Назначение и основные требования

Компрессор служит для сжатия воздуха и подачи его в камеру сгорания.

Основными элементами компрессора являются ротор с рабочими лопатками и статор – корпус со спрямляющими аппаратами и противопомпажными устройствами.

Наличие компрессора позволяет получить тягу при работе двигателя на месте, приводит к увеличению тяги и уменьшению удельного расхода топлива двигателя на скоростях полета с числом М = 2, 5 - 3.

Основными параметрами компрессора являются:

1. Степень повышения давления воздуха увеличение которой до оптимальной повышает тягу двигателя, уменьшает удельный вес двигателя и удельный расход топлива. Увеличение расчетной возможно за счет роста числа ступеней или повышения напорности отдельных ступеней, а также за счет применения сверхзвуковых ступеней.

2. Производительность компрессора G_B, определяемая количеством воздуха, проходящего через компрессор за 1 сек.

3. Коэффициент полезного действия компрес­сора, который также определяет экономичность двигателя; современ­ные компрессоры имеют =0, 87 - 0, 91. Коэффициент полезного действия компрессора зависит от того, насколько тщательно (по точнос­ти расчетов и чистоте поверхностей лопаток и корпуса) выполнена проточная часть компрессора, насколько соответствуют углы обте­кания лопаток статора и ротора расчетным значениям, как обеспечи­ваются минимальные осевые и радиальные зазоры между неподвиж­ными и вращающимися деталями компрессора и т. д.

4. Скорость вращения ротора компрессора, которая лежит в пределах п = 2000-21 000 об/мин.

5. Число ступеней, которое для многоступенчатых ком­прессоров составляет 7—18. Уменьшение числа ступеней при заданной степени повышения давления можно достигнуть путем увеличения окружной скорости ротора. Однако максимальное значение окружной скорости U_a на наружном радиусе рабочего колеса ограничивается числом = 0, 85-0, 95 (по относительной скорости) для дозвуко­вых скоростей, что соответствует U_a = 300-350 м/сек. Кроме того, повышение окружной скорости в дозвуковых ступенях ограничено увеличением абсолютной скорости на входе в спрямляющий аппарат, которая при некотором значении может стать сверхзвуковой. В сверхзвуковых ступенях U_H ограничивается только прочностью лопаток рабочего колеса и обычно не превышает 400—450 м/сек.

6. Относительный диаметр втулки характе­ризует габариты компрессора; для первых ступеней относительный диаметр втулки по типам ГТД равен:

ТРД ………………………….. = 0, 4-0, 6

дтрд………………………….. = 0, 35 – 0, 4

ТВД …………………………. = 0, 5 – 0, 7

Больший ТВД объясняется тем, что габариты компрессора определяются габаритами редуктора.

Компрессор является одним из основных элементов ГТД, во мно­гом определяющим размеры, вес, экономичность и ряд других важных конструктивных показателей и особенностей двигателя. Поэтому к компрессору предъявляются серьезные требования, основными из которых являются следующие:

1) обеспечение заданной степени повышения давления воздуха при значительной производительности и сравнительно небольшом числе ступеней, малых габаритах и весе;

2) высокое значение к. п. д. на рабочих режимах;

3) устойчивая работа в широком диапазоне скорости вращения ротора, обеспечивающая равномерную (без пульсаций) подачу возду­ха в камеру сгорания;

4) простота конструкции, обеспечивающая легкость монтажа и демонтажа компрессора, низкую стоимость его изготовления, ремонта и технического обслуживания;

5) высокая эксплуатационная надежность;

6) хорошая компоновка с камерой сгорания и другими узлами дви­гателя.

Перечисленные требования наиболее полно удовлетворяются в осе­вых многоступенчатых компрессорах, которые применяются в боль­шинстве современных ГТД. Центробежные компрессоры, стоявшие на первых ГТД, в настоящее время используются в основном в мало­мощных ГТД и турбостартерах.

Рассматривая требования, предъявляемые к компрессору, необхо­димо остановиться на некоторых мерах, которые связаны с выполне­нием перечисленных требований. Например, при увеличении степени повышения давления осевого компрессора требуется более сложная механизация, и при больших необходимо изменять схему компрес­сора для расширения границ его устойчивой работы. Кроме того, при повышении и увеличении расчетной скорости полета температура воздуха за компрессором становится настолько высокой, что затруд­няется использование его для охлаждения лопаток и дисков турбины, корпусов, опор подшипников и других деталей двигателя.

Вес компрессора также зависит от выбранного значения , кото­рая определяет число ступеней, от его конструкции, рационального выбора материалов, формы проточной части, принятой силовой схемы ротора и статора, геометрии рабочих и спрямляющих лопаток и ряда других факторов. Вес компрессора составляет до 40— 45% веса ТРД и до 30% веса ТВД.

Для сохранения высоких значений к. п. д. (помимо тех мер, которые были рассмотрены ранее для расчетных режимов) на нерасчетных режи­мах применяют поворотные лопатки направляющих и спрямляющих аппаратов, перепуск воздуха из компрессора в атмосферу, двух- и трехроторные компрессоры. Благодаря этому расширяется диапазон устойчивой работы компрессора, облегчается запуск двигателя и повы­шается его экономичность на нерасчетных режимах.

В двух- и трехроторной схеме роторы компрессоров низкого, сред­него и высокого давления имеют между собой только газодинамичес­кую связь. Так как степень повышения давления в каждом из них не­велика, то необходимость в специальном регулировании компрессора отпадает или такое регулирование значительно упрощается.

Осевые компрессоры классифицируют:

1) по числу роторов — на одно-, двух- и трехроторные; примене­ние двухроторных компрессоров позволило увеличить степень повыше­ния давления до 10—18 и более, а трехроторных — в некоторых ДТРД позволяет увеличить до 20—30;

2) по скорости воздуха на входе в рабочее колесо — на дозвуковые и сверхзвуковые.