и нажмите кнопку «В корзину».
Основные схемы расчета осевых компрессоров 
Газ обычно поступает в первую ступень компрессора в осевом направлении. Пренебрегая влиянием трения о стенки входного патрубка, можно считать, что осевая скорость на входе в первую ступень постоянна по радиусу. Соответственно постоянно по радиусу статическое и полное давление.
На выходе последней ступени газ также имеет осевое направление; полное давление должно быть одинаково по радиусу, так как неравномерное распределение давления может вызвать радиальные течения и дополнительные потери.
Условием высокоэффективной работы ступени осевого компрессора считается постоянство полного напора и давления по радиусу лопасти рабочего колеса. Наиболее часто используются схемы расчетов, приводимые далее.
Ступень с циркуляцией, постоянной по радиусу
Из уравнения следует, что степень реактивности растет с увеличением радиуса. На рис. 5.23 показано изменение степени реактивности в зависимости от г/гср. Расчет ступени по рассмотренной теоретической схеме сводится к определению необходимых профилей лопатки для различных радиусов (основные размеры ступени предварительно уточнены). Общее требование сводится к определению треугольников входа и выхода решетки колеса, а также скоростей входа и выхода решетйи направляющего аппарата. Затем уточняют необходимые профили.
Расчет по рассмотренной схеме сравнительно прост и обеспечивает хорошее совпадение с действительным течением газа в ступени компрессора. Гидравлические потери невелики. В рассмотренной схеме расчета имеются следующие недостатки: лопатки получаются укороченными, особенно у рабочего колеса; число Маха растет с увеличением r и может достичь больших значений для периферийных сечений.
При больших производительностях компрессора у первых ступеней получаются длинные лопатки, что затрудняет их расчет по закону сит — const. При малых значениях гв/гк существует опасность получения отрицательных значений р<у втулки колеса.
Рассмотренная схема расчета характерна для ступени с осевым входом и выходом потока газа. Однако закон может быть использован в осевом компрессоре с предварительной закруткой потока по направлению и против вращения.
Предварительная закрутка потока по направлению вращения создает условия высоких периферийных скоростей при допустимых значениях чисел. В этом случае нужно использовать двигатель со сравнительно более высокой частотой вращения. Так как в ступенях такого компрессора развивается относительно высокий напор, это приводит к уменьшению числа ступеней и размеров машины. Предварительная закрутка потока в направлении, обратном вращению, обычно используется, когда имеется ограничение значения периферийной скорости. Рассмотренная расчетная схема широко используется в расчетах стационарных компрессоров, а также в транспортных мащинах с закруткой потока по вращению.
Ступень с постоянной по радиусу степенью реактивности
При такой схеме расчета исходят из следующих условий: одинаковый создаваемый напор и одинаковое приращение полного давления по радиусу, а также одинаковая степень реактивности по радиусу.
При этом обеспечивается условие одинакового по радиусу полного давления перед колесом.
На рис. 5.24,а показаны законы изменеия давлений до и после лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата, расчитанные для условий.
На рис. 5.24,б показаны треугольники скоростей входа и выхода колеса и направляющего аппарата, а также приблизительная форма профилей решеток.
На рис. 5.25 показано сравнение скоростей и числа Маха двух компрессорных ступеней, имеющие одинаковые значения сравниваемых величин при среднем радиусе, но рассчитанные для разных условий.
Изменение числа М по высоте лопатки более благоприятно для условий, что создает возможности для более высоких скоростей и напоров.
Рассмотренная схема расчета широко применяется при проектировании стационарных и особенно транспортных осевых компрессоров.
Ступень с постоянной по радиусу степенью реактивности
Кроме рассмотренных выше двух основных расчетных схем осевых компрессоров, существуют и другие схемы, исходящие из других предпосылок.
В рассмотренной схеме кроме увеличения с от втулки к периферии увеличивается также напор с увеличением радиуса.
С другой стороны, увеличение напора по радиусу создает условия для перераспределения энергии по радиусу, сопровождающееся значительными гидравлическими потерями.
Расчет осевого компрессора Задание для расчета и предварительные уточнения
Задание для расчета включает следующие данные: массовая производительность кг/с, или объемная производительность м³/с, на всасывании, давление и температура газа на всасываниии и конечное давление или степень сжатия. Часто в осевых компрессорах используется полная степень сжатия. Задаются также физические параметры газа: газовая постоянная, начальная плотность рн, показатель адиабаты и теплоемкость при постоянном давлении. Обычно задается и частота вращения л, но она может быть и рассчитана. Вначале рассчитывают основные размеры компрессора (предварительно). Для этой цели в первую очередь определяют размеры первой и последней ступеней, а затем промежуточные ступени. После уточнения основных размеров детально рассчитывают лопатки колеса и направляющего аппарата. В расчетах необходимо использовать опытные данные модельных ступеней.
На практике рассчитанные тем или иным методом компрессорные ступени дорабатывают опытным путем для получения требуемых параметров и характеристик.
В расчете учитывают назначение, требуемый КПД, число Маха и размеры компрессора.
Расчет параметров потока перед первой и на выходе последней ступени
Расчет начинают с предварительного определения параметров потока перед первой и после последней ступени. Для этой цели уточняют граничные условия, при которых работают ступени компрессора, и определяют их степень повышения давления.
При всасывании воздуха непосредственно через патрубок. Если имеется всасывающий трубопровод, то учитываем его сопротивление.
Для определения параметров потока в сечении за последней ступенью необходимо знать давление и температуру в выходном сечении компрессора.
Использование полных параметров потока целесообразно в случае, когда скорости ск и сн значительно отличаются (транспортные компрессоры).
Определение основных размеров первой и последней ступеней и числа ступеней
От расчета геометрических и кинематических параметров первой и последней ступеней во многом зависит расчет и работа промежуточных ступеней компрессора.
Вначале необходимо определить диаметр втулки и внешний диаметр колеса, по которым в дальнейшем оформляется проточная часть ступени. Для этой цели выбирают оптимальную схему проточной части, окружные скорости у втулки и на периферии лопастей колеса, а также закон изменения осевой скорости по проточной части ступени. От окружной скорости и и осевой скорости зависит высота лопаток, а, следовательно, размеры компрессора.
Увеличение скорости и (повышение частоты вращения п) и осевой скорости cz при заданной производительности и напоре приводит к уменьшению высоты лопаток, а, следовательно, размеров и числа ступеней компрессора. Однако уменьшение высоты лопаток, особенно последних ступеней, влияет на их гидравлические качества. Растет также число Маха. Выбор характерных расчетных геометрических параметров зависит от схемы расчета компрессора. К характерному геометрическому параметру относится средний или эквивалентный диаметр ступени Dcp. В ступени с постоянной по радиусу циркуляцией средний (эквивалентный) диаметр определяется как среднеарифметический диаметр втулки и обода ступени.
В ступени с постоянной по радиусу степенью реактивности средний (экквива-
лентный) диаметр представляет собой диаметр окружности, разделяющий поперечное сечение на две равные части. Расчет компрессора на заданную производительность и степень сжатия выполняются с обеспечением высокого КПД при допустимых числах Маха и при возможно минимальной массе. В стационарных компрессорах доминирует КПД, в транспортных — масса.
В первой ступени температура газа самая низкая, следовательно, скорость звука минимальная, а число Маха — максимальное. Объемная производительность первой ступени также максимальна.
Целесообразно рассчитать несколько вариантов с различными значениями и законами изменения и различной геометрией проточной части. Рассчитанные варианты сравнить между собой по числу ступеней, линейным размерам, высоте лопаток первой и последней ступеней, относительному диаметру втулки и числа Маха. Предпочтительный вариант подробно обсчитывается.
Определение размеров ступени и параметров потока на среднем диаметре
Выбранный вариант проточной части компрессора учитывает размеры промежуточных ступеней, число лопаток колеса и направляющего аппарата, а также расчетные параметры потока. В основном этим определяются давление, температура и плотность на входе в колесо и кинематика потока для среднего диаметра ступени.
Расчет ведется последовательно от входа до выхода ступени.
Определение параметров потока для ряда цилиндрических сечений
При расчете и конструировании лопатки ступени необходимо знать параметры потока нескольких цилиндрических сечений (для нескольких диаметров). Обычно сечения Выбирают на равных расстояниях по радиусу. Чаще всего три сечения: у втулки, на периферии и по среднему диаметру.
При длинных лопатках число сечений может быть больше. В первом случае параметры потока для среднего сечения определены ранее, во втором случае параметры необходимо определить.
Осевые скорости данного цилиндрического сечения практически одинаковы для ступени с постоянной по радиусу циркуляцией.
Профилирование лопастей
После определения основных размеров и кинематики потока в отдельных ступенях осевого компрессора приступают к профилированию лорастей колеса и направляющего аппарата. Для этой цели необходимы профили решеток для различных цилиндрических сечений ступени. Обычно строят среднюю линию, для которой подыскивают подходящий профиль. Выбирают испытанный высокоэффективный симметричный профиль с длиной по средней линии, равной расчетной.
После построения средней линии выбирают подходящий крыловой профиль. Затем нормально к средней линии наносят ординаты выпуклой кромки профиля и плавно очерчивают контур лопатки.
Рассмотренный метод профилирования лопаток применяется в компрессорах с кривизной профиля 40 ÷ 45°. При большой кривизне целесообразны теоретические методы расчета лопаток. При малой кривизне профиля (10°) расчет профилей можно выполнять по методу подъемных сил, который применяется в низконапорных компрессорах.
