Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 53
Калужский филиал Ладошин А.М. Яковлев В.М. Расчет и проектирование центробежного компрессора ГТД
Калуга Введение
Современный расчет компрессора состоит из ряда этапов: - энергетический расчет, в результате которого определяются окружная скорость U2
и диаметр D2
рабочего колеса; - расчет по средним параметрам, в результате которого определяются средние скорости, углы потока и т.д., а также основные геометрические размеры элементов компрессора; - расчет по линиям тока и профилирование элементов компрессора. Схематически центробежный компрессор состоит из входного устройства, рабочего колеса и выходной системы. Входные устройства выполняются осевыми или радиально-круговыми, осесимметричными или с локальным подводом воздуха посредством улиток различного типа. Входные устройства могут иметь неподвижный направляющий аппарат. Рабочие колеса могут быть радиальными или реактивными (с загнутыми по вращению или против вращения лопатками на выходе), с разделенным или выполненном за одно целое вращающимся направляющим аппаратом. Выходная система – это система диффузоров различного типа (подробно в […]) Представленная методика поясняется конкретным примером расчета ступени центробежного компрессора. 1. Методика расчета
Расчет параметров во входном и выходном сечениях рабочего колеса.
Исходными данными для расчета компрессора являются: Вход – осевой или радиально-круговой; Предположим вход – радиально-круговой. 1. Адиабатная и действительные работы компрессора 2. Задаемся величиной Таблица 1. и с учетом того, что Внимание! Полученное значение коэффициента адиабатического напора 3. Окружная скорость на диаметре 4. Задаемся Таблица 2 90о
70о
60о
30 о
38 о
15’ 43 о
26 о
30’ 33’20 о
40 о
30’ Величина Значение При наличие неподвижного направляющего аппарата и прочих равных условиях величину При достаточно большой окружной скорости При 5. Площадь входного сечения рабочего колеса: Для нахождения Возможны следующие законы: - если - если - если При выборе величины относительного диаметра втулки Критическая скорость По таблице газодинамических функций - осевой вход без неподвижного направляющего аппарата (ННА) - осевой вход с ННА - радиально-круговой вход без ННА - радиально-круговой вход с ННА перед колесом - радиально-круговой вход с ННА в радиальной части Задаваясь 6. Периферийный диаметр колеса на входе: 7. Максимальный диаметр колеса: 8. Диаметр втулки колеса на входе: Если полученный диаметр втулки мал, то следует задаться такой величиной В этом случае: Анализ формулы (**) показывает, что для 9. Частота вращения 10. Параметры потока на входе в колесо: Таким образом, значение угла В выполненных конструкциях величина угла При оценке допустимых величин - до значений - при Если нет особых требований по производительности компрессора или жестких ограничений по его габаритам, то Для рассматриваемого примера считаем полученное значение 11. Параметры потока на выходе из колеса Кпд колеса в зависимости от Рис. 1. Зависимость Так как расход воздуха Экспериментальные исследования показывают, что кпд ступени центробежного компрессора зависит от степени диффузорности колеса Величина При малых расходах воздуха ( Задаем Число лопаток Z=23. (опыт показывает, что при Определяем коэффициент мощности где По таблице газодинамических функций 12. Уточнение величины коэффициента адиабатического напора Определяем коэффициент дисковых потерь. Безразмерный коэффициент b есть функция числа Рейнольдса, учитывающий одновременно потери мощности от перетеканий […]. Так как уточненное значение 13. Окончательный расчет параметров потока на входе и геометрических параметров входного сечения рабочего колеса. Значение Совпадение 14. Окончательный расчет параметров потока на выходе и геометрических параметров выходного сечения рабочего колеса. В виду незначительного изменения Величина Величины По таблицам газодинамических функций Для выполненных компрессоров с расходом воздуха Так как, проектируемый компрессор малорасходный и колесо предполагается сделать полуоткрытым с механической обработкой лопаток, принимаем Высота лопатки на выходе получилась удовлетворительной (h2
>0,005 м). Если потребуется увеличить h2
, следует уменьшить величину II-2 Расчет параметров потока на входе в радиальный лопаточный диффузор. В рассматриваемом примере При расчете параметров потока на выходе из безлопаточного диффузора, кроме рассчитанных параметров на выходе из рабочего колеса и выбранных величин Потери в безлопаточном диффузоре складываются из потерь на трение, потерь, связанных с торможением потока (диффузорностью), с выравниванием относительных скоростей Выделить и подсчитать отдельные виды потерь не представляется возможным, поэтому работу безлопаточного диффузора характеризуют суммарной величиной потерь В ядре потока окружная составляющая абсолютной скорости При При При Порядок и результаты расчета параметров потока на выходе из безлопаточного диффузора представлены в таблице 3. Таблица 3 № Формула Результат Размерность Примечание 1 2,29 Принимается в 1ом
приближении 2 1,1 3 0,2292 м 4 0,0078 м 5 1,05 6 0,025 7 0,01 8 1 прибл. 2 прибл. В 1ом
приближении принято 3400,12 3432,38 9 0,976 0,976 10 490,73 490,73 кПа 11 340,14 340,37 В 1ом
приближении принято 12 0,8501 0,8503 13 0,8793 0,8794 14 0,00561 0,00561 15 0,4861 0,4861 16 0,322 0,322 17 0,3019 0,3019 18 0,903 0,9033 19 361,5 361,6 20 120,85 120,85 21 2,478 2,478 22 Параметры, полученные во 2 приближении можно считать окончательными. Расчет параметров на выходе из радиального лопаточного диффузора (РЛД)
Сначала необходимо выбрать тип радиального диффузора (лопаточный или канального типа, одно или двухрядный, патрубочного типа и т.д.). Выбор типа диффузора больше влияние оказывают конструктивные соображения (габаритные размеры, требования и максимальные толщины лопаток, параллельность стенок в меридианальном сечении и т.д.). При расчете параметров на выходе из радиального лопаточного диффузора кроме параметров потока на входе ( Рассмотрим вариант однорядного РЛД, выполненный в виде решетки тонких профилей с острыми входными кромками. Таблица 4. Порядок расчета средних значений параметров потока на выходе из РЛД. № Формула Результат Размерность Примечание 1 1,3 - Для однорядного РЛД - Для двухрядного РЛД - 2 0,298 м 3 1 Обычно 4 0,0078 м 5 2,0 Для однорядного РЛД Для двухрядного РЛД Для трехрядного РЛД 6 0,954 0,8 0,85 0,9 0,95 1,0 0,913 0,913 0,956 0,94 0,926 0,95 0,951 0,943 0,928 0,909 7 1,05 8 0,001878 9 10 0,001924 11 Величина 12 13 21 Число лопаток диффузора (округляется до целого) 14 1,0218 15 2,022 16 468,16 кПа 17 4,6215 18 478,5 к 19 0,5178 20 0,3496 Таблицы Г-Д функций 21 439,04 кПа 22 468,74 к 23 139,94 24 76,425 25 117,2278 26 0,007299 27 3,01169 Так как скорость Расчет параметров на входе в осевой диффузор и на выходе из него
Согласно экспериментальным данным коэффициент восстановления полного давления в радиально-осевом повороте (РОП) Порядок расчета представлен в таблице 5. Таблица 5. № Формула Результат Размерность Примечание 1 0,00936 М 2 0,3167 М Внешний диаметр поворота ОСА 3 461,138 кПа Меньшее значение 4 84,07 5 3,4043 6 В 1ом
приближении принимаем 7 3,216 8 0,0062 9 0,3289 М 10 0,0061 М 11 0,3228 М 12 108,22 13 137,07 14 0,3424 15 0,9322 0,9432 0,5247 По таблицам Г-Д функций Отличие 16 0,7768 17 18 428,87 3,2109 кПа 19 0,3289 М 20 0,3167 М 21 Задается 22 1,65 23 0,03 24 1,05 25 0,8228 М 26 0,0061 М Принимается 27 281,82 Дж 28 0,98 29 451,9 кПа 30 478,5 К 31 0,317 32 0,205 По таблицам Г-Д функций 33 82,6 34 4,46 35 0,9756 По таблицам Г-Д функций 36 440,87 37 0,79 Полученные результаты можно считать удовлетворительными, тем более что в составе двигателя потери с выходной скоростью Расчет выходной системы, состоящей из многорядного лопаточного диффузора или однорядного с лопатками клиновидной формы производится по этой же методике, но с учетом особенностей каждой из этих схем. Например, толщина клиновидной лопатки на выходе (на Необходимость использования осевого диффузора во всех случаях определяется величиной скорости
|