Регулирование многоступенчатого компрессора путем поворота лопаток входного направляющего аппарата

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Н.Е.ЖУКОВСКОГО

"ХАРЬКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ"

КАФЕДРА ТЕОРИИ ВРД

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я   Р А Б О Т А

РЕГУЛИРОВАНИЕ МНОГОСТУПЕНЧАТОГО КОМПРЕССОРА

ПУТЕМ ПОВОРОТА ЛОПАТОК ВНА

Харьков 1999

В одновальном нерегулируемом компрессоре при отклонении режима работы от "расчетного", наряду с изменением величины p_к^*, h_к^*, наблюдается рассогласование работы ступеней, отличие в треугольниках скоростей и характере течения в пограничном слое.

Закономерности изменения осевых скоростей и обтекания лопаток различных ступеней компрессора на нерасчетных режимах определяются из условия равенства расхода воздуха и частоты вращения всех ступеней.

C_air_iF_i = C_aIr_IF_I,  ,  C_ai = C_aIr_I/r_i^.const,  ,

где I,"i" - соответственно первая и i-тая ступени компрессора,

 n - показатель политропы.

Отклонение в режиме работы компрессора сопровождается изменением степени повышения давления и соотношением коэффициентов расхода в различных ступенях.

Оптимальные величины С_а ступеней возможны лишь на "расчетном" режиме. При снижении частоты вращения (n < n_р) степень повышения давления компрессора, а следовательно, и повышение давления в каждой ступени, уменьшается. В результате этого увеличение плотности воздуха и снижение осевой скорости вдоль проточной части становится менее сильным, чем на "расчетном" режиме, то есть С_ai / С_aI ³(С_aI / C_aI )_р

Если для первой ступени компрессора при n < 1 величина С_aI близка к оптимальной, то для всех последующих ступеней С_ai  будет больше оптимальной, причем удаление от оптимального значения тем больше, чем дальше расположена ступень от входа в компрессор.

Следовательно, при уменьшении значения n наибольшие величины углов натекания потока будут наблюдаться на первых ступенях.

При снижении расхода воздуха через компрессор при постоянной частоте вращения условия работы ступеней меняются следующим образом. Уменьшение G_к приводит к снижению С_аI, увеличению степени повышения давления первой ступени и компрессора в целом. Следовательно, рассматривая две последовательно расположенные ступени, с использованием выражения (1) получим

С_aII / С_aI <(C_aII / C_aI)_p.

Коэффициент расхода второй ступени уменьшается как за счет снижения расхода через компрессор, так и за счет увеличения плотности воздуха за первой ступенью. То есть для второй ступени смещение в область пониженных С_а по отношению к оптимальному режиму существеннее, чем для первой. Вдоль проточной части этот эффект накапливается и наибольшие углы натекания, а следовательно, вероятность возникновения неустойчивого течения, будут наблюдаться на лопатках последних ступеней.

Одним из способов обеспечения близкого к расчетному обтекания лопаточных венцов на нерасчетных режимах является поворот лопаток НА (в частности ВНА).

При постоянной частоте вращения уменьшение расхода воздуха приведет к срыву потока со спинки лопаток, а увеличение - к срыву с корытца лопаток. Чтобы срыва потока с лопаток РК не происходило, необходимо изменить угол установки НА, рис.1.

Нерегулируемый ВНА                                          Регулируемый ВНА

Рис. 1 Поворот лопаток ВНА позволяет также при постоянной частоте

вращения изменять величины G_к, p_к^* вдоль линии рабочих режимов при работе компрессора в двигателе. Однако влияние такого поворота сказывается, преимущественно, лишь при обтекании рабочего колеса первой ступени.

Цель лабораторной работы состоит в применении метода расчета течения в многоступенчатом осевом компрессоре при численном исследовании течения на различных режимах, определении величины запаса газодинамической устойчивости, а также оценке влияния изменения углов установки лопаток ВНА на структуру течения и характеристику компрессора.

Последовательность выполнения работы

Расчет выполняется с использованием двумерной математической модели многоступенчатого компрессора, разработанной в ХАИ. Соответствующий комплекс программ оформлен в виде файла a2.exe.

1. Суммарные параметры компрессора определяются последовательно при следующих значениях расхода воздуха: 388.5, 401кг/с (строка 2,формат (7Х,F8.4) в файле исходных данных tt.inp). Частота вращения ротора 3000об/мин ().

В файле tt.inp задается требуемая величина расхода, запускается файл a2.exe. В процессе диалога с системой вводятся имена файлов данных графической обработки результатов (GRAF...) и формирования таблицы результатов расчета (RAS...).

2. Величина запаса газодинамической устойчивости DKу определяется на режиме Gк=401кг/с, соответствующем положению рабочей точки на характеристике компрессора в составе ГТУ.

K_у = (-1) 100%,

где индексы "р., ср." соответствуют рабочему и предсрывному режимам.

3. Строятся величины углов натекания на лопаточные венцы на среднем радиусе на рабочем и предсрывном режимах (соответственно G_к=401; 388.5кг/с). Определяются венцы, работающие в наименее благоприятных условиях.

4.Строится посчитанная предварительно ветвь характеристики исходного компрессора при n=3000об/мин (без поворота ВНА)

По имеющимся данным строится ветвь характеристики.

5. Проводится оценка влияния поворота лопаток ВНА на характеристику компрессора и положение границы устойчивой работы. Построение характеристики осуществляется по следующим точкам

Dg=-4^o