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 pк, 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 са, которая зависит от коэффициента расхода φ1, окружной скорости u1 и степени реактивности ρ. В судовых компрессорах с1а=80÷140 м/с. в случае дискового ротора иногда с1а=130÷200 м/с;
4. Определяют скорость входа в первую ступень с1=(1,0÷1,2)с1а;
5. Находят соответственно давление и температуру перед первой ступенью 
; 
, где 
;
6. Выбирают абсолютную скорость выхода из последней ступени с3Z=(0,85÷1,0)с1;
7. Скорость выхода из компрессор:
свых=40÷60 м/с – при работе на воздухопровод;
свых=110÷130 м/с – при подаче воздуха в камеру сгорания ГТД или
другой компрессор;
8. Показатель политропы в проточной части компрессора 
, где ηп=ηак=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 φZ ступенях принимают оптимальными или немного больше, если требуется устойчивая работа в широком диапазоне нагрузок;
14. Окружные скорости на периферии первой и последней ступеней
иn1=сa1/φ1; unz=сaz/φz. .
В случае барабанного ротора иn1 ≤ 250÷300 м/с ; при
дисковом роторе иn1 ≤ 400 м/с;
15. Коэффициенты напора первой и последней ступени ψ1 и ψZ, а также их изоэнтропийные КПД ηа1, ηаZ определяются по результатам исследований изолированной модельной ступени. Значения ψ и ηа определяют по φ1 и приведенным скоростям 
;
16. Средние значение коэффициента напора, изоэнтропийного КПД и окружной скорости у периферии в проточной части компрессора
Ψср=0,5(ψ1+ψZ); ηаср=0,5(ηа1+ηaZ)Кη;
unср=0,5(un1+unZ). где Кη=0,94÷0,98 – поправка на взаимодействие решеток в ступени;
17. Действительный напор проточной части компрессора 
;
18. Число ступеней в компрессоре 
, где 
; Кψ=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 πк=рк/р0 и изоэнтропийного КПД ηак 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, рк, Тк и мощность, потребляемую компрессором Neк . 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 πк и изоэнтропийного КПД ηак 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: 2015-07-18; просмотров: 1419;