Перепуск воздуха

Перепуск воздуха является одним из наиболее простых в конструктивном отношении способов регулирования компрессора. Как видно из рис. 5.19, устойчивая работа ТРД с нерегулируемым компрессором обеспечивается только при . При меньших значенияхрасход воздуха (газа) через расположенную за компрессором турбину на установившихся режимах оказывается меньшим, чем на границе устойчивой работы компрессора. Следовательно, устойчивую работу двигателя в этой области можно обеспечить, перепустив часть воздуха из проточной части компрессора (за теми ступенями, которые работают при повышенных углах атаки в лопаточных венцах) мимо турбины через специальный клапан (клапан перепуска, рис. 5.21), управляемый системой автоматического регулирования двигателя. Открытие клапана перепуска при пониженных значениях приведенной частоты вращения в этом случае приводит к увеличению расхода воздуха только через первые ступени. В результате осевые скорости воздуха в этих ступенях увеличиваются, а углы атаки уменьшаются, приближаясь к расчетным. Это не только обеспечивает работу этих ступеней (и вместе с тем всего компрессора) без срыва, но и приводит к возрастанию их КПД, а также благоприятно сказывается на уровне вибронапряжений в лопатках

В то же время затрата дополнительной работы на сжатие воздуха, выпускаемого через систему перепуска, приводит к необходимости увеличения подачи топлива в двигатель для поддержания неизменной частоты вращения ротора ГТД и, соответственно, к увеличению температуры газов перед турбиной, что влечет за собой уменьшение объемного расхода воздуха через последние ступени компрессора. В результате осевые скорости воздуха в этих ступенях уменьшаются, а углы атаки увеличиваются, также приближаясь к расчетным, что приводит к увеличению напора и КПД последних ступеней. Таким образом, открытие клапана перепуска при пониженных значениях приводит к увеличению запаса устойчивости компрессора, увеличениюи к повышению КПД как первых, так и последних его ступеней.

Однако следует подчеркнуть, что положительный эффект перепуска наблюдается только при пониженном значении компрессора. При высокихсрыв потока возникает, прежде всего, в последних ступенях. Поэтому открытие клапана перепуска в этом случае из-за вызванного им увеличения углов атаки в последних ступенях приведет к более раннему срыву, т. е. не к увеличению, а к снижению запаса устойчивости.

На рис. 5.22 показан примерный характер изменения запаса устойчивости компрессора с большим, работающего в системе ТРД, при закрытом и открытом клапане перепуска. С точки зрения обеспечения максимального запаса устойчивости необходимо открывать клапан перепуска воздуха, как только приведенная частота вращения окажется меньшей, чем в точкеm. Однако непроизводительные затраты мощности на сжатие перепускаемого воздуха приводят к ухудшению экономичности двигателя при включении перепуска. Поэтому на практике значение, при котором открываются окна перепуска, обычно располагается левее точкиmи соответствует минимально допустимому запасу устойчивости при работе двигателя без перепуска.

Щелевой перепуск.Срыв потокаcлопатках первой ступени компрессора на границе устойчивости при< 1 обычно происходит, прежде всего, в периферийной чести рабочих лопаток, где углы атаки возрастают наиболее значительно. Для расширения диапазона устойчивой работы первой ступени, а с ней и всего компрессора (каскада), на ряде авиационных ГТД применяются специальныенадроторные устройства. Эти устройства выполняются, например, в виде кольцевой полости, расположенной над рабочим колесом первой ступени (и несколько впереди него) и сообщенной с проточной частью компрессора через щели или отверстия. Один из возможных вариантов их выполнения показан на рис. 5.23. Ориентация щелей или отверстий подбирается при этом так, чтобы была возможность возникновения кольцевого течения воздуха по типу изображенного на рис. 5.23.

Рис. 5.23. Схема организации

кольцевого перепуска воздуха