Устройство турбореактивного двигателя - часть 4

Колесо состоит из крыльчатки и заборных лопаток.
Крыльчатка представляет собой диск, имеющий лопатки (идущие по радиусу) с од-

ной или обеих сторон диска.

Если лопатки имеются на одной стороне, то такое колесо называется колесом с одно-

сторонним входом воздуха. Если лопатки имеются с. обеих сторон колеса, то оно назы-
вается колесом с двухсторонним входом воздуха.

Чаще всего колесо делают с двухсторонним входом воздуха для увеличения количе-

ства воздуха, прогоняемого компрессором в одну секунду,

К крыльчатке наглухо крепятся заборные стальные лопатки, загнутые в сторону

вращения колеса, для обеспечения безударного входа воздуха в колесо.

Воздух из колеса попадает в диффузор, а из него через коленообразные патрубки по-

ступает в камеры сгорания.

Рис. 14. Детали колеса компрессора

Главная рабочая часть центробежного компрессора - колесо. Оно получает энергию

от газовой турбины и передает ее воздуху. За счет этой энергии повышается давление воз-
духа о колесе и увеличивается абсолютная скорость его движения.

Часть энергии, передаваемая колесом воздуху, тратится на преодоление гидравличе-

ских сопротивлений, возникающих при движении воздуха.

Рассмотрим подробнее движение воздуха по колесу. Поток воздуха закручивается

неподвижным направляющим аппаратом и подходит к колесу со скоростью

(рис. 15).

Треугольник скоростей на входе в колесо составляют:

- абсолютная скорость входа воздуха на лопатки;

и - окружная скорость вращения лопатки (знак минус показывает, что вращение ко-

леса происходит навстречу движения частиц воздуха);

- скорость движения частиц воздуха относительна лопатки.

Колесо вращается с очень большими оборотами: 10000—15000 в минуту (160—250

оборотов в секунду). Окружная скорость на ободе колеса достигает 450— 500

м/сек и бо-

лее.

Лопатки колеса, захватив частицы воздуха, увлекают их и заставляют вращаться с

такой же большой скоростью.

Обозначим через

т массу частички воздуха и через r радиус, где находится эта час-

тичка.

Величина радиуса будет все время увеличиваться при движении частички от входа в

колесо до выхода из него.

Центробежная сила, отбрасывающая частичку воздуха к краю колеса, определяется

по известному из физики уравнению:

ЦЕНТР

Значит, чем дальше будет частица воздуха удаляться от оси вращения колеса, тем

больше будет ее окружная скорость и, следовательно, больше будет центробежная сила,
действующая на частицу воздуха и сжимающая ее. Масса же воздуха состоит из бесчис-
ленного количества этих элементарных частиц.

Рис. 15. Треугольники скоростей воздуха на входе и выходе колеса

Таким образом, воздух, прогоняемый колесом, сжимается, кроме того, увеличивается

абсолютная скорость его движений.

Треугольник скоростей на выходе из колеса будет составлен скоростями:
с

- абсолютная окружная скорость воздуха на выходе из колеса;

- окружная скорость лопатки на краю колеса;

- относительная скорость выхода воздуха из колеса.

Вектор относительной скорости отклонен против вращения колеса, так как воздух

отстает от вращающегося колеса. Величина отставания воздушного потока на выходе из
колеса зависит главным образом от числа и длины лопаток колеса. Чем больше лопаток,
тем труднее частице воздуха отклониться от радиального направления. Но чем больше
лопаток, тем меньше канал для прохода воздуха и тем труднее воздуху проходить по это-
му каналу.

На выходе из колеса воздух имеет давление 2,2 - 2,5

кг/см и абсолютную скорость

порядка 450 - 550

м/сек, полученные за счет энергии, сообщенной воздуху колесом. С та-

кими параметрами воздух поступает в диффузор. Диффузор представляет расширяющий-
ся канал, в котором происходит уменьшение скорости потока воздуха. Он служит для
преобразования скоростной энергии в потенциальную, т. е. в энергию давления воздуха.

Рис. 16. Лопаточный диффузор

Диффузоры делятся на два типа: щелевые и лопаточные. Конструктивно они выпол-

няются вместе (рис. 16, 17).

Щелевой диффузор представляет собой кольцевую щель между колесом и лопаточ-

ным диффузором; величина щели колеблется (в различных ТРД) в пределах 12 - 30

мм.

В щелевом диффузоре происходит некоторое выравнивание скоростей воздушного пото-
ка, (что улучшает устойчивость работы компрессора) и понижение скорости движения
воздуха.

Рис. 17. Схема щелевого и лопаточного диффузоров

Лопаточный диффузор .представляет решетку из лопаток, расположенных по окруж-

ности.

Между лопатками образуются расширяющиеся каналы.
Установка лопаток сокращает путь частиц воздуха, что уменьшает потери на трение.

При движении воздуха по расширяющемуся каналу лопаточного диффузора уменьшается
скорость и повышается давление воздуха (так же как в спрямляющем аппарате осевого
компрессора).

Параметры воздуха

(с, р, Т) в элементах центробежного компрессора изменяются

следующим образом (рис. 18). В неподвижном направляющем аппарате скорость воздуха
увеличивается, давление и температура падают - участок

а - 1.

В колесе за счет затраты энергии происходят сжатие воздуха и увеличение скорости

его движения; температура воздуха повышается как за счет сжатия, так и за счет тепла
трения (сечение

в — в).

Наконец в диффузоре и коленообразных патрубках за счет уменьшения скорости по-

тока воздуха его давление и температура увеличиваются (сечение

2 - 2).

Рис. 18. Изменение параметров воздуха в элементах центробежного компрессора

Примерные величины давления, температуры и скорости воздушного потока и эле-

ментах центробежного компрессора показаны на рис. 18.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ СЖАТИЯ ВОЗДУХА

Сжатие воздуха в компрессоре происходит с потерями. Выше было сказано, что при

движении воздуха по компрессору неизбежно возникают гидравлические потери, которые
складываются из потерь на трение {профильные потери), на образование вихрей и на пе-
ретекание воздуха.

На преодоление сил трения приходиться затрачивать работу, эта

работа преобразу-

ется в

тепло и нагревает воздух.

содержание .. 1 2 3 4 5 ..