Нагнетатель статический напор от скорости вращения. Компрессоры авиационных ГТД. Система с регулированием скорости
Насосы обычно подразделяют на два основных типа: объемные
и центробежные
.
Объемные насосы
приводят жидкость в движение за счет изменения
объема камеры с жидкостью механическими средствами. Объемные насосы
представляют собой нагрузку с постоянным моментом на валу, тогда как конструкция
центробежных насосов предполагает переменный момент, зависящий от скорости.
передают импульс жидкости за счет вращения рабочего колеса,
погруженного в нее. Импульс приводит к росту давления или подачи на выходе насоса.
В данной статье рассматриваются только центробежные насосы.
Центробежный насос является устройством, которое преобразует энергию привода в кинетическую энергию жидкости путем ее ускорения к наружному ободу рабочего колеса - импеллера. Суть здесь состоит в том, что создаваемая энергия является кинетической. Количество энергии, передаваемое жидкости, соответствует скорости на кромке лопасти импеллера. Чем быстрее вращение импеллера или чем больше его размер, тем выше скорость жидкости на кромке лопасти и тем выше энергия, передаваемая жидкости. Образование сопротивления потоку регулирует кинетическую энергию жидкости на выходе импеллера. Первоначальное сопротивление создается спиральной камерой насоса (корпусом), в которую жидкость попадает и замедляется. Когда жидкость замедляется в корпусе насоса, часть кинетической энергии переходит в энергию давления. Именно сопротивление подаче насоса регистрируется на манометре, установленном на нагнетательном трубопроводе. Насос создает поток, а не давление. Давление является показателем сопротивления потоку.
Напор - Сопротивление потоку
Пример:
Представьте трубу, струя воды из которой направлена строго вверх, в воздух. Напором будет высота, на которую поднимется вода.
ДЛЯ НЬЮТОНОВСКИХ (ИСТИННЫХ) жидкостей (такие невязкие жидкости как вода и бензин) мы используем термин напор для измерения кинетической энергии, создаваемой насосом. Напором является высота водяного столба, которую насос может создать за счет кинетической энергии, которая передается жидкости. Главная причина использования напора вместо давления для измерения энергии центробежного насоса заключается в том, что давление на выходе насоса при изменении веса жидкости меняется, а напор нет.
Поэтому с использованием термина напор мы можем всегда указать производительность насоса по любой ньютоновской жидкости, тяжелой (серная кислота) или легкой (бензин). Помните, что напор связан со скоростью, которую приобретает жидкость при прохождении через насос. Все виды энергии, имеющиеся в системе потока жидкости, можно охарактеризовать с помощью высоты водяного столба. Сумма разных напоров составляет общий напор системы или работу, которую насос будет выполнять в данной системе. Выделяются следующие виды напоров:
Термины, связанные с насосами
ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ существует, когда питающий резервуар находится ниже осевой линии насоса. Таким образом, геометрическая высота всасывания является вертикальным расстоянием от осевой линии насоса до свободного уровня жидкости, предназначенной для перекачки.
ПОДПОР возникает, когда питающий резервуар (высота всасывания) находится выше осевой линии насоса. Таким образом, геометрический подпор является вертикальным расстоянием от осевой линии насоса до свободного уровня жидкости, предназначенной для перекачки.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ НАПОР является вертикальным расстоянием между осевой линией насоса и точкой свободного истечения или поверхностью жидкости в приемном резервуаре.
ПОЛНЫЙ ГИДРОСТАТИЧЕСКИЙ НАПОР является вертикальным расстоянием между свободным уровнем в питающем резервуаре и точкой свободного истечения или поверхностью перекаченной жидкости (в приемном резервуаре).
ПОТЕРИ НА ТРЕНИЕ (hf) - потери на преодоление сопротивления потоку, которое возникает в трубопроводе и патрубках. Сопротивление зависит от размера, состояния и типа трубопровода, количества и типа патрубков, скорости потока и типа жидкости.
СКОРОСТНОЙ НАПОР (hv)
- это напор, образующийся в результате движения жидкости со скоростью V. Скоростной напор можно вычислить по следующей формуле:
h v = v 2 / 2g
, где: g = 9,8 м/с, V = скорость жидкости, м/с
Скоростной напор обычно незначителен, и его можно игнорировать в большинстве высоконапорных систем.
Однако он может сыграть серьезную роль в низконапорных системах, и его необходимо учитывать.
НАПОР ДАВЛЕНИЯ необходимо учитывать, когда насосная система начинается или заканчивается в резервуаре, имеющем неатмосферное давление. Вакуум в питающем резервуаре или положительное давление в приемном резервуаре необходимо добавить к напору системы, тогда как положительное давление в питающем резервуаре или вакуум в приемном резервуаре необходимо вычесть. Вышеперечисленные виды напоров, а именно гидростатический напор, потери напора при трении, скоростной напор и напор давления вместе образуют напор системы при определенной скорости потока.
ВАКУУМЕТРИЧЕСКАЯ ВЫСОТА ВСАСЫВАНИЯ (hs) является геометрической высотой всасывания с учетом потерь и скоростного напора. Вакуумметрическая высота всасывания определяется по показаниям прибора на всасывающем фланце. Если допустимая вакуумметрическая высота превышена, то в насосе возникает кавитация.
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАПОР НА ВЫХОДЕ (hd) - это геометрический гидростатический напор, плюс скоростной напор на выпускном фланце насоса, плюс общие потери напора на трение в нагнетательном трубопроводе. Общий гидродинамический напор на выходе (определяется при испытании насоса) является показанием измерительного прибора на выпускном фланце.
ПОЛНЫЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ НАПОР (TDH)
- это гидродинамический напор на выходе с учетом вакуумметрической высоты всасывания:
TDH = h d + h s
(при подъеме жидкости на высоту всасывания)
TDH = h d - h s
(при наличии подпора)
МОЩНОСТЬ Работа, совершаемая насосом, является функцией полного напора и веса закачиваемой жидкости за определенное время. В формулах обычно используют объемную подачу насоса и удельный вес жидкости, а не реальный вес перекачиваемой жидкости. Потребляемая мощность (N) является реальной мощностью, подводимой к валу насоса. Подача насоса или полезная гидравлическая мощность (Nn) является мощностью, которую насос передает жидкости. Эти две величины определяются следующими формулами:
Характеристики насоса, такие как подача, напор, КПД и потребляемая мощность показаны графически на кривых работы насоса.
Размер насоса, 2x3-8, показан в верхней части графика. Цифры 2x3-8 указывают на то, что выход (выпускной канал) имеет размер 2 дюйма (может быть представлено в мм), вход (всасывающий канал) - 3 дюйма, а импеллер - диаметром в 8 дюймов. Некоторые производители указывают этот код в виде 3x2-8. Большее из первых двух цифр - это впускной канал. Скорость насоса (об/мин) также указывается в верхней части графика, и показывает производительность при скорости в 2960 об/мин.
Вся информация представлена для данной рабочей скорости. Производительность или объемная подача показаны вдоль нижней части кривой. Все различные уровни подачи показаны для рабочей скорости в 2960 об/мин, но показывают влияние напора при дросселировании выхода. Левая часть кривых производительности показывает напор, создаваемый при разных скоростях потока.
На графике сопоставлены несколько кривых подачи и напора, каждая характеризует разные (урезанные) размеры импеллера. Для данного насоса диапазон импеллеров варьируется от 5,5 до 8,375 дюймов.Кривые КПД накладываются на график (вертикальные линии) и характеризуют КПД данного насоса от 64 до 45 процентов. По мере того как увеличивается напор, поток и КПД уменьшаются. Потребляемая мощность показана пунктирной линией, проведенной по диагонали с правого нижнего угла к верхнему левому. Кривые потребляемой мощности показаны для диапазона 80 - 325 кВт. При использовании 8-ми дюймового импеллера с подачей в 250 м /ч, потребляемая мощность составит около 270 кВт.
Рабочие характеристики насоса и системы
Кривая работы насоса является простой функцией физических характеристик насоса. Кривая работы системы полностью зависит от размера трубопровода, его длины, количества и расположения коленчатых патрубков и от других факторов. Место пересечения этих двух кривых является фактической рабочей точкой. В этой точке давление насоса соответствует потерям системы, и все сбалансировано.
Если система подвержена частым или продолжительным изменениям, необходимо изменять характеристики насоса или параметры системы.
Есть два метода, которые используются для обеспечения переменного потока. Один из методов - это дросселирование, которое приводит к изменению характеристики системы за счет дроссельного клапана. Другой метод заключается в изменении скорости вращения насоса, что приводит к изменению рабочей характеристики насоса.
При использовании этого метода дополнительное сопротивление потоку увеличивает напор. Характеристики системы при 2х разных положениях клапана показаны ниже.
Для сравнения давайте воспользуемся примером для определения потребляемой мощности системы при дросселировании, затем для системы с регулированием скорости. Используется насос (с 8-ми дюймовым импеллером), работающий с номинальной скоростью 2960 об/мин. Насос предназначен для работы в системе, требующей напора в 250 метров при потоке 250 м /ч. Смотрите кривую работы насоса ниже
На основе информации, представленной на графике, можно узнать различные требования по мощности при скоростях потока, указанных в таблице ниже, для системы дросселирования.
где,
Nn
- гидравлическая мощность (кВт)
N
- потребляемая мощность (кВт)
Система с регулированием скорости
В отличие от вышеприведенного метода, при регулировании скорости изменяются .
Более низкая скорость насоса изменяет кривую работы насоса на основе скоростного напора, образованного скоростью перекачиваемой жидкости. Помните, что этот напор равен v 2 / 2g.
Законы подобия
Набор формул, используемых для того, чтобы спрогнозировать работу центробежного насоса в любой рабочей точке на основе исходных характеристик насоса называется законами подобия.
где,
n
= Скорость вращения насоса
Q
= Подача (м /ч) Р
= Давление (м) N
= Мощность (кВт)
Используя тот же пример, как при дросселировании, можно посчитать потребляемую мощность для систем, когда скорость насоса составляет:
где N
- потребляемая мощность на валу в кВт.
Воспользуйтесь законами подобия для вычисления значений в остальных рабочих точках.
Очевидно, что при регулировании скорости потребляемая мощность в режиме не полной подачи значительно меньше, чем при дросселировании. Чтобы определить реально потребляемую электрическую мощность, необходимо также учитывать КПД электропривода. КПД электродвигателя работающего от сети снижается при не полной нагрузке на валу (как в случае дросселирования), тогда как КПД регулируемого электропривода остается неизменным, что дает дополнительную экономию. Энергосбережение будет зависеть от количества времени, которое насос будет работать на каждом значении пониженной скорости.
Для подсчета реальной экономии потребляемую мощность нужно умножить на количество часов работы. Полученное значение затем умножается на стоимость за кВт*ч, чтобы показать стоимость работы насоса при каждом значении подачи. Отнимите значения потребляемой мощности при регулировании скорости от значений мощности при дросселировании, чтобы получить разницу в стоимости затраченной энергии.
В нашем примере при подаче в 200 м /ч при дросселировании потребляется 240 кВт, а при регулировании скорости для той же подачи требуется всего 136,2 кВт. Если необходимо обеспечить такой режим в течение 2000 часов в год при цене в 2 рубля за кВт/ч, сравнение стоимости будет следующим:
Система дросселирования:
240 х 2000 = 480000 кВт*ч
480000 х 2 = 960 тыс. рублей
Система с регулированием скорости:
136,2 х 2000 = 272400 кВт*ч
272400 х 2 = 545 тыс. рублей
Экономия:
960-545 = 415 тыс. рублей
Данный пример не был привязан к напору. Напор не влияет на характеристику системы и потребляемую мощность при регулировании подачи. Чем выше гидростатический напор системы, тем ниже возможности по энергосбережению. Связано это с тем, что характеристика системы более плоская, т.к. большая часть энергии используется на подъем жидкости на необходимую высоту.
по материалам Rockwell Automation, Inc.
[Отменить ответ]
Страницы:
Подача может быть выражена по-разному:
Q - объемная подача, [м 3 /c];
G - массовая подача, [кг/c].
Между массовой и объемной подачей есть взаимосвязь:
Измерить
подачу насоса можно различными приспособлениями:
Для измерения подачи используются также автоматические приборы, передающие информацию о подаче на ЭВМ в форме электрического сигнала.
Одной из важнейших задач, которые приходится решать при эксплуатации центробежного насоса, является регулирование его подачи. Наибольшее распространение на практике получили следующие способы регулирования подачи:
Напорную характеристику можно получить только при испытании реального насоса. Обычно испытывают насос при какой-либо скорости вращения рабочего колеса, перекачивая воду, и находят напор по показаниям измерительных приборов (формула 2 или 3), при различных подачах данного насоса.
Полезная мощность обозначается N п, измеряется в СИ в Ваттах [Вт].
Полезную мощность можно определить по формуле:
| (6) |
Общий к.п.д. выражает, какая доля потребляемой насосом энергии преобразуется в полезную энергию. Полезная энергия - это энергия, отдаваемая жидкости. Потребляемая энергия - это энергия, затрачиваемая двигателем при вращении рабочего колеса насоса. Полезная энергия меньше, чем потребляемая, так как в процессе преобразования энергии, осуществляемого центробежным насосом, часть энергии неизбежно теряется. К.п.д. насоса оценивает его энергетическое совершенство. Чем больше к.п.д. насоса, тем эффективней он использует потребляемую энергию.
Другими словами, мощность на валу - это энергия, передаваемая валу рабочего колеса от электродвигателя.
Обозначается мощность на валу N в, измеряется в СИ в Ваттах - [Вт].
Мощность на валу и полезная мощность связаны соотношением:
Типичная для центробежного насоса зависимость мощности на валу от подачи представлена на рисунке. В общем, при увеличении подачи потребляемая мощность растет.
Подобные графические характеристики представлены в каталогах и справочниках насосного оборудования. Однако следует иметь в виду, что эти характеристики относятся к перекачке воды, поэтому для определения действительной мощности, потребляемой насосом при перекачке жидкости, плотность которой отлична от плотности воды, нужно выполнить пересчет:
Прежде чем говорить о допустимой высоте всасывания, необходимо сначала разобраться, что называют высотой всасывания. Следующий рисунок поясняет смысл этого термина.
Высотой всасывания называют расстояние по вертикали от уровня жидкости в расходном резервуаре до всасывающего патрубка насоса.
Кавитация - крайне нежелательное явление, заключающееся в образовании пузырьков из пара перекачиваемой жидкости, поступающей в насос, и резком схлопывании этих пузырьков внутри насоса.
Пузырьки образуются, если давление в потоке жидкости снижается до давления ее насыщенного пара. Обычно во всасывающем трубопроводе давление снижается от расходного резервуара до насоса. Поэтому минимальное давление (максимальное разрежение) действует перед насосом или на входе в рабочее колесо насоса. Именно там и проявляется кавитация.
Это явление сопровождается вибрацией в трубопроводной системе и насосе и ведет к быстрому разрушению рабочих органов насоса.
Чтобы кавитации не возникало, высота всасывания должна быть меньше допустимой, рассчитанной по формуле:
где n - скорость вращения рабочего колеса, [об/с].
Если на всасывающем трубопроводе есть задвижки, то при работе насоса они должны быть полностью открыты, а их коэффициенты сопротивлений ζ должны быть учтены при расчете допустимой высоты всасывания по формуле (10).
Работа нагнетателей характеризуется рядом параметров, из которых основными являются: подача (производительность), напор H , давление P , потребляемая мощность N , коэффициент полезного действия (КПД) η
Подача (производительность). В практике применяются понятия: объемная L и массовая G подача. Объем жидкости, подаваемой нагнетателем в единицу времени (м 3 /ч, л/с), называется объемной подачей.
Масса жидкости, подаваемая нагнетателем в единицу времени (кг/ч, кг/с), называется массовой подачей G=ρL , где ρ– плотность перемещаемой среды, кг/м 3 .
При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной части машины. Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной полости только в насосах и приблизительно одинакова в вентиляторах. В компрессорах, вследствие существенного сжатия перемещаемой среды, объемная подача по длине проточной части уменьшается. Поэтому объемную подачу компрессоров исчисляют при так называемых нормальных условиях: температура Т =293 К, давление Р =100 кПа, ρ =1,2 кг/м 3 .
Напор. Работу, совершаемую рабочим органом насоса, принято относить к весу жидкости, проходящей через насос. Эта величина называется напором H и измеряется в метрах водяного столба (м вод.ст.). Иными словами, напор –это энергия, сообщенная единице веса жидкости, прошедшей через насос:
где C 2 , C 1 – скорость жидкости, м/с;
g – ускорение силы тяжести, м 2 /с;
Z 2 , Z 1 – высота уровня, м;
Pст 2 – статическое давление на выходе из насоса, Па;
Pст 1 – статическое давление на входе в насос, Па;
γ – удельный вес, Н/м 3
Давление . Работу, совершаемую рабочим органом газодувной машины (вентиляторы, компрессоры) принято относить к объему газа, прошедшего через машину. В этом случае уравнение (1.1) принимает следующий вид:
Произведение gH называется давлением и представляет собой энергию, сообщенную единице объема газа, прошедшего через нагнетатель. Так как gZ значительно меньше остальных слагаемых в выражении (1.2), то можно получить следующую формулу для давления:
Мощность. Мощностью называется энергия, сообщаемая или затрачиваемая в единицу времени. Работа, сообщаемая нагнетателем в секунду подаваемой среде, называется полезной мощностью. Для насоса
Для воздуходувной машины
Вследствие потерь энергии в приводе и системе передачи электродвигателя, мощность на валу нагнетателя
где N э – мощность электродвигателя, кВт;
h э – КПД привода;
h пер – КПД передачи.
В свою очередь, вследствие потерь энергии в нагнетателе, полезная мощность нагнетателя будет меньше мощности на валу:
где h н – КПД нагнетателя.
КПД нагнетателя. Потери энергии в нагнетателях подразделяются на гидравлические, объемные и механические.
Механическими потерями называются потери мощности на трение в рабочем органе нагнетателя DN . Механический КПД
Объемные потери DL возникают вследствие утечек жидкости через уплотнения в нагнетателе и перетоков из областей высокого давления в области низких давлений. Объемный КПД:
Гидравлический КПД учитывает гидравлические потери энергии DP г внутри нагнетателя:
КПД нагнетателя равен произведению этих трех КПД:
Для оценки энергетической эффективности системы элетродвигатель-нагнетатель применяется КПД установки:
Энергетическая эффективность применения нагнетателей в инженерных системах зависит от степени рациональности этих систем, методов регулирования подачи перемещаемой среды, качества монтажа и эксплуатации.
Одним из приемов расширения области применения центробежных насосов является изменение их числа оборотов.
Скорость вращения ротора центробежного насоса существенно влияет на его основные показатели: подачу Q, напор Н и мощность на валу насоса N.
При изменении скорости вращения ротора центробежного насоса с n1 до n2 оборотов в минуту подача, напор и мощность на валу изменяются в соответствии с уравнениями:
Эти соотношения называются законом пропорциональности.
Из приведенных уравнений закона пропорциональности следует:
По этим формулам производится пересчет характеристик насоса на новое число оборотов.
Для построения новой характеристики насоса при частоте вращения n2 следует на заданной характеристике насоса Н=f (Q) при частоте вращения n1 взять несколько произвольных точек при различных подачах Q и соответствующих им значений Н. Далее, используя законы пропорциональности, следует вычислить значения расхода Q2 и напора Н2. По новым значениям Q2 и Н2 построить новые точки и через них провести новую характеристику насоса Н=f (Q) при новом числе оборотов n2.
При построении кривой кпд (η-Q) пользуются тем, что кпд насоса при изменении числа оборотов в довольно широких пределах остается практически постоянным. Уменьшение числа оборотов до 50% практически не вызывает изменений кпд насоса.
Определение частоты вращения вала насоса, обеспечивающей подачу заранее обусловленного расхода воды.
Частоту вращения n2, соответствующую нужному расходу Q2 следует находить, используя законы пропорциональности, приведенные выше.
При этом следует знать, что если взять на заданной характеристике насоса Н при частоте вращения n1, то она будет характеризоваться определенными значениями расхода Q1 и напора Н1. Далее, при уменьшении частоты вращения до n2, используя законы пропорциональности, можно получить новые значения координат этой точки. Ее положение будет характеризоваться значениями Q2 и Н2. Если еще уменьшить частоту вращения до n3, то после перерасчета получим новые значения Q3 и Н3, характеризующие точку и т.д.
Если соединить все точки плавной кривой, то получим параболу, выходящую из начала координат. Следовательно, при изменении частоты вращения вала насоса значение напора и подачи насоса будут характеризоваться положением точек, лежащих на параболе, выходящей из начала координат и называемой параболой подобных режимов.
Для определения Q1 и Н1, входящих в соотношения
Так как парабола должна пройти через точку с координатами Q2 и Н2, постоянный коэффициент параболы k может быть найден по формуле:
Н2 берется с характеристики трубопровода при заданном расходе Q2 или вычисляется по формуле:
где Нг – геометрическая высота подъема; S – коэффициент сопротивления трубопровода.
Для построения параболы нужно задаться несколькими произвольными значениями Q. Точка пересечения параболы с характеристикой насоса Н при числе оборотов n1 определяет значения Q1 и H1, и частота вращения определяется, как
Потребная скорость вращения ротора насоса может быть определена аналитически:
для водопроводных центробежных насосов по формуле:
где n1 и nпотр – соответственно нормальное и потребное число оборотов в минуту;
Нг – геометрическая высота подъема;
Q потр – потребная подача;
n и m – соответственно число ниток водовода и число насосов;
а и b – параметры насоса;
S – сопротивление одной нитки водовода;
для фекальных центробежных насосов по формуле.
Тема сегодня достаточно непростая из-за своей изначальной обширности и сложности теории осевого компрессора. По крайней мере для меня она всегда в определенных аспектах была таковой:-). Но исходя из политики сайта постараюсь ее сократить до основных понятий, упростить и втиснуть в одну статью.Что получится, не знаю… Увидим:-)…
При этом… Говоря о таких сложных устройствах, как авиационный газотурбинный двигатель, несмотря на постоянное стремление к простоте рассказа, приходится периодически обращаться к точным техническим наукам. Благо, что такое бывает не часто, не глубоко и обычно хватает школьного курса физики. Прямо, как сейчас:-).
Итак, чуть-чуть теории.
Видеоэндоскоп VJ-Advance фирмы RF System Lab.
Такого рода приборы достаточно совершенны, обладают большим количеством функций и позволяют гарантированно обнаружить и всесторонне оценить любое повреждение в компрессоре практически в любой части его воздушного тракта.
Для того чтобы щуп видеоэндоскопа попал в проточную часть, в корпусе компрессора (обычно между лопатками НА) выполняются отверстия (порты) небольшого диаметра, закрывающиеся герметичными легкосъемными пробками. Ротор компрессора при этом вращается либо вручную (за лопатки) из воздухозаборника, либо с помощью специального приспособления (обычно большие двигатели на пилонах).
Немного о конструкции.
Роторы осевых компрессоров по конструктивному исполнению могут быть трех типов: барабанные, дисковые или диско-барабанные . При выборе типа конструкции учитываются различные параметры: масса, сложность, жесткость в сборе, несущая способность, окружные скорости ротора. Чаще применяются диско-барабанные конструкции. Диски в зависимости от параметров двигателя соединяются между собой и с валом сваркой, болтовыми соединениями, с помощью специальных шлицов.
Схемы конструкции ОК. 1 - барабанного типа, 2 - диско-барабанного типа, 3 - дискового типа.
Пример двигателя с компрессором диско-барабанной конструкции (Rolls-Royce RB.162-86).
На концах ободов диска закреплены лопатки . Способ крепления, типичный для компрессора – так называемый «ласточкин хвост » с индивидуальным гнездом для каждой лопатки. Лопатки также могут набираться в кольцевой паз на ободе диска. Это тоже «ласточкин хвост», но с кольцевыми рабочими поверхностями .
Лопатки ОК с хвостовиками "ласточкин хвост" различной конфигурации.
Гораздо реже применяется способ крепления с замком типа «елочка ». Такой способ чаще применяется для крепления лопаток турбины.
Кроме того длинные лопатки (обычно передних ступеней) для уменьшения нагрузок на перо и устранения лишней вибрации могут закрепляться шарнино в кольцевых пазах обода диска с фиксацией специальными пальцами.
Такие лопатки под действием центробежной силы во ремя работы двигателя радиально ориентируются самостоятельно (двигатель АЛ-21Ф-3). Длинные лопатки передних ступеней для уменьшения вибрационных нагрузок могут иметь специальные сопрягаемые друг с другом бандажные полки (обычно в верхней половине пера лопатки или на нескольких уровнях).
Крепление лопаток осевого компрессора.
Двигатель PW4000 с двумя бандажными полками на вентиляторе.
Однако в современных ТРДД с большой степенью двухконтурности нашли применение широкохордные лопатки (в ступенях вентилятора) без бандажных полок. Это позволяет повысить аэродинамическую эффективность вентилятор (до 6%), увеличить общий расход воздуха и повысить экономичность двигателя (до 4%). Кроме того снижается масса вентилятора и уровень его шума.
Бандажированные лопатки ОК.
Широкохордные лопатки изготавливаются с использованием новейших достижений техники. Используются специальные композитные материалы на основе полимеров (ПКМ), делаются пустотелые лопатки из титановых сплавов с сотовыми заполнителями а также лопатки из неполимерных композитных материалов (например борное волокно в алюминиевой матрице с титановой обшивкой).
Статор компрессора выполняется либо в виде цельных секций, либо собранных из двух половин (верх-низ). Лопатки направляющего аппарата крепятся в наружном корпусе, обычно в объединяющем кольце.
Лопатки вентилятора. Широкохордная и обычная с бандажной полкой.
В зависимости от нагрузок, вибрации и назначения они либо консольные, либо (что чаще) по внутреннему корпусу тоже объединены кольцом с уплотнениями (сотовые или легкоистираемые (например алюмографит – Al 2 O 3 + 8-13% графита)). Встречные уплотнения (обычно гребешковые с лабиринтом) стоят в этом случае на роторе. Это позволяет предотвратить вредные перетекания воздуха на НА.
Материалы компрессора – сплавы алюминиевые, титановые, а также стали.
На некоторых современных двигателях нашли применение рабочие колеса компрессоров, выполненные по технологии “Blisk ” (сокращенно от bladed disk ), иначе еще называемой IBR (integrally bladed rotor). В этом случае рабочие лопатки и само тело диска выполнены как одно целое. Это один узел, чаще всего литой, или сварной и соответствующим образом обработанный.
Крепление лопаток НА осевого компрессора.
Такие конструкции ощутимо прочнее сборных дисков. В них значительно меньше концентраторов напряжений, таких например, которые неизбежно присутствуют при использовании крепления лопаток по принципу «ласточкин хвост». Кроме того масса всей конструкции меньше (до 25%).
Кроме того качество поверхности узла и его обтекаемость гораздо лучше, что способствует уменьшению гидравлических потерь и повышению КПД ступени с таким диском (вплоть до 8%). Есть, правда у «блисков» и существенный недостаток. В случае какого-либо повреждения лопатки замене подлежит весь диск, а это неизбежно влечет за собой разборку двигателя.
Диск с рабочими лопатками, изготовленный по технологии "Blisk".
В такой ситуации акутальным становится наряду с бороскопами использование специального оборудования (напрмер фирмы Richard Wolf GmbH ) для зачистки забоин и местного устранения возникающих дефектов лопаток. Такого рода операции производятся с использованием все тех же смотровых окон, которые имеются практически на всех ступенях современных компрессоров.
Блиски устанавливаются чаще всего в КВД современных ТРДД. Примером может служить двигатель SaM146 .
Можно и без компрессора.
Современный авиационный ГТД вкупе со всеми обеспечивающими его работу системами и узлами очень сложный и тонкий агрегат. Компрессор в этом плане пожалуй на первом месте (может быть делит его с турбиной:-)). Но обойтись без него невозможно.
Чтобы двигатель совершал работу должен быть аппрата для сжатия воздуха. Да к тому же нужно организовать поток в газовоздушном тракте пока двигатель на земле. В этих условиях компрессор авиационного ГТД ничем не отличается от компрессора наземной ГТУ.
Однако стоит самолету подняться в воздух и начать разгон, как условия меняются. Сжатие воздуха происходит ведь не только в компрессоре, но и во входном устройстве, то есть в воздухозаборнике. С ростом скорости оно может достичь и даже превзойти величину сжатия в компрессоре.
На очень больших скоростях (в несколько раз превышающих скорость звука) степень повышения давления достигает оптимального значения (соответствующего максимальным тяговым характеристикам или максимальным характеристикам экономичности). После этого компрессор, как и приводящая его турбина, становятся ненужными.
ТРД и ПВРД в сравнении.
Происходит так называемое «вырождение» компрессора или иначе «вырождение»ТРД , потому что двигатель перестает быть газотурбинным и, оставаясь в классе воздушно-реактивных, он уже должен быть прямоточным воздушно-реактивным двигателем .
Самолет МиГ-25РБ.
ТРДФ Р15Б-300.
Примером двигателя, находящегося, так сказать, на пути к вырождению компрессора является двигатель Р15Б-300 , устанавливавшийся на самолеты МиГ-25 и изначально предназначенный для полетов с большими . Этот двигатель имеет совсем «короткий» компрессор (5 ступеней) со степенью сжатия 4,75. Большая доля сжатия (в особенности на сверхзвуке) происходит в воздухозаборнике МиГ-25.
Однако, это уже темы для других статей.
Спасибо, что дочитали до конца.
До новых встреч.
Фотографии кликабельны .
В конце еще несколько картинок по теме, которые «не влезли» в текст……….
Треугольники скоростей для ступени осевого компрессора.
Гнезда для лопаток вентилятора по принципу "ласточкин хвост" CFM56.
Пример шарнирного крепления лопаток осевого компрессора.
Пустотелая титановая лопатка вентилятора с сотовым заполнителем.
