Особенности расчета закрутки сверхзвуковых (трансзвуковых) лопаток и лопаток с переменной работой по высоте

 

В ТРДД с большой степенью двухконтурности вентиляторные ступени имеют малые значения относительного диаметра втулки (). Вследствие этого втулочные сечения вентиляторной лопатки работают в условиях пониженных окружных скоростей, а периферийные – с существенно увеличенными окружными скоростями. Поэтому сечения лопаток у корня не могут осуществить такую же работу, как периферийные. В этом случае вентиляторную ступень необходимо профилировать с переменной по радиусу работой на лопатках . При этом закон изменения работы на лопатках по радиусу может быть различным. В частности это может быть и линейный закон (см. рис. 5.3).

 

При условии линейного закона изменения по радиусу и отсутствия закрутки на входе () осевая составляющая абсолютной скорости за рабочим колесом вентиляторной ступени в различных сечениях по высоте может быть определена по формуле

где - разность работ на лопатках в периферийных и втулочных сечениях за рабочим колесом (см. рис. 5.3);

- относительный диаметр втулки на выходе из рабочего колеса;

r – текущий радиус;

r_{К 2} – периферийный радиус на выходе из колеса;

- относительный диаметр втулки на выходе из рабочего колеса.

С учетом линейного изменения работы по радиусу значения ее у втулки определяются по известному значению ее на среднем радиусе из выражения

Разность работ выбирается в пределах 10…20 .

Необходимо отметить, что сечения лопаток в вентиляторных ступенях, расположенные выше среднего диаметра, чаще всего являются трансзвуковыми или сверхзвуковыми. При расчете параметров по высоте лопатки сверхзвуковой (околозвуковой) ступени применяют те же законы, что и для дозвуковой ступени. Предпочтительным является закон постоянства циркуляции, так как вследствие постоянства осевой скорости по высоте проточной части улучшаются условия работы последующих ступеней. Углы атаки для расчетных сечений по высоте лопатки в сверхзвуковых ступенях выбираются в диапазоне от 0⁰ до +1⁰ (в корне до +3⁰), т.е. меньше, чем в дозвуковых ступенях. При этом угол атаки у сверхзвукового профиля отсчитывается от касательной к спинке профиля на входе в него.

Таким образом, зная в каждом расчетном сечении угол входа потока и, выбрав величину угла атаки, определяем геометрический угол входа профиля .

Так как использование обобщенных характеристик плоских компрессорных решеток в сверхзвуковых ступенях приводит к большим погрешностям, то выбор густоты решетки в этом случае может быть выполнен так, как это рекомендовано в §4.1 п.34.

Геометрический угол выхода профиля определяется по выражению

,

где - угол отставания потока на расчетных радиусах.

Угол отставания на каждом расчетном радиусе может быть определен по следующему выражению

,

где - угол отставания потока для случая обтекания решетки дозвуковым потоком

.

Величина m определяется по выражению

,

где угол подставляется в градусах.

Величина , характеризующая положение максимального прогиба, должна на периферийных расчетных сечениях выбираться в пределах 0,5 – 0,6. В области втулки рабочего колеса, где скорости могут быть дозвуковыми, величина может быть уменьшена до 0,45.

Поправка учитывает заниженное значение при малых углах , характерных для транс- и сверх звуковых решеток

.

Обычно для сверхзвуковых профилей выбирается в пределах:

0,02 – 0,03 – на периферии лопаток;

0,05 – 0,07 – на среднем диаметре;

0,08 – 0,12 – у корня лопаток.

Поправка учитывает увеличение угла отставания с ростом скорости набегающего потока при >0,75. Эта поправка может быть определена по формуле

.

Влияние изменения меридиональной скорости в решетке на угол отставания потока оценивается поправкой , которая определяется по формуле

,

где ;

.

Угол изгиба профиля определяется по формуле

.

При использовании в качестве средней линии профиля дуги параболы углы изгиба входной кромки и выходной рассчитываются по следующим соотношениям

;

.

Если средняя линия вычерчивается по дуге окружности, то и в этом случае .

Рассчитывается угол установки профиля в расчетных сечениях .

В остальном расчеты сверхзвуковых ступеней с переменной работай по радиусу выполняется аналогично расчету, представленному в табл. 5.1.