Многоступенчатый осевой компрессор Советский патент 1959 года по МПК F04D29/54 

Известно, ЧТО у многоступенчатого осевого или центробежного компрессора напор растет пропорпионально квадрату окружной скорости. Поэтому для уменьшения числа ступеней компрессора, обеспечивающего необходимый напор, желательно увеличивать окружные скорости. Однако при увеличении окружных скоростей увеличивается скорость натекания, которая может превзойти допустимые пределы, огранпчиваемьГе числом М. на входе в решетку.

Эффективным средством для преодоления этой трудности является переход к кинематическим степеням реакции порядка т 0,5. Однако сохранение постоянной степени реакции вдоль радиуса приводит к-распределению окружных составляющих абсолютных скоростей по закону, отличному от закона «свободного вихря. Ьсловие сохранения радиалЬ- ного равновесия в этом случае влечет за собой изменение осрвой скорости по высоте лопаткиВ описываемом .многоступенчатом осевом ко.мпрессоре появляется дополнительная возможность воздействия на характер распределения осевых скоростей вдоль радиуса, вследствие чего лопатки оказываются загруженными в отношении числа М по высоте более равномерно.

Это достигается искривлением канала для прохождения воздуха в меридиональном сечении таким образом, что возникающие градиенть1| статических давлений в потоке противоположны градиентам статически) давлений, обусловленным окружными составляющими С„ абсолютны ; скоростей..;;

На фиг. изображен элементарный объем воздуха, находящийся в равновесии под действием приложенных сил; на фиг. 2 - канал известного многоступенчатого компрессора с лопатками, спрофилированными

Я« 123654- 2 по закону постоянства степени реакции вдоль радиуса; на фиг. 3 - эпюра осевых скоростей для лопаток по фиг. 2; на фиг. 4 - схема искривленного канала описываемого компрессора; на фиг. 5 - эпюра распределения меридиональных скоростей С,„ {соответственно и С., ) в канале По фиг. 4; па фиг. 6 - схема проточной части предложенного многоступенчатого компрессора; на фиг. 7 - эпюра распределения осевых скоростей для лопаток с постоянной степенью реакции, помещенных в канале по фиг. 4.

Обозначения на фиг. 1: Р - статическое давление, df- элемент площади, С- суммарная центробежная сила, С„ - окружная составляющая абсолютной скорости, г - текущей радиус, dr - приращение радиуса.

При вращении элементарного объема воздуха размерами df- dr со скоростью С возникает центробежная сила С -dr-df-f)- (где р-

плотность). Так как в состоянии равновесия сумма всех сил, приложенных к выделенному объему, должна быть равна нулю, а величина противодействующей силы давления - dp df, дифференциальное уравнение радиального равновесия примет вид:

dp С/

JTиf/ -t

. dr.(1)

рг

Принимая распределение кинематической степени реакции (r/r) и напор (/7Гд) по радиусу и рещая уравнение радиального равновесия (1) совместно с уравнением энергии Эйлера

/,

Я (rrj - - С„, . -- С,, . -i-(2)

S аа I

(где СО - угловая скорость, г - внешний радиус), можно найти распределение статических давлений и абсолютных скоростей, а следовательно, и распределение осевых скоростей C,. С„ .

Из совместного решения уравнений () и (2) следует, что лопатки с постоянной циркуляцией (С„-г const) будут иметь постоянные осевые скорости по высоте, а лопатки с постоянной степенью реакции - увеличивающиеся по направлению ко втулке осевые скорости. При этом оказывается, что в последнем случае втулочные сечегшя {аиболее загружены по числу М, а остальные сечения нагружены слабоДля искривленного в меридиональном сечении, но свободного от лопаток канала (фиг. 4) будет справедливо дифференциальное уравнение радиального равновесия:

dp dr

р

где С„ -меридиональная скорость в данной точке, а / -радиус кривизны линий тока.

При наличии лопаток, враща ощихся в искривленном указанным образом канале, на выделенный элементарный объем воздуха будут действовать навстречу друг другу две центробежные силы. В результате этого изменяется характер распределения статических давлений вдоль радиуса, а следовательно, и осевых скоростей в желаемом направлении {фиг. 7).

С

Предмет изобретения

Многоступенчатый осевой компрессор, отличающийся тем, что, с целью достижения заданного расиределения осевых скоростей по высоте лопаток, канал для прохождения воздуха искривлен в меридиональном сечении таким образом, что возникающие градиенты статических давлений в потоке противоположны градиентам статических давлений, обусловленным окружными компонентами С абсолютных скоростей.