Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Направление: 160700.65 Двигатели летательных аппаратов
Специальность: 160700 Проектирование авиационных и ракетных
двигателей
Специализация: 16070001 Проектирование авиационных двигателей
и энергетических установок
Кафедра: Авиационные двигатели
Дисциплина «Теория и расчет лопаточных машин»
Лабораторная работа №3
«Исследование рабочего процесса в проточной части центробежного компрессора».
Выполнили:
студент гр. АД-12 _______________________
студент гр. АД-12 _______________________
Принял: ________________ Матюнин В.П.
Пермь, 2015
Содержание
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3 1
Содержание 2
Цель работы. 3
1. Описание лабораторной установки 3
2. Схема и основные размеры центробежного компрессора лабораторного турбостартера ТКС-48Э 4
3 Поверочный расчет параметров 6
3.1 Расчет параметров перед рабочим колесом 6
3.1.1 Расчет кинематических параметров 6
3.1.2 Расчет параметров состояния 7
3.1.3 Определение расхода 8
3.1.4 Расчет параметров в относительном движении 8
3.1.5 Осреднение параметров 9
3.2 Расчет параметров на выходе из рабочего колеса 11
3.3 Расчет параметров на входе в лопаточный диффузор 14
4 Экспериментальный расчет параметров 16
4.1 Перевод измеренных величин в систему СИ 16
4.1.1 Обработка результатов измерений 16
4.1.2 Расчет ошибок измерения 17
4.2 Определение расхода воздуха 17
4.2.1 Определение скорости в расходомерном сечении: 17
4.3 Реконструкция поля скоростей 18
4.4 Расчет параметров перед рабочим колесом 21
4.4.1 Расчет кинематических параметров 21
4.4.2 Расчет параметров состояния 22
4.4.3 Осреднение параметров 23
4.5 Расчет параметров на выходе из рабочего колеса 24
4.6 Параметры перед лопаточным диффузором 28
4.7 Определение параметров в сечении за компрессором 29
4.7.1 Начальные данные 29
Выводы 34
Цель работы.
Повторить принцип работы центробежных компрессоров, закрепить теоретические знания о протекающих в проточной части процессах и кинематике потока в элементах центробежного компрессора.
1. Описание лабораторной установки
Основными элементами установки исследования лабораторного турбостартера ТКС-48Э являются турбостартер 2 (рис.1), расходомерное устройство 5…7, блок дроссельной заслонки 8…10, блок силового питания 11, пульт управления с блоком управляющего питания 12…18.
Рис. 1. Общая схема установки испытания турбостартера 1 – электростартер СТ–115; 2 – турбостартер ТКС–48Э; 3 – датчик частоты вращения ротора турбостартера; 4 – переходник; 5 – конфузор; 6 – расходомерная труба; 7 – выходной диффузор; 8 – электропривод дроссельной заслонки; 9 – дроссельная заслонка; 10 – датчик угла установки дроссельной заслонки; 11– блок силового электропитания; 12 – приборная доска пульта управления; 13 – амперметр (А); 14 – вольтметр (В); 15 – цифровой индикатор частоты вращения (об/мин); 16 – шестиканальный датчик температуры ТЕРМОДАТ (оС); 17 – индикатор угла открытия дроссельной заслонки; 18 – пультовая панель ручного управления
2. Схема и основные размеры центробежного компрессора лабораторного турбостартера ткс-48э
Основные элементы проточной части компрессора (рис. 2): входное устройство, рабочее колесо с вращающимся направляющим аппаратом, вырожденный до размеров обычного радиального зазора безлопаточный диффузор, лопаточный диффузор, переходный канал, спрямляющий аппарат.
Рис.2. Расчетная
схема компрессора турбостартера.
Обозначение
величин в препарированных сечениях:
1-1
(вх-вх) – статическое p1 = pвх
и полное
давления, полная
температура; 5-5 –
статическое давление pСА; 6-6
(к-к)– статическое pк
и
полное
давления, полная температура
В таблице 1 даны необходимые размеры в пяти расчетных сечениях, равнорасположенных по радиусу входного сечения рабочего колеса центробежного компрессора
Таблица 1
Геометрические размеры входного сечения
D1i, м |
1лi,º |
0,048 |
56 |
0,063 |
51,6 |
0,078 |
44 |
0,093 |
38 |
0,108 |
28 |
При обработке экспериментальных данных необходимо представление о процессах, которые могут протекать в исследуемом компрессоре.
Получить такое представление можно, выполнив поверочный расчет для проектного режима работы во время запуска основного двигателя.
Поверочный расчет выполняется с целью предварительного определения особенностей термогазодинамического процесса в проточной части компрессора и для тестирования методики расчета. На рабочей частоте вращения ротора компрессора (максимальный режим) геометрия элементов проточной части соответствует проектным расчетам, выполненным по известным теоретическим закономерностям. Поверочный расчет выполняется при следующих исходных данных:
,
,
,
,
,
.
Для проведения данной лабораторной работы и более полного представления о работе центробежного компрессора турбостартера ТКС–48Э полезно ознакомиться с реконструкцией параметров потока в рабочем колесе на проектной рабочей частоте вращения ротора турбокомпрессора nтк = 50000 об/мин..
При проведении экспериментов при работе компрессора на чрезвычайно малых оборотах (nтк = 3500 об/мин) удобнее пользоваться углом отставания потока. При уменьшении частоты вращения и сохранении расхода этот угол должен незначительно уменьшаться (вследствие увеличения времени пребывания рабочего тела в межлопаточном канале), так как при этом уменьшается степень повышения давления в колесе, а значит, уменьшается циркуляция скорости на лопатках и в межлопаточном канале.
В любом случае, ошибка в приближенной оценке угла на нерасчетных режимах работы не приводит к нефизичным результатам обработки первичных экспериментальных данных (замеров).