Расчет центробежного компрессора
Расчет параметров потока на входе в рабочее колесо. Определение параметров потока в характерных сечениях проточной части компрессора за рабочим колесом. Профилирование элементов центробежного компрессора и спирального сборника в окружной плоскости.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.02.2013 |
| Размер файла | 1,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
- ВВЕДЕНИЕ
- Исходные данные
- РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА НА ВХОДЕ В РАБОЧЕЕ КОЛЕСО
- Расчет параметров потока без неподвижного направляющего аппарата
- РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА В ХАРАКТЕРНЫХ СЕЧЕНИЯХ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ КОМПРЕССОРА ЗА РАБОЧИМ КОЛЕСОМ
- Расчет параметров потока на выходе из рабочего колеса
- Расчет параметров потока на выходе из щелевого диффузора
- Определение параметров потока на выходе из спирального сборника (сборной улитки)
- Определение параметров потока на выходе из компрессора
- ПРОФИЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
- Профилирование канала рабочего колеса в меридиональной плоскости
- Профилирование входной части лопаток рабочего колеса
- Профилирование спирального сборника в окружной плоскости
- ЗАКЛЮЧЕНИЕ
- СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
- ПРИЛОЖЕНИЕ
- ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
- а - скорость звука, м/с;
- акр - критическая скорость, м/с;
- b - хорда профиля, м;
- С - скорость потока в абсолютном движении, м/с;
- D, d - диаметр, м;
- F - площадь, м2;
- G - массовый расход рабочего тела, кг/с;
- Н - напор (удельная работа), кДж/кг;
- h - высота проточной части, м;
- i - энтальпия, кДж/кг;
- k - показатель изоэнтропы;
- М - число Маха;
- n - частота вращения, мин-1;
- p - давление, кПа;
- R - газовая постоянная, кДж/(кгК);
- r - радиус, м;
- Re - число Рейнольдса;
- S - ширина лопаточного венца, м;
- Т - температура, К;
- t - шаг решетки, м;
- U - окружная скорость, м/с;
- W - скорость потока в относительном движении, м/с;
- Z - число лопаток;
- - угол потока в абсолютном движении, град;
- - угол потока в относительном движении, град;
- к - К.П.Д. компрессора;
- - приведенная скорость;
- - коэффициент потерь;
- - степень повышения давления;
- (); (); q(); () - газодинамические функции от ;
- - коэффициент восстановления полного давления
- Верхние индексы
- * - параметры заторможенного потока;
- - относительные параметры
- Нижние индексы
- а - проекция на осевое направление;
- u - проекция на окружное направление;
- s - изоэнтропический;
- в - на входе в компрессор;
- вт - втулочный;
- г - на входе в отводящий патрубок;
- ср - средний;
- пер - периферийный;
- 1 - на входе в рабочее колесо;
- 2 - на выходе из рабочего колеса;
- 3 - на выходе из безлопаточного диффузора;
- 4 - на выходе из лопаточного диффузора;
Сокращения
ГДФ - газодинамические функции;
ДВС - двигатель внутреннего сгорания;
РК - рабочее колесо;
ННА - неподвижный направляющий аппарат
ВВЕДЕНИЕ
Повышение удельных параметров ДВС возможно за счет увеличения массы топливного заряда, т.е. увеличения количества воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр. Выполняется это без изменения объема двигателя за счет увеличения плотности воздуха путем его наддува с помощью компрессора. Привод компрессора может осуществляться от вала двигателя или от турбины, работающей на выхлопных газах. В последнем случае агрегат наддува называется турбокомпрессором.
При наддуве двигателя улучшается подготовка топливного заряда к сгоранию, так как повышается его плотность и массовая скорость горения; увеличиваются значения температур и давлений теплового цикла, что повышает удельную работу двигателя. Вместе с тем, наддув ДВС позволяет не только форсировать двигатель, увеличивать удельную мощность, но и обеспечивает комплексное повышение таких показателей технического уровня, как энергетическая эффективность, экологичность и надежность.
В настоящее время в качестве агрегата наддува наиболее часто используются турбокомпрессоры. Основным элементом турбокомпрессора является центробежный компрессор (ЦБК). К нему предъявляются следующие требования, которые необходимо учитывать при проектировании:
· обеспечение заданных значений степени повышения давления, расхода воздуха и КПД. в расчетных условиях;
· выполнение ограничений по массе и габаритным размерам.
Проектный термогазодинамический расчет ЦБК можно условно разделить на следующие этапы:
· предварительный расчет, который включает определение основных энергетических и термодинамических параметров ЦБК, оценку частоты вращения ротора, выбор характерных диаметров проточной части;
· расчет параметров потока на входе в рабочее колесо (РК), заключающийся в определении термодинамических и кинематических параметров по высоте лопатки на входе в РК при заданном законе закрутки;
· расчет параметров потока и основных размеров в характерных сечениях проточной части за РК, состоящий в уточнении меридиональной формы проточной части, выборе числа лопаток в лопаточных венцах, определении средних термодинамических и кинематических параметров потока в характерных сечениях;
· профилирование основных элементов проточной части ЦБК, включающее построение всех его лопаточных венцов и формирование контура спирального сборника и конического диффузора.
Перед началом расчетов необходимо иметь следующие исходные данные:
· степень повышение давления в компрессоре к*, расход воздуха G и потребный уровень кпд к ЦБК;
· давление рн и температуру Тн на входе в компрессор;
· ограничение по диаметру D2 на выходе из РК.
Методы расчета, изложенные в учебном пособии [1], основаны на исследованиях и рекомендациях, приведенных в отечественной и зарубежной литературе. Предлагаемая методика проектного расчета ЦБК предусматривает разнообразие их схем, основных конструктивных и режимных параметров.
Исходные данные
Компрессор агрегата наддува двигателя на расчетном режиме должен иметь:
· степень повышения давления - к* = 2,0;
· расход воздуха - Gв = 0,42 кг/с;
· диаметр на выходе из РК - D2 =80 мм.
Значения температуры и давления окружающего воздуха в соответствии со стандартными атмосферными условиями принимаются равными Тн=288 К и рн = 101,33 кПа.
При проведении расчета следует найти такие газодинамические и геометрические параметры ЦБК, которые бы обеспечили заданные значения к* и G при КПД компрессора на расчетном режиме не менее 0,76.
Приведенных исходных данных недостаточно для проведения расчета ЦБК. Поэтому в процессе проектирования предстоит осуществить выбор недостающих параметров. Последовательность работ по выбору и определению недостающих исходных величин, а также термодинамический расчет ЦБК приведены в следующих подразделах.
Выбор основных параметров
Термодинамический расчет центробежного компрессора
При проведении термодинамического расчета определяются полные давления и температуры в проточной части, удельные работы (напор) компрессора и потребляемая им мощность.
Коэффициент восстановления полного давления воздушного фильтра:
ф = 0,970…0,985.
Принимаем ф = 0,975.
Полное давление на входе в компрессор:
рв*= ф рн = 0,975 101,33 = 98,8 кПа.
Полная температура на входе в компрессор равна температуре окружающей среды:
Тв* = Тн = 288 К.
Изоэнтропический напор:
кДж/кг.
кпд компрессора на предварительном этапе расчета:
к = 0,68…0,82.
Принимаем к = 0,80.
Затраченный напор:
кДж/кг
Мощность, потребляемая ЦБК:
Nк = GвHz = 0,42 79,20 = 33,30кВт
Полное давление на выходе из ЦБК:
рк* = рв* к* = 98,8 2,0 = 197,6 кПа
Полная температура на выходе из ЦБК:
Выбор коэффициента изоэнтропического напора:
s = Нs/U22 = 0,56…0,70.
Принимаем s = 0,64.
Окружная скорость на выходе из РК:
м/с
Величина скорости U2 по соображениям прочности РК не должна превышать 450…550 м/с.
Частота вращения ротора РК:
мин -1
После вычисления частоты вращения ротора РК переходим к определению основных геометрических параметров проточной части ЦБК.
Определение основных геометрических параметров проточной части
В процессе расчета определяются следующие параметры.
Критическая скорость потока на входе в компрессор:
м/с
Величина приведенной скорости воздуха на входе в ЦБК:
в = 0,20…0,50.
Принимаем в = 0,45.
Скорость потока на входе в компрессор:
м/с
С помощью таблиц ГДФ для воздуха (k = 1,4) определяется значение
газодинамической функции q(в). В нашем случае q(в) = 0, 6516.
Площадь поперечного сечения на входе в ЦБК:
м2
где коэффициент m для воздуха принят равным m = 40, 37 кгК0,5/(скН).
Отношение втулочного диаметра DВ вт (рис. 1) к периферийному диаметру DВ пер:
(Dвт / Dпер)В = 0,25…0,60.
Принимаем (Dвт / Dпер)В = 0,35.
Периферийный диаметр на входе в компрессор:
Втулочный диаметр на входе в компрессор:
DВ вт = DВ пер (Dвт / Dпер)В = 6,310-2 0,35 = 0,0221 м.
Средний диаметр на входе в компрессор:
м
Высота лопатки на входе в компрессор:
м
Отношение меридиональных составляющих скоростей потока на выходе из РК и входе в компрессор:
С2r/CВ = 1,0…1,2.
Принимаем С2r/CВ =1,2.
Радиальная составляющая скорости потока на выходе из РК:
С2r = СВ (С2r/CВ) = 139,7 1,2 = 167,7 м/с
Значение кпд РК:
РК = 0,76…0,86.
Выбираем РК = 0,86.
Степень повышения полного давления в РК:
Полное давление на выходе из РК:
р2* = рв* *РК = 98,8 2,1 = 207,2 кПа
Критическая скорость потока на выходе из РК:
м/с
Радиальная составляющая приведенной скорости потока на выходе из РК:
2r = C2r/акр2=167,7/350,5=0,48
С помощью таблиц ГДФ определяется значение газодинамической
функции q(2r). В нашем случае q(2r) = 0,6947
Площадь на выходе из РК:
м2
Высота лопатки на выходе из РК:
м
Относительная высота лопатки на выходе из РК
b2 = b2/D2 = 5,510-3/0,08=0,0689
Для обеспечения наибольшего кпд желательно обеспечить b2 = 0,04…0,07
Так как лопаточный диффузор в схеме ЦБК отсутствует, то протяженность щелевого диффузора увеличиваем (рис. 1). В этом случае щелевой диффузор располагается между сечениями 2-2 и 3-3. Величину его относительного диаметра согласно рекомендации [3] принимаем равным D3/D2 = 1,4. Ширину же на выходе из безлопаточного диффузора принимаем равной м.
м.
Значение приведенной скорости воздуха на выходе из компрессора:
к = 0,20…0,45.
Принимаем к = 0,25.
Тогда газодинамическая функция q(к) = 0,3842.
Площадь поперечного сечения на выходе из ЦБК:
м2
Количество выходных патрубков:
Zвых. п.=1…2 .
Принимаем Zвых. п. = 2.
Диаметр выходного патрубка:
м
На основании полученных в предварительном расчете данных можно переходить к газодинамическому расчету ЦБК.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА НА ВХОДЕ В РАБОЧЕЕ КОЛЕСО
При проведении газодинамического расчета определяются величины и направление скорости потока в характерных сечениях ЦБК, соответствующие заданным величинам к*, Нz и к. В процессе расчета уточняются площади и размеры проходных сечений проточной части, а также проверяется попадание величин основных кинематических параметров потока (W1, С2 и т.д.) в интервалы рекомендуемых значений.
Исходными данными для газодинамического расчета являются результаты предварительного расчета:
· основные геометрические параметры проточной части ЦБК;
· давления и температуры на входе (рв* = 98,8 кПа, Тв* = 288 К) и на выходе
(рк* = 197,6 кПа, Тк* = 366,93 К);
· изоэнтропический (Нs = 63,43 кДж/кг) и затраченный (Нz = 79,29 кДж/кг) напоры.
Расчет параметров потока без неподвижного направляющего аппарата
Предварительно принимаем, что на входе в РК: D1 вт = DВ вт = 22,1 мм, D1 ср =DВ ср=42,6 мм, D1пер= DВ пер = 63,1 мм, F1 = FB = 2,7 10-3 м2, 1 = В = 0,45, С1 = СВ = 139,7 м/с.
Окружная скорость на втулочном, среднем и периферийном диаметрах на входе в РК:
Относительная скорость потока на втулочном, среднем и периферийном диаметрах на входе в РК:
Полная температура потока в относительном движении на втулочном, среднем и периферийном диаметрах:
Приведенная скорость потока в относительном движении на втулочном, среднем и периферийном диаметрах:
Угол потока в относительном движении на входе в РК на втулочном, среднем и периферийном диаметрах:
.
Для обеспечения приемлемого уровня потерь необходимо, чтобы выполнялись неравенства: W1 0,9 и 1 20.
На основании результатов расчета параметров потока на рис. 2 строятся треугольники скоростей на входе в РК на втулочном, среднем и периферийном диаметрах.
РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА В ХАРАКТЕРНЫХ СЕЧЕНИЯХ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ КОМПРЕССОРА ЗА РАБОЧИМ КОЛЕСОМ
Расчет параметров потока на выходе из рабочего колеса
В настоящем подразделе предлагается методика расчета параметров потока на выходе из РК с радиальными лопатками. Схема рабочей решетки с характерным треугольником скоростей представлена на рис. 3.
При расчете кинематических параметров задаются ориентировочным значением числа лопаток из диапазона ZРК = 10…16.
Принимаем ZРК = 10.
Коэффициент закрутки на выходе из РК (коэффициент мощности):
Окружная составляющая абсолютной скорости потока:
С2u = U2 = 0,774314,8 = 243,6 м/с
Скорость потока на выходе из РК в абсолютном движении:
Угол потока на выходе из РК движении в абсолютном:
Окружная составляющая скорости потока в относительном движении:
W2u = U2 - C2u = 314,8- 243,6 = 71,2 м/с
Скорость потока на выходе из РК в относительном движении:
Угол потока на выходе из РК в относительном движении:
Приведенная скорость потока в абсолютном движении и газодинамические функции q(С2) и (С2)
.
Приведенная скорость С2 должна быть меньше 1,10…1,15.
По величине С2 определяется значения:
q(С2) = 0,9676,
(С2) = 0,7286.
Затраченный напор:
НZ = (U22 - C1u ср U1 ср + fU22)10-3, кДж,
где f - коэффициент трения диска о газ, располагающийся в диапазоне от 0,03 до 0,08. Принимаем f = 0,03, тогда
НZ = (0,774314,82 + 0,03314,82) 10-3 = 79,7 кДж/кг
Расхождение между НZ и НZ не должно превышать 2%.
В нашем случае расхождение между НZ и НZ составляет 0,48 %.
Площадь проходного сечения на выходе из РК:
Высота лопаток на выходе из РК:
Плотность потока:
По окончании расчета параметров потока строится треугольник скоростей на выходе из РК (см. рис. 3).
Рис 3. Схема рабочей решетки с радиальными лопатками и треугольник скоростей на выходе из РК.
Расчет параметров потока на выходе из щелевого диффузора
Щелевой (безлопаточный) диффузор ЦБК предназначен для частичного преобразования кинетической энергии потока воздуха, выходящего из РК, в потенциальную энергию давления. Безлопаточный диффузор имеет форму кольцевой щели, которая образована плоскими стенками. Значение коэффициента потерь щелевого диффузора обычно располагается в диапазоне щ.д. = 0,08…0,15. Принимаем щ.д. = 0,08.
Коэффициент восстановления полного давления щелевого диффузора:
Полное давление на выходе из щелевого диффузора:
р 3* = р2*щ.д. = 207,2 0,975 = 202,2 кПа.
Плотность потока по полным параметрам:
Ширина щели на выходе из безлопаточного диффузора:
В нашем случае м.
Радиальная составляющая скорости потока на выходе из диффузора в первом приближении:
Коэффициент уменьшения циркуляции скорости потока щелевого диффузора располагается в диапазонеNf = 0,90…0,98.
Принимаем:Nf = 0,97.
Окружная составляющая скорости газа на выходе из щелевого диффузора:
Скорость потока в первом приближении:
Приведенная скорость потока в первом приближении:
Значение газодинамической функции (4) определяется по величине 4с помощью таблиц ГДФ. В нашем случае:
(3) = 0,8617.
Плотность потока на выходе из щелевого диффузора:
3 = *3 (3) = 1,9200,8617 = 1,655 кг/м3
Радиальная составляющая скорости потока во втором приближении:
Скорость потока во втором приближении:
Приведенная скорость потока во втором приближении:
Значение газодинамической функции (3) определяется по величине 4 с помощью таблиц ГДФ. В нашем случае:
(3) = 0, 8733.
Плотность потока на выходе из щелевого диффузора:
3 = *3 (3) = 1,9200, 8733 = 1,677 кг/м3
Радиальная составляющая скорости потока в третьем приближении:
Скорость потока в третьем приближении:
Приведенная скорость потока в третьем приближении:
Значение газодинамической функции (3) определяется по величине 4 с помощью таблиц ГДФ. В нашем случае: (3) = 0, 8734.
Плотность потока на выходе из щелевого диффузора:
3 = *3 (3) = 1,9200, 8734 = 1,677 кг/м3
Так как расхождение по скорости С3 во втором и третьем приближении не превышает 1%, то окончательно принимаем С3= С'''3 = 197,3 м/с.
Угол потока на выходе из щелевого диффузора:
Определение параметров потока на выходе из спирального сборника (сборной улитки)
Течение воздуха в спиральном сборнике носит сложный характер. Окружная скорость потока и давление изменяются по радиусу. Поэтому при выполнении проектного газодинамического расчета сборной улитки делается ряд упрощающих предположений.
Считают, что радиальная составляющая скорости потока существенно меньше окружной и поэтому скорость потока определяется в основном его окружной составляющей.
Изменение окружной составляющей скорости потока подчиняется закону постоянной циркуляции Сur = const. Плотность воздуха при его движении в спиральном сборнике остается практически постоянной и равной 3. Предполагается также, что в выходном сечении сборной улитки г - г параметры потока равномерны по сечению.
Значение относительного радиуса центра тяжести выходного сечения располагается в диапазонеRг = Rг/R4 = 1,03…1,08.
ПринимаемRг = 1,04.
Диаметр расположения центра сечения на выходе из спирального сборника:
Dг = 2 Rг = D3?Rг = 0,112 1,04 = 0,116 м
Скорость потока в выходном сечении:
Площадь поперечного сечения на входе в отводящий патрубок:
Диаметр круглого сечения на входе в отводящий патрубок:
Значение коэффициента потерь несимметричной сборной улитки располагается в диапазоне у = 0,1…0,3.
Принимаем у = 0,1
Полное давление на входе в отводящий патрубок:
Определение параметров потока на выходе из компрессора
Последними элементами по ходу воздушного потока в проточной части компрессора являются выходные патрубки, расположенные между сечениями г-г и к-к (см. рис. 1). К ним стыкуется воздушная магистраль ДВС. Площадь поперечного сечения выходного патрубка либо неизменна, либо характеризуется небольшой степенью диффузорности. В последнем случае выходной патрубок называется коническим диффузором. Угол раскрытия конического диффузора кд = 2 arctg [(dк - dг)/2Lкд] не превышает 10…12. Принимаем dк = dг, поэтому площадь поперечного сечения выходного патрубка будет неизменна.
Значения коэффициента потерь на трение в выходном патрубке располагаются в диапазоне вых.п.= 0,005…0,008.
Принимаем вых. п. = 0,008
Полное давление на выходе из компрессора :
Теперь следует сравнить полученное значение давления с ранее определенной величиной:
Расхождение значений давления рк* не должно превышать 3 %. В противном случае надо скорректировать уровень потерь в элементах проточной части ЦБК.
После проведения газодинамического расчета переходят к профилированию основных элементов проточной части ЦБК.
ПРОФИЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА
Завершающим этапом газодинамического проектирования ЦБК является построение лопаточных венцов ННА, РК, лопаточного диффузора и формирование контура спирального сборника. Рассмотрим отдельно каждую из перечисленных задач.
Профилирование канала рабочего колеса в меридиональной плоскости
В технической литературе, например /2/ и /3/, приводится несколько методов профилирования каналов РК в меридиональной плоскости. В настоящем методическом пособии в учебных целях предлагается один из наиболее простых способов профилирования, базирующийся на методике работы /3/.
В качестве исходных данных принимаются полученные ранее диаметры D1вт, D1пер, D2, высоты канала на входе b1 = bВ и на выходе b2 из РК. Форма канала РК в меридиональной плоскости приведена на рис. 4. Прямолинейные участки внутренней стенки канала на входе и выходе из РК сопряжены дугой окружности радиусом Rm в точках А и В.
Рис. 4. Форма каналов РК в меридиональной плоскости
Оценка недостающих геометрических параметров проводится следующим образом. Угол наклона внутренней стенки канала на входе в РК выбирается из диапазона 1 = 0…15 (рис. 4), а на выходе из РК - 2 = 5…10. Относительный осевой размер канала РКSРК = SРК/D2 находится в диапазоне 0,20…0,35, а диаметр на котором располагается точка сопряжения В, определяется с помощью соотношения DВ = (0,75…0,85)D2.
Принимаем 1 =150 , тогда радиус Rm дуги окружности сопряжения находится по формуле:
При оценке радиуса Rm следует учитывать то, что его величина не может превышать значение Rmax, определяемое по формуле:
а выбираемая величина SРК должна быть больше значения SРК min:
Значения перечисленных выше параметров для рассматриваемого случая приведены в табл. 1.
Внутренний контур канала РК в меридиональной плоскости вычерчивается в следующей последовательности (см. рис.1 приложения). На горизонтальной линии откладывается ширина канала CD = SРК. Из точки D восстанавливается перпендикуляр DE протяженностью (D2 - D1вт)/2. На нем откладывается отрезок DF = (DВ - D1вт)/2. Через точку F проводится горизонтальная линия. С этой линией в точке В пересекается прямая EB, проведенная к линии ED под углом 2. Из точки В восстанавливается перпендикуляр к линии EB длиной ОВ = Rm. Затем радиусом Rm выполняется дуга окружности с центром в точке О. К этой дуге из точки С проводится касательная СА. В результате получается внутренний контур канала.
Таблица 1. Значения геометрических параметров, характеризующих форму канала РК в меридиональной плоскости.
|
Параметр |
Размерность |
Значениепараметра |
Параметр |
Размерность |
Значениепараметра |
|
|
D1вт |
мм |
22,1 |
2 |
град. |
5 |
|
|
D1ср |
мм |
42,6 |
SРК |
- |
0,25 |
|
|
D1пер |
мм |
63,1 |
SРК |
мм |
20 |
|
|
b1 |
мм |
20,5 |
DВ |
мм |
64 |
|
|
D2 |
мм |
80 |
Rm |
мм |
23,16 |
|
|
b2 |
мм |
6,98 |
Rmax |
мм |
23,84 |
|
|
1 |
град. |
15 |
SРК min |
мм |
18,3 |
Внешний контур канала получается при проведении ряда вспомогательных окружностей, касательных к внутреннему и внешнему контуру, при плавном изменении диаметров окружностей от размера d = b1 = 0,5(D1пер - D1вт) на входе до величины d = b2 на выходе. Схема формирования внешнего контура канала приведена на рис. 2 приложения. Здесь же показана центроида - линия, на которой располагаются центры вписанных окружностей диаметром d. Ее общая длина обозначается как L0, а длина внутреннего контура - как L. Величина L0 приблизительно определяется с помощью соотношения L0 = KLL,
где - коэффициент пропорциональности.
Значение L при 1 =150 находится по формуле:
В рассматриваемом случае:
L0 = 0,40738,6 = 15,72 мм.
Диаметры вписанных окружностей определяются исходя из следующих соображений. В соответствии с рекомендациями работы /2/ изменение относительной площади каналаF = Dd/F1 в зависимости от относительной длины центроидыL0 = L0i/ L0 должно подчиняться кубической зависимости:
F = С0 + С1L0 + С2L02 + С3L03
Коэффициенты этого полинома находятся исходя из условий:
- при значения и
- при величины и
Для рассматриваемого примера
F = 1 +0,122L02 -0,483L03 .
Затем центроида разбивается на n участков (обычно 8…12) и находится на границе каждого участка значенияFi и Fi = F1Fi (см. табл. 2).
Формирование внешнего контура канала осуществляется в следующей последовательности. Внутренний контур разбивается точками на n (в рассматриваемом примере n = 10) отрезков (см. рис. 1 приложения). На входе в канал вписывается окружность диаметром b1, касательная внутреннего контура в точке 1. Затем намечается центр окружности того же диаметра, но касательной внутреннего контура в точке 2. Замеряется диаметр D, на котором располагается этот центр и его величина записывается в табл. 3. Определяется ширина канала у точки 2 по формуле d = F/D и уже этим диаметром d вписывается окружность, касательная внутреннего контура в точке 2. Далее, перемещаясь к точке 3, намечается центр окружности предыдущего диаметра, касательной внутреннего контура в точке 3. Затем определяется диаметр D расположения этого центра и уточняется ширина канала d у точки 3, которым и выполняется окружность, касательная внутреннего контура в точке 3. Таким образом, вписывание окружностей осуществляется вплоть до выхода из канала. Внешний контур канала вычерчивается плавной (лекальной) кривой, касательной вписанных окружностей.
Таблица 2. Значения геометрических параметров, необходимых для построения внешнего контура канала РК
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
L'0 |
0,00 |
0,10 |
0,20 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
0,60 |
0,70 |
0,80 |
0,90 |
1,00 |
|
|
L0i |
0,00 |
1,57 |
3,14 |
4,71 |
6,29 |
7,86 |
9,43 |
11,00 |
12,57 |
14,14 |
15,71 |
|
|
Li |
0,00 |
3,86 |
7,73 |
11,59 |
15,45 |
19,31 |
23,18 |
27,04 |
30,90 |
34,77 |
38,63 |
|
|
F'i |
1,0000 |
1,0007 |
1,0010 |
0,9979 |
0,9886 |
0,9701 |
0,9396 |
0,8941 |
0,8308 |
0,7467 |
0,6390 |
|
|
Fi |
2743 |
2745 |
2746 |
2737 |
2712 |
2661 |
2577 |
2453 |
2279 |
2048 |
1753 |
|
|
Ri кол |
21,30 |
21,80 |
22,46 |
23,43 |
24,66 |
26,16 |
28,05 |
30,24 |
32,90 |
36,63 |
40,00 |
|
|
Di кол |
42,60 |
43,60 |
44,92 |
46,86 |
49,32 |
52,32 |
56,10 |
60,48 |
65,80 |
73,26 |
80,00 |
|
|
di канала |
20,50 |
20,04 |
19,46 |
18,59 |
17,50 |
16,19 |
14,62 |
12,91 |
11,02 |
8,90 |
6,98 |
|
|
ri канала |
10,25 |
10,02 |
9,73 |
9,30 |
8,75 |
8,10 |
7,31 |
6,45 |
5,51 |
4,45 |
3,49 |
Профилирование входной части лопаток рабочего колеса
Профилирование входной части рабочих лопаток обеспечивает безударный вход потока на лопатки, отсутствие обратных токов и отрыв потока в межлопаточных каналах. При этом обеспечивается уровень потерь, не превышающий принятый в газодинамическом расчете.
В качестве исходных данных используются число лопаток РК ZРК и значения угла 1, полученные на различных диаметрах в газодинамическом расчете.
Требуется построить решетки профилей в трех контрольных сечениях (см. рис. 3 приложения) на диаметрах D1вт = D1вт + (2…3) мм, D1ср и D1пер = D1пер - (2…3) мм.
Значения угла 1 в контрольных сечениях определяются с помощью графика зависимости 1 = f(D1), построенного на основании результатов расчета раздела 2, и сводятся в табл. 3.
Входные кромки лопаток должны обеспечивать угол атаки i = 1л - 1 (см. рис. 5) в диапазоне от 0 до 5. Поэтому 1л = 1 + i (см. табл. 3).
Значения лопаточного угла 2л в месте контакта лопатки с диском РК находятся по зависимости 2л = f(D1), задаваемой из условия обеспечения наименьших потерь в межлопаточном канале.
Рис. 5 Схема решетки профилей скоростей на входе в РК
Значения ширины решетки S1 в различных контрольных сечениях определяются по форме канала РК (см. рис. 2 приложения) в меридиональной плоскости. Угол изгиба профиля находится как разность = 2л - 1л (рис. 5), а угол установки профиля равен уст = 0,5(2л + 1л).
Радиус входной кромки профиля выбирается из диапазона r1 = 0,2…0,3 мм, а угол ее заострения - из интервала 1 = 5…10.
Шаг решетки на произвольном диаметре находится как t1РК = D/ZРК. Если у втулки получается малое значение шага (t 3 мм) и увеличивается загромождение на входе в колесо, целесообразно половину рабочих лопаток выполнять укороченными, т.е. начинающимися на большем диаметре (ориентировочно на D1пер). В этом случае шаг решетки на входе в РК определяется по формуле:
.
Таблица 3. Значения геометрических параметров решеток и профилей лопаток РК
ZРК = 10
|
???????? |
??????????? |
???????????--??????? |
|||
|
Dў1?? |
D1?? |
Dў1??? |
|||
|
Dў1 |
?? |
24,1 |
42,6 |
61,1 |
|
|
b1 |
????. |
55,9 |
39,9 |
3_,1 |
|
|
i |
????. |
1,1 |
2,1 |
2,9 |
|
|
b1? |
????. |
57 |
42 |
33 |
|
|
bў2? |
????. |
61 |
9_ |
9_ |
|
|
S1 |
?? |
6,1 |
15,9 |
18,9 |
|
|
q |
????. |
4 |
48 |
57 |
|
|
g??? |
????. |
59 |
66 |
61,5 |
|
|
r1 |
?? |
_,2 |
_,2 |
_,2 |
|
|
w1 |
????. |
6 |
6 |
6 |
|
|
t1?? |
?? |
7,57 |
13,38 |
19,2_ |
|
|
b |
?? |
7,12 |
17,4_ |
21,51 |
|
|
R |
?? |
1_1,96 |
21,4_ |
22,54 |
|
|
r? |
?? |
_,5 |
_,5 |
_,5 |
|
|
b1? |
????. |
54 |
39 |
3_ |
|
|
b1? |
????. |
6_ |
45 |
36 |
|
|
R? |
?? |
58,29 |
2_,21 |
21,51 |
|
|
R? |
?? |
4_7,75 |
22,74 |
23,69 |
Хорда профиля определяется из выражения
Радиус дуги окружности, по которой изогнута средняя линия профиля лопатки вычисляется по формуле:
Значения радиуса сопряжения профиля лопатки с диском РК лежат в диапазоне rс = 0,5…1,5 мм.
Выполнение профиля лопатки осуществляется в следующей последовательности. Строятся две параллельные линии, расположенные друг относительно друга на расстоянии S1 - r1. По нижней линии DD осуществляется сопряжение лопатки с диском РК, а на верхней - располагаются центры дуг окружностей входных кромок лопаток. Потом на верхней линии отмечается две точки О1 и О1 на расстоянии шага t1РК друг относительно друга и вокруг каждой описывается окружность радиусом r1. Над линией О1О1 проводится линия фронта на входе в решетку РК, касательная окружностей радиусом r1.
Из точки О1 под углом 1л к входному фронту решетки проводится луч ОВ. К нему из точки О1 восстанавливается перпендикуляр, на котором откладывается отрезок О1С = R. Из точки С дугой радиуса R проводится средняя линия профиля лопатки О1D.
Контур спинки лопатки строится следующим образом. Под углом 1с = 1л - 0,51 к входному фронту решетки проводится линия ВЕ, касательная в точке Е дуги входной кромки лопатки. Из точки касания Е восстанавливается перпендикуляр ЕСc длиной Rc, приблизительно вычисляемой по формуле:
Затем контур спинки описывается дугой окружности радиуса Rc.
Контур корытца лопатки строится в следующей последовательности. Под углом 1к = 1л + 0,51 к входному фронту решетки проводится линия ВF, касательная окружности входной кромки в точке F. Из точки касания F восстанавливается перпендикуляр FCк длиной Rк, приблизительно определяемой по выражению :
Затем контур корытца описывается дугой окружности Rк. Желательно, чтобы толщина лопаток у диска (расстояние DкDс) не превышала 2,0…2,5 мм.
Контуры спинки и корытца лопатки сопрягаются с линией DD дугами окружности радиуса rc.
В табл. 3 представлены значения параметров решеток РК рассматриваемого примера в контрольных сечениях на втулочном, среднем и периферийном диаметрах, а на рис. 3 приложения даны сами решетки профилей в указанных сечениях.
Профилирование спирального сборника в окружной плоскости
Внешний и внутренний контур спирального сборника обычно выполняется с помощью сопрягающихся дуг окружностей (рис. 4 приложения). Центрами дуг окружностей являются вершины квадрата со стороной а, расположенного в центре сборной улитки.
Если у компрессора два отвода, как в рассматриваемом в примере, то а = 0,5dг и каждая половина внешнего и внутреннего контура спирального сборника формируется двумя дугами окружностей. Внешний контур описывается дугами окружностей радиусов R1 и R2 = R1 + а, а внутренний контур - дугами окружностей радиусов R1 = R1 и R2 = R1 - а. Внешний и внутренний контуры сопрягаются дугой окружности радиуса r = 1,0…1,5 мм. По рекомендации /1/ значение R1 = 0,5(Dг + а - dг). Значения основных геометрических параметров спирального сборника рассматриваемого примера расчета приведены в табл. 4.
После выполнения контура сборной улитки следует перейти к построению проточной части патрубка отвода. Действительное значение длины патрубка Lкд принимается исходя из конструктивных соображений, так как Lкдmin=(dк-dг/2)*ctg(бкд/2), а dк=dг(см. пункт “Определение параметров потока на выходе из компрессора”), то Lкдmin=0.
Принимаем Lкд =60 мм.
Таблица 4. Значения основных геометрических параметров спирального сборника с двумя отводами
|
Параметр |
Размерность |
Значение |
Параметр |
Размерность |
Значение |
|
|
Dг |
мм |
116,48 |
R1 |
мм |
50,42 |
|
|
Rг |
мм |
58,24 |
R2 |
мм |
66,07 |
|
|
dг |
мм |
31,3 |
R1 |
мм |
50,42 |
|
|
а |
мм |
15,65 |
R2 |
мм |
34,77 |
|
|
dк |
мм |
40,9 |
r |
мм |
1,50 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе проведен термогазодинамический расчет центробежного компрессора агрегата наддува. Были определены основные термогазодинамические параметры, геометрические параметры: площади и размеры проходных сечений проточной части компрессора. Полученные величины (U2, в1, лW1, и др.), а так же погрешности вычисления (С3, Дрк', НZ) удовлетворяют допустимым значениям.
Построены треугольники скоростей на входе в рабочее колесо на втулочном, среднем и периферийном диаметрах, а так же на выходе из рабочего колеса.
Спрофилированы основные элементы проточной части компрессора: рабочее колесо, входная часть лопаток рабочего колеса, спиральный сборник в окружной плоскости.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
центробежный компрессор колесо
1. Дмитриева И. Б., Матвеев В. Н., Окорочкова В. М. Проектный расчет центробежного компрессора агрегата наддува ДВС: Учебное пособие. - Самара, СГАУ, 2002, 59 с.
2. Автомобильные двигатели с турбонаддувом / Ханин Н. С., Аболтин Э. В., Лямцев Б. Ф. и др. - М.: Машиностроение, 1991 - 336 с.
3. Юрин А. В. Расчет центробежного компрессора ГТД. Учебное пособие. - Куйбышев: КуАИ, 1979. - 28 с.
4. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. Учебное пособие для вузов. - М: Высшая школа, 1980. - 400 с.
5. А. И. Белоусов, И. П. Косицин, С. Н. Рождественский Гидрогазодинамическое проектирование турбонасосных агрегатов двигателей летательных аппаратов. Учебное пособие. - Куйбышев: КуАИ, 1974. - 136 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рис.1. Схема формирования внешнего контура канала
Рис.2. Выбор контрольных сечений на входе в РК
Рис.3. Решетки профилей в контрольных сечениях на:
а) втулочном диаметре б) среднем диаметре в) периферийном диаметре
Рис.4. Схема спирального сборника
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Проектирование центробежного компрессора в транспортном газотурбинном двигателе: расчет параметров потока на выходе, геометрических параметров выходного сечения рабочего колеса, профилирование меридионального отвода, оценка максимальной нагрузки лопатки.
курсовая работа [569,3 K], добавлен 05.04.2010Совершенствование дизелей в направлении увеличения агрегатной мощности и улучшения технико-экономических показателей методом газотурбинного наддува. Газодинамический расчет компрессора. Параметры воздушного потока. Профилирование колеса компрессора.
курсовая работа [135,8 K], добавлен 20.04.2012Методика расчета ступени центробежного компрессора по исходным данным. Расчет параметров во входном и выходном сечениях рабочего колеса и на выходе из радиального лопаточного диффузора. Расчет параметров на входе в осевой диффузор и на выходе из него.
курсовая работа [334,5 K], добавлен 03.02.2010Газодинамический расчет центробежного компрессора. Выбор и определение основных параметров компрессора. Расчет безлопаточного, лопаточного диффузора. Определение диска на прочность. Ознакомление с таблицами напряжений. График результатов расчета диска.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 02.05.2019Знакомство с особенностями проведения термодинамического и кинематического расчетов компрессора. Рассмотрение проблем распределения коэффициентов напора по ступеням. Этапы расчета параметров потока на различных радиусах проточной части компрессора.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 11.05.2014Использование центробежных компрессорных ступеней в осецентробежных компрессорах газотурбинных двигателей. Метод определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений, действующих на рабочее колесо центробежного компрессора.
автореферат [618,2 K], добавлен 27.03.2011Газодинамический расчет варианта проточной части одновального трехсекционного шестиступенчатого, по две ступени в секции, компрессора. Профилирование лопаточных аппаратов первой ступени. Определение ширины концевых уплотнений и внешних утечек газа.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 25.08.2012Расчет параметров потока и построение решеток профилей ступени компрессора и турбины. Профилирование камеры сгорания, реактивного сопла проектируемого двигателя и решеток профилей рабочего колеса турбины высокого давления. Построение профилей лопаток.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 27.02.2012Расчет параметров потока и построение решеток профилей для компрессора и турбины. Профилирование рабочей лопатки компрессора, газодинамический и кинематические параметры профилируемой ступени на среднем радиусе. Кинематические параметры ступени турбины.
практическая работа [2,1 M], добавлен 01.12.2011Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. Параметры потока в межвенцовых зазорах ступени в среднем, периферийном и втулочном сечении. Определение размеров камеры сгорания. Расчет выходной патрубка - осерадиального диффузора.
курсовая работа [741,3 K], добавлен 27.02.2012Характеристика центробежного компрессора, который состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Расчёт центробежного компрессора и осевой турбины. Общие положения об агрегате усилия компрессора и турбины.
курсовая работа [228,8 K], добавлен 10.07.2011Расчет и профилирование элементов конструкции двигателя: рабочей лопатки первой ступени осевого компрессора, турбины. Методика расчета треугольников скоростей. Порядок определения параметров камеры сгорания, геометрических параметров проточной части.
курсовая работа [675,3 K], добавлен 22.02.2012Проектирование осевого компрессора и профилирование лопатки первой ступени компрессорного давления. Расчет параметров планов скоростей и исходные данные для профилирования рабочей лопатки компрессора, её газодинамические и кинематические параметры.
контрольная работа [1,0 M], добавлен 22.02.2012Проект двигателя для привода газоперекачивающего агрегата. Расчет термодинамических параметров двигателя и осевого компрессора. Согласование параметров компрессора и турбины, профилирование компрессорной ступени. Газодинамический расчет турбины на ЭВМ.
курсовая работа [429,8 K], добавлен 30.06.2012Определение основных размеров и параметров компрессора. Подсчет его массовой производительности с помощью уравнения состояния Клапейрона. Изменение внутренней энергии в процессе сжатия. Построение индикаторной диаграммы первой ступени компрессора.
контрольная работа [264,7 K], добавлен 21.04.2016Проектирование центробежного турбокомпрессора, состоящего из центробежного компрессора и радиально-осевой газовой турбины. Уточнение расчетных параметров и коэффициента полезного действия турбины. Расчет соплового аппарата и рабочего колеса турбины.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 08.05.2021Выбор и обоснование параметров двигателя, его термогазодинамический расчет. Термогазодинамический расчёт двигателя на ЭВМ. Согласование параметров компрессора и турбины. Профилирование ступени компрессора, газодинамический расчет турбины на ЭВМ.
курсовая работа [4,2 M], добавлен 22.09.2010Определение параметров совместной работы с поршневым двигателем и разработка проекта турбокомпрессора мощностью 60 кВт. Расчет основных параметров компрессора: патрубок, рабочее колесо, диффузор. Расчет радиально-осевой турбины и характеристики скорости.
курсовая работа [618,1 K], добавлен 12.10.2011Термогазодинамический расчет параметров компрессора и турбины. Профилирование рабочей лопатки первой ступени осевого компрессора. Расчет густоты решеток профилей и уточнение числа лопаток в венце. Выбор углов атаки лопаточного венца на номинальном режиме.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 14.03.2012Определение базы поршневого компрессора, предварительное определение его мощности. Определение параметров нормализованной базы, требуемого числа ступеней. Конструктивный расчет компрессора. Определение номинального усилия базы, плотности газа по ступеням.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 04.04.2014
