в которую подается воздух повышенного давления от промежуточных ступеней (рис. 1.4). В результате возникает разгружающая положительная сила как разность осевых сил, действующих на торцы ротора. Расчет этой силы производится по заданным величинам давлений и размерам площадей:

 

Рис. 1.4. Схема действия осевых сил на торцевые поверхности ротора компрессора