книги / Осевые и центробежные компрессоры двигателей летательных аппаратов. Теория, конструкция и расчет

1. Полезная (изоэнтропная) работа сжатия:

H = j ^ R r H(v > ~ - 1).

2. Коэффициент производительности компрессора по параметрам на входе в рабочее колесо выбирается в пределах GK= 0,5—0,7

3. Периферийный диаметр на входе в колесо (см. рис. 6.1):

		K BPHG JO
		*+1
где s, Л	к - 1	1 • ^ (для воздуха sB= 0,0404 (кг • К/Дж)0,5);

k g - 0,93—0,9о — коэффициент, учитывающий неравномерность поля

скоростей по высоте лопатки на входе в рабочее колесо и влияние по­ граничного слоя у наружной и внутренней стенок. Большие значения кд характерны для центробежного компрессора с осевым входом воз­

духа.

4. Коэффициент адиабатического напора:

г-4-

"2

Для колес с радиальными лопатками коэффициент адиабатическо­

го напора Н * 0,65—0,75.

5.Окружная скорость на выходе из рабочего колеса:

Всовременных ЦБК 1*2= 400—550 м/с.

6. Прочность рабочего колеса оценивается с учетом полученной окружной скорости (*2 . При этом запас прочности обычно принимается

Выбор материала диска рабочего колеса зависит от температуры воздуха на выходе из компрессора 7^ :

алюминиевые сплавы при 7^ <520 К (я£ < 4—5); титановые сплавы при 7^ = 520*^-770 К (т£ « 5—8); жаропрочные стали и сплавы при 7^ > 770 К (т£ > 8). 7. Относительный диаметр втулки рабочего колеса:

^ в т = и7 Г\ = 0’5 — ° ’7 -

8. Приведенный расход воздуха на входе в ВНА рабочего колеса:

(l- rfB2T)sina!

Здесь (Xj =50 — 90° есть угол закрутки потока на входе в ВНА. При отсутствии предварительной закрутки потока ai = 90°. Если нет специ­ альных условий, то в первом приближении можно задаться (Xi = 90°.

9. По зависимости из таблиц газодинамических функций на­ ходится A>i.

10. Абсолютная скорость воздуха на входе в ВНА:

ci - h лГн

В существующих компрессорах ci = 120— 150 м/с.

11. Оптимальное отношение диаметров

определяется из

D 2 /опт

условия минимума потерь в рабочем колесе компрессора:

/

	E l	=кп
	V 1>г /О П Т
		K f i W - d ï r )

где и e(ki) определяются по ГДФ для данных значений соответст­

вующих скоростей; ка — коэффициент, учитывающий влияние пред­ варительной закрутки потока на входе в ВНА.

Коэффициент ка определяется по формуле

'	2	1	ctgai		h	ct8“ i
		Л:- 1		+ 2 1 + ct^ai
ка —	к+ 1		2			2 J ’

где =0,2—0,3— коэффициент потерь в ВНА; Ç2= 0>•—0,15— коэф­ фициент потерь в рабочем колесе.

При отсутствии предварительной закрутки (aj =90°):

Обычно — = 0,55—0,7.

d2

12.Наружный диаметр рабочего колеса:

1

D2= DX/

D 2

/О П Т

Если D2 превышает допустимые габариты двигателя, то можно применить конструкцию рабочего колеса с двухсторонним входом. В этом случае наружный диаметр колеса уменьшится в раз, т.е.

D2' = D 2 ! Z -

13. Диаметр втулки рабочего колеса:

■^вт= dBT

14.Окружная скорость на входе в ВНА (периферийное сечение):

их=и2

/О П Т

“1 -1

п= - — с

JiD,

16.Относительная скорость воздуха на входе в ВНА:

wi = + «Î - 2ci«i cos ai

17. Статическая температура на входе в ВНА:

с?
Ti = K ~
2 T K	R
к - \

18. Число Маха в относительном движении на входе в ВНА (пери­ ферийное сечение):

И>1
В дозвуковых компрессорах MW[ < 0,8—0,9. Бели	> 0,9, то необ­

ходимо ввести предварительную закрутку потока на входе (т.е. задать ai < 90°) и повторить расчет с п. 8.

19. Коэффициент расхода:
с\а	ci sin а!
С1а~ и2 ~	и2

Осевая скорость С\а может быть равной (0,2—0,4)alf где — скорость звука на входе в компрессор. Для предотвращения срыва по­ тока в лопатках колеса рекомендуется выдерживать с1а= 0,25—0,35.

Далее проводится детальный расчет компрессора по его элемен­

там.

Входной патрубок и ВНА

При расчете входного патрубка температура торможения в нем принимается постоянной, т.е. Т\ = Tjj.

1. Давление заторможенного потока на выходе из вхо/*ного Пат­ рубка:

Р\ “ ^ъхРн »

где 5ВХ— коэффициент сохранения полного давления, значения кото­

рого в зависимости от типа входного устройства и наличия неподвиж­ ных лопаток в нем приведены в разд. 6.4.

Как отмечалось в разд. 6.5, углы потока в абсолютном и относи­ тельном движении a y , Pj будут различны по радиусу ВНА из-за изме­

нения окружной скорости и окружной составляющей абсолютной ско­ рости С\и . Поэтому разбив высоту лопатки ВНА на входе на i сечений,

определим параметры на каждом выбранном /-м радиусе.

2. Угол предварительной закрутки потока щ в общем случае изме­ няется по радиусу ВНА в соответствии с законом:

tg a u =Dij tgctj,

фициент, определяющий метод закрутки потока на входе рабочего ко­ леса (см. разд. 6.5).

3.Осевая составляющая абсолютной скорости для значений

-1 <т < 1 с достаточной степенью точности:

сш

1

clai~ '

Тогда

ci sin ai

-m) cos2a,

4. Окружная скорость:

Ml« ~U\ D \i.

5. Окружная составляющая абсолютной скорости:

c\ai

Cl“'" t g a , r

6. Абсолютная скорость:

c\ai

C i,= —-------.

11 Sin (Xu

7. Абсолютная приведенная скорость:

^ii =

8. Статическое давление и температура:

'■ '- 'Ф Н Е Т Т й У 11:

9. Плотность:

Pu

Р/ = RTU ■

10. Угол входа потока на лопатки ВНА в относительном движении

(см. рис. 6.7):

г \

c \ai

Pi; = arctg

VUl i ~ c \ui J

11. Число лопаток ВНА zBHA в дозвуковых центробежных компрес­ сорах равняется числу лопаток рабочего колеса компрессора, которое определяется исходя из соображений, изложенных в разд. 6.6. Поэто­ му число лопаток ВНА берется в пределах zBHA = 19—25. Меньшие зна­ чения zBHA выбираются для компрессоров с небольшими диаметрами D\ и D2 при малых расходах воздуха.

12. Шаг лопаток ВНА на /-м радиусе:

ZBHA

13. Как отмечалось в разд. 6.5, чтобы не было отрыва потока при больших углах Ар = 50—60°, необходима большая густота решетки ВНА на периферии. Поэтому на среднем радиусе входного сечения ВНА густота решетки должна быть не менее b /t= 1,3—1,5.

14. Хорда профиля /-го сечения лопатки ВНА:

bt = (b/t)itt.

Рабочее колесо

1. Число лопаток рабочего колеса. Принимая для дозвуковых ком­ прессоров zn = ZBH A »проверяем условие безотрывного течения возду­

ха в каналах рабочего колеса (см. разд. 6.6). Для этого определяется минимально допустимое число лопаток рабочего колеса:

“2

zm\n ~

w 2r ’

где и>2г =с2г (см. Рис- 6.12).

Считается, что осевая скорость с\а на среднем радиусе входа в ВНА обычно берется равной радиальной скорости на выходе с2г, с1аср = с2г» поэтому

zmn = 271 и2

с \а ср

Должно быть гл > . В случае невыполнения этого условия не­ обходимо скорректировать выбор zBHA и zn .

2. Коэффициент, учитывающий влияние конечного числа лопаток рабочего колеса (см. разд. 6.6):

ц = -

	1	1
		+ 2 -
		1 - D\
где х =0,6(1 + БтР2Л); Р2Л— геометрический угол лопаток на выходе
из рабочего колеса.
3.	Работа, необходимая для вращения рабочего колеса (затрачен­
ная работа):
	HZ =U2	« +а> - * - £ i

где а — коэффициент, учитывающий концевые потери в рабочем ко­ лесе (см. разд. 6.7) (а = 0,04—0,08— для односторонних колес, а = 0,03—0,05 — для двухсторонних колес); у — коэффициент нерав­ номерности потока, учитывающий влияние закона закрутки потока по радиусу входа в ВНА (см. разд. 6.5).

С2и =М^2 •

5. Абсолютная скорость воздуха за рабочим колесом:

с2= Л/с2г+ с2и .

где C2r~C \acp-ci cpsinoci ср. Здесь и далее индекс «ср» говорит о том, что параметры взяты на среднем радиусе входа в ВНА.

6. Статическая температура на выходе из колеса:

2	2
£!=!С£2
Т2 = 1 1 ср т	£

к- 1 R

7.Показатель политропы сжатия в колесе:

	пК- 1	k - 1	АЕг
где	с?в
	= а и! + -г- + ^2"4“ — суммарные потери энергии в рабочем
колесе (см. разд. 6.7); ДEZ = HZ- cj-c icp				— изменение кинетическом
энергии в колесе.
8.	Статическое давление и плотность воздуха на выходе из колеса:
	Р2=Р\ ср	т.2	ргп - ’	Рг
				р2 RT>•
		1ср	I

9. Угол выхода потока из колеса:

с2г

Обычно 02= 14—18°.

G

ь2=

ЯР2Р&2г

11. Проверяется обоснованность выбора коэффициента концевых потерь в п. 3 расчета рабочего колеса:

С\a b2/D 2 ’

где р = (0,7—1,0) 10 3; с\а — коэффициент расхода, рассчитанный в

п.19 определения основных параметров компрессора.

12.Адиабатический напор в колесе по статическим параметрам:

\к- 1

	Д а д .Р К = ^ Г у Л 7’1ср	Р2	*	- 1
		P1ср

13.Адиабатический КПД рабочего колеса:

И, ^ ~ с1ср

^ад.РК-1 о

Л рк-'	Я,

Безлопаточный диффузор

1 Выбир^ется наружный диаметр безлопаточного диффузора (БЛД) />з (см* Рис*6.20), в соответствии с разд. 6.8. Принимается, что = 05 | причем большие значения для больших углов 0С2,

те. для комПРесс°Р°в с большой производительностью.

2.СкороС'*ъ на вых°Де из БЛД (без учета трения и сжимаемости)

1*2

Обычно шир*11121 канала * БЛД делается постоянной, т.е. b2= b3

(см. рис. 6.l9)*

c i - c i

Тз = Т2+ -	^	-
4: Полная температура:
*	ci
Т3 —Т3 +	г3—
	2 T ± T R
	к -	1

5. Число Маха на выходе из БЛД:

сз

М,=

'IkRT?

Необходимо выдержать М3< 0,95.

6. Показатель политропы сжатия в БЛД можно принять равным

лБЛД=	—1,6.
7. Статическое давление и плотность:
	( гр \ *БЛД
	Р3 -Р 2	у3
		2 J
	V
8. Полное давление:
		к
	Рз=Рз	l + V « 3 к- 1
9.	Угол выхода потока из БЛД (без учета трения):
		bо ро
	t8 <X3= W g(X2-
Обычно принимается,		что <*2= 03, так как	* ^зРз = = const
для безлопаточного диффузора.