Рабочее колесо и формы лопаток рабочего колеса центробежного компрессора.

Рис. 7.3. Схема конструктивных типов РК:

а – открытое; б – полуоткрытое; в – закрытое; г – двухстороннее полуоткрытое

На рис. 7.3 приведены схемы применяемых конструкций РК центробежных компрессоров. Рабочее колесо открытого типа (см. рис. 7.3, а) имеет отдельные лопатки, укрепленные на втулке. При использовании РК открытого типа возникают повышенные концевые потери, связанные с перетеканием воздуха. Поэтому, несмотря на сравнительную конструктивную простоту, этот тип колеса имеет ограниченное применение. РК закрытого типа (см. рис. 7.3, в) обеспечивает наибольшее значение КПД. Наличие покрывного диска снижает концевые потери. Однако этот тип колеса значительно конструктивно сложнее других и имеет меньшую окружную скорость вращения, допускаемую по условиям прочности. До последнего времени наиболее часто применялось РК полуоткрытого типа (см. рис. 7.3, б), сочетающее достоинства открытых (простота изготовления) и закрытых (уменьшенные концевые потери) колес. В некоторых случаях, в частности на одном из первых авиационных ГТД, для повышения производительности использовалось двухстороннее полуоткрытое РК (см. рис. 7.3, г).

Для радиально расположенных лопаток _2л=₂=90° получим: c_2u∞=u₂ и _к=0,5. Треугольник скоростей на выходе из РК в этом случае приведен на рис. 7.4, б (пунктир). В действительности, ₂<_2л и c_2u<u₂ при _2л=90° и степень реактивности рабочего колеса с радиальными ло-

Рис. 7.4. Треугольники скоростей РК центробежных компрессоров с различной степенью реактивности:

а – лопатки, загнутые против вращения _к>0,5 (реактивное колесо); б – радиальные лопатки _к=0,5; в – лопатки, загнутые по вращению _к<0,5 (активное колесо)

патками при c_1u=0 несколько больше величины _к=0,5. Если угол выхода потока _2л<90° (лопатки загнуты против вращения рис. 7.4, а), скорость в абсолютном движении с ₂ на выходе из РК существенно меньше, чем при _2л=90°, и увеличивается степень реактивности _к. В пределе для лопаток с ₂<90°, когда w _{2 u} = u ₂ и с _{2 u} =0, величина _к=1,0 и РК при c _{1 u} =0 не создает напора (H _т=0). Именно в связи с ростом _к при уменьшении угла ₂<90° РК с лопатками, загнутыми против вращения, получили название «реактивных» рабочих колес. Хотя в таких колесах, по сравнению с радиальными на выходе лопатками, при одинаковых окружные скоростях u ₂ уменьшается величина H _т, использование их позволяет существенно улучшить эффективность работы выходной системы (безлопаточного и главным образом лопаточного диффузора) в результате уменьшения скорости потока. Кроме того, протекание характеристик ступени с РК, имеющим загнутые против вращения лопатки, более благоприятно: увеличивается крутизна характеристики и режимы максимальных КПД смещаются от границы устойчивой работы. В РК с лопатками, загнутыми по вращению ₂>90° (см. рис. 7.4, в), по сравнению с радиально расположенными лопатками _2л=90°, происходит существенное увеличение скорости абсолютного потока с₂, увеличивается закрутка потока с _{2 u} и, следовательно, уменьшается степень реактивности. В предельном случае, когда с _{2 u} =2 u ₂, степень реактивности _к=0, т. е. в РК с загнутыми по вращению лопатками на выходе и при с _{1 u} =0 повышение статического давления происходить не будет, а коэффициент теоретического напора . Именно в связи с уменьшением степени реактивности (_к) в колесах (у которых ₂>90° по сравнению с РК, имеющими радиально расположенные лопатки и _2л=90°) с _2л>90° их называют «активными». При наибольшем коэффициенте теоретического напора и, следовательно, при большем напоре при заданной окружной скорости u ₂ РК с ₂>90° обладают наиболее пологим протеканием характеристики ступени и эффективность работы лопаточного диффузора трудно обеспечить в связи с большим значением скорости набегающего на лопатки диффузора потока. В связи с отмеченными обстоятельствами так называемые «активные» колеса не получили распространения.