Вопросы для самоконтроля
1. Для чего служит компрессор?
2. Из каких элементов состоит простейший одноступенчатый компрессор?
3. Какие компрессоры называют многоступенчатыми?
4. Изобразите схему ступени осевого компрессора
5. Как устроен ротор компрессора?
6. Какова конструкция ротора?
7. Как производится крепление направляющих лопаток ступени компрессора и рабочих лопаток?
Тема 3.2 Многоступенчатые осевые компрессоры
Студент должен:
знать: распределение теоретического напора по ступеням компрессора и применяемые формы проточной части.
Применяемые формы проточной части. Распределение параметров по ступени. Связь между параметрами ступени и всего компрессора.
Литература: [3], стр. 33-36; [4], стр. 83-88
Методические указания
Так как степень повышения давления ступени компрессора ограничена, а для ГТУ необ-ходимы большие πк, то число ступеней в компрессоре Zст ≤ 20. При этом πк = π1 π2 …πz. В противоположность турбин кпд многоступенчатого компрессора ниже, чем кпд его отдельной ступени. Кпд отдельной ступени компрессора доходит до 0,94.
Наиболее распространены три типа проточных частей компрессора. Первый тип с постоянным наружным диаметром принят в транспортных ГТД. Для него характерно: рост напорности с увеличением номера ступени, минимальная масса по сравнению с другими типами крутое убывание высоты лопаток.
Для второго типа с постоянным корневым диаметром свойственна более высока техно-логичность корневой части рабочих лопаток и всего хвостового соединения(цилиндр, а не конус), увеличенные высоты лопаток в последних ступенях по сравнению с первой ступени к последней, что позволяет соответственно их кпд.
Третий тип с мало меняющимся средним диаметром применяют нередко для группы ступеней.
В многоступенчатых компрессорах важно изменение проекции абсолютной скорости вдоль проточной части. Целесообразно уменьшение последней от первой ступени к последней, что позволяет приблизится к более эффективным высотам лопаток.
Распределение работы сжатия между ступенями связано с типом проточной части, с втулочным отношением первых ступеней, типом ступеней и т.п.
Первые одну-две ступени компрессора часто выполняют с пониженной нагрузкой. Последние ступени не должны быть сильно нагружены. Поэтому, как правило, нагружают средние ступени.
Значительно большую нагрузку можно получить от второй группы ступеней, ее выполнить осевой компрессор двух торцевым (двух каскадным) с приводом каждого ротора своей турбиной. Тогда для второго компрессора высокого давления (КВД) принимаю частоту вращения, чем для первого, диаметры ступеней КВД снижают, втулочные отношения увеличивают, что повышает напор и кпд.
В двухзальном компрессоре при одинаковом с одновальным числом ступеней более высокие πк при повышенном кпд компрессора.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите основные типы проточной части компрессора
2. Что характерно для компрессора с постоянным наружным диаметром?
3. Что характерно для компрессора с постоянным корневым диаметром?
4. Почему первые одну-две ступени компрессора выполняют с пониженной нагрузкой?
5. За счет чего можно увеличить нагрузку компрессора?
Тема 3.3 Характеристики осевых компрессоров,
неустойчивые режимы работы ступени
Студент должен:
знать: характеристики компрессора и режимы работы ступени в нерегулируемом многоступенчатом компрессоре;
уметь: рассчитывать основные размеры первой ступени и количество ступеней.
Универсальная характеристика компрессора. Срывные и неустойчивые режимы работы ступени. Режимы работы ступени в нерегулируемом многоступенчатом компрессоре.
Практические занятия №2
Практические занятия №3
Литература: [2], стр. 70-71; [3], стр. 36-39; [4], стр. 89-93
Методические указания
Характеристикой осевого компрессора в целом принято считать зависимость соотношения давлений сжатия от расхода воздуха через компрессор при различной частоте и относительного внутреннего кпд.
Компрессоры проектируются так, чтобы кпд на расчетном режиме был наибольшим.
С уменьшением расхода воздуха при постоянной степени сжатия изменяются углы натекания потока на лопатки компрессора. При слишком большом изменении угла натекания поток отрывается от лопаток - возникает его «срыв», который захватывает сразу несколько лопаток. Наблюдаются также полные срывы потока, которые захватывают все лопатки. При этом работа может стать неустойчивой.
Если на каждой ступени сжатия определить расход, при котором режим работы компрессора становится неустойчивым, то на универсальной характеристике можно построить кривую, которая называется границей помпажа.
При неустойчивом режиме работы компрессора начинают резко изменяться давление и расход рабочего тела. Эти изменения происходят периодически, их частота определяется как характеристикой компрессора, так и особенностями сети, на которую он работает (трубопроводы, камера сгорания, газовая турбина), и они оказываются самоподдерживающимся ( так называемые автоколебания).
Автоколебательный процесс в тракте ГТУ, называемый помпажом, сопровождается характерным шумом, работа ГТУ в режиме помпажа недопустима даже кратковременно, так как это может привести к поломке лопаток компрессора, ухудшению работы камеры сгорания, нарушающему нормальную эксплуатацию ГТУ.
Чтобы вывести компрессор из помпажа, необходимо увеличить расход воздуха. Для этого служат противопомпажные клапаны, позволяющие сбрасывать воздух после компрессора в атмосферу или на его всас. В результате резко увеличивается расход воздуха через компрессор и он входит в режим устойчивой работы. Длительное время работать с открытыми противопомпажными клапанами нельзя, так как при этом резко уменьшается кпд ГТУ.
Для предупреждения помпажа используются поворотные направляющие лопатки,, устанавливаемые перед первой ступенью компрессора, которые позволяют изменить расход воздуха через компрессор без срыва потока на рабочих лопатках.
Изменение кпд компрессора в зависимости от режима его работы происходит главным образом из-за возникновения на нерасчетных режимах положительных или отрицательных углов атаки на лопатках.
Под углом атаки понимается угол, образованный направлением входной скорости воздушного потока и направлением касательной к передней точке средней линии самой лопатки. Вдоль тракта многоступенчатого компрессора площадь для прохода воздуха уменьшается в соответствии с изменением плотности и объемного расхода рабочего тела. Полное соответствие между площадями проходных сечений и объемным расходом воздуха по тракту может быть достигнуто на расчетном режиме. На нерасчетных режимах это соответствие нарушается, что приводит к нарушению углов атаки на лопатках.
При повышении числа оборотов напорность первых ступеней возрастает, объемный расход перед средними ступенями снижается, напор растет, а последние приближаются к границе устойчивой работы. При снижении числа оборотов падает напор всех ступеней, а первые приближаются к границе срыва.
Небольшое уменьшение расхода воздуха в первой ступени вызывает в соответствии с характеристикой компрессорной ступени увеличение ее напора, процесс нарастает, от ступени к ступени и объемный расход резко уменьшается в хвостовых ступенях, они приближаются к границе устойчивой работы. При увеличении расхода процесс идет в обратном направлении.
Вопросы для самоконтроля
1. Что принято считать характеристикой осевого компрессора?
2. Каково значение характеристик осевого компрессора?
3. При каких условиях работа ступени станет неустойчивой?
4. Какой процесс в тракте ГТУ называют помпажом?
5. При каких условиях возникает помпаж?
6. Что называется углом атаки воздушного потока?
7. Почему недопустима работа компрессора в области помпажа?
8. Каковы режимы работы ступени в многоступенчатом компрессоре?
9.Почему приведенная характеристика носит название универсальной?
Тема 3.4 Основные геометрические, термодинамические и газодинамические параметры ступени осевой турбины
Студент должен:
знать: геометрические, термодинамические, газодинамические параметры осевой турбинной ступени и их основные уравнения;
уметь: использовать в расчетах основные уравнения для определения работы и кпд турбинной ступени
Схема ступени осевой турбины с рабочими лопатками. Плоские решетки профилей лопаточных венцов турбинной ступени. Процесс расширения в ступени турбины в I-s диаграмме и соответствующие ему треугольники скоростей турбинной ступени. Основные уравнения для определения работы и кпд турбинной ступени. Основные газодинамические параметры осевой турбинной установки.
Литература: [3], стр. 42-47
Методические указания
Ступень осевой турбины состоит из соплового аппарата и рабочего колеса. К основным геометрическим характеристикам ступени относятся: средние диаметры на входе из соплового аппарата и рабочего колеса; корневые и наружные диаметры соплового аппарата и рабочего колеса; высота на выходе сопловых и рабочих лопаток; перекрыши корневые и наружные; установочные углы профилей; углы раскрытия сопловых и рабочих лопаток в корне и на наружной поверхности и т.д.
Главное исходное условие для получения высокого кпд турбинных ступеней – рациональный выбор втулочного отношения.
Важной геометрической характеристикой лопаточной решетки является относительный шаг или обратная ему величина - густота решетки. Ширина лопатки связана с ее высотой. Малый осевой зазор вызывает повышенное динамическое воздействие на рабочие лог с кромочных следов сопел. При большом зазоре поток заметно отклоняется к периферии. Задний осевой зазор принимают приблизительно в 1,5 раза больше переднего. Высота входной кромки рабочих лопаток должна быть больше высоты входной кромки сопел на значение перекрыш.