Свойства центробежных компрессорных ступеней сравнительно хорошо изучены преимущественно при работе на воздухе в области условных чисел Маха Мц<1, соответствующей окружным скоростям колес 350 м/с. Дальнейшее увеличение окружных скоростей закрытых рабочих колес с лопатками, загнутыми назад, сдерживается соображениями прочности. Поэтому область более высоких чисел М» остается для колес такого типа малоизученной.
Широкое распространение в качестве хладагентов высокомолекулярных веществ, имеющих в среднем в 2 раза более низкую скорость звука, чем воздух при атмосферных условиях, позволило использовать область М«<;1 для центробежных компрессоров паровых холодильных машин, так как условия прочности уже не препятствуют их работе при Мы= 1,2ч-1,6 и выше. В этих случаях предельные значения Мы определяются газодинамическими факторами.
Приближенные теоретические оценки показывают, что предельно допустимые по условиям газовой динамики числа Ми увеличиваются прн уменьшении относительной ширины рабочего колеса 6а. В связи с этим наиболее перспективным казалось исследование возможности увеличения чисел Ми в ступенях со сравнительно небольшой относительной шириной Ь2. Объектом исследований были избраны концевые ступени с &2=0,033, снабженные входным регулирующим аппаратом (ВРА). Выходные углы рабочих лопаток рЛ2 варьировались в пределах 15...90 . Колеса были спроектированы для работы на фреоне-12, но их основные геометрические соотношения были приняты в соответствии с обычными для воздушных ступеней рекомендациями. Основные параметры колес приведены в табл. 1. За рабочим колесом располагался лопаточный диффузор (ЛД), позволявший изучать возможность изменения производительности за счет поворота диффузорных лопаток. Удаление лопаток давало возможность превращать лопаточный диффузор в без-лопаточный. За диффузором находилась кольцевая камера с круглыми поперечными сечениями. При расчетном положении лопаток- геометрия диффузора характеризуется следующими величинами: /)8—1,15, Л4=1,41, г®=22,—18°, 0^4=31°. Лопатки обтекаемой формы имели средние линии, изогнутые по дуге окружности, и относительную толщину профиля 5,6 %. Эффективный входной угол, определенный по площади горл межлопаточных каналов Р$е и площади перед лопатками = 19,75°. Эффективный выходной угол диффузора а4Эф=33,4°.
Опыты производились при работе ступеней на фреоне-12 и М—0,8-г 1,6. Начальное давление было близко к 0,05 МПа, а температура к 30 °С. При этих условиях свойства фреона-12 достаточно далеки от свойств идеального газа: показатель изоэнтропы оказывается переменным, а в термическое уравнение состояния идеального газа необходимо вводить поправку на сжимаемость г. Поэтому для обработки опытных данных был использован метод, изложенный в литературе, основанный на достаточно приемлемом допущении о близости фреона-12 в рассматриваемой области к идеальному пару. Такой подход позволяет представить соотношения, используемые при расчетах, в таком же виде, как в случае идеального газа. Расчеты показали, что при сравнительно небольших отношениях давлений, характерных для центробежной ступени, погрешность в определении напора при использовании допущения об идеальности паров фреона-12 даже вблизи правой пограничной кривой оказывается небольшой [3]. Например, при отношении давлений, примерно равном трем, начальной давлении 0,1 МПа и перегреве паров на 1...2°С использование соотношений, строго справедливых для идеального пара, вызывает погрешность в определении напора ступени при политропическом КПД 1]пол=0,8, составляющую около 1 % от величины, получаемой с использованием табличных данных [7]. При использовании метода работы [2] во все расчетные соотношения вместо термодинамической температуры Т приходится вводить условную температуру. Начальное и конечное значения 0,330,305 м, безразмерные величины даны в долях, поправки на сжимаемость гн и гк определяются по измеренным начальным и конечным давлениям рв и рк н измеренным термодинамическим температурам Гн и Тк с помощью таблиц или термического уравнения, состояния фреона-12, по этим же данным н калорическому уравнению состояния или таблицам определяются начальная и конечная энтальпий и гк. Условный показатель изоэнтропы ку для данного режима работы ступени определяется из соотношения.
Изложенный метод обработки опытных данных позволяет получить безразмерные характеристики ступени. В качестве таких характеристик можно выбрать, например, зависимости отношения давлений як или коэффициента мощности % и политропического КПД ступени от числа Мсо при входе в колесо. При подсчете используются формулы