Суммарную долю потерь в ступени с ВРА экспериментально можно определить как разность КПД ступени с ВРА и без него Ат)—т)—% (рис. 3). Точки пересечения кривых с осью ординат характеризуют потер;: собственно в аппарате и входном участке. Наибольшая их величина — около 5 % — приходится на ВРА-Ц. По данным статических продувок коэффициент суммарных потерь ?ВРА+?ву при 0=0 наибольший для ВРА-Ц; для двух других аппаратов значения $ близки между собой и существенно меньшие, чем в первом случае. Если учесть еще и более высокий уровень скорости на входе в ВРА-Ц, то указанная разница в КПД становится вполне объяснимой. Используя данные по коэффициентам потерь (см. рис. 2, а), можно определить долю КПД ступени, теряемую на участке от входного сечения (0—0) до входа в рабочее колесо и на каждом из элементов, по формуле, в которую вместо подставляют, соответственно, Свра и Сву.
При регулировании ступени (0^0) взаимосвязь потерь на элементах ступени с ее КПД становится менее явной. Для ступеней рассматриваемого типа оптимальная производительность определяется минимальными потерями в рабочем колесе, что соответствует небольшим положительным или близким к нулю углам атаки. При наложении закрутки на входе каждому значению угла потока аг (или углу 0) соответствует единственное значение расхода, при котором 1=0, вытекающее из рассмотрения треугольников скоростей для безударного натекания на входе:
Расчетные значения ф2 = ф1 к? Для различных установочных углов 0 не совпадают с опытными значениями ф2т> отвечающими максимальным КПД ступени по характеристике, т. е. условие 1=0 (или близкое) не определяет оптимальный режим ступени при регулировании посредством ВРА. Действительно, расчет углов атаки I по опытным значениям ф27П с использованием данных статических продувок по углу ах (с учетом раскрутки ба) показывает, что безударное натекание имеет место лишь в интервале —15°^0^15°, с дальнейшим поворотом лопаток величина угла достигает значений 20° и более. Это результат рассогласования работы колеса и БлД. Изменение характеристики рабочего колеса при регулировании посредством ВРА эквивалентно переносу ее вдоль оси на некоторую величину Дф до достижения безударного входа потока. БлД же рассчитан на определенную производительность ф2р (при 0=0°).
Потери в РК и БлД в функции от ф2 представляют собой параболические зависимости со смещенными на величину Дф осями. Их сумма есть также парабола. В зависимости от соотношения абсолютных величин потерь и крутизны ветвей не-равнобочных парабол точка минимума суммарных потерь находится внутри интервала ф2р± Дф и определяет режим максимального КПД ступени при заданном положении лопаток ВРА.
Из треугольников скоростей также следует, что поворот лопаток в направлении вращения колеса и против него на одинаковый угол вызывает несимметричное изменение векторов с1г и относительно исходного положения при 0=0.
При одном и том же значении угла 0 величина смещения характеристики различна для каждого аппарата (см. таблицу). Это происходит потому, что углы значит, и отличны и достигается различный эффект регулирования. Поэтому сравнение эффективности различных ВРА при одинаковых углах 0 не корректно. Правильнее сравнивать ступени при одинаковых средне-интегральных углах а1СР во входном сечении колеса. В зависимости от диапазона изменения числа МШ1 его влиянием можно либо пренебречь, что и сделано в последующих рассуждениях, либо произвести приведение данных, например, по известной формуле
При небольшом отличии степеней окружной и радиальной неравномерностей потока за каждым из ВРА такое сравнение носит универсальный характер, поэтому становится логичным характер изменения максимального КПД ступени Дт1==т)—т)0 (т)0—КПД ступени без ВРА) на рис. 3: ВРА-Р обеспечивает наибольшую закрутку потока, и КПД изменяется наиболее резко; для ВРА-0 характерна обратная картина. Во всех случаях максимальный КПД имеет место при 0=15...30°, что соответствует положительным углам атаки 1=5-5-10°.
На рис. 4, а представлено обобщение экспериментальных данных по углу а1СР, подтверждающее правомерность такого сравнения. Потери в БлД находились из уравнения баланса энергии (1): где приближенно принимались, чем к потерям в рабочем колесе отнесены также дисковые потери и протечки. Потери в тракте ВРА — входной участок Дт)0_1 подсчитывались по формуле (4). Имеющийся разброс экспериментальных точек объясняется влиянием неравномерности потока на входе в колесо.
Некоторое смещение минимума кривой в сторону отрицательных углов закрутки вызвано тем, что именно при таких углах наблюдается увеличение расходности ступени в среднем на 10 %. Это эквивалентно сужению диффузора при неизменной производительности, что, до известного предела, улучшает течение в БлД.
Из рис. 4 следует, что отличие в КПД ступени с различными ВРА определяется, в основном, только разностью суммарных потерь во входном тракте ступени. Различный характер выпуклости кривых Дл0-1 объясняется взаимодействием двух факторов (4): коэффициентом потерь ? и величиной абсолютной скорости потока на входе, которая зависит от глубины регулирования расхода.
Расходность ступени неизменна лишь при идентичных условиях на входе. Поэтому обобщения расходных характеристик только по параметру сс1Ср недостаточно, так как ВРА имеют различные величины коэффициента расхода и характер их изменения при регулировании (см, рис. 2, г). Это замечание справедливо и для обобщения данных по коэффициенту напора ступени с различными ВРА (рис. 4, б). Более низкий уровень ^ад для ступени с ВРА-Р объясняется тем, что параметры в сечении 0—0 принимались равными атмосферным, в то время как в остальных случаях сечение 0—0 располагалось во входном патрубке, где имело место некоторое дросселирование потока. Во всех опытах наблюдалось изменение напора в полном соответствии с уравнением Эйлера. Выводы
1. Конструктивный анализ работы ступени с ВРА возможен только на основе детального изучения структуры потока и составляющих потерь на входе в ступень.
2. Результаты статических продувок ВРА могут быть с успехом использованы для количественного анализа работы регулируемой ступени.
3. Предложены способы сравнения эффективности регулирования ступени посредством различных ВРА (по совмещенным характеристикам, по средне-интегральному углу закрутки).
4. Основным резервом увеличения экономичности при регулировании ВРА является обеспечение минимальных потерь не только во ВРА, но и во входном участке ступени, прежде всего на режиме без закрутки потока.
5. Наиболее экономичными следует считать осевые ВРА с малым втулочным отношением, с центральным телом и предкрылками.
