Коэффициенты потерь

 

Под потерями в турбокомпрессорах понимают ту часть работы, подведенной к валу компрессора, которая не идет на увеличение политропного и динамического напоров.

Структуру потерь подведенной к валу работы можно представить в виде следующей схемы (рис. 7.26).

 

Рис. 7.26. Классификация потерь в турбокомпрессорах

 

Все потери можно в турбокомпрессорах можно разделить на внутренние и внешние.

Внутренние потери (трение, вихреобразование) приводят к изменению состояния газа (Р, Т, С).

Внешние потери не изменяют параметров газа, но увеличивают мощность, подводимую к компрессору.

Внутренние потери можно разделить на три группы: гидравлические, дисковые и щелевые (протечки). Дисковые и щелевые потери были рассмотрены в разд. 5.

Гидравлические потери – потери, возникающие при движении газа по проточной части. Для компрессора гидравлические потери складываются из потерь в рабочих колесах h _w0-2, неподвижных элементах h_{w н} (БЛД, ЛД, ПК, ОНА, ВУ, ВК) и холодильниках h_{w хол}

,

где z – число секций; N – количество неподвижных элементов ступени.

Потери в неподвижных элементах можно вычислить по гидравлическим формулам через коэффициент потерь

. (7.29)

Коэффициенты потерь элементов проточной части определяются посредством экспериментальных продувок элементов либо при испытаниях модельных ступеней

, (7.30)

где C_j – скорость газа на входе в элемент; , , - полные давления соответственно на входе и выходе, замеренные в контрольных сечениях элемента проточной части.

Например, значения коэффициентов потерь для ЛД лежат в пределах
z_2-4=0,14-0,22, БЛД z_2-4=0,14-0,3, ОНА совместно с ПК z_4-0¢=0,4–0,9, ВУ (улиток и сборных камер) z _4-к=0,25–0,6 [11-13].

Зная коэффициенты потерь элементов проточной части, можно вычислить снижение КПД из-за потерь в этом элементе

(7.31)

и оценить величину политропного КПД ступени по полным параметрам

, (7.32)

где – КПД рабочего колеса по полным параметрам.

 

Получим формулу для определения КПД колеса по полным параметрам, воспользовавшись уравнением Бернулли

,

или через безразмерные коэффициенты потерь на протечки и дисковое трение

, (7.33)

где – потери КПД в рабочем колесе, которые можно рассчитать через относительную скорость на входе на лопатки W ₁, если известны значения коэффициента потерь в колесе z_0-2

. (7.34)

Если потери в неподвижных элементах z_нj можно с достаточной точностью рассчитать по гидравлическим формулам, используя обобщенные экспериментальные зависимости, то потери в рабочем колесе настолько сильно влияют друг на друга, что часто разделить их не представляется возможным. Поэтому на практике поступают следующим образом: из полученных экспериментально суммарных значений потерь в ступени вычитают рассчитанные потери в неподвижных элементах, а оставшуюся часть относят к профильным и концевым (рис. 7.27).

 

Рис. 7.27. Концевые потери в рабочем колесе осевого компрессора

 

КПД колеса по статическим параметрам определим, используя термодинамическую степень реактивности :

,

,

с учетом выражения (7.33)

,

. (7.35)

На основании известных по опытным данным [10-13] коэффициентов потерь элементов ступени, можно указать примерные диапазоны снижения КПД по каждому из элементов ступени (рис. 7.28).

	– малые U 2 (< 200 м/с); – высокие U 2; – осевая ВК; – радиальная ВК; – БЛД; – улитка+БЛД; – улитка+ЛД; – ПК+ОНА.
Рис. 7.28. Структура потерь КПД в элементах ступени

 

К сожалению, ни одна из существующих в настоящее время математических моделей потерь не является достаточно достоверной, и при расчете турбокомпрессоров широко используются экспериментальные данные.