Ступенью компрессора называют вращающееся рабочее колесо (РК) и расположенный за ним неподвижный направляющий аппарат (НА).

Назначение рабочего колеса ступени компрессора состоит в:

а) увеличении давления ; б) увеличении скорости .

В результате выполнения этих функций в рабочем колесе происходит:

1. Увеличение плотности воздуха, то есть сжатие

2. Повышение температуры воздуха, то есть его подогрев при сжатии .

3. Увеличение полного давления и температуры торможения за счет подвода извне механической работы к валу рабочего колеса .

Назначение направляющего аппаратасостоит в:

а) обеспечении угла направления воздушного потока на выходе из ступени, совпадающего с направлением этого потока на входе в рабочее колесо

б) достижении скорости потока воздуха на выходе из ступени примерно такой же, какую скорость этот поток имел на входе в колесо .

В результате выполнения названных функций в направляющем аппарате происходит:

1. Уменьшение скорости

2. Увеличение давления

3.Увеличение плотности, то есть сжатие

4. Увеличение температуры, то есть подогрев воздуха

5. Полное давление в направляющем аппарате незначительно снижается , а температура торможения остаётся практически неизменной (потери тепла в корпус и лопатки не учитываются).

Треугольники или планы скоростей ступени осевого компрессора.

Если рассечь ступень осевого компрессора цилиндрической поверхностью радиуса , разрезать по образующей эту поверхность и развернуть её на плоскость, то получим изображение профилей лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата (рис.3.17).

Рис.3.17. Изображение профилей лопаток рабочего колеса и

направляющего аппарата ступени осевого компрессора и треугольники

(планы) скоростей на входе и выходе из рабочего колеса

Для того чтобы объяснить такое расположение профилей лопаток РК и НА, рассмотрим течение воздуха в рабочем колесе и в направляющем аппарате.

Воздух, проходя через лопатки РК, участвует в двух движениях. Первое из них называют относительными обозначают (со скоростью относительно поверхности лопаток) и (углом направления относительной скорости).

Соответственно, - относительная скорость и угол направления этой скорости на входе в рабочее колесо (скорость и угол на входе в межлопаточный канал рабочих лопаток), - относительная скорость и угол направления этой скорости на выходе из межлопаточных каналов рабочего колеса.

Второе направление называют переноснымили окружным.Оно характеризуется переносной (окружной) скоростью вращения межлопаточных каналов рабочего колеса относительно его оси вращения.

Векторную сумму называют треугольниками или планами скоростей ступени (или на входе и выходе из рабочего колеса). Объединение треугольников скоростей в один полюс позволяет получить их сравнительное положение (рис.3.18).

Рис.3.18. Треугольники скоростей ступени осевого компрессора

В теории лопаточных машин треугольники имеют большое значение, так как с их помощью осуществляется решение следующих задач:

1. Производится ориентирование профилей лопаток РК и НА. Входная кромка рабочих лопаток ориентируется на угол , выходная кромка – на угол .

Входная кромка направляющих лопаток ориентируется на угол , выходная кромка – на угол .

2. По величине числа Маха или производится оценка режима течения потока в межлопаточных каналах рабочей и направляющей решетках и тип ступени (дозвуковая, трансзвуковая, сверхзвуковая).

3. Если смотреть навстречу вектору (абсолютная скорость на входе в РК), то направление окружной скорости показывает на «левое» вращение ротора двигателя (против часовой стрелки) или на «правое» вращение ротора (по часовой стрелке). Тем самым данные треугольники скоростей по

направлению вращения должны быть однотипными для всех ступеней компрессора или турбины.

4. В соответствии с теоремой Л.Эйлера о моменте количества движения находится работа на окружности, передаваемая от рабочих лопаток потоку воздуха в ступени: где - «закрутка» потока в рабочем колесе.

Если принять (эффективная работа на валу рабочего колеса), то можно с помощью планов скоростей оценить напорность (степень повышения давления воздуха ) ступени на данном радиусе, так как:

где адиабатический КПД ступени.

5. Производится оценка нагруженности рабочего колеса по величине степени реактивности. Под степенью реактивности ступени понимается отношение адиабатной работы сжатия в РК ко всей адиабатной работе ступени :

где - проекция скорости на окружное направление.

6. Находится угол поворота потока в РК и НА:

7. Определяется потребная густота рабочих лопаток (отношение хорды профиля к шагу ):

8. Находится угол установки профилей рабочих лопаток (угол направления среднегеометрической относительной скорости - медиана между скоростями и ):

или направляющих лопаток (угол направления среднегеометрической абсолютной скорости - медиана между скоростями и ):

Построение треугольников скоростей осуществляется на 3 – 5 сечениях по высоте рабочих лопаток в соответствии с принятым законом профилирования. Для ступеней компрессора используют следующие законы профилирования лопаток:

а) постоянной циркуляции (для «коротких» лопаток, имеющих относительный диаметр втулки )

б) постоянной реактивности (для «длинных» лопаток, имеющих )

В этих формулах индекс «ср» соответствует значению параметра на среднем диаметре (или на среднем радиусе) проточной части ступени. проекции абсолютных скоростей на осевое направление.