Газодинамический расчет осевого многоступенчатого компрессора высокого давления
Предварительный расчет компрессора, его проходных сечений. Схема меридионального сечения проточной части компрессора. Детальный газодинамический расчет первой ступени компрессора по среднему диаметру. Средний напор ступеней дозвукового компрессора.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.04.2016 |
| Размер файла | 370,8 K |
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/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство образования и науки РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
"Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ)
кафедра теплотехники и энергетического машиностроения
Курсовая работа по дисциплине "Теория лопаточных машин"
Тема: Газодинамический расчет осевого многоступенчатого компрессора высокого давления
Проектировал студент Самойленко Артём Александрович
Консультировал к. т. н., доцент Такмовцев В.В.
Казань 2016 г.
Содержание
- I. Выбор основных исходных данных первой ступени компрессора
- 2. Предварительный расчет компрессора
- 3. Расчет проходных сечений компрессора
- 4. Схема меридионального сечения проточной части компрессора
- 5. Детальный газодинамический расчет первой ступени компрессора по среднему диаметру
- Список литературы
I. Выбор основных исходных данных первой ступени компрессора
Степень реактивности первой ступени в нашем расчете принимаем
Относительный диаметр втулки первой ступени компрессора в нашем случае выбираем
Окружную скорость в нашем случае выбиваем м/с
Окружная скорость на среднем диаметре первой ступени находится по формуле:
uср = м/c
Коэффициент теоретического напора в нашем случае выбираем и убеждаемся, что
kДж/кг
лежит в указанных пределах.
Выбираем и определяем
.
Тогда получим угол входа в колесо первой ступени на среднем радиусе
Коэффициент производительности первой ступени компрессора
где газодинамическая функция расхода находится по значению
с использованием ГДФ:
м/с
Следовательно,
Число Маxa на входе в рабочее колесо первой ступени:
где приведенная окружная скорость
Для первых ступеней дозвуковых компрессоров на среднем диаметре
Проверяем окружную скорость на среднем диаметре колеса первой ступени.
Число Маха по окружной скорости колеса
скорость звука на входе в колесо
м/с
окружная скорость
м/с
что совпадает с выбранной ранее величиной.
Густота решетки рабочего колеса первой ступени на среднем диаметре назначается на основе обобщенных опытных данных, полученных при продувке плоских решеток.
Рассчитываются безразмерные величины
;
По формуле
и далее параметр
Наконец, по формуле
Затраченная работа в первой ступени
;
кДж/кг
Диаметр колеса первой ступени компрессора определяется по параметрам на входе в компрессор
;
м
Выбранные параметры позволяют провести расчет компрессора.
Предварительный.
2. Предварительный расчет компрессора
1. Средний напор ступеней в дозвуковом компрессоре с Dcp= const
кДж/кг
2. Напор компрессора
кДж/кг
3. Число ступеней компрессора
Принимаем Z = 7 и уточняем
кДж/кг.
4. Мощность, потребляемая компрессором
кВт.
5. Частота вращения ротора компрессора
об/с
6. Напор по ступеням компрессора
Суммарный напор кДж/кг
Результаты распределения напоров по ступеням Hki показаны в табл.1.1
Таблица 1.1
|
Параметры |
Раз- мер- ность |
Ступени |
||||||||
|
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
K |
|||
|
Hki |
кДж/гк |
31.4 |
36 |
39.5 |
41.5 |
41.5 |
38.5 |
34.9 |
263.3 |
|
|
C1ai |
м/с |
178 |
178 |
178 |
175 |
172 |
169 |
165 |
160 |
|
|
ki |
- |
0,6 |
0,61 |
0,63 |
0,65 |
0,67 |
0,69 |
0,71 |
- |
|
|
i |
- |
0,98 |
0,969 |
0,958 |
0,947 |
0,936 |
0,92 |
0,9 |
- |
|
|
(3f) i |
- |
0,98 |
0,978 |
0,976 |
0,974 |
0,972 |
0,97 |
0,968 |
- |
|
|
Hthi |
Дж/кг |
31444 |
35325 |
42358 |
42762 |
43176 |
39748 |
37578 |
- |
|
|
|
- |
0,3 |
0,33 |
0,404 |
0,407 |
0,41 |
0,38 |
0,358 |
- |
|
|
- |
0,55 |
0.55 |
0,55 |
0,54 |
0,53 |
0,52 |
0,5 |
- |
||
|
- |
0,88 |
0,89 |
0,91 |
0,91 |
0,9 |
0,91 |
0,88 |
- |
||
|
Дж/кг |
27632 |
32040 |
35945 |
37765 |
37350 |
35035 |
30712 |
236479 |
||
|
К |
441 |
477 |
516 |
557 |
599 |
637 |
672 |
- |
||
|
К |
410 |
441 |
477 |
516 |
557 |
599 |
637 |
672 |
||
|
- |
1,23 |
1,25 |
1,26 |
1,25 |
1,23 |
1,2 |
1,16 |
4,3 |
||
|
Па |
365842 |
458797 |
579991 |
728978 |
900266 |
1084720 |
126760 |
1278970 |
7. Осевые скорости потока по ступеням компрессора постепенно уменьшаются от входа к выходу.
Величина C1aI на входе в первую ступень определяется при выборе основных исходных данных первой ступени компрессора.
В нескольких последующих ступенях желательно сохранить величину С1a неизменной, равной С1аI, что позволяет получить в этих ступенях повышенные напоры при заданной густоте решеток в/t.
Результаты распределения осевых скоростей по ступеням компрессора C1ai показаны в табл. 1.1
8. Определяем параметры на выходе из компрессора.
Выбираем скорость воздуха Ск = 160 м/с, тогда при осевом выходе воздуха из компрессора (к = 90°)
Где К
По к из таблиц ГДФ находим q (к) = 0,4972.Давление Па
Площадь проходного сечения
м2
Средний диаметр
м
Высота лопатки спрямляющего аппарата последней ступени
м
9. Результаты распределения степени реактивности Ki по ступеням показаны в табл. 1.1.
10. Теоретический (эйлеровский) напор в ступенях компрессора вычисляется по формуле
Дж/кг
где i - коэффициент, отражающий неравномерность скоростей, линейно, изменяется по длине проточной части компрессора.
Потери в зазорах 3 и потери от трения диска f обычно учитывается величиною
Результаты расчетов величины Hthi приведены в табл.1.1.
11. Коэффициенты напора Ht, и расхода Са по ступеням компрессора рассчитаны по формулам
;
12. Необходимо проверить эти густоты в той ступени компрессора, где отношение максимальное. В нашем примере достигает максимального значения в IV ступени (см. табл.1.1).
Для этой ступени
;
Находим
затем определяем параметр
Далее находим
, что можно допустить.
Густота решетки спрямляющего аппарата VII ступени определяется в такой последовательности:
а) осевая скорость за рабочим колесом
м/с
б) окружная составляющая скорости воздуха на выходе из колеса
м/с
в) угол потока на выходе
многоступенчатый компрессор высокое давление
Принимая во внимание, что находим угол выхода потока из спрямляющего аппарата
Здесь
м/с
г) поворот потока в решетке спрямляющего аппарата
д) по формуле
где ;
е) далее по формуле
что можно допустить.
13. Выбирая *kz = 0,88, а Hkz =34938 Дж/кг, вычисляем отношение
и по нему определяем КПД условного эквивалентного политропного процесса
КПД v, соответствующий равенству напоров в действительном и эквивалентном политропном процессах сжатия, определяется
Далее находим
Дж/кг
Напоры отдельных ступеней и значения указаны в табл.1.1.
14. Температура адиабатно заторможенного потока воздуха на выходе из спрямляющего аппарата данной ступени равна соответственно температуре торможения в абсолютном движении на выходе из рабочего колеса и на входе в последую-щую ступень
К
Для первой ступени К.
Результаты остальных расчетов сведены в табл.1.1.
15. Степень повышения давления в отдельных ступенях
Для проверки правильности этих расчетов необходимо вы-
числить общую ступень повышения давления которая должна
совпадать с заданной (см. табл.1.1):
16. Полное давление на входе в i - ю ступень равно полному давлению на выходе из (i-1) - й ступени, т.е.
Па
Результаты расчетов, выполненных в данном параграфе, сведены в табл. 1.1.
3. Расчет проходных сечений компрессора
Целью расчета является определение высот лопаток, диаметров Dk1i и Dвт1i для всех ступеней компрессора. Порядок расчета следующий:
1. Окружная составляющая абсолютной скорости на входе в рабочее колесо ступени
м/с
2. Абсолютная и приведенная скорость на входе в колесо
м/с;
м/с
По 1i и таблицам ГДФ находятся q (1) i
3. Угол входа в ступень по абсолютной скорости
Угол на входе 1i является одновременно и углом выхода потока из спрямляющего аппарата предыдущей ступени, т.е.
4. Площадь сечения на входе в ступень
м2
5. Высота рабочей лопатки на входе в колесо и диаметры Dk1i и Dвт1i
м; м
м
Расчет проходных сечений проводится с использованием численных значений величин, полученных в предыдущих параграфах, а результаты расчета сведены в табл. 1.2.
4. Схема меридионального сечения проточной части компрессора
Схема проточной части вычерчивается для того, чтобы убедиться в ее плавности, назначить долевые размеры рабочих и направляющих (спрямляющих) лопаток, а также выбрать осевые зазоры между решетками рабочих колес и спрямляющих аппаратов.
При вычерчивании схемы используются расчетные величины диаметров DK1i и Dвт1i числа ступеней Z, а также следующие статистические соотношения:
удлинение лопаток
относительная ширина лопаток рабочих колес и спрямляющих аппаратов на среднем радиусе;
относительная величина осевых зазоров между решетками рабочих колени, спрямляющих (направляющих) аппаратов
В нашем примере выбрано изменение по ступеням удлинения рабочих и направляющих (спрямляющих) лопаток от 3,5 на первой ступени до 2 на последней; относительного осевого зазора от 0,3 на первой ступени до 0,42 на последней.
Относительная ширина решеток = 0,9.
Результаты расчета приведены в табл.1.2.
Далее можно приступить к детальному расчету всех ступеней по среднему диаметру, что показано на примере расчета первой ступени компрессора.
Таблица 1.2
|
Параметры |
Раз- мер- ность |
Ступени |
||||||||
|
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
K |
|||
|
C1ui |
м/с |
80,1 |
77,7 |
54,3 |
47,2 |
40,1 |
38,9 |
35,8 |
- |
|
|
C1i |
м/с |
195,5 |
191,9 |
186,1 |
181,2 |
176,6 |
173,4 |
168,8 |
160 |
|
|
aкрi |
м/с |
384,5 |
399,8 |
416 |
432,3 |
448 |
462,1 |
474,6 |
480,3 |
|
|
1i |
- |
0,5 |
0,48 |
0,44 |
0,41 |
0,39 |
0,37 |
0,35 |
0,34 |
|
|
q (1) i |
- |
0,7091 |
0,6865 |
0,6394 |
0,6024 |
0,5769 |
0,5509 |
0,5243 |
0,5109 |
|
|
1i=3 (i-1) |
град |
65,3 |
68,1 |
73 |
74,8 |
76,8 |
77 |
78 |
90 |
|
|
sin1i |
- |
0,908 |
0,927 |
0,95 |
0,965 |
0,973 |
0,974 |
0,978 |
1 |
|
|
F1i |
м2 |
0,12 |
0,1 |
0,09 |
0,078 |
0,068 |
0,061 |
0,056 |
0,05 |
|
|
h1i=h3 (i-1) |
м |
0,07 |
0,0585 |
0,0505 |
0,044 |
0,038 |
0,034 |
0,0315 |
0,0275 |
|
|
Dk1i |
м |
0,645 |
0,633 |
0,625 |
0,619 |
0,613 |
0,609 |
0,606 |
0,6 |
|
|
Dвт1i |
м |
0,505 |
0,516 |
0,524 |
0,531 |
0,537 |
0,541 |
0,543 |
0,543 |
|
|
|
- |
3,5 |
3,4 |
3,1 |
2,8 |
2,5 |
2,2 |
2 |
- |
|
|
|
- |
0,3 |
0,32 |
0,34 |
0,36 |
0,38 |
0,4 |
0,42 |
- |
|
|
вi |
м |
0,019 |
0,0172 |
0,0162 |
0,0156 |
0,0151 |
0,0154 |
0,0156 |
- |
|
|
Si |
м |
0,0179 |
0,0155 |
0,0145 |
0,014 |
0,0136 |
0,0139 |
0,014 |
- |
|
|
ai |
м |
0,0059 |
0,00552 |
0,00551 |
0,00562 |
0,00577 |
0,00618 |
0,00657 |
- |
5. Детальный газодинамический расчет первой ступени компрессора по среднему диаметру
В расчетах этого параграфа используются данные табл.1.1 и 1.2.
I. Угол потока воздуха на входе в рабочее колесо в относительном движении
2. Относительная скорость воздуха на входе в колесо
м/с
3. Скорость звука на входе в ступень a1 =384,6 м/с.
4. Проверяется число Маха по относительной скорости на входе в рабочее колесо
5. Густота решетки рабочего колеса
6. Число лопаток рабочего колеса
Округляя полученное до 82, уточняем
7. Уточняется длина хорды рабочей лопатки
м
8. Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса
м/с
При Dср=const окружная скорость на среднем диаметре
9. Осевая скорость на выходе из колеса
м/с; где
В нашем примере в первых ступенях осевые скорости на среднем диаметре приняты одинаковыми, т. е м/с
10. Абсолютная и приведенная скорости на выходе из колеса
м/с;
; где
11. Угол выхода из рабочего колеса в абсолютном движении
12. Давление адиабатно заторможенного потока воздуха на выходе из колеса:
Па
где принято
Величина коэффициента сохранения полного давления в спрямляющем аппарате
13. Площадь кольцевого сечения на выходе из рабочего колеса
м2
14. Высота лопатки на выходе из рабочего колеса
м
15. Наружный диаметр на выходе из колеса
м.
16. Внутренний диаметр за колесом
м
17. Относительная скорость воздуха на выходе из колеса
м/с
18. Угол выхода потока из рабочего колеса
19. Угол отклонения потока в рабочем колесе
20. Угол выхода потока из спрямляющего аппарата равен углу входа в следующую ступень, т.е.
В нашем случае 3= 77.1
21. Угол отклонения потока в спрямляющем аппарате
22. Номинальный угол отклонения потока в спрямляющем аппарате при в/t =1,0 определяется по формуле
где
23. Густота решетки спрямляющего аппарата
где
24. Число лопаток спрямляющего аппарата определяется с учетом удлинения лопаток и густоты решетки (в/t) CA, которые могут иметь такие же значения, как и для рабочих колес.
Выбирая находим
Округляя число лопаток до ZCA =107, уточняем
25. Длина хорды лопаток спрямляющего аппарата
м
26. Проверяем густоту решетки рабочего колеса. По углу находим
Затем определяем параметр
где
Далее определяем
,
что совпадает с найденной ранее величиной.
На этом заканчивается газодинамический расчет первой ступени компрессора по среднему диаметру. На основе полученных данных вычерчивается треугольник скоростей первой ступени компрессора на среднем диаметре.
Список литературы
1. Ржавин Ю.А. Осевые и центробежные компрессоры двигателей летательных аппаратов. М, Издательство МАИ, 1995 344с.
2. Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин.М., Машиностроение, 1986.432 с.
3. Хронин Д.В. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей.М., Машиностроение, 1989.368 с.
4. Локай В.И. Максутова М.К. Стрункин В.А. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов.М., Машиностроение, 1979.448 с.
5. Захаров. А.Ф. Ржавин. Ю.А. Газодинамический расчет осевого компрессора авиационных ГТД. Казань 1979.81 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Совершенствование 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 20.04.2012Знакомство 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 11.05.2014Газодинамический 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 25.08.2012Проектирование 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 22.02.2012Описание конструкции компрессора газотурбинного двигателя. Расчет вероятности безотказной работы лопатки и диска рабочего колеса входной ступени дозвукового осевого компрессора. Расчет надежности лопатки компрессора при повторно-статических нагружениях.
курсовая работа [868,6 K], добавлен 18.03.2012Расчет на прочность рабочей лопатки первой ступени компрессора, диска рабочего колеса компрессора, динамической частоты первой формы изгибных колебаний лопатки рабочего колеса компрессора, деталей камеры сгорания. Опасные сечения и запасы прочности.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 22.02.2012Расчет 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 01.12.2011Проект 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 30.06.2012Газодинамический 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 02.05.2019Устройство, принцип действия осевого компрессора. Предварительный расчет осевого компрессора. Поступенчатый расчёт компрессора по средней линии тока. Профилирование рабочего колеса (спрямляющего аппарата). Расчёт треугольников скоростей по высоте лопатки.
курсовая работа [200,4 K], добавлен 19.07.2010Определение 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 21.04.2016Основные сведения о двигателе, описание конструкции компрессора высокого давления. Расчет на прочность рабочей лопатки первой ступени и диска рабочего колеса. Динамическая частота первой формы изгибных колебаний. Прочность деталей камеры сгорания.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 19.02.2012Технологическое назначение и схема компрессора марки 205 ГП 40/3,5. Описание конструкции оборудования, его материальное исполнение. Монтаж и эксплуатация компрессора, требования к эксплуатации оборудования. Расчет, проверка прочности цилиндра компрессора.
контрольная работа [1,8 M], добавлен 30.03.2010Описание конструкции двигателя. Термогазодинамический расчет турбореактивного двухконтурного двигателя. Расчет на прочность и устойчивость диска компрессора, корпусов камеры сгорания и замка лопатки первой ступени компрессора высокого давления.
курсовая работа [352,4 K], добавлен 08.03.2011Профилирование лопатки первой ступени турбины высокого давления. Расчет и построение решеток профилей дозвукового осевого компрессора. Профилирование решеток профилей рабочего колеса по радиусу. Расчет и построение решеток профилей РК турбины на ПЭВМ.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 04.02.2012Расчет 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 27.02.2012Основные сведения о двигателе ТРДДФсм РД–33, его термогазодинамический расчет. Расчет на прочность лопатки первой ступени КВД и диска компрессора. Разработка последовательности формообразующих операций технологического процесса изготовления вала-шестерни.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 30.06.2012Расчет 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 27.02.2012Термогазодинамический 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 14.03.2012Расчет на прочность узла компрессора газотурбинного двигателя: описание конструкции; определение статической прочности рабочей лопатки компрессора низкого давления. Динамическая частота первой формы изгибных колебаний, построение частотной диаграммы.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 04.02.2012
