Изменение угла установки лопаток НА приводит к изменению окружной составляющей с\и на входе и позволяет в довольно широких пределах регулировать при заданном числе оборотов величину #'ат и степень повышения давления. При этом в зависимости от характеристики сети расход воздуха или са будет изменяться так же, как при изменении числа оборотов. По сравнению с дросселированием поворот лопаток направляющего аппарата является более экономичным способом регулирования, так как одновременно с уменьшением Яад уменьшается и затрачиваемая работа: Нк = а\ Если бы /у*д и Нк изменились в одинаковой степени при изменении Дф, то очевидно, что к. п. д. компрессора оставался бы постоянным. Однако из-за дополнительных потерь, обусловленных поворотом лопаток, затраченная работа изменяется медленнее, чем адиабатическая. Сравнивая значения #к при двух углах установки лопаток направляющего аппарата, получаем ДЯК= Д/Уал + Д^/?, где ALr—изменение потерь вследствие поворота лопаток.
В центробежных компрессорах, так же как и в осевых, изменение числа оборотов является наиболее распространенным способом регулирования. Свойства, присущие этому способу, применительно к осевому компрессору (см. разд. 9.2.1) полностью сохраняются и для центробежного компрессора. Следует лишь отметить, что в центробежных компрессорах могут встречаться характеристики с пологим изменением степени повышения давления в зависимости от GB.np при данном приведенном числе оборотов. Очевидно, что на пологом участке характеристики постоянное значение як* будет соответствовать только определенному числу оборотов, а возможность иметь постоянную степень повышения давления при различном числе оборотов будет относиться только к крутым и вертикальным участкам характеристики, соответствующим повышенным числам М на входе в лопаточный диффузор.
При работе с перепуском, когда напор увеличивается, к. п. д. г|к.Эф , как правило, возрастает, несмотря на непроизводительную затрату мощности на сжатие перепускаемого воздуха. Если не учитывать перепускаемого воздуха, то , т- е- Равен обычному адиабатическому к. п. д. Этот к. п. д. дет характеризовать лишь изменение режимов работы отдельных ступеней и компрессора в целом при перепуске, но не отражает действительного соотношения между полезной и затраченной мощностью. о,ч Изложенное иллюстрируется характеристиками многоступен-(73 чатого компрессора с перепуском и без перепуска, состроенными 02 по расходу воздуха на выходе из компрессора для средних (рис. 9.17, а) и малых (рис. 9.17,6) оборотов. Из них следует, что при среднем числе оборотов, составляющем 60% от расчетных, перепуск увеличивает степень повышения давления с 1,85 до 2,1, т. е. на 13%. Максимальный к. п. д. компрессора без учета перепускаемого воздуха возрастает от 0,64 до 0,76, т. е. на 19%; к. п. д. л* эф, учитывающий затрату мощности на перепускаемый воздух, возрастет примерно на 5%.
Как уже указывалось, режим работы первой ступени может находиться в левой части ее характеристики при работе компрессора с пониженными приведенными оборотами. Режимы работы других ступеней, расположенных до перепуска, будут в меньшей степени смещаться в левую часть своих характеристик при уменьшении приведенных оборотов, и может оказаться, что в ступенях, расположенных вблизи от перепускного устройства, режим работы находится уже в правой части характеристик. Поэтому перепуск будет оказывать различное влияние на работу отдельных ступеней, расположенных до перепуска. В последних ступенях компрессора, расположенных после перепускного устройства и работающих при приведенных оборотах в правой ветви характеристики, коэффициент расхода при открытом перепуске будет уменьшаться вследствие увеличения напора и роста плотности воздуха в ступенях, расположенных до перепуска.
Если при повороте лопаток сохраняется такой же угол атаки, как и на исходном режиме, то тем самым создаются благоприятные условия для получения достаточно высокого к. п. д. В этом случае и адиабатический (или политропический) напор будет изменяться немного. Однако сохранение угла атаки в элементарных ступенях одновременно на всех радиусах невозможно. Это объясняется тем, что при повороте всех сечений лопатки на один и тот же угол ДОк проходные сечения по высоте лопатки будут изменяться по-разному. В результате должно происходить перераспределение расхода по радиусу и соответственно изменение скоростей и углов атаки, что связано с дополнительными потерями. Определение этих потерь и к. п. д. ступени практически возможно только экспериментальным путем. 9.2.4. 2. Экспериментальные характеристики ступени осевого компрессора при различных углах установки лопаток На рис. 9. 14 показаны характеристики ступени осевого компрессора с различными углами установки лопаток: пунктиром нанесены линии, соответствующие расчетному углу атаки на среднем радиусе.
Как и при повороте лопаток направляющих аппаратов, рост расхода при увеличении АФц и уменьшении угла атаки (Дг<0) будет ограничиваться запиранием решетки рабочего колеса. Режимы работы с возрастанием угла атаки (Дг>0) будут ограничиваться неустойчивым режимом работы ступени. При различных углах установки рабочих лопаток угол потока на выходе можно записать в виде Р2 = й204-Д»к-Д8, (9.14) где Д6 = 6—-б'о — изменение угла отставания потока на выходе при нерасчетном угле установки лопаток. Делая допущение, что Д6 = О, получим для изменения теоретического напора выражение Hth = Сд ctg(ftio+ да,, — Af) — ctg СРао +АЭч) д HthO CaO ctg p, с - ctg ho Угол поворота (отклонения) потока в решетке при новом угле установки лопаток связан с исходным углом поворота потока соотношением, которое вытекает из уравнений (9.12) и (9.14): ДВ = —р, = р20 — 810 —д8 + дг = д30 — д§ f-дг. При дг = 0 и д8 = 0 Д^ = Д30, т. е. угол поворота потока при всех углах установки рабочих лопаток остается постоянным.
При сохранении угла атаки осевые скорости будут для каждого угла установки различными. Треугольники скоростей на выходе зависят как от угла установки, так и от условий, принятых на входе (рис. 9. 10, б, в). Изменение треугольника скоростей и углов атаки определяется изменением характеристики сети при повороте рабочих лопаток. Как показано ниже, поворот рабочих лопаток при постоянном угле атаки вызывает относительно небольшое изменение коэффициента напора. Если на исходную характеристику компрессора нанести характеристику при i0 = const (рис. 9.11), проходящую через точку А и соответ- ствующую различным углам установки рабочих лопаток, то очевидно, что сохранить постоянным угол атаки, имеющийся в точке А, возможно только при изменении характеристики сети.
Для устойчивой работы при пониженных расходах и приведенных оборотах (характеристика С рис. 9. 9) требуется, наоборот, значительно уменьшить углы установки лопаток направляющих аппаратов в первых ступенях и относительно немного увеличить их в последних ступенях. Такое изменение углов является оправданным, ибо, как уже указывалось, при работе на пониженных расходах и одном и том же числе оборотов необходимо в первых ступенях уменьшать углы установки лопаток с целью получить углы атаки, обеспечивающие необходимый запас устойчивой работы. Так, например, если предположить, что при расчетном угле установки лопаток направляющих аппаратов режим работы первой ступени при пониженном расходе переместится в точку С (см. рис. 9.5), где угол атаки возрастет на 5°, то для сохранения угла атаки (Д£ = 0) при этом расходе необходимо уменьшить угол установки на 8°, т. е. переместить режим в точку D.
Рассмотрим сначала характеристику В. Из предыдущего известно, что при пониженных оборотах производительность компрессора ограничивают последние ступени, которые работают при очень малых (и отрицательных) углах атаки и на режимах запирания по расходу. Поэтому было показано, что для увеличения расхода в этих ступенях необходимо увеличить углы установки направляющих аппаратов. В связи с этим в них будут возрастать углы атаки и соответственно возрастать напор и расход. В результате режим работы всего компрессора будет смещаться в область с более высокими расходами *) Работа первых ступеней на исходном режиме соответствует левой части характеристики или правой части характеристики вблизи максимума (напора.
Поскольку на режимах работы многоступенчатого компрессора, отличных от расчетного, изменение режимов отдельных ступеней происходит по-разному, то и поворот лопаток направляющих аппаратов в каждой ступени должен быть различным *'. Выше, при рассмотрении влияния поворота лопаток на характеристики ступени, были уже отмечены особенности регулирования первых, средних и последних ступеней многоступенчатого компрессора. Наиболее эффективно использование поворотных лопаток направляющих аппаратов в многоступенчатом компрессоре на пониженных приведенных оборотах, когда сильно уменьшается запас устойчивой работы, тем более, что при больших расчетных степенях повышения давления компрессор на этих режимах вообще устойчиво работать не может. Кроме того, применение поворотных лопаток на пониженных приведенных оборотах позволяет несколько повысить производительность компрессора.