4.2. Формы проточной части осевого компрессора (каскада).

При одинаковом расходе воздуха через все ступени компрессо­ра увеличение плотности воздуха по мере сжатия его в отдельных ступенях должно сопровождаться согласно уравнению расхода либо снижением осевой скорости, либо уменьшением площа­ди проточной части.

Снижение осевой скорости в последних ступенях компрессора невыгодно. Из формулы следует, что при данных параметрах решетки РК ( и ) это повлечет за собой пропорциональное снижение закрутки воздуха в колесе и, соответственно, . В конечном счете это приведет к снижению адиабатной ра­боты в каждой из этих ступеней. Поэтому для достижения заданной величины (и, соответственно, ) придется увеличивать число ступеней.

Уменьшение площа­ди проточной части достигается уменьшением высоты лопаток. Это приводит к увеличению доли концевых потерь и снижению КПД ступени, которое становится особенно существен­ным при > 0,85 ... 0,9.

Поэтому обычно принимается комп­ромиссное решение, когда при переходе от первых к последним сту­пеням одновременно уменьшается и высота лопаток, и осевая ско­рость воздуха. Уменьшение с_а в последних ступенях улучшает также условия работы рас­положенной за компрессором камеры сгорания.

Обычно в авиационных компрессорах скорость воздуха на вы­ходе из последней ступени равна 120—180 м/с. Большие значения относятся здесь к компрессорам с меньшей степенью повышения давления или с большим расходом воздуха, у которых лопатки по­следних ступеней получаются достаточно длинными и при повы­шенных значениях с_а.

Уменьшение высоты лопаток от ступени к ступени может до­стигаться либо увеличением внутреннего диаметра, либо уменьше­нием наружного диаметра рабочих колес и направляющих аппара­тов, либо, наконец, одновременным изменением обоих диаметров, Возможные формы проточной части многоступенчатых компрессоров (каскадов) показаны на рисунке. По конструктивным и тех­нологическим соображениям наиболее удобными являются схемы, в которых либо наружный, либо внутренний диаметр у всех ступе­ней остается одинаковым. В схеме а (с постоянным наружным диаметром) средний радиус постепенно возрастает от ступени к ступени, что позволяет получить благодаря бóльшим окружным скоростям (и, следовательно, более высоким значениям ) более высокую адиабатную работу сжатия в каждой из средних и последних ступеней, чем для схемы б (при одинаковых параметрах первой ступени), и за счет этого уменьшить потребное число ступеней. Вместе с тем, при одних и тех же значениях и и при одинаковой скорости на входе в схеме а высота лопаток в последних ступенях получается (из-за большего среднего диаметра) заметно меньшей, чем в схеме б, что неблагоприятно сказывается на КПД последних ступеней. Кроме того, несмотря на уменьшение числа ступеней в схеме а (по сравнению со схемой б), масса компрессора уменьшается при этом не очень сильно, так как последние ступени в схеме а получаются более тяжелыми из-за большего их диаметра. Таким образом, каж­дая из этих схем имеет свои достоинства и недостатки.

В компрессорах авиационных ГТД часто применяются компро­миссные схемы, в которых уменьшение высоты лопаток достигается одновременным уменьшением наружного диаметра и увеличением внутреннего диаметра ступеней. При этом средний диаметр ступе­ней либо остается примерно постоянным (схема в) или, чаще, в первых ступенях используется, главным образом, увеличение D_вт, а в по­следних — уменьшение D_к (схема г).