Методика расчета ступеней компрессора по среднему диаметру

 

В пределах каждой i -ой ступени компрессора предполагаются цилиндрические поверхности тока, т.е. ; . Поэтому средний диаметр в колесе i -ой ступени

.

Ниже приводится порядок детального расчета ступеней компрессора, позволяющий определить составляющие треугольников скоростей, густоты решеток, размеры хорды профилей лопаток на среднем диаметре, а также число лопаток.

Для примера цифры приводятся только для первой ступени компрессора.

В расчетах используются также данные табл. 2.4 и 2.2.

1. Угол потока воздуха на входе в рабочее колесо в относительном движении

,

где .

2. Относительная скорость воздуха на входе в колесо

.

3. Скорость звука на входе в ступень

.

4. Число Маха по относительной скорости на входе в рабочее колесо

.

5. Густота решетки рабочего колеса на среднем диаметре определяется на основе обобщенных опытных данных, полученных при продувке плоских решеток. Рассчитываются безразмерные величины

.

По формуле [6]

или по графику (рис. 2.2) определяется при густоте

,

и далее параметр

.

Затем по формуле [6]

или по графику (рис. 2.3) находим густоту решеток , обеспечивающую требуемый поворот потока в ней.

Рис. 2.3. Экспериментальная зависимость от при

 

Густоты рабочих решеток первых (дозвуковых) ступеней обычно составляют 0,6…1,0. Густоты рабочих колес и спрямляющих аппаратов в наиболее нагруженных ступенях, т.е. там, где отношение максимально, и с учетом малых высот лопаток может достигать значений 1,5…1,7.

6. Число лопаток рабочих колес находится, исходя из принятого для каждой ступени удлинения лопаток (отношение высоты лопатки к хорде на среднем диаметре). Удлинение лопаток в первых ступенях , в последних 2…2,5. Принятые значения удлинений по ступеням приведены в табл. 2.4.

Тогда число лопаток рабочих колес определяется

.

Принимая (целое число) уточняем величину = 2,96.

7. Длина хорды рабочих лопаток

.

8. Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из рабочего колеса

.

9. Осевая скорость на выходе из колеса

,

где и берется из табл. 2.3.

10. Абсолютная и приведенная скорость на выходе из колеса

,

,

где (берется из табл.2.3).

11. Местная скорость звука на выходе из рабочего колеса

,

где определяется из таблиц ГДФ по значению

12. Число Маха по абсолютной скорости на входе в спрямляющий аппарат

.

13. Угол выхода из рабочего колеса в абсолютном движении

.

14. Полное давление потока воздуха на выходе из колеса

.

КПД рабочего колеса на среднем диаметре находится в пределах 0,92…0,94 (принимаем = 0,93 для всех ступеней). Величина коэффициента восстановления полного давления в спрямляющем аппарате .

В нашем случае (проверяем)

,

где - берется из табл. 2.2.

15. Площадь кольцевого сечения на выходе из рабочего колеса

,где находится из таблиц ГДФ по значению .

16. Относительный диаметр втулки за рабочим колесом

при - ,

при - .

17. Диаметр втулки за рабочим колесом

при - .

Для формы с в этом пункте определяется наружный диаметр за рабочим колесом

.

18. Высота лопатки на выходе из рабочего колеса

при ,

при .

 

19. Относительная скорость воздуха на выходе из колеса

.

20. Угол выхода потока из рабочего колеса

.

21. Угол поворота потока в рабочем колесе

.

22. Угол выхода потока из спрямляющего аппарата равен углу входа в следующую ступень, т.е. (берется из табл. 2.4)

.

23. Угол поворота потока в спрямляющем аппарате

.

24.

Номинальный угол поворота потока при = 1,0 определяется по графику (рис. 2.4) или по формуле .

Рис. 2.4. Экспериментальная зависимость густоты решетки от параметра J

 

В примере для первой ступени , где и ( и берутся в градусах угловых). Затем определяем параметр .

25.

Густота решетки спрямляющего аппарата определяется по графику (рис. 2.5)

Рис. 2.5. Экспериментальная зависимость относительного номинального угла отклонения потока в решетках от относительного угла выхода потока при

 

или по формуле

(при Е =0,6…1,0),

(при Е =1,0…1,4).

Густота решетки может иметь такие же значения, как и для рабочих колес (см. п.5).

26. Число лопаток спрямляющих аппаратов находится так же, как и число рабочих лопаток. Удлинение лопаток для спрямляющих аппаратов могут иметь такие же значения, как и для рабочих колес.

.

Уточняем , тогда .

27. Длина хорды лопаток спрямляющего аппарата

.

Результаты детального расчета ступеней компрессора приведены в табл. 2.5.

 

 

Таблица 2.5

Параметры	Ступени
I	II	III	IV	V	z
	0,3074	0,2961	0,2884	0,2831	0,2803
, град	36,42	36,41	36,24	35,96	34,23
м/с	345,05	343,7	334,95	326,93	316.42
,		412,9	442,8	469,8
,	0,9032	0,8324	0,7564	0,6959	0.6392
	0.7163	0,7827	0,7926	0,7963	0,8464
	0,9971	0,9646	0,9681	0,9800	1,0465
	0,5899	0,5884	0,5886	0,5891	0,5927
	1,214	1,330	1,347	1,352	1,428
	1,2962	1,4753	1.5021	1,5105	1,6374
	2.96	2,77	2,49	2,12	2,10
, м	0.0160	0,0131	0,0114	0,0109	0,0097
,	277,65	276,61	270,16	264,62	261,61
,	204,4				173,05
,	344,79	341,92	333,18	332,2	313,66
	0,8864	0,8243	0,7601	0,7007	0,6533
,	397,2	427,9	456,5	482,8	506,9
	0,8680	0,7991	0,7299	0,6676	0,6188
,	36,36		35,82	34,81	33,48
, Па
	0,959	0,975	0,985	0,978	0,977
,	0,0391	0,0294	0,0231	0,0192	0,0167
	0,7588	0,8020	0,8346	0,8568	0,8720
, м	0,2599	0,2599	0,2599	0,2599	0,2599
для , м	0,3425	0,3241	0,3114	0,3034	0,2981
, м	0,0413	0,0321	0,0258	0,0217	0,0191
,	242,75	232,54	225.49	215.26	205,56
,	57,37	59,81	59,86	58,74	57,33
,	20,94	23,4	23,62	22,77	23,1
	408,55	393.55	383,39	376,33	372,56
	60,18	60,24	59,81	58,06	90,00
,	23,81	24,23	23,98	23,25	56,52
,	0,1921	0.1923	0.1905	0.1834	0,3392
	1,24	1,26	1,259	1,268	1,666
	1,661	1,761	1,755	1,800	5,336
	3,00	2,6	2.4	2.2	2.00
	0,0138	0,0123	0,0107	0,0099	0,0095

 

Анализ полученных результатов детального расчета компрессора газогенератора по среднему диаметру ступени показывает, что распределение основных параметров по ступеням выполнено достаточно удачно. Следует отметить, что получившийся большой поворот потока в спрямляющем аппарате последней ступени () и большая потребная густота требуют постановки двух последовательно расположенных спрямляющих решёток.