МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический

университет»

(ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОГО И НЕФТЯНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

КАФЕДРА ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИИ

ОТЧЕТ

о лабораторных работах

по дисциплине «Холодильные турбомашины»

(итоговый)

Руководитель,

ст. преподаватель ___________________ (Г. Ф. Воронов)

^{(подпись с указанием даты подписания)}

Исполнитель,

студентка группы 2381-16 ____________________ (К.Р. Деваев)

^{(подпись с указанием даты подписания)}

Казань 2011

1 ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБОКОМПРЕССОРА ПУТЕМ

ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА

Цель работы: ознакомление с методом изменения характеристик центробежного компрессора путем варьирования частоты вращения ротора.

1.1 Экспериментальная установка

В данной работе исследуется изменение напорной характеристики, влияние частоты вращения ротора на напорную характеристику, производится определение напорной характеристики и характеристики экономичности центробежного компрессора типа ЦТК-56. Воздух всасывается компрессором через всасывающую сеть, на входе в которую установлена аэродинамическая труба. Из компрессора сжатый воздух подается в нагнетательную сеть и, пройдя задвижку, выбрасывается в атмосферу.

Определение расхода воздуха через компрессор произво­дится путем измерения статического давления h_т в контрольном сечении аэро­динамической трубы. При этом в качестве реги­стри­рующего прибора выбран вертикальный U - образный диф­манометр, заполненный водой. Статическое давление на входе и на выходе из компрессора измеря­ется соответственно в сечениях Н - Н и К - К (см. рисунок 1). Разреже­ние в сечении Н - Н реги­ст­ри­руется U - образным дифманомет­ром h_н, а избыточное дав­ле­­ние в сечении К - К образцовым манометром р_к. Темпе­ра­тура потока на входе в аэродинамическую трубу из­меряется ртут­­ным термометром t_m с ценой деления 0,1°С. Разность темпе­ратур на входе и выходе из компрессора (между сечениями Н - Н и К - К) определяется по термоЭДС многоточечных дифферен­ци­альных тер­мопар.

Для контроля величины давления масла в системе установлен манометр . Контроль температуры подшипников скольжения ведется по термометрам .

1 – аэродинамическая труба;

2 – задвижка на всасывающей сети;

3 – компрессор ЦТК-56;

4 – задвижка на нагнетательной сети;

5 – зубчатая муфта;

6 – мультипликатор;

7 – упругая муфта;

8 – электродвигатель постоянного тока;

9 – вспомогательный маслонасос;

10 – теплообменник для охлаждения масла.

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки

1.2 Выполнение эксперимента

Результаты испытаний занесены в протоколы испытаний (см. та­блицы ­1 и 2).

Таблица 1

Измеряемая величина	Размерность	№ режима
		1	2	3	4	5	6	7	8	9
tт		16	16	17	17	17	18	18	18	18
hт		127	126	121	93	65	38	23	14	8
hн		192	188	178	139	100	60	38	24	15
рк		1	4	8,5	21	27,5	34,5	38	40	40,5
В		764
		2100

Таблица 2

Измеряемая величина	Размерность	№ режима
		1	2	3	4	5	6
tт		18	18	19	19	19	19
hт		104	96	70	27	14	7
hн		153	143	104	44	25	13
рк		3,5	6,5	16	25	28,5	29,5
В		764
		1800

1.3 Обработка результатов эксперимента

Алгоритм расчета заключался в следующем:

1.3.1 Разность между барометрическим давлением и статическим давлением в контрольном сечении аэродинамической трубы:

р_т = 9,81  h_т, Па

1.3.2 Статическое давление и плотность воздуха в контрольном сечении аэродинамической трубы:

р_т = 133,3  В - р_т, Па;

_т = р_т /(R Т_т), кг/м³ ,

где R = 287 Дж/(кг  К) - газовая постоянная сухого воздуха;

Т_т = (273 + t_т), К – температура.

Знак “ - ” в формуле для р_т обусловлен тем, что на линии всасывания статическое давление меньше барометрического.

1.3.3 Массовый расход воздуха через компрессор:

m = С_т  f_т  _т = f_{т ,} кг/с,

где С_т - средняя скорость воздуха в сечении аэродинамической трубы,

f_т = 0,0118 м² - площадь поперечного сечения трубы,

- динамическое давление в контрольном сечении трубы.

1.3.4 Статическое давление на входе из компрессора (сечение ):

р_н = 133,3  В - 9,81 h_н , Па

1.3.5 Статическое давление на выходе из компрессора (сечение ):

р_к = 133,3  В + 9,81р_к l_дел10⁴, Па

где l_дел=0,01ати/дел

1.3.5 Степень повышения давления компрессора:

_к = р_к / р_н

1.3.6 Плотность воздуха и скорость потока на входе в компрессор:

_н = р_н /(R  Т_т), кг/м³

с_н = m /(_н  f_н), м/с,

где f_н = 0,0373 м² - площадь проходного сечения Н-Н ;

Т_н - при­нять равной полной температуре потока Т_т .

1.3.7 Термодинамическая температура потока на входе в компрессор:

, К

где С_р = 1005 Дж/(кгК) - теплоемкость воздуха при давлении 0,1 МПа.

1.3.8 Разность температур потока на входе и выходе из компрессора:

Т_изм = Е/(j  ), К

где Е - измеренная разность ЭДС, мВ;

j = 5 - число последо­ва­тельно соединенных термопар;

 - коэффициент термо-ЭДС, рав­ный для хромель-копелевой пары 0,0682 мВ/К

1.3.9 Термодинамическая температура на выходе приближенно:

Т^’_к = Т_н + Т_изм

1.3.10 Плотность воздуха и скорость потока в выходном сечении компрессора:

_к = р_к /(R  Т^’_к), кг/м³

с_к = m /(_к  f_к), м/с,

где f_к = 0,023 м² - площадь сечения К – К

1.3.11 Термодинамическая температура потока на выходе из компрессора:

, К ,

где  = 0,92 - тарировочный коэффициент термоприемника

1.3.12 Политропный КПД турбокомпрессора:

где к = 1,4 - показатель адиабаты воздуха.

Результаты расчета всех режимов сведены в протокол обработки экспериментальных данных (см. таблицы 3 и 4).

Таблица 3

Вычисляемая величина	Размерность	№ режима
		1	2		3		4		5
рт	Па	1245,87	1236,06		1187,01		912,33		637,65
рт	Па	100684	100693,8		100742,8		101017,5		101292,2
Тm	К	289	289		290		290		290
т	кг/м3	1,21	1,21		1,20		1,21		1,21
m	кг/с	0,65	0,64		0,63		0,55		0,46
рн	Па	100046,3	100085,5		100183,6		100566,2		100948,8
рк	Па	102910,8	105853,8		110268,3		122530,8		128907,3
к	-	1,03	1,06		1,10		1,22		1,28
н	кг/м3	1,21	1,21		1,20		1,21		1,21
Вычисляемая величина	Размерность	№ режима
		6		7		8		9
рт	Па	372,78		225,63		137,34		78,48
рт	Па	101567		101704,2		101792,5		101851,3
Тm	К	291		291		291		291
т	кг/м3	1,21		1,22		1,22		1,22
m	кг/с	0,35		0,28		0,22		0,16
рн	Па	101341,2		101557		101694,4		101782,7
рк	Па	135774,3		139207,8		141169,8		141660,3
к	-	1,03		1,06		1,10		1,22
н	кг/м3	1,21		1,21		1,20		1,21

Таблица 4

Вычисляемая величина	Размерность	№ режима
		1	2	3	4	5	6
рт	Па	1020,24	941,76	686,7	264,87	137,34	68,67
рт	Па	100909,6	100988,1	101243,1	101665	101792,5	101861,2
Тm	К	291	291	292	292	292	292
т	кг/м3	1,20	1,20	1,20	1,21	1,21	1,21
m	кг/с	0,58	0,56	0,48	0,30	0,22	0,15
рн	Па	100428,9	100527	100909,6	101498,2	101684,6	101802,3
рк	Па	105363,3	108306,3	117625,8	126454,8	129888,3	130869,3
к	-	1,05	1,08	1,17	1,25	1,28	1,29
н	кг/м3	1,20	1,20	1,20	1,21	1,21	1,21

1.3.13 По результатам расчетов построена напорная характеристика турбокомпрессора π_к - m при частотах вращения ротора 1800 и 2100 об/мин (см. рисунок 2)

π_к

m, кг/с

Рисунок 2 - Напорная характеристика компрессора при частоте вращения ротора 1800 и 2100 об/мин