Распределение работ сжатия в осевых компрессорах

Ступени одного и того же ОК работают в неодинаковых условиях:

на входе в первые ступени практически всегда имеет место окружная и радиальная неравномерность потока, обусловленная атмосферными процессами и условиями полета, следовательно, элементы даже одной ступени в этом случае обтекаются потоком с нерасчётными числами l_{w1 i}, поэтому h^*_{ст i} первых ступеней объективно не может быть высоким;

Даже эти простейшие физические соображения определяют различие работ сжатия между ступенями в МОК. На рис. 3.6 приведены возможные схемы распределения H^*_{ст i} в ступенях МОК.

В первых ступенях и в меньшей мере в последних ступенях работа сжатия H^*_{ст i} заметно снижена по сравнению с работой, приходящейся на каждую из средних ступеней.

Такой характер изменения H^*_{ст i} в МОК определяется не только объективно пониженными значениями h^*_{ст i} в первых и последних ступенях, но продиктован и другими соображениями: первая ступень работает при самой низкой температуре воздуха, поэтому подвод большой работы H₁^* обусловливает высокое значение l_w1 на периферии лопаток, которое может превысить предельное значение (l_w1 £ 1,3), что ограничивает величину работы H^*_ст на первых ступенях; работу сжатия, приходящуюся на каждую из последних ступеней, также приходится уменьшать из-за невозможности поддержания высоких Dw_{u i} при снижающихся значениях c_{a i} (см. разд. 3.2).

Если принять среднее значение работы сжатия в ступени, определяемое величиной L_к^*/z, за 100% то обычно L^*_ст1 = 55...75%, L^*_ст11 = 75...90%, а L^*_{ст z} = 80...90%.

Соответственно h^*_{ст 1} снижают на 3...4%, а h^*_{ст z} - на 1,5...2%. Такое распределение H^*_{ст i} и h^*_{ст i} характерно для МОК с числом ступеней z > 6. В некоторых случаях, при модернизации уже спроектированного МОК или с целью повышения p^*_кS, к нему добавляется спереди “нулевая” трансзвуковая ступень (см. рис. 3.6). В этом случае распределение H^*¢_{ст i} носит иной характер: трансзвуковая ступень выполняется сильно нагруженной, а в дозвуковой части компрессора характер распределения H^*¢_{ст i} остается прежним (см. пунктирную линию на рис. 3.6). Но вследствие повышения температуры воздуха за трансзвуковой ступенью и при сохранении прежнего значения l_w1 абсолютные значения работ сжатия в ступенях I, II, ..., z могут быть несколько увеличены. Если же при этом поставить условие неизменности p^*_к, то новое распределение H^*¢_{ст i} позволяет снизить потребное число ступеней z МОК.

3.9.4 Распределение работ сжатия в двух- и трёхкаскадных осевых компрессорах

Рассмотрим некоторые особенности распределения работ сжатия между ступенями многокаскадного ОК. В настоящее время наиболее часто встречаются двухкаскадные ОК, причем первый по ходу воздушного потока каскад (рис. 3.7) называется каскадом (или компрессором) низкого давления (КНД), а второй - компрессором высокого давления (КВД).

Распределение работы сжатия между КВД и КНД выбирается с учетом возможностей турбин, приводящих во вращение соответствующие каскады [4], но обычно p^*_КВД несколько выше p^*_КНД (особенно велика эта разность в ТРДД).

Одна из причин, обусловливающих разделение МОК на каскады, каждый из которых имеет свою частоту вращения n_i, состоит с том, что вследствие подогрева воздуха в группе передних ступеней при одинаковых уровнях l_{w i} группы средних и тем более последних ступеней могут иметь более высокие окружные скорости u_i.

Качественно распределение H^*_{ст i} в многокаскадном ОК имеет такой же характер, как и в К обычной формы (см. рис. 3.6). Однако более высокие окружные скорости КВД позволяют скачкообразно поднять абсолютные значения работ H^*_{ст i} в последнем (см. рис. 3.7).

В результате в многокаскадном ОК при одинаковой p_к^* число ступеней z_к меньше, чем в К обычной формы. Кроме того, многокаскадная схема ОК позволяет облегчить запуск ГТД и его эксплуатацию [4].