книги / Центробежные компрессоры

Можно определить текущее, «местное» значение к. п. д. диф­ фузора в зависимости от г. В общем виде

При dhw = 0,25%âdl!b и обратно пропорциональной зависи­ мости между с я г

Местный к. п. д. БЛД уменьшается от максимального значе­ ния при г = 1 и при г > 46 sin а/К становится отрицательным. В результате «средний» к. п. д. по (3.7) уменьшается с ростом г:

Очевидно, потери трения — это минимальные потери, которые могут иметь место в БЛД при отсутствии вихревых потерь и потерь смешения, обсуждаемых ниже. На рис. 3.1 даны^зави-

Последнее приближенное равенство является строго справед­ ливым в БЛД с Ъ — const, р = const и при отсутствии вязкости. Тогда скорость в диффузоре обратно пропорциональна радиусу,

а < 0, в середине а > 0. Требующее для своего существования затраты энергии вторичное течение увеличивает потери в БЛД. Разность потерь в БЛД со вторичным течением и потерь от тре­ ния о стенки в том же диффузоре, но при воображаемом течении с а = f (b) = const по аналогии с канальными диффузорами можно назвать вихревыми потерями. Очевидно, при течении с не­ которой заданной скоростью с составляющая сг создает касатель­ ные напряжения, компенсирующие в пограничном слое тем большую часть градиента давления dpldr, чем больше составля­ ющая сг по отношению к си. Экспериментальные данные пока­

с большим расходом, в соответствии с формулой (3.5) уменьшает потери трейия, уменьшая одновременно и потери вихревые.

Приведенный выше анализ относился к несколько идеализи­ рованному БЛД с равномерным потоком на входе. Структура

потока на выходе из РК оказывает существенное влияние на характер течения и энергетические характеристики. На рис. 3.3 показана несимметричная картина возникновения вихревой зоны в БЛД, связанная с неравномерностью параметров потока на выходе из РК по высоте лопаток 62 [11].

Наблюдаемые при экспериментах со ступенями эффекты полу­ чены и при статической продувке БЛД, предпринятой В. Ян­ сеном [89]. Осесимметричный стационарный поток с различными профилями скорости в меридиональной плоскости на входе в диф­ фузор создавался с помощью вентилятора и специальных вра-

Рис. 3.3. Расположение зон обратного течения в БЛД при меридиональной не­ равномерности потока на входе

щающихся экранов. Как и при экспериментах с РК [11], при несимметричном профиле в БЛД образовывались зоны обратного течения, попеременно на каждой стенке (первая там, где ско­ рость на входе была больше). При а < 15° течение становилось неустойчивым, разделяясь в направлении 0 на несколько струй

и застойных зон, причем эти зоны вращались относительно оси z

внаправлении закрутки потока си. Рост угла а приводил к уве­ личению эффективности. При а = 25,5° к. п. д. БЛД составлял 0,855, при а = 43° он достигал 0,92.

Течение по схеме струя—след (см. п. 2.3) на выходе из РК в относительном движении делает абсолютный поток нестацио­ нарным, что оказывает влияние на состояние пограничных слоев на стенках БЛД.

Потери смешения системы струя—след принципиально сле­ довало бы относить к РК. Большинство публикуемых экспери­ ментальных данных по эффективности БЛД получено в результа­ те измерений в контрольном сечении 2е—2е (см. рис. 1.1) на ради­ усе г «=* 1,05, так как часто цитируемые данные [84 ] предсказы­ вали быстрое затухание следов после РК.

Выбор положения измерительного сечения 2Ъ—2! при испы­ таниях ступеней с ЛД определяется обычно небольшой протя­ женностью безлопаточного участка, т, е. обычно также прц

3.2. Взаимное влияние колеса и БЛД

При дозвуковых скоростях возмущения передаются вверх и вниз по потоку, поэтому конфигурация и режим работы каждого элемента ПЧ влияют в той или иной степени на течение в после­ дующих и предшествующих элементах. Влияние РК на работу диффузора проявляется в наибольшей степени из-за высокого уровня абсолютной скорости в сечении 2—2 (см. рис. 1.1) и зна­ чительной неравномерности относительной скорости w2 в напра­ влениях 0 и z (см. п. 2.3). В результате поле абсолютной скорости на входе в диффузор является существенно нестационарным и неравномерным в направлении z.

В зависимости от конструкции и режима работы РК поле абсо­ лютной скорости на входе в диффузор может быть разным, так же как и эффективность одного и того же БЛД. На рис. 3.4 показано осредненное по времени поле скоростей в БЛД (измерения обыч­ ным пневмометрическим способом). Обращает внимание раз­ личие в характере сг = / (Ь) на г = 1,05г2 при изменении режима работы РК по расходу. При ф2 = 0,232 обратное течение на

ментах со ступенями и отмечено при статической продувке (см. п. 3.1). При ф2 = 0,232 намечается, а при ф2 = 0,145 заметно обратное течение на г = 1,05, которое, вероятно, захватывает некоторую область РК (обратные течения из БЛД в РК наблю­ дались экспериментально). Такое течение не может не оказывать влияния на работу колеса. В работе [11] показано, что при су­ жении начального участка БЛД до b ^ 0 ,7 b2 обратные течения на г — 1,05 во всем диапазоне характеристик исчезают при ра­ боте с традиционными РК с рл2, равным 22,5, 45 и 90°.

Учет взаимного влияния РК и БЛД важен для оптимизации проточной части. Это влияние следовало бы также учитывать при поэлементных расчетах, для чего его нужно описать количе­ ственно. Экспериментальное изучение проблемы связано с опре­ деленными трудностями. Традиционные пневмометрические изме­ рения в сечении 2 '—2' инерционными измерительными систе­ мами не дают информации о периодической нестационарности поля абсолютной скорости, связанной с течением по схеме след— струя в относительном движении. Нестационарное давление р\ осредняется по времени такой системой произвольно, в соот­ ветствии с индивидуальными свойствами системы. Эти свойства могли бы быть определены динамической тарировкой, но этого обычно не делают из-за сложности процедуры. Таким образом, даже при самом тщательном осреднении параметров (см. п. 1.2) по площади сечения 2 '—2' неизвестно истинное значение затор­ моженного давления за колесом, что делает экспериментальные данные по эффективности колес и диффузоров несколько услов­ ными. Задача решается использованием безынерционных

Давление за РК Ири заданной расходе, что Может вызвать уменьшение нагрузки на сильнонагруженных выходных частях лопаток и соответствующее уменьше­ ние напора.

При оптимизации системы РК + БЛД нужно принимать во внимание возможное влияние формы диффузора на потери сме­ шения за колесом. В работе [11] проведен качественный анализ влияния меридиональной формы начального участка БЛД на эти потери. Расчетное соотношение получено на основании тео­

номерный, потерь смешения нет), а т характеризует форму на­

нии прилегающего к РК участка БЛД потери смешения меньше* Однако по сравнению с диффузором при b = Ъ2 = const потери трения увеличиваются. Поэтому оптимизация БЛД за счет мери­ дионального профилирования должна производиться с учетом особенностей колеса.

Влияние типа колеса на характеристики БЛД демонстрируют графики, приведенные на рис. 3.7. Диффузор испытан с тради­ ционными РК с р л2, равным 22° 30у , 45° и 90°. Характеристики БЛД при работе с достаточно эффективными «насосным» и «ком­ прессорным» колесами практически совпадают. Неэффективное

в БЛД. Хотя количественной корреляции между эффективностью РК и БЛД пока предложить не удалось, в целом всегда заметно увеличение потерь в диффузоре при работе с менее эффектив­ ным РК. В п. 3.3 показано, что основной рост потерь при этом происходит на входном участке с радиальной протяженностью

г= 1 - г - 1 , 2 .

Безразмерные характеристики БЛД зависят от способа обра­ ботки экспериментальных данных (рис. 3.8). Представлены коэф­

большая диффузорность колеса связана с выбором угла наклона покрывающего диска из соображений унификации). БЛД с ЬЮ2 = = 0,044 испытан с высокоэффективным РК ЛПИ (г\прк ^ 0,935). Кривые 1 соответствуют £д, подсчитанному по эксперименталь­ ным данным обычным способом. Давления /?* и р в сечениях 2' —2' и 3—3 (см. рис. 1.1) осреднены по площадям. По осредненным значениям давлений определены потеря напора в БЛД и кине­ тическая энергия в сечении 2 '—2 ', к которой отнесен потерянный