Основные положения газодинамического расчета компрессора

Существует несколько методов газодинамического расчета осевого компрессора:

1. По аэродинамическим характеристикам решеток профилей;

2. По характеристикам модельных ступеней;

3. Моделирование исходного компрессора на заданные параметры на основе теории подобия.

В настоящем разделе приводятся основные положения расчета компрессора с использованием характеристик модельных ступеней, в результате которого определяются число ступеней, габаритные размеры проточной части, КПД компрессора и потребляемая мощность.

Исходные данные для расчета: расход воздуха G; давление р₀ и температура Т₀ на входе в компрессор; давление за компрессором p_к, частота вращения ротора п.

Последовательность работы:

1. Выбирают тип ступеней и вид проточной части исхода из назначения компрессора и особенностей его эксплуатации;

2. Задаются скоростью потока на входе в компрессор с₀. При наличии всасывающего трубопровода с₀ =40÷60 м/с, при его отсутствии с₀= 0.

3. Задаются осевой составляющей скорости в первой ступени с_а, которая зависит от коэффициента расхода φ₁, окружной скорости u₁ и степени реактивности ρ. В судовых компрессорах с _1а= 80÷140 м/с. в случае дискового ротора иногда с _1а= 130÷200 м/с;

4. Определяют скорость входа в первую ступень с₁=( 1,0÷1,2 )с_1а;

5. Находят соответственно давление и температуру перед первой ступенью ; , где ;

6. Выбирают абсолютную скорость выхода из последней ступени с_3Z =(0,85÷1,0) с₁;

7. Скорость выхода из компрессор:

с_вых= 40÷60 м/с – при работе на воздухопровод;

с_вых= 110÷130 м/с – при подаче воздуха в камеру сгорания ГТД или

другой компрессор;

8. Показатель политропы в проточной части компрессора , где η _п =η_ак= 0,89÷0,91;

9. Температура и удельный объем в выходном сечении выпускного патрубка ; , где 0,89÷0,91;

10. Давление и температура за последней ступенью ; ;

11. Геометрические размеры первой ступени:

11.1. Наружный диаметр , где - втулочное отношение;

11.2. Диаметр корневого сечения ;

11.3. Высота лопаток ;

12. Геометрические размеры последней ступени

12.1. Для проточной части с постоянным диаметром у периферии ; ;

12.2. Для проточной части с постоянным диаметром у корня ; ;

12.3. Высота направляющих лопаток ;

13. Коэффициенты расхода в первой φ₁ и в последней φ_Z ступенях принимают оптимальными или немного больше, если требуется устойчивая работа в широком диапазоне нагрузок;

14. Окружные скорости на периферии первой и последней ступеней

и_n1=с_a1/φ_{1 ;} u_nz=с_az/φ_z..

В случае барабанного ротора и_n1 ≤ 250÷300 м/с_; при

дисковом роторе и_n1 ≤ 400 м/с;

15. Коэффициенты напора первой и последней ступени ψ₁ и ψ_Z, а также их изоэнтропийные КПД η_а1, η_аZ определяются по результатам исследований изолированной модельной ступени. Значения ψ и η_а определяют по φ₁ и приведенным скоростям ;

16. Средние значение коэффициента напора, изоэнтропийного КПД и окружной скорости у периферии в проточной части компрессора

Ψ_ср =0,5(ψ₁+ψ_Z); η_аср =0,5(η_а1+η_aZ) К_η;

u_nср=0,5(u_n1+u_nZ). где К_η =0,94÷0,98 – поправка на взаимодействие решеток в ступени;

17. Действительный напор проточной части компрессора ;

18. Число ступеней в компрессоре , где ; К_ψ =0,94÷0,98 – коэффициент, учитывающий отличие условий работы натурной ступени компрессора от модельной. Число ступеней округляется до целого числа с последующим уточнением среднего действительного напора ступени;

19. Изоэнтропийный КПД проточной части компрессора ;

20. Частота вращения ротора компрессора ;

21. Потребляемая компрессором мощность .

2.11. Характеристики многоступенчатых осевых компрессоров

Различают нормальные и универсальные характеристики компрессоров.

Нормальная характеристика представляет зависимости степени повышения давления π_к=р_к/р₀ и изоэнтропийного КПД η_ак компрессора от его подачи G, полученные при постоянных частотах вращения ротора n и неизменных параметрах на входе р₀,Т₀. Нормальные характеристики строят по результатам испытаний компрессора.

Для построения нормальных характеристик по опытным данным измеряют расход воздуха G, начальные и конечные параметры р₀, Т₀, р_к, Т_к и мощность, потребляемую компрессором N_eк. Измерения производят при постоянных частотах вращения ротора, изменяя подачу компрессора дроссельным клапаном.

Нормальная характеристика осевого компрессора показана на рис.2.7. Кривые изоэнтропийного КПД могут быть представлены или в виде отдельных зависимостей, как показано в верхней части рисунка, или нанесены на кривые напоров с последующим объединением плавной кривой точек с одинаковыми КПД. Линии А₁, А₂, А₃ – характеристики сети при различных степенях открытия дроссельного клапана.

Существенным недостатком нормальных характеристик компрессора является то, что они справедливые для тех параметров р₀, Т₀, которые были в момент испытаний. Этот недостаток устраняется при построении универсальных характеристик.

Под универсальными характеристиками понимают зависимости степени повышения давления π_к и изоэнтропийного КПД η_ак компрессора от расходного комплекса , построенных при постоянном отношении . Универсальная характеристика компрессора представлена на рис.2.8.

Расходный комплекс и отношение вытекают из равенства в подобных компрессорах определяющих критериев подобия – числа Маха М и коэффициента расхода φ.

Универсальные характеристики позволяют определить параметры компрессора при любых условиях его работы.

Список используемой литературы

1. Зайцев В.И., Грицай Л.Л., Моисеев А.А.. Судовые паровые и газовые турбины. – М.: Транспорт, 1981. – 312 с.

2. Кириллов И.И. Теория турбомашин. Л., Машиностроение, 1972. – 536 с.

3. Рис В.Ф.. Центробежные компрессорные машины. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1981. - 351 с.

4. Турбокомпрессоры для поддува дизелей: Справочное пособие. Л.: Машиностроение, 1975. – 200 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Теория центробежной компрессорной ступени ………………………………….3

1.1. Основные параметры, принятая терминология ……………………………...3

1.2. Теоретический напор центробежной компрессорной ступени. Степень реактивности ……………………………………………………………………6

1.3. Зависимость теоретического напора и степени реактивности от угла выхода потока из рабочего колеса ……………………………………………8

1.4. Зависимость теоретического напора от закрутки потока перед рабочим колесом…………………………………………………………………………10

1.5. Движение потока в рабочем колесе. Влияние числа рабочих лопаток на теоретический напор ………………………………………………………….11

1.6. Особенности течения газа в безлопаточном диффузоре …………………...14

1.7. Особенности течения газа в лопаточном диффузоре ………………………16

1.8. Особенности течения в спиральных и кольцевых камерах ………………..17

1.9. Особенности течения во всасывающих камерах …………………………...18

1.10. Потери мощности, подводимой к рабочим лопаткам колеса ………..19

1.11. Действительный (полезный) напор и изоэнтропийный КПД центробежной ступени компрессора ………………………………………...20

1.12. Характеристики центробежного компрессора………………………...22

1.13. Помпаж центробежного компрессора и его устранение ……………..24

1.14. Потери энергии в центробежном компрессоре………………………..25

1.15. Определение параметров рабочего тела в проточной части компрессора …………………………………………………………………...27

2. Теория осевой компрессорной ступени …………………………………………29

2.1. Геометрические характеристики осевой компрессорной ступени…………29

2.2. Теоретический напор осевой компрессорной ступени……………………...31

2.3. Действительный (полезный) напор и изоэнтропийный КПД компрессорной ступени……………………………………………………….32

2.4. Степень реактивности компрессорной ступени……………………………..33

2.5. Характеристика решеток профилей с различной степенью реактивности...34

2.6. Коэффициенты расхода и напора…………………………………………….35

2.7. Характеристики компрессорной ступени……………………………………38

2.8. Неустойчивая работа компрессора. Помпаж………………………………..38

2.9. Многоступенчатые осевые компрессоры……………………………………39

2.10. Основные положения газодинамического расчета осевого компрессора……………………………………………………………………43

2.11. Характеристики многоступенчатых осевых компрессоров…………..46

Список используемой литературы ……………………………………………….48

© доцент, к.т.н., зав. кафедрой СЭУ КГМТУ Конюков В.Л.

ТЕОРИЯ КОМПРЕССОРНОЙ СТУПЕНИ

Конспект лекций

по дисциплине «Судовые турбинные установки и их эксплуатация»

для студентов 3, 4 курса дневной формы обучения и студентов 4,5 курса

заочной формы обучения направления 6.070104 специальности

«Эксплуатация судовых энергетических установок»

Подписано в печать ________ Объём 2,07 п.л.

Тираж ________экз. Заказ №_____

Издательство: «Керченский государственный морской технологический университет».

г. Керчь, ул. Орджоникидзе, 82.

Дата добавления: 2014-01-07