Подготовка исходных данных

Д.А. Ахмедзянов, А.Б. Козловская

Методика расчета и моделирование осевых компрессоров авиационных ГТД

УГАТУ, кафедра авиационных двигателей

Тел. (347) 273-79-54, e-mail: ada@ugatu.ac.ru

Аннотация:

Приведены выбор и подготовка исходных данных для расчета осевого многоступенчатого компрессора, методика расчета компрессора по среднему диаметру, расчет закрутки лопаток в нескольких сечениях по радиусу проточной части.

Ключевые слова:

авиационные двигатели, осевые компрессоры,

способы закрутки лопаток, профилирование.

Лопаточные машины широко используются в различных областях техники: ракетостроении (турбонасосные агрегаты), стационарной энергетике и машиностроении (паровые и газовые турбины, компрессоры для сжатия различных газов), наземном транспорте и газотурбинных установках для судов. Но главная область их применения – авиация, что объясняется их несомненными достоинствами по сравнению с другими типами машин: малым удельным весом, возможностью получения больших мощностей в малых габаритах, непрерывностью рабочего процесса, наличием только вращательного движения элементов конструкции.

В авиации компрессоры применяются и во вспомогательных агрегатах – пусковых устройствах для основного газотурбинного двигателя (турбостартерах), устройствах для обеспечения летательного аппарата сжатым воздухом (турбокомпрессорах).

Полезный технический эффект компрессора достигается при движении воздуха во вращающихся лопаточных каналах рабочего колеса. Возникающие при этом силы гидродинамического давления и силы взаимодействия между лопатками и рабочим телом позволяют осуществлять преобразование механической энергии в энергию давления.

Несмотря на то, что осевые компрессоры используются в авиации уже достаточно давно, вопросы разработки эффективных методов их расчета и проектирования с целью создания экономичных и высоконапорных компрессоров остаются актуальными и в настоящее время.

Подготовка исходных данных

После проведения термогазодинамического расчета двигателя на заданном режиме становятся известными некоторые параметры на входе в компрессор (степень повышения давления в компрессоре , полное давление воздуха на входе в компрессор , полная температура воздуха на входе в компрессор , расход воздуха через компрессор , частота вращения ротора , адибатический КПД компрессора )

Затраченная работа компрессора рассчитывается по формуле:

Далее необходимо произвести распределение затраченного напора по ступеням с соблюдение условия:

где z – число ступеней, - затраченный напор в i -й ступени.

Затраченная работа в первой дозвуковой ступени связана со средней затраченной работой () следующим приближенным соотношением:

Если первые ступени – околозвуковые, то величина может достигать значений , а если сверхзвуковые – . Затраченная работа в средних ступенях на (15…20)% больше средней работы, а в последних ступенях примерно равна ей, причем она будет выше в компрессорах с формой проточной части .

В первом приближении можно задаться распределением, показанным на рисунке 1.

Рисунок 1 – Распределение затраченной работы

по ступеням дозвукового однокаскадного и двухкаскадного компрессоров

КПД ступеней, входящих в компрессор, как правило, неодинаковы. В первых и последних дозвуковых и трансзвуковых он оказывается на (1,5…2,5)% ниже среднего, а в первых сверхзвуковых он ниже на (2…4)%. В средних ступенях КПД больше среднего на (1…2)%.

Исходными данными для расчета многоступенчатого осевого компрессора являются:

1) полное давление воздуха на входе в компрессор , Па;