Характеристики компрессоров. Типы характеристик. Приведенные характеристики.

Закономерности протекания характеристик многоступенчатого осевого компрессора определяются изменением режимов работы отдельных ступеней при изменении режима работы всего компрессора. Поэтому изучение характеристик многоступенчатого компрессора должно сопровождаться анализом протекания характеристик отдельных ступеней. При этом анализе существенны два момента.

1. Поскольку температура потока увеличивается по тракту многоступенчатого компрессора >, то при постоянных значениях физической частоты вращения приведенная частота вращения у всех ступеней будет различна: n _{пр i} < n _пр1.

2. На режим работы ступеней в системе многоступенчатого компрессора большое влияние оказывает сжимаемость среды. Если записать условие равенства расходов первой и любой i -й ступени c _{1 a} ₁ F ₁= c_ai  _iF_i и равенство частот вращения u _к1/ D ₁= u _{к i} / D_i, то соотношение между коэффициентами расхода будет следующим

На рис. 10.12, а приведена характеристика многоступенчатого компрессора. Пусть указанное изменение при n _пр=const произошло так, что из расчетной точки А режим сместился в точку Б, когда возросло, а G _пр уменьшилось по сравнению с расчетным режимом. В соответствии с уменьшенным расходом режим работы первой ступени также сместился влево от расчетного и перейдет в точку Б _I (см. рис. 10.12, б). Во II и следующих ступенях режим работы будет смещаться влево сильнее, чем в первой, поскольку при смещении режима в первой ступени плотность за ней, т. е. на входе во вторую ступень, будет изменяться не только из-за уменьшения расхода (), но и из-за увеличения напора первой ступени. Это смещение будет тем большим, чем больше номер ступени (см. рис. 10.12, в точке Б_z). При уменьшении расхода и повышении при n _пр=const в многоступенчатом компрессоре поток будет дополнительно тормозиться по тракту и ступени будут работать с положительными углами атаки. Если мы будем увеличивать расход через многоступенчатый компрессор при n _пр=const (перейдем из точки А в точку В), то будет происходить относительный разгон потока: в первой ступени режим сместится в точку B ₁ в соответствии с изменением расхода, последующих ступенях смещение вправо будет сильнее, чем в первой, так как будут уменьшаться напоры ступеней (точка B_z). Ступени будут при этом работать с отрицательными углами атаки.

Заметим, что, строго говоря, приведенными параметрами следует называть величины, в которых фигурируют значения параметров приведения. Например, при приведении к стандартным атмосферным условиям ( = 288 К и 100 кПа)

План скоростей. Кинематика потока в решетках компрессора. Густота, степень реактивности.

Кинематику потока представляют в виде так называемых треугольников или планов скоростей.

Рис. 2.5. Треугольники (планы) скоростей элементарных ступеней компрессора (а) турбины (б)

 

Во всех расчетных сечениях эти скорости связаны соотношением , где – вектор переносной скорости, которой в этом случае будет окружная скорость данной элементарной ступени , т. е. ступени, расположенной на радиусе от оси ротора, вращающегося с угловой скоростью .

Скорости потока в проточной части и их составляющие имеют индексы, соответствующие их расчетным сечениям,

Для компрессора в сечении 1 (см. рис. 2.4, а) входе в ступень: с ₁ – абсолютная скорость на входе в ступень компрессора; w ₁ – относительная скорость на входе в РК компрессора. В сечении 2 в межвенцовом зазоре ступени компрессора; w ₂ – относительная скорость на выходе из РК; с ₂ – абсолютная скорость на входе в НА. В сечении 3: с ₃ – абсолютная скорость за НА ступени компрессора, т. е. за ступенью компрессора и в общем случае для промежуточной ступени – абсолютная скорость на входе в последующую ступень.

Индексы присвоены и составляющим скоростей, осевые составляющие в абсолютном и относительном движении c_a=w_a, а окружные составляющие различаются на величину окружной скорости: с_u=u±w_u (знак «плюс» соответствует случаю, когда направление составляющей совпадает с направлением окружной скорости).

Важнейшим параметром решетки являются шаг (t) и густота решетки (b / t – отношение к шагу величины хорды)

При постоянном значении угла выхода потока ₂ (или ₁) для обеспечения заданного запаса по срыву необходимо увеличивать густоту решетки (рис. 6.8, пунктир I) и допустимый (номинальный) угол ^* при этом увеличивается и, следовательно, увеличивается с_u. При постоянном значении ^* (рис. 6.8, пунктир II) и при уменьшении ₂ для обеспечения одинаковой степени диффузорности течения необходимо также увеличивать густоту решетки.

Из этой зависимости видно, что c_u/с_а (или ) растет с увеличением густоты решетки, однако при больших значениях b/t в связи с уменьшением с_у этот рост замедляется (рис. 6.8).

Величина _к изменяется в пределах: _к=0...1. При _к=0 статические давления на входе в РК и на выходе из него равны между собой (p ₁= p ₂). Если не учитывать потерь при течении, то при _к=0 относительные скорости на входе в РК и на выходе из него также равны (w ₁= w ₂), и межлопаточный канал имеет равные площади на входе и выходе F ₂= F ₁. При _к<0 в РК ступени компрессора будет происходить уже не сжатие, а расширение потока. Поэтому ступени с _к<0 мы рассматривать не будем, хотя при расширении потока в РК в целом в ступени будет происходить сжатие, которое будет осуществляться в НА, и ступень, будет работать в режиме поглощения механической энергии. Турбинные режимы (режимы передачи мощности на вал) возникнут только тогда, когда c _{1 u}u ₁ станет больше c _{2 u}u ₂. При _к=1 статические давления на входе в НА и на выходе из него одинаковы (р ₂= р ₃) и сжатие потока происходит только в РК. Если не учитывать потерь при течении в НА, то при _к=1 с ₁= с ₂. При _к>1 в НА осуществляется не сжатие, а расширение потока и такие ступени рассматривать не будем.

Наконец, отметим наиболее часто встречающийся случай _к=0,5. При этом изоэнтропическая работа расширения делится поровну между РК и НА. Если с ₃= c ₁, то при _к=0,5 будем иметь c ₃= с ₁= w ₂ и с ₂= w ₁, т.е. скорость на выходе из РК равна скорости на выходе из НА (w ₂= с ₃), а скорость на входе в РК (w ₁) равна скорости на входе в НА (с ₂).