Нестационарные процессы, связанные с неравномерностью распределения потока по окружности

 

Эта неравномерность создается из-за отсутствия осевой симметрии
в элементах проточной части (входного и выходного патрубков, улитки или сборной камеры, решеток рабочего колеса и направляющего аппарата осевой ступени, ЛД и ОНА).

Неоднородность потока может быть двух типов:

а) созданная неравномерностью потенциально потока (невязкого);

б) вызванная вязкостью (аэродинамические следы).

 

Неоднородность, созданная неравномерностью невязкого потока

Неравномерность в неподвижных элементах проточной части вызывает нестационарность во вращающемся роторе и, наоборот, неравномерность во вращающихся элементах компрессора создает нестационарность в неподвижных элементах. Такая однозначная связь позволяет легко определить основную частоту процесса f, Гц:

,

где ω_p – угловая частота вращения ротора, рад/с; θ – пространственный период неравномерности, рад.

Наивысший пространственный период неравномерности, очевидно, θ = 2π.

Решетка из z лопаток уменьшает θ в z раз и соответственно увеличивает f

;

,

где z =1 – для улитки; z = z_л.д – для лопаточного диффузора.

На рисунке 11.4 видно, что неравномерность, создаваемая невязким потоком распространяется как выше, так и ниже по потоку от источника (амплитуда пульсаций на диаметре D ₁ немного выше, чем на выходе из колеса D ₂).

Чтобы уменьшить аэродинамический шум и нагрузки, создаваемые этим типом неравномерности, снижают саму неравномерность: устанавливают разделительные ребра во всасывающую камеру; увеличивают диаметр установки лопаток ЛД; отказываются от использования бездиффузорных улиток или применяют сборные камеры вместо улиток.

 

Рис. 11.4. Источники неравномерности потока по окружности
(углу поворота θ): а) бездиффузорная улитка; б) решетка ЛД

 

а) б)

Рис. 11.5. Амплитуды пульсаций давления вследствие неравномерности потока, вызванной: а) языком улитки; б) решеткой ЛД

 

Неоднородность потока, вызванная вязкостью

Наличие отрыва пограничного слоя на задней стороне лопатки приводит к образованию течения по типу «струя – след». Чередование вращающихся следов делает поток в неподвижной системе координат нестационарным, а это в свою очередь приводит к изменению углов α (рис. 11.6) и к обтеканию лопаток ЛД с переменными углами атаки.

Амплитуда пульсации давления и скорости тем больше, чем больше коэффициент расхода и чем ближе рассматриваемое сечение расположено к РК. Однако практически уже на диаметре (рис. 11.7) происходит выравнивание потока по окружности.

а) б)

Рис. 11.6. Влияние вязкости газового потока на структуру потока на выходе РК: а) схема течения «струя-след»; б) треугольник скоростей

 

Рис. 11.7. Снижение амплитуды пульсаций по мере удаления от диаметра D 2

 

Амплитуда пульсаций может возрастать в каналах ЛД при выполнении условия резонанса:

,

где i = 1, 2, 3, … – любое целое число; l – длина канала ЛД; z _РК – число лопаток РК; М_{С 3}, М_{U 2} – числа Маха.