Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Определение основных геометрических и кинематических параметров H_эф, u₂, X, n, D₂, d, D₀
• 2. Расчёт рабочих колёс
• 2.1 Расчет рабочего колеса первой ступени
• 2.2 Расчет рабочего колеса второй ступени
• 2.3 Расчет рабочего колеса третьей ступени
• 2.4 Расчет рабочего колеса четвертой ступени
• 3. Расчёт лопаточных диффузоров
• 3.1 Расчет ЛД первой ступени
• 3.2 Расчет ЛД второй ступени
• 3.3 Расчет ЛД третьей ступени
• 3.4 Расчет ЛД четвертой ступени
• 4. Расчёт выходных устройств
• 4.1 Расчет ОНА первой ступени
• 4.2 Расчет ОНА второй ступени
• 4.3 Расчет ОНА третьей ступени
• 4.4 Расчет выходного устройства четвертой (концевой) ступени
• 5. Расчёт потребляемой мощности
• Список литературы

Введение

Условные обозначения:

Q - объёмная производительность c учетом утечек через думмис, м³/мин;

Q - объемная производительность, м³/мин;

G - массовая производительность, кг/мин;

R - удельная газовая постоянная, Дж/(кгК);

K - показатель адиабаты;

P - давление, Па, Мпа;

Е - отношение давлений (pк/pн);

Т - температура по шкале Кельвина, К;

T - температура по шкале Цельсия, С;

t - повышение температуры, С;

С - плотность воздуха, кг/м³;

З - КПД;

У - число политропы;

N - частота вращения ротора, об/мин;

Kz - поправка на конечное число лопаток;

цr2 - коэффициент расхода (отношение скоростей cr2 /u2);

цu2 - коэффициент теоретического напора (отношение скоростей cu2/u2);

ш - коэффициент удельной работы;

Щ - коэффициент реактивности рабочего колеса;

У - коэффициент потерь;

Х - число ступеней

Нэф - эффективная удельная работа сжатия (эффективный напор), Дж/кг;

Kv - отношение удельного веса воздуха в сечении к его начальной величине;

- коэффициент ускорения на входе в рабочее колесо;

C - абсолютная скорость, м/с;

cr2 - радиальная (расходная) составляющая абсолютной скорости, м/с;

cu2 - окружная составляющая абсолютной скорости, м/с;

u - окружная скорость, м/с

w - относительная скорость, м/с;

M - число Маха;

Mu - условное число Маха;

F - площадь, м²;

Nпотр - мощность потребляемая, Вт;

D, d - диаметр, м, мм;

R - радиус, м, мм;

B - ширина канала в меридиональной плоскости, м, мм;

И - угол наклона покрывающего диска, град;

В - угол лопаток рабочего колеса, град;

в' - угол между направлением относительной скорости и обратным;

направлением окружной скорости рабочего колеса, град;

i - угол атаки, град;

z - число лопаток;

д - толщина лопаток, м, мм;

Д - разность, приращение параметра;

R - радиус профиля лопатки, м, мм;

R0 - радиус центровой окружности лопатки, м, мм;

L - длина, м, мм;

Ф - коэффициент уменьшения (стеснения) площади сечения за счёт лопаток;

Б - угол лопаток диффузора и обратного направляющего аппарата, град;

б' - угол между абсолютной и окружной скоростями, град;

втр - потери мощности от трения колеса в среде сжатого воздуха;

впр - потери мощности из-за протечек газа через уплотнения;

l/t - густота решетки;

х - угол расширения лопаточного диффузора;

KД - коэффициент диффузорности.



Размещено на http://www.allbest.ru/



Рис. 2. Установка нагнетателя: а - вид сбоку; б - вид в плане 1 - фильтр; 2 - камера фильтров; 3 - торцевая измерительная диафрагма; 4 - заслонка на всасывании; 5 - всасывающий патрубок; 6 - нагнетатель;7 - фундамент; 8 - мультипликатор; 10 - обратный клапан;11 - масляный насос; 12 - фундамент под масляные насосы; 13 - маслоохладитель; 14 - антипомпажный клапан

Исходные параметры:

объёмная производительность Q? = 1300 м³/мин;

конечное давление (абсолютное) р_к= 0,4 МПа = 4.08 кгс/см²;

рабочая среда - атмосферный воздух (R = 288,4 Дж /кгК, k = 1,4);

начальное давление (абсолютное) р_н= 0,098 МПа = 1,0 кгс/см²;

начальная температура t_н = 20 С = 293 K.

1. Определение основных геометрических и кинематических параметров H_эф, u₂, X, n, D₂, d, D₀

Принимаем политропный КПД проточной части з_пол = 0,84. Тогда число политропы:

.

Повышение температуры:

С.

Конечная температура:

С.

Эффективная удельная работа сжатия (эффективный напор):

.

Окружная скорость ограничивается: а) по условиям прочности для стальных дисков u_2max = 280-300 м/c, б) по условиям М_u.

Исходя из этих условий, определяем допустимую окружную скорость

.

Для определения коэффициента теоретического напора принимаем:

₂ = 48 ; _r2 = 0,26; z₂/z₁ = 24/12.

Тогда по формуле Стодолы получаем:

_u2 = k_z - _r2,

где .

Напорный КПД:

_нап,

где .

Коэффициент удельной работы:

= _{h u2} = 0,87 0,669 = 0,581.

Приближённое число ступеней:

.

Принимаем, округляя в большую сторону, Х = 4.

Требуемая окружная скорость РК:

.

Определим частоту вращения ротора:

.

Для этого предварительно оцениваем коэффициент стеснения₂ 0,92и принимаем для первого РК относительную ширину b₂/D₂ = 0,065.

Объёмная производительность c учетом утечек:

,

где з_v - объемный КПД, учитывающий утечки через думмис (з_v = 0,985).

Для вычисления k_v2 определим коэффициент реактивности Щ и повышение температуры в рабочем колесе t₂. Имеем:

.

С.

.

Частота вращения ротора:

,

n = .

Диаметр РК:

.

Определим расчётный диаметр вала d_в по приближённой формуле, предложенной проф. В.Ф. Рисом:

,

где расчетный коэффициент

k_d = 0,019-0,027;D_2m

- среднеарифметический диаметр РК. В нашем случае D_2m = D_2.

Критическая частота вращения первого тона:

об/мин.

Таким образом, получаем расчётный (максимальный) диаметр вала:

Примем диаметры втулок РК 1, 2, 3, 4: d₁ = 310 мм, d₂ = 330 мм, d₃ = 330 мм, d₄ = 330 мм.

Диаметр всасывающего отверстия рабочего колеса определяем по формуле Поликовского из условия минимума относительной скорости w₁ = w_1min.

Принимая величины параметров на входе в рабочее колесо k_D= 1,02, k_v1 = 0,98, ф₁ = 0,88 и = 1,05, определяем:

,

D_0w1min.

.

(допустимо ? 1,65ч1,7).

2. Расчёт рабочих колёс

2.1 Расчет рабочего колеса первой ступени

Определяем F₀,c₀и b_1:

.

.

.

Уточняем коэффициент стеснения при входе на лопатки рабочего колеса:

Для фрезерованных лопаток:

,

где толщина фрезерованной лопатки принимается в диапазоне д = (0,010ч0,015) D₂; 0,6 - коэффициент, учитывающий заострение кромок.

В первом приближении входной угол лопаток принят в₁ = 33 .

Определим с ₁ и :

.

Отношение (желательно иметь с ₁/u₂ ? 0,4).

,

где .

Проверим принятое значение k_v1:

Имеем

.

.

Следовательно,

.

Относительная скорость на входе в колесо

.

Проверим число Маха по относительной скорости на входе

(желательно М_w1<0,55).

Вычислим отношение относительных скоростей:

.

(рекомендуется k_w ? 2,1).

Определим элементы выходного треугольника скоростей:

.

.

,

где s - номер ступени.

Температура за РК:

.

Проверим число Маха:

(М_{С 2}< 0,55).

Уточняем ранее принятую величину ₂:

.

Ширина РК на выходе:

,

где .

Угол наклона покрывающего диска:

.

2.2 Расчет рабочего колеса второй ступени

Треугольники скоростей на выходе из РК приняты одинаковыми для всех ступеней. Треугольники скоростей на входе в рабочее колесо не могут быть одинаковыми, так как из соображений унификации принимаются одинаковые D₀ и углы наклона покрывающих дисков для всех РК.

Следовательно,

,

где .

Таким образом, расчёт второго колеса сводится к определению величин b₂,b₁, c₁, .

Повышение температуры от начального сечения до выхода из второго РК: центробежная компрессорная проектирование диффузор

.

где и .

.

,

где для ф₂ подставлено значение, полученное для первой ступени.

Ширина лопатки колеса на входе b₁ = b₂ + b = 60,5 + 52,5 = 113 мм.

Теперь можно определить приближённое значение абсолютной скорости на входе (для вычисления k_v1):

,

где ф₁ и подставлены значения, полученные для первой ступени.

.

.

Уточненное значение с ₁:

,

где .

Угол входа на лопатки РК:

.

2.3 Расчет рабочего колеса третьей ступени

Расчет выполняется аналогично предыдущим РК.

.

.

,

где для ф₂ подставлено значение, полученное для первой ступени.

.

,

где .

.

.

, тогда .

.

2.4 Расчет рабочего колеса четвертой ступени

.

.

,

где для ф₂ подставлено значение, полученное для первой ступени.

.

,

где .

.

.

, тогда .

.

Опыт показывает, что входной угол лопаток ₁ целесообразно принимать равным или несколько большим, чем , чтобы иметь безударный вход или небольшой положительный угол атаки (i = 2ч5 ).

В целях унификации для всех РК принимаем ₁ = 33 (по первому рабочему колесу).

Рабочие лопатки цилиндрические, очерчиваются дугой окружности.

Радиус средней линии лопатки:

.

Радиус центровой окружности лопатки:

.

3. Расчёт лопаточных диффузоров

3.1 Расчет ЛД первой ступени

Принимаем следующие размеры лопаточного диффузора промежуточной ступени:

; ; .

Тогда; ; .

Определяем б₃:

.

.

Угол выхода из диффузора б₄:

,

где .

Число лопаток:

,

где .

Определим угол расширения лопаточного диффузора:

tgх/2,

где ; = 536.

Средние линии лопаток очерчиваются по дуге окружности.

Радиус средней линии лопатки:

.

Радиус центровой окружности лопатки:

R₀.

3.2 Расчет ЛД второй ступени

Учитывая, что вторая ступень, как и первая, является промежуточной, сохраняем все размеры за исключением b₃. Таким образом,

.

3.3 Расчет ЛД третьей ступени

Учитывая, что вторая ступень, как и первая, является промежуточной, сохраняем все размеры за исключением b₃. Таким образом,

.

3.4 Расчет ЛД четвертой ступени

Третья ступень концевая, поэтому для неё сохраняем только условие D₃/D₂ = 1,13. Остальные размеры будут иными.

Примем D₄/D₂ = 1,45 и b₃/b₂ = 1,4. Тогда D₄ = 1,45·1220 = 1769 мм и

b₃ = 1,4·39,4 = 55,16 мм.

.

.

Угол выхода из диффузора:

,

где для концевой ступени .

Число лопаток:

.

Угол расширения х:

tgх/2,

где ; = 2,58.

Проверяем коэффициент диффузорности:

. Рекомендуется (К_Д = 1,8ч2,4).

Средние линии лопаток очерчиваются по дуге окружности.

Радиус средней линии лопатки:

.

Радиус центровой окружности лопатки:

R₀.

4. Расчёт выходных устройств

Выходные устройства первой, второй и третьей ступеней - это ОНА, а четвертой (концевой) ступени - кольцевая камера.

4.1 Расчет ОНА первой ступени

Принимаем выходные размеры ОНА ,, 36.

Диаметр выхода и 90.

Проверяем соотношение скоростей с ₆/с ₅

,

где .

(принято z₅ = 14 и

д₅ = 25 мм).

Угол потока на выходе из ЛД с учетом угла отставания.

.

Отношения скоростей и .

Ширина лопаток на выходе из ОНА:

,

где при z₆ = z₅ = 14 и д₆ = 15 мм.

.

4.2 Расчет ОНА второй ступени

Величины D₅, D₆, б₅, б₆ и z₆ = z₅ те же, что и в первой ступени, изменяются лишь значения ширины b₅ и b₆.

.

Для соотношения скоростей имеем

.

Средние линии лопаток очерчиваются по дуге окружности, причем радиус средней линии лопатки:

;

радиус центровой окружности лопатки:

.

4.3 Расчет ОНА третьей ступени

Величины D₅, D₆, б₅, б₆ и z₆ = z₅ те же, что и в первой ступени, изменяются лишь значения ширины b₅ и b₆.

.

Для соотношения скоростей имеем:

.

Средние линии лопаток очерчиваются по дуге окружности, причем радиус средней линии лопатки:

;

радиус центровой окружности лопатки:

.

4.4 Расчет выходного устройства четвертой (концевой) ступени

Массовая производительность в нагнетании:

.

Плотность воздуха в нагнетании:

.

Объемная производительность при конечных условиях:

.

Для определения площади проходного сечения кольцевой камеры примем максимальную скорость перед входом в нагнетательный патрубок с_max = 45 м/с. Определим площадь сечения кольцевой камеры

.

Примем сечение круглой формы, асимметрично сбитое набок. Диаметр сечения КК

.

Радиус сечения КК .

Центр радиуса кольцевой камеры выбирается по конструктивным соображениям.

5. Расчёт потребляемой мощности

,

где плотность на входе в нагнетатель з_мех = 0,985 - механический КПД, учитывающий потери в узлах трения.

Список литературы

1. Евдокимов В.Е., Шамеко С.Л. Центробежные компрессорные машины: Методические указания к курсовому проекту для студентов направления 140504 спец. 140504 очной и заочной форм обучения. - СПб.: СПбГУНиПТ, 2010. - 29 с.

2. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. - Л.: Машиностроение, 1964. - 336 с.

Размещено на Allbest.ru

...