Подсчет газодинамических характеристик отдельных элементов ступеней
Для подсчета газодинамических характеристик отдельных элементов ступеней — колес, диффузоров и кольцевой камеры — были использованы результаты измерений статического давления на стенках проточной части при выходе из колеса на диаметре и за диффузором.
Максимальные значения КПД ступеней, обеспечиваемые отношения давлений и относительные диапазоны работы по производительности (разность наибольшего и наименьшего значений, при которых, отнесенная на режиме максимального КПД), полученные при неизменном расчетном положении диффузорных лопаток, приведены в табл. 2. Из этой таблицы следует, что рост числа Ми вызывает уменьшение ступеней со всеми типами колес. Во всем исследованном диапазоне с достаточной эффективность^ работают ступени с малыми углами 22,5°. Ступени с углами рЛ2=63 и 90° имеют приемлемые значения КПД только при Мы^1. Колеса, обозначенные в табл. 1 и 2 как 45-1 и 45-11, имели одинаковые выходные углы Рл2—45°, но отличались числом лопаток н формой их входных кромок. Первое из этих колес было спроектировано в соответствии с рекомендациями для воздушных машин, оно обеспечило получение высокого КПД при М«^1, но дальнейший рост Ми привел к значительному понижению КПД ступени. Второе колесо имеет увеличенную на 18 % площадь горл на входе межлопаточных каналов, что обеспечило более широкий диапазон эффективной работы и менее интенсивное снижение КПД при увеличении числа.
Ограничение максимальной производительности, связанное с запиранием колеса при высоких числах может быть объяснено появлением околозвуковых скоростей перед геометрическими горлами межлопаточных каналов — в газодинамических «горлах», расположенных вверх по потоку по отношению к геометрическим горлам.
Связь между числом Мш, подсчитанным по средней относительной скорости потока перед лопатками колеса, и числом в горле при отсутствии потерь на рассматриваемом участке определяется соотношением.
Результаты расчета зависимости показывают, что число может достигать критического значения только во вполне определенной области значений, соответствующей, например, в случае колеса. Полученные результаты показывают, что при расчете колес, предназначенных для работы при высоких, выполнения условия минимума относительной скорости при входе в межлопаточные каналы уже недостаточно для обеспечения экономичной работы ступени на заданной производительности. При расчете колеса необходимо убедиться в том, что число не превосходит предельного значения, при котором достигается критическая скорость в межлопаточных каналах.
При обычных для воздушных ступеней коэффициентах расхода фг2 ступени с малыми углами способные экономично работать при более высоких числах Мы, обеспечивают больший напор или большие отношения давления, чем с колесами, запирающимися при меньших Мы. При использовании лопаточного диффузора помпаж возникает при больших положительных углах атаки перед диффузорными лопатками. Не останавливаясь на вопросах регулирования характеристик ступеней поворотом диффузорных лопаток или лопаток ВРА, рассмотренных в литературе [6], отметим, что уменьшение угла установки лопаток диффузора Ядз позволяет сместить зону работы ступени в область больших значений и тем самым устранить запирание колес при высоких числах Ми- В этом случае ступень с большим углом Рла обеспечивает больший напор или отношение давлений, чем ступень с меньшим углом РЛ2, работающая при таком же числе Ми.
В работах показано, что газодинамические характеристики колес и диффузоров, полученные по измерениям статического давления, не зависят от того, с каким типом колеса работает диффузор или какой диффузор расположен за данным колесом. Это открывает широкие возможности для расчетного синтеза характеристик различных ступеней по характеристикам их отдельных элементов. Такой подход может значительно |ускорить процесс создания новых центробежных компрессоров, так как позволяет уменьшить объем экспериментальных работ, требуемых для отработки новой ступени. Полученные результаты позволили разработать математическую модель ступени центробежного компрессора, дающую возможность рассчитывать на ЭВМ характеристики ступеней на основе аналитических аппроксимаций опытных характеристик элементов ступеней и создать программы аппроксимации двумерных, зависящих-от режимного параметра и числа М, характеристик элементов с произвольными границами.