Устройство турбореактивного двигателя - часть 3

рости 

с

1

  с  которой  воздух  входит  в  ступень.  Этим  обеспечивается  подход  воздуха  под 

нужным углом к лопаткам рабочего колеса следующей ступени. 

Скоростная энергия воздуха при его движении в спрямляющем аппарате расходуется 

на совершение работы сжатия воздуха, на поворот потока воздуха и на преодоление гид-
равлических потерь в каналах спрямляющего аппарата. 

Окружная скорость 

и различна по высоте лопатки. У корня лопатки она меньше, чем 

у ее конца. Поэтому треугольники скоростей будут различными по высоте лопатки. 

 

ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА В СТУПЕНИ ОСЕВОГО 

КОМПРЕССОРА 

Для лучшего представления картины сжатая воздуха в ступени рассмотрим графики 

изменения абсолютной скорости движения и давления воздуха в рабочем колесе и спрям-
ляющем аппарате (рис. 7). 

Воздух входит в рабочее колесо, имея давление 

Р

1

 и скорость с

1

. Рабочее колесо сжи-

мает воздух до давления 

Р

2

 и одновременно повышает скорость движения воздуха до с

2

. 

Воздух, выходящий из рабочего колеса со скоростью 

с

2

 и давлением Р

2

, поступает в 

спрямляющий  аппарат.  В  каналах  спрямляющего  аппарата  скорость  движения  воздуха 
уменьшается с величины 

с

2

 = 150 - 220 

м/сек до с

ВЫХ

, но одновременно увеличивается дав-

ление с величины 

Р

2

 до 

Р

ВЫХ

. Скорость выхода 

с

ВЫХ

 примерно равна скорости входа 

с

1

 и 

лежит в пределах 120 - 180 

м/сек. 

Общее увеличение давления воздуха в ступени составляет 0,12—0,3 

кг/см

2

. В ступе-

нях современных осевых компрессоров повышение давления (сжатие воздуха) происходит 
примерно одинаково как в рабочем колесе, так и в спрямляющем аппарате; это и показано 
на графиках. 

При сжатии воздуха в одной ступени температура его повышаются на 25—30

0

 С. 

 

Рис. 7. Изменение скорости и давления в рабочем колесе и спрямляющем аппарате 

ступени 

 

ПОТЕРИ   ЭНЕРГИИ   ПРИ  ДВИЖЕНИИ   ВОЗДУХА   ПО   СТУПЕНИ 

ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА 

Работа,  получаемая  колесом  компрессора,  передается  потоку  воздуха  не  вся.  При 

движении воздуха по каналам компрессора неизбежно возникают потери на трение, свя-
занные с движением воздуха. Эти потери называются гидравлическими. На преодоление 
потерь и затрачивается часть работы (энергии), передаваемой от рабочего колеса потоку 
воздуха. 

Гидравлические потери можно разделить на три группы:  

- профильные;  
- потери на образование вихрей; 
- потери на перетекание воздуха. 
Профильные потери - это потери энергии в приграничном слое. 
Опыт показывает, что у поверхности любого тела, обтекаемого потоком воздуха, об-

разуется  тонкий  пограничный  слой  воздуха,  в  котором  происходит  торможение  воздуш-
ного потока за счет сил трения между частицами воздуха и поверхностью тела. 

Рассмотрим  пограничный  слой,  образующийся  у  лопатки  осевого  компрессора  при 

обтекании ее потоком воздуха (рис. 8). 

Пограничный  слой  у  стенки  имеет  слоистое  строение:  частицы  воздуха  движутся 

слоями, один слой над другим. Частицы воздуха, находящиеся непосредственно у поверх-
ности  лопатки,  движутся  медленно;  чем  дальше  они  находятся  от  поверхности  лопатки, 
тем движутся быстрее. Такой пограничный слой называется ламинарным, он неустойчив, 
легко нарушается, толщина его небольшая. Этот слой создает небольшие потери на тре-
ние. В какой-то точке поверхности лопатки плавное движение частиц воздуха переходит в  
беспорядочное вихревое движение, слои воздуха  пограничном слое нарушается. Воздух 
перестает  двигаться  слоями.  Поступательное  движение  частиц  воздуха  переходит  и  бес-
порядочное  вихревое  движение,  слои  воздуха  перемешиваются.  Точка  3

 называется точ-

кой перехода. Такой пограничный слой, где частицы воздуха имеют вихревое движение, 
называется турбулентным

, он очень устойчив, имеет большую толщину, чем ламинарный 

пограничный  слой,  и  поэтому  дает  большие  потери  на  трение.  Толщина  пограничного 
слоя постепенно увеличивается: к хвостику лопатки она доходит до 2 - 4 

мм. 

 

Рис. 8. Пограничный слой воздуха 

(1 – слоистый неустойчивый, 2 – вихревой устойчивый, 3 – точка перехода пограничного 

слоя из неустойчивого в устойчивый, 4 – вихревой след за профилем (спутная струя)). 

Профильные потери зависят от формы профиля лопаток, поэтому и называются про-

фильными. Кроме этого, профильные потери зависят от качества обработки поверхности 
лопаток. Естественно, чем хуже обработана поверхность лопаток, тем 'больше будут про-
фильные потери.  

Пограничный  слой  воздуха  образуется  на  всех  стенках  канала,  по  которому  течет 

воздух. 

Вторая группа потерь энергии при движении потока воздуха - это образование вих-

рей.  За  лопаткой  образуется  вихревой  след - так  называемая  спутная  струя  (рис. 8). В 
природе  вихревой  след  можно  наблюдать  в  виде  водяных  вихрей,  образующихся  за  не-
подвижными предметами, находящимися в реке, например за устоями мостов, за камнями, 
за скалами и т. д. Опустите руку в текущую воду, и вы увидите, что от руки образуется 
вихревой след на поверхности воды. 

 

Рис. 9. Образование парного вихря 

При  движении  воздуха  между  лопатками  образуется  повышенное  давление  на  “ко-

рытце” (вогнутой  стороне  лопатки)  и  пониженное  давление  (разрежение)  на  ее  спинке. 
Разность этих давлений заставляет пограничный слой сдвигаться от корытца лопатки 

А к 

спинке  лопатки 

Б  (рис. 9). Это  течение  пограничного  слоя  складывается  с  течением  ос-

новного потока воздуха и образует “парный вихрь” - два вихря, вращающиеся навстречу 
друг другу. 

Вихревые зоны образуются и при отрыве струи воздуха от лопаток, как это изобра-

жено на рис. 10. 

 

Рис. 10. Образование вихревых зон при отрыве струи воздуха от лопатки 

Третью группу потерь анергии при движении воздуха составляют потери на перете-

кание воздуха из области повышенного давления в область пониженного давления. 

В выполненных конструкциях осевых нагнетателей между торцами лопаток рабочего 

колеса и внутренней поверхностью корпуса нагнетателя имеется радиальный зазор 0,5 - 2 
мм

. 

Под действием повышенного давления на корытце и пониженного давления на спин-

ке лопатки возникает перетекание воздуха по зазору (рис. 11). Движение лопатки относи-
тельно корпуса при вращении рабочего колеса способствует этому перетеканию воздуха. 

Перетекание воздуха по радиальному зазору уменьшает эффективность сжатия воз-

духа лопатками и снижает степень сжатия воздуха в каждой ступени. 

С  увеличением  скорости  течения  воздуха  по  компрессору  гидравлические  потери 

увеличиваются. 

 

Рис. 11. Перетекание воздуха по радиальному зазору в колесе осевого компрессора 

Для уменьшения гидравлических потерь поверхности лопаток тщательно полируют, 

лопаткам придают хорошо обтекаемую аэродинамическую форму и стараются уменьшить 
перетекание воздуха путем специальных уплотнений между ступенями осевого компрес-
сора.  

 

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ  КОМПРЕССОР 

Рассмотрим  устройство  центробежного  компрессора  (рис. 13, 14). В литом корпусе 

на специальных подшипниках вращается колесо. Перед колесом укреплены неподвижные 
направляющие аппараты, которые создают предварительную накрутку потока воздуха пе-
ред  входом  в  колесо - отклоняют  поток  воздуха  от  осевого  направления  движения,  при 
этом уменьшается скорость воздуха относительно колеса. Назначение закрутки воздуха -
увеличить быстроходность колеса (повысить число оборотов). 

 

Рис. 13. Принципиальное устройство центробежного компрессора