Промяна на параметрите на въздуха в аксиалните компресорни стъпала
За по-добро представяне на картината на сгъстения въздух в етапа, разгледайте графиките на промяната на абсолютната скорост на движение и налягането на въздуха в работното колело и изправителя (фиг. 7).
Въздухът влиза в работното колело при наляганеP1и скоростs1.Работното колело компресира въздуха до наляганеP2и в същото време увеличава скоростта на въздуха доs2.
Въздухът, напускащ работното колело със скоростs2и наляганеP2,влиза в изправителя. В каналите на насочващата лопатка скоростта на въздуха намалява отs2= 150 - 220m/secдоsOUT, но в същото време налягането нараства отP2доPOUT. Скоростта на изходsEXITе приблизително равна на скоростта на влизанеs1и е в рамките на 120 - 180m/sec.
Общото увеличение на налягането на въздуха в етапа е 0,12-0,3kg/cm2.В етапите на съвременните аксиални компресори повишаването на налягането (компресия на въздуха) се извършва приблизително по същия начин както в работното колело, така и в изправителя; това е показано на графиките.
Когато въздухът се компресира на един етап, температурата му се повишава с 25-30 0 С.
Ориз. 7. Промяна в скоростта и налягането в работното колело и изправящото устройство
Загуби на енергия при движение на въздуха през аксиалното компресорно стъпало
Работата, получена от колелото на компресора, не се прехвърля изцяло върху въздушния поток. Когато въздухът се движи през каналите на компресора, неизбежно възникват загуби от триене, свързани с движението на въздуха. Тези загуби се наричат хидравлични. Част от работата (енергия), прехвърлена от работното колело, се изразходва за преодоляване на загубите.въздушно течение.
Хидравличните загуби могат да бъдат разделени на три групи:
- загуби от образуване на вихри;
- загуби от изтичане на въздух.
Профилните загуби са загуби на енергия в граничния слой.
Опитът показва, че близо до повърхността на всяко тяло, облетяно от въздушен поток, се образува тънък граничен слой въздух, в който въздушният поток се забавя поради силите на триене между частиците на въздуха и повърхността на тялото.
Нека разгледаме граничния слой, образуван в близост до лопатката на аксиален компресор, когато въздушен поток тече около него (фиг. 8).
Граничният слой в близост до стената има слоеста структура: въздушните частици се движат на слоеве, един слой над друг. Въздушните частици, разположени директно на повърхността на острието, се движат бавно; колкото по-далеч са от повърхността на лопатката, толкова по-бързо се движат. Такъв граничен слой се наричаламинарен, той е нестабилен, лесно се разрушава, дебелината му е малка. Този слой създава малки загуби от триене. В дадена точка на повърхността на острието плавното движение на въздушните частици се превръща в произволно вихрово движение, въздушните слоеве на граничния слой са счупени. Въздухът спира да се движи на слоеве. Постъпателното движение на въздушните частици преминава в хаотично вихрово движение, слоевете въздух се смесват. Точка 3 се нарича преходна точка. Такъв граничен слой, където въздушните частици имат вихрово движение, се наричатурбулентен,той е много стабилен, има по-голяма дебелина от ламинарния граничен слой и следователно дава големи загуби от триене. Дебелината на граничния слой постепенно нараства: към опашката на острието достига 2 - 4mm.
Ориз. 8. Въздушен граничен слой
(1 - слоест нестабилен, 2 - вихровстабилен, 3 – точка на преход на граничния слой от нестабилен към стабилен, 4 – вихрова следа зад профил (следа)).
Профилните загуби зависят от формата на профила на лопатката и затова се наричат профилни загуби. В допълнение, профилните загуби зависят от качеството на повърхностната обработка на лопатките. Естествено, колкото по-зле е обработена повърхността на лопатките, толкова по-големи ще бъдат загубите в профила.
Граничният слой въздух се образува по всички стени на канала, през който протича въздух.
Втората група загуби на енергия по време на движение на въздушен поток е образуването на вихри. Зад лопатката се образува вихрова следа - така нареченатаследа(фиг. 8). В природата вихровият след може да се наблюдава под формата на водни вихри, образувани зад неподвижни обекти в реката, например зад опорите на мостове, зад камъни, зад скали и т.н. Потопете ръката си в течащата вода и ще видите, че от ръката на повърхността на водата се образува вихрова следа.
Ориз. 9. Образуване на сдвоен вихър
Когато въздухът се движи между лопатките, се образува повишено налягане върху „коритото“ (вдлъбнатата страна на лопатката) и намалено налягане (вакуум) върху гърба ѝ. Разликата между тези налягания кара граничния слой да се измести от дъното на остриетоAкъм задната част на остриетоB(фиг. 9). Този поток на граничния слой се развива с потока на основния въздушен поток и образува „сдвоен вихър“ - два вихра, въртящи се един към друг.
Вихрови зони също се образуват, когато въздушната струя се отдели от лопатките, както е показано на фиг. 10.
Ориз. 10. Образуване на вихрови зони при отделяне на въздушната струя от перката
Третата група загуби на енергия по време на движение на въздуха са загубите, дължащи се на въздушния поток от зоната на високо налягане към зонатапонижено налягане.
При конструкциите на аксиални вентилатори между краищата на лопатките на работното колело и вътрешната повърхност на корпуса на вентилатора има радиална хлабина от 0,5 - 2 mm .
Под действието на повишен натиск върху коритото и намален натиск върху задната страна на перката, въздухът протича над пролуката (фиг. 11). Движението на лопатката спрямо корпуса по време на въртенето на работното колело допринася за този въздушен поток.
Потокът от въздух през радиалната междина намалява ефективността на компресия на въздуха от лопатките и намалява степента на компресия на въздуха във всеки етап.
С увеличаване на скоростта на въздушния поток през компресора се увеличават хидравличните загуби.
Ориз. 11. Въздушен поток през радиалната хлабина в колелото на аксиалния компресор
За да се намалят хидравличните загуби, повърхностите на лопатките са внимателно полирани, лопатките получават добре аеродинамична форма и се опитват да намалят преливането на въздуха чрез специални уплътнения между стъпалата на аксиалния компресор.