3. Расчёт улитки компрессора (сечения 4 – 5).

Улитки компрессоров собирают воздух, выходящий из диффузоров, и направляют его через отводной патрубок в охладитель наддувочного воздуха.

Рис.6. Схема построения исходной улитки

На рис 6 показана исходная схема улитки, а на рис.7 вариант деформации сечений улитки смещением исходного профиля в сторону всасывания.

Рис.7. Схема меридианного сечения смещённой улитки

Обычно улитки конструируются как воздухосборники и практически не изменяют давления за диффузором (кроме изменения, связанного с газодинамическими потерями в улитке). При такой функции улиток скорости потока на входе в улитку и на выходе из неё должны быть одинаковыми. Постоянство скоростей в соответствии с уравнением Бернулли для такого участка предполагает изотермическое течение. Величина изменения давления при наличии газодинамических потерь в этом случае может быть найдена из того же уравнения Бернулли (V):

,

где L_i = 0, c₄ = c₅, а L_из и ΔL_r находятся по известным выражениям:

;

.

С учётом записанного давление за улиткой окажется равным

(12)

Если же считать улитку как преобразователь энергии (в таком качестве улитку нужно использовать осторожно, принимая во внимание её низкий КПД), то схема её расчёта будет близкой к расчётам диффузоров.

Рассмотрим первый вариант расчёта, когда улитка играет роль только воздухосборника

Дано: P₄, T₄, ρ₄, c_4, c₅, ξ₅

Определить:

P₅, T₅, ρ₅, f₅

Примечания

1. Скорости воздуха за улиткой и на входе в неё принимаются равными.

2.Коэффициент потерь в улитке ξ₅ принимается расчётчиком по справочным данным.

3. Равенство скоростей предполагает изотермичность процесса.

____________________________

Решение.

1. Найти давление за улиткой по (12). При изотермичности потока T₅ = T₄

2. Определить плотность воздуха за улиткой по (2)

.

3. Вычислить площадь сечения на выходе из улитки по (1)

.

При таком решении необходимо сравнить давление P₅ c заданным давлением нагнетания P_н. Если оно отличается от заданного более, чем это допустимо, следует изменить давление за диффузором способом, указанным в соответствующем пункте.

Рассмотрим второй вариант расчёта, когда улитка играет роль и воздухосборника и преобразователя энергии. В таком случае степень повышения давления в ней П₅ должна составлять 1,1..1,2.

Дано: P₄, T₄, ρ₄, c₄, c₅, ξ₅

Определить:

T₅, P₅, ρ₅, f₅

Примечания

1. В предлагаемой схеме расчёта целесообразно задаться конечной скоростью с₅, меньшей чем с₄, чтобы получить расчётное значение Р₅.

2. Поскольку коэффициент потерь ξ₅

уже использовался в предыдущем варианте расчётов, здесь также есть смысл использовать его, а не η_п. При этом величину η_п можно выразить через ξ.

1. Определить значение η_п5 в функции скоростей потока и величины ξ₅ на основании (7),(8) и (10)

2. Вычислить значение показателя политропы по (8)

.

3. Найти конечную температуру по (5)

.

4. Найти конечное давление из (3)

.

5. Найти плотность воздуха на выходе из (2)

6. Найти площадь сечения улитки на выходе из (1)

7. После выполнения расчёта сравнить полученное значение Р₅ с заданным давлением Р_н. В случае недопустимого отклонения изменять величину с₅. Если изменение с₅ в разрешённых пределах не обеспечивает желательного значения Р₅, следует увеличить скорость U₂.

На этом заканчиваются расчёты элементов проточной части и далее определяются мощность всего компрессора и его адиабатный КПД.

Адиабатный КПД компрессора находится из выражения

В принципе, если считать глушитель шума и фильтр неотъемлемыми элементами компрессора, то вместо Т_а и Р_а следует использовать Т_о и Р_о. Обычно правомерность этого вопроса решается волевым порядком, на уровне соответствующего положения отраслевой нормали или ГОСТа.

Мощность привода компрессора, кВт, вычисляется по формуле

,

где η_м – механический КПД компрессора (0,97…0,99).

Далее выполняются расчёты по определению недостающих конструктивных параметров всех элементов проточной части. В частности, стоятся треугольники скоростей на входе в колесо и на их основе выполняется конструирование входного участка. Строится профиль меридианного сечения БЛД, строятся профили лопаток ЛД и схема их установки, строится профиль меридианного сечения ЛД, Строится схема сечений улитки и выполняется её конструирование с учётом всех рекомендаций и т.д.