UA150323U - Спосіб термогазодинамічного розрахунку відцентрового компресора - Google Patents

Abstract

У способі термогазодинамічного розрахунку відцентрового компресора на основі початкових даних, до яких належать масова М (кг/с) подача ступеня, вхідний Р1 (МПа) і вихідний Р2 (МПа) тиск, початкова температура газу Т (К), показник адіабати k, універсальна газова стала R (Дж/кг/К) і густина газу К (кг/м3), виконують розрахунок геометричних параметрів послідовно встановленого по ходу потоку робочого колеса і дифузора, які забезпечені відповідно диском і перегородкою, що розділяють проточні частини колеса і дифузора на дві частини. Також аналітично визначають набір термогазодинамічних параметрів (густина і температура) потоку газу в робочому колесі і дифузорі. Термогазодинамічний розрахунок відцентрового компресора виконують для одного ступеня відцентрового компресора, який є ідентичним іншим ступеням. Коефіцієнт підвищення тиску одного ступеня відцентрового компресора лежить в межах від 1,4 до 2,2. Значну увагу приділяють аналітичному визначенню характерних точок циклу роботи компресора в кожному з його ступенів з відповідним визначенням значень тиску, температури, густини маси і об'єму робочого газу. Термогазодинамічний розрахунок виконують для режиму роботи у дозвуковому діапазоні швидкостей газу з детальним розрахунком геометричних параметрів прохідних площин для проходження газу вхідного і вихідного каналів лопаток робочого колеса та лопаткового дифузора.

Description

Корисна модель належить до галузі компресорного будівництва, зокрема до конструкції робочих коліс та дифузорів, і може бути використана при виготовленні ступенів віддентрових компресорів газотурбінних двигунів різних транспортних засобів і в газотурбінних енергетичних установках.

Відомо про способи термогазодинамічного розрахунку віддентрового компресора, в яких етапи розрахунку декомпозуються на елементарні процеси в основних елементах відцентрового компресора: робочому колесі відцентрового компресора та безлопатковому/лопатковому дифузорі. Для проведення термогазодинамічного розрахунку проводиться послідовний розрахунок основних параметрів робочого процесу відцентрового компресора від елемента до елемента з урахуванням виконання основних законів збереження газової динаміки і термодинаміки (рівняння нерозривності і енергії). До прикладу можна віднести спосіб розрахунку ступеня відцентрового компресора (Черкасский В.М. Насосьї, вентиляторь, компрессорьі. - М.: Знергоатомиздат 1984. - С. 321-326, рис. 11.2, рис. 11.3), згідно з яким представлений розрахунок одного ступеня відцентрового компресора, в якому кількість ступенів визначається повним підвищенням тиску, заданим для компресора, і тиском, що створюється окремими ступенями, сам розрахунок виконується поетапно для визначення геометричних і термодинамічних параметрів робочого колеса, безлопаткового дифузора та лопаткового дифузора відцентрового компресора з заданим постійним ізоентропійним коефіцієнтом корисної дії, причому геометрична подібність здійснюється шляхом витримування безрозмірних величин в строго заданому діапазоні.

Такий спосіб має наступні недоліки: - низька інформативність, що обумовлена визначенням лише геометричних та термодинамічних параметрів робочого колеса і дифузора відцентрового компресора без наявних формулювань для визначення густини газу в проточній частині ступеня відцентрового компресора; - неможливість оцінити ступінь досконалості окремих елементів ступеня, що призводить до неточності у визначенні параметрів потоку газу всередині ступеня відцентрового компресора; - обмеженість у врахуванні термогазодинамічних параметрів всіх ступенів відцентрового компресора, що обумовлюється не врахуванням визначення характерних точок циклу роботи

Зо компресора з відповідними показниками температури, густини, маси і об'єму газу.

Найбільш близьким аналогом корисної моделі є спосіб термогазодинамічного розрахунку віддентрового компресора (Паладій О.В., Фосс С.Л. Термогазодинамічний розрахунок відцентрових компресорів. - Казань, 1984. - С. 45-82, рис. 7.1, рис. 8.1). Згідно з даним способом розглядається розрахунок проточної частини відцентрового компресора з робочими колесами закритого типу, що мають радіальні лопаткові дифузори або дифузори, які містять радіальну і діагональну складові, при цьому розрахунок проводиться по середній лінії каналів, а реальність газу враховується коефіцієнтом стиснення, який, також як і показник ізоентропа, приймається осредненим для одного ступеня або секції, причому політропний коефіцієнт корисної дії задається для ступеня або секції в цілому на основі експериментальних даних, запозичених з літератури.

Такий спосіб має наступні недоліки: - складність розрахунку, оскільки даний спосіб грунтується на положеннях струменевої теорії і умовах подібності при широкому використанні експериментальних даних по термодинаміці і аеродинаміці елементів ступенів відцентрового компресора; - параметрична обмеженість геометричних параметрів, що пов'язано з відсутністю розрахунку розмірів прохідних площин лопаток дифузора і робочого колеса ступеня відцентрового компресора; - низька універсальність способу розрахунку, що обумовлено однаковими швидкостями при вході в компресор і на виході з компресора, при цьому швидкість газу вибирається в межах 20...40 м/с; - відсутність загального термогазодинамічного розрахунку віддентрового компресора з врахуванням всіх ступенів, що обумовлено не врахуванням визначення характерних точок циклу роботи компресора.

В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити спосіб термогазодинамічного розрахунку відцентрового компресора шляхом збільшення параметричної інформативності термогазодинамічних параметрів в характерних точках циклу роботи компресора в кожному з його ступенів з відповідним визначенням тиску, температури, густини, маси і об'єму робочого газу і геометричних параметрів прохідних площин вхідного і вихідного каналів лопаток робочого колеса та лопаткового дифузора для режиму роботи компресора у дозвуковому діапазоні бо швидкостей газу з коефіцієнтом підвищення тиску одного ступеня від 1,4 до 2,2, що в цілому дозволить конструювати високоефективні відцентрові компресори різного призначення з детальним урахуванням термогазодинамічних параметрів.

Поставлена задача вирішується тим, що у способі термогазодинамічного розрахунку відцентрового компресора, згідно з яким на основі початкових даних, до яких належать масова

М (кг/с) подача ступеня, вхідний Р. (МПа) і вихідний Р» (МПа) тиск, початкова температура газу

Т (К), показник адіабати К, універсальна газова стала А (Дж/кг-К) і густина газу р (кг/м3), виконують розрахунок геометричних параметрів послідовно встановленого по ходу потоку робочого колеса і дифузора, які забезпечені відповідно диском і перегородкою, що розділяють проточні частини колеса і дифузора на дві частини, а також аналітично визначають набір термогазодинамічних параметрів (густина і температура) потоку газу в робочому колесі і дифузорі, згідно з корисною моделлю, термогазодинамічний розрахунок відцентрового компресора виконують для одного ступеня відцентрового компресора, який є ідентичним іншим ступеням, а коефіцієнт підвищення тиску одного ступеня відцентрового компресора лежить в межах від 1,4 до 2,2, при цьому значну увагу приділяють аналітичному визначенню характерних точок циклу роботи компресора в кожному з його ступенів з відповідним визначенням значень тиску, температури, густини маси і об'єму робочого газу, причому термогазодинамічний розрахунок виконують для режиму роботи у дозвуковому діапазоні швидкостей газу з детальним розрахунком геометричних параметрів прохідних площин для проходження газу вхідного і вихідного каналів лопаток робочого колеса та лопаткового дифузора.

Спосіб термогазодинамічного розрахунку відцентрового компресора дозволяє розрахувати термогазодинамічні параметри як одного ступеня відцентрового компресора, так і інших однакових ступенів для режиму роботи компресора у дозвуковому діапазоні швидкостей газу з коефіцієнтом підвищення тиску однієї ступені від 1,4 до 2,2, при цьому суттєво розширюється діапазон розрахованих термогазодинамічних параметрів характерних точок циклу роботи компресора в кожному з його ступенів, а також розширюється набір геометричних параметрів прохідних каналів робочого колеса і лопаткового дифузора компресора, що надає широкі можливості для конструювання високоефективних ступенів відцентрових компресорів.

Корисна модель пояснюється графічними зображеннями, де на Фіг. 1 представлено схему багатоступінчатого відцентрового компресора (в розрізі вигляд збоку); на Фіг. 2 - вузол І на Фіг.

Зо 1. Фіг. 1 відображає схему багатоступінчатого компресора з характерними точками циклу, а Фіг. 2 відображає основні складові елементи ступеня. На фіг. 1 прийнято наступні позначення: А, В,

С, р, Е, Е - характерні точки циклу роботи компресора, серед яких А і В належать до першого ступеня, Си і О - до другого ступеня, Е і Е - для і-го ступеня. На Фіг. 2 прийнято наступні позначення: 1 - робоче колесо; 2 - дифузор; З - корпус.

Суть корисної моделі полягає в наступному.

Серед початкових даних задаються: масова М (кг/с) подача ступеня, вхідний Р: (МПа) і вихідний Р» (МПа) тиск ступеня (для багатоступінчатого компресора - вхідний рі (МПа) і вихідний ро (МПа) тиск), початкова температура газу Т (К), показник адіабати К, універсальна газова стала В (Дж/кг.К) і густина газу р (кг/м3), колова швидкість 0О2-190 м/с, число обертів вала компресора п-3000 об/хв.

Спочатку визначається число однотипних ступенів віддентрового компресора за формулою:

Ще 7- А

Іп(сх) де є - коефіцієнт тиску у віддентровому компресорі, який розраховується як є-рі/ро, Ф-0,95 - коефіцієнт, що враховує втрати тиску внаслідок витоків та внутрішнього тертя, б - ступінь збільшення тиску в одному ступені від 1,4 до 2,2.

Визначена кількість ступенів робочого колеса округляється до цілого числа. Значення С перераховується з урахуванням цілого значення ступенів робочого колеса: 1 що

Ф .

Далі здійснюється перехід до визначення геометричних параметрів робочого колеса 1 на

Фіг. 2. Зовнішній діаметр робочого колеса О2 визначається за формулою: р. - 60, 2 пп.

Співвідношення вхідного та вихідного діаметрів вибирається приблизно 0,5. Можливі відхилення від 0,48 до 0,60, приймається 01/02-0,5-0,6.

Для визначення площі перерізу вхідного та вихідного каналів лопаток робочого колеса спочатку визначається крок ілі за внутрішнім діаметром: їш 5 НЗ-- д

Згідно з товщиною лопатки 5-0,01 м, знаходиться довжина вхідного перерізу прохідної площини: й - Їді -6 й

При цьому Брі пов'язаний з 01 наступним чином: Б1/01-0,05-0,1. Приймаючи рі-0,06.0ч, визначається прохідна площа вхідного каналу КЕ: по внутрішньому діаметру:

І-І.

Аналогічно для зовнішнього діаметра: пор, 257 р-в-в ро; Їа» - ,

Оскільки Б2/01-0,01-0,02, обчислюється р2-0,012-02. Отже:

Ег-4і2р».

Далі визначаються компоненти швидкостей обертання робочого колеса та теплові показники газу.

Спочатку знаходяться параметри на вході в крильчатку. Визначається колова швидкість О:: 00 -ПО:п/60.

Швидкість повітря на вході в крильчатку знаходиться за наступним рівнянням: (в)

Іо М-БЖ-ЖЖВЗВ-ТШНЩШО- дк

Беручи кути для відносних швидкостей рі-25"7 і р»а-61"7 (зазвичай рі-20-407, ра-60-657), знаходиться абсолютна швидкість Ст:

Сі -/ю2 02 291, со5рі

Проекція С: на ) отримується з рівняння:

Стіц-Сісо5(902-рД1).

Параметри на виході з робочого колеса визначаються шляхом проведення наступних розрахунків: ие. ба яв Се - Фа нив дю Шосо5В» С») - С 902

Іо 2-02 220202 В2 гу - Сг СОБІ -В») де Сі і С» - абсолютні швидкості в робочому колесі; Ог та 0; - колові швидкості на виході та вході робочого колеса; Сг і Сти - проекції абсолютних швидкостей на колові швидкості.

Зо Термодинамічний та газодинамічний розрахунок лопаткового дифузора 2 на Фіг. 2. Полягає, перш за все, у визначенні основних розмірів дифузора:

Оз-1,102, Ю4-(1,3-1,55)0», де О» - зовнішній діаметр робочого колеса.

Для визначення параметрів тиску та температури в дифузорі потрібні деякі параметри повітря. Густина повітря визначається за формулою: рі

Рі вт

АТ, де Я - індивідуальна газова постійна сухого повітря.

Тиск на виході з першого ступеня ро та на виході з робочого колеса рі знаходиться за наступними залежностями: п р 1 2 до п-ї

РА - 1 ер, - рірі ВІ - Рі Ік---- (с: -65 (05, - С) 2СОтТ

Рг з й з де Ср - теплоємність повітря (Ср-1001), п - політропний показник стиснення (п--1,38).

Температура повітря на виході з робочого колеса Т|, та на виході з лопаткового дифузора То розраховується на основі формул: п-ї п-ї п п т-т во т» - т, ве рі Рі

Відповідно густина повітря рі між робочим колесом і дифузором знаходиться за наступною формулою:

Рі

Рі 5

АТ,

Для визначення прохідних площин вхідного та вихідного каналів лопаткового дифузора кроки розміщення лопаток по внутрішньому і зовнішньому діаметру знаходяться відповідно: й ПОЗ й по, вББ -А----- А тВВ --- л 43 74 а 7 де 4-22 - кількість лопаток дифузора (зазвичай 20-28).

Використовуючи отримані значення, визначаються довжини:

Із-їаз-б, Ід-їад-О, де 5 - товщина лопатки, яка дорівнює 0,01 м (для прийнятого 21).

При цьому П:-П2 пов'язаний з р» наступним чином: п1-П2-(1-1,2)р2. Приймаючи п1-Пп2-1,10, визначаються прохідні площі вхідного і вихідного каналів лопаткового дифузора:

Ез-ІзНі, Еа-ІаН».

Далі розраховуються термогазодинамічні параметри (тиск, температура, густина маса і об'єм) характерних точок циклу компресора А, В, С, 0, Е, Е на Фіг 1. Відповідно приймається, що точки А, С, Е вказують на індекс вхідних параметрів ступеня відцентрового компресора, а точки

В, 0, Е - на індекс вихідних параметрів.

Для визначення робочих тисків Р на вході і виході з кожного ступеня компресора складаються співвідношення тисків МУ. При цьому тиски окремих ступенів для компресора позначаються як Рі, Р» ... Рі, де як тиск Рі приймається вхідний тиск першого ступеня, а тиск Ро являє собою тиск на виході з першого ступеня і є тиском на вході в другий ступінь, наступні тиски визначаються аналогічно.

Ро - В - М

Р, Рі ; де і - індекс порядкового номеру ступеня.

Отже, для знаходження тисків застосовуються наступні формули:

Р2-МУ.Рі, РІ-МУ. Ріг

Для розрахунку температури на вході і виході з кожного з ступенів компресора застосовуються наступні формули: п-ї п-ї

Р» | п Р | п

То - 3 -- т-ті---

Р, Р

Зо У випадку використання проміжних охолоджувачів температури деяких ступенів можуть відповідати початковій температурі.

Густина газу в кожному ступені компресора розраховується з врахуванням тиску і температури наступним чином:

Р. Р» В

Рі ти Ра тт рі вт вт. 7 вт, вт

Для знаходження об'єму газу в кожному ступені відцентрового компресора і, спершу визначається маса газу за наступною наведеною залежністю:

О.р.б60 т. У Р: бО п з де п - число обертів вала компресора, С - об'ємна продуктивність по всмоктуванню газу, р - густина газу (повітря).

Відповідно отримуються наступні об'єми: т.А.-т. т.А.-т. т.А-т

М--- 24- м 58--2 М-----

Р, Р» Р,

Позитивний ефект проявляється у тому, що порівняно з найближчим аналогом, даний спосіб термогазодинамічного розрахунку відцентрового компресора забезпечує розширення діапазону вимірювання параметрів за рахунок визначення термогазодинамічних параметрів характерних точок циклу роботи компресора в кожному його ступені, а також збільшення набору геометричних параметрів прохідних каналів робочого колеса і лопаткового дифузора, що розширює області застосування способу для конструювання високоефективних віддентрових компресорів, а також забезпечує додатковими даними для керування вихідною подачею або тиском багатоступінчатого відцентрового компресора.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб термогазодинамічного розрахунку відцентрового компресора, згідно з яким на основі початкових даних, до яких належать масова М (кг/с) подача ступеня, вхідний Р: (МПа) і вихідний Р» (МПа) тиск, початкова температура газу Т (К), показник адіабати К, універсальна газова стала А (Дж/кг.К) і густина газу р (кг/м3), виконують розрахунок геометричних параметрів послідовно встановленого по ходу потоку робочого колеса і дифузора, які забезпечені відповідно диском і перегородкою, що розділяють проточні частини колеса і дифузора на дві частини, а також аналітично визначають набір термогазодинамічних параметрів (густина і температура) потоку газу в робочому колесі і дифузорі, який відрізняється тим, що термогазодинамічний розрахунок віддентрового компресора виконують для одного ступеня відцентрового компресора, який є ідентичним іншим ступеням, а коефіцієнт підвищення тиску одного ступеня віддентрового компресора лежить в межах від 1,4 до 2,2, при цьому значну увагу приділяють аналітичному визначенню характерних точок циклу роботи компресора в кожному з його ступенів з відповідним визначенням значень тиску, температури, густини маси і об'єму робочого газу, причому термогазодинамічний розрахунок виконують для режиму роботи у дозвуковому діапазоні швидкостей газу з детальним розрахунком геометричних параметрів прохідних площин для проходження газу вхідного і вихідного каналів лопаток робочого колеса та лопаткового дифузора. що В З рел о ваз Дух 0 МСС а а ши і шк ! Я її З ше й ї я ве ни ек п ША Я ИН я Ж А в, и А: Ше (Ж ше Й Б БЕ еВ зе Ом З а А Мая в К т що ї п | х Ше ї а а ме НН М і Мч вай я З В не ща о» ие онке ї Як Я ші гас оо Й нич ї ск ї Я с ев й м АН ИЙ ок дарств А кю ке. йон / р поч КО "Е її ий ши Ша я х КОЖ еВ В АН ГБО АВ рон Шо А паші ! неї У, » ен у Я не ШЕ ово і шк ТЯ и ши ши ше ше / й ку її. ші я. вх як Ж ден пек жо - ко ; ії ; Енн ше ї и І ; ві Ї й хх кю ни : ї яз Кн ї ії

   Фіг.