Введение

Компонент двигателя Как следует из названия, газотурбинные компрессоры обеспечивают компрессионную часть термодинамического цикла газотурбинного двигателя. Существует три основные категории газотурбинных компрессоров: осевые, центробежные и смешанные. Четвертый, необычный тип - это свободный поршневый газогенератор, который сочетает в себе функции компрессора и камеры сгорания в одном устройстве.

Осевой компрессор

Большинство реактивных двигателей высокой сжатия используют осевые компрессоры для их высокой эффективности. В осевом компрессоре воздух течет параллельно оси вращения. Осевые компрессоры создаются многоступенчатыми. Этапа состоит из ряда вращающихся лопастей, называемых ротором, которые соединены с центральным валом и ряда стационарных или фиксированных лопастей, называемых статорами. В компрессоре с осевым потоком воздух течет от стадии к стадии. Роль лопастей ротора заключается в ускорении поступающего воздуха для увеличения кинетической энергии воздуха. Затем жидкость замедляется по статорам, и в результате кинетическая энергия преобразуется в повышение давления статорами. Через компрессор площадь потока уменьшается, а лопасти становятся все меньше и меньше от стадии к стадии, и это компенсирует увеличение давления воздуха и плотности, создавая постоянную осевую скорость. В осевых компрессорах между входом воздуха и выходом компрессора может быть до 20 ступеней.

Центробежный компрессор

Самые первые реактивные двигатели использовали центробежные компрессоры, и они до сих пор используются на небольших турбореактивных и турбоволоконных двигателях. Ключевой компонент, который делает компрессор центробежным, - это центробежный вращатель, который содержит вращающийся набор лопастей. В центробежном компрессоре воздушный поток идет перпендикулярно оси вращения. Когда воздух проходит через вращающийся импульс, он испытывает центробежную силу. Воздух подталкивается к центру, и это радиальное движение воздуха приводит к повышению давления и генерации кинетической энергии. Затем воздух проходит через другой ключевой компонент центробежного компрессора, называемый диффузором, который преобразует кинетическую энергию воздуха в повышение давления путем постепенного замедления скорости воздуха. Диффузор - это фиксированный или статический компонент, который сопровождает поток воздуха после выхода из вращающегося колеса. Двигатель и диффузор обеспечивают примерно 65% и 35% от общего давления, производимого в центробежном компрессоре соответственно.

Сравнение между осевым и центробежным компрессором

Типичный одноступенчатый центробежный компрессор может увеличить давление в 4 раза. Аналогичные одноступенчатые осевые компрессоры могут увеличить давление только в 1,2 раза, но осевые компрессоры имеют преимущество перед центробежными компрессорами из-за их способности иметь несколько ступеней. В многоступенчатых компрессорах давление умножается с ряда на ряд, что может увеличить давление в 40 раз. Гораздо сложнее изготовить эффективный многоступенчатый центробежный компрессор, потому что поток должен быть направлен обратно к оси на каждом этапе, поэтому большинство реактивных двигателей высокого сжатия включают многоступенчатые осевые компрессоры. Но если требуется только умеренное количество сжатия, то центробежный компрессор намного проще и эффективнее использовать.

Компрессор смешанного потока

В будущем компрессоры с смешанным потоком могут появиться на небольшой части рынка, особенно в турбовентиляторах, где относительно большой диаметр через диффузор центробежного компрессора является значительным недостатком.

Двухступенчатый

При высоких соотношениях общего давления система сжатия обычно разделяется на две части: компрессор низкого давления (LP), установленный на одном вале, и компрессор высокого давления (HP), установленный на вале HP и управляемый собственной турбиной (HP). На гражданских турбовентиляторах первая ступень компрессора LP часто является одноступенчатой вентиляцией. Если отношение давления компрессора HP превышает примерно 4,5:1, то устройство, вероятно, будет иметь переменную геометрию (т.е. переменные статоры) на первых нескольких этапах, чтобы сделать линию перенапряжения на карте компрессора более мелкой, чтобы вместить мелкую рабочую линию.

Трехступенчатый

На своих больших гражданских турбовентиляторах Rolls Royce разделили систему сжатия на три части: вентилятор, компрессор среднего давления (IP) и компрессор HP, каждая часть которой управляется собственным турбинным блоком. Военный турбовентилятор RB199 также имеет эту установку.

Гас-генератор с свободным поршнем

Свободный поршневый газогенератор - это свободный поршневый двигатель, выхлоп которого используется для питания газовой турбины. Он сочетает в себе функции компрессора и камеры сгорания в одном устройстве. Эти машины были довольно широко использованы в период 1930-1960 годов, но затем потеряли популярность.