Материал: Техническая термодинамика. Булыгин Ю.А., Кретинин А.В

130

охладители с большой поверхностью, получают существенную экономию в расходе энергии. Обычно в центробежных компрессорах их устанавливают между группами ступеней, получая, таким образом, более простую конструкцию установки. Известны уникальные, конструктивно сложные и дорогостоящие компрессоры с охладителями

газа частично расходуется на испарение охлаждающей воды и температура конца сжатия существенно понижается. Недостатком способа является увлажнение газа, что во многих случаях недопустимо.

В ВРД компрессор повышает давление воздуха и подает его в камеру сгорания. В современных ВРД применяются главным образом многоступенчатые осевые компрессоры, в некоторых случаях используются и центробежные. Различие в названиях , в зависимости от того, как движется газ в рабочем колесе - от центра к периферии (под действием центробежных сил) или параллельно оси вращения.

Центробежный компрессор

Состоит из следующих основных частей: входного устройства 1, рабочего колеса 2, диффузора 3 и выходных патрубков 4.

Входное устройство обеспечивает равномерный поток воздуха на входе и выполняется в виде суживающегося канала. Поэтому скорость воздуха во входном устройстве несколько возрастает, а давление надает. Рабочее колесо состоит из диска, насаженного на вал, вместе с которым оно приводится во вращение.

На диске рабочего колеса имеются радиальные лопатки, образующие расширяющие каналы, по которым под действием центробежных сил движется воздух. При вращении колеса, находящийся между лопатками, газ приходит во вращение и под действием центробежной

силы выбрасывается в диффузор, где происходит преобразование его кинетической энергии в потенциальную энергию давления. При этом на входе в колесо образуется разрежение, вследствие чего новые порции газа непрерывно под давлением атмосферы поступают в нагнетатель.

Выражение I начала термодинамики для сжатия реального газа имеет вид:

131

Отсюда работа на привод центробежного компрессора

Современные центробежные авиационные компрессоры могут обеспечить сравнительно небольшой расход воздуха ( mв = 4050 кг/с), поскольку увеличение расхода

воздуха привадит к значительному увеличению центробежного компрессора, а следовательно, и веса, что дли авиационных двигателей является нецелесообразным.

По этим причинам в большинстве современных авиационных реактивных двигателей предпочитают применить осевые компрессоры.

Осевой компрессор

На входе в компрессор

аппарат, лопатки которого образуют также расширяющиеся каналы - диффузоры и отклоняют поток воздуха в сторону, обратную вращению рабочего колеса. Геометрия спрямляющей решетки такова, что обеспечивается безударный вход потока на ее лопатки, а выходная скорость c2 имеет осевое направление, замедляясь от скорости c1 в

диффузорном канале. При течении по межлопаточным каналам спрямляющего аппарата скорость воздуха уменьшается, а энтальпия, давление и температура возрастают.

Таким образом, течение воздуха через рабочее колесо и спрямляющий аппарат можно рассматривать как течение по системе диффузоров с увеличением абсолютной скорости, уменьшением относительной скорости в рабочем колесе, уменьшением абсолютной скорости в спрямляющем аппарате и увеличением давления в обоих случаях.

Степень повышения давления воздуха в одной ступени невелика * 1,3 1,4 при окружной скорости u 300 350м/с, и поэтому в реактивных двигателях применяют

132

многоступенчатые осевые компрессора с числом ступеней n 6 15 . Расход воздуха через осевой компрессор значительно больше, чем в центробежном и составляет 100 150 кг/с.

Его применение при небольших расходах и достаточно высокой степени повышения давления неэффективно, т.к. лопатки последних ступеней получаются весьма короткими. В этом случае используют комбинированные компрессоры, в которых первые ступени - осевые, а последние - центробежный компрессор.

Изменение термодинамических параметров по тракту ступени осевого компрессора аналогично центробежному. В идеальном случае, когда течение воздуха до компрессору происходит без каких-либо потерь, изменение состояния воздуха происходит по адиабате

pvk const . Происходит адиабатное сжатие газа, т.к. теплообменом со стенками, при

скоростях движения газа в современных машинах, можно пренебречь по сражению с энергией, которую несет в себе газ.

Но это сжатие не изоэнтропное, т.к. газ подогревается из-за трения, и на выходе

температура в конце сжатия. Это приводит к тому, что работа политропного сжатия

Значит

134

в применении к изотермическому процессу ( T1 T2 ) дает = 0. Однако, ранее было

доказано, что из всех возможных типов компрессорных процессов наименьшей затраты энергий требует изотермический процесс. А отсюда оказывается крайне невыгодным.

Оценивать величину энергии, получаемой газом в компрессорном процессе, изменением его энтальпии не имеет смысла, т.к. при сохранении постоянства энтальпии способность газа производить работу возрастает,

Зная величину эффективного к.п.д. можно определить потребную мощность компрессора при заданном расходе воздуха и известной величине адиабатной работы:

N mв lад к к к

Величина мощности, потребляемой авиационными компрессорами, весьма велика и составляет примерно от 10000 до 45000 кВт и более.

В заключение приведем некоторый показатели и области применения различных групп компрессоров:

ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Газовая турбина - это лопаточная машина, предназначенная для преобразования энергии газового потока в механическую энергию, снимаемой с ее вала. Таким образом, в газовой турбине протекает процесс, обратный процессу в компрессоре, и обе машины (компрессор и турбина) в принципе обратимы. В реактивных двигателях газовая турбина используется для привода компрессора насосов и вспомогательных агрегатов.

Основными элементами турбины являются сопловой (направляющий) аппарат, образуемый неподвижными сопловыми лопатками, закрепленными в неподвижном корпусе турбины, и рабочее колесо, сочлененное с валом турбины, которое состоит из диска лопаток. Все вращающиеся части турбины составляют ее ротор.

Совокупность неподвижного соплового аппарата и следующего за ним рабочего колеса называется ступенью турбины (их может быть несколько), а ее газовый тракт - проточной частью.

Газовые турбины классифицируются по тему же признаку, что и поршневые ДВС, - по способу сжигания топлива.

Если внутренняя энергия: преобразуется в кинетическую энергию газового потока в результате расширения только в сопловом аппарате, а в каналах между рабочими лопатками расширения газа не происходит, то такая турбина называется активной. Межлопаточное пространство рабочего колеса такой турбины представляет собой канал постоянного сечения.

Если преобразование внутренней энергии газа в кинетическую происходит не только в сопловом аппарате, но и на рабочих лопатках, то турбина называется реактивной. Здесь расширение газа происходит и на рабочем колесе, а межлопаточное пространство рабочего колеса выполняется в виде сужающегося канала (сопла).