Выбор степени повышения давления в компрессоре и начальной температуры газа перед турбиной

Величину выбирают в зависимости от назначения ГТУ, стоимости изготовления и режима ее работы. В нашем случае ГТУ является стационарной, поэтому выбираем при максимальном КПД ГТУ, выбираем . Т. к. выигрыш по КПД при повышении или понижении температуры на 100 К незначителен, а затраты на охлаждение существенны, то выбираем T3*=1400 К.

4. Расчет осевого компрессора

Рис. 4 Схема многоступенчатого осевого компрессора

Расчет производится в соответствии со схематическим продольным разрезом на (рис.4). При приближенном расчете осевого компрессора основными расчетными сечениями являются: сечение 1 на входе в первую ступень и сечение 2 – на выходе из последней ступени (рис.5). Определим параметры и в трех сечениях:

Давление воздуха в сечении 1-1:

МПа;

где коэффициент уменьшения полного давления во входной части компрессора

Температура в сечении 1-1:

Давление в сечении 2-2:

МПа;

где степень повышения давления в осевом компрессоре.

Рис. 5 Схема первой и последней ступеней

Значение плотностей:

,

где - показатель политропы,

;

;

Примем величины осевой составляющей абсолютных скоростей в сечении 1-1 и 2-2 и . Втулочное отношение выберем Расход воздуха . Из уравнения расхода первой ступени:



;

;

Средний диаметр:

;

Длина рабочей лопатки:

;

Размеры проходного сечения 2-2:

;

Принимаем в проточной части .

Тогда: ;

.

Для расчета частоты вращения необходимо задаться окружной скоростью на наружном диаметре первой ступени , тогда:

Адиабатический напор в проточной части компрессора по полным параметрам:

Приближенная величина теоретического напора или удельная работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха:

Выберем средний теоретический напор .

Число ступеней компрессора:

Принимаем .

Теоретический напор в первой ступени:

.

В средних ступенях:

.

В последней ступени:

Принципиальный характер распределения теоретического напора по ступеням:

Рис. 6 Распределение теоретического напора по ступеням

В соответствии с указанным порядком распределения напора по ступеням, распределяем напор следующим образом:

Рис. 7 Схема ступени осевого компрессора и кинематика в нем

Уточняем величину окружной скорости на среднем диаметре 1-ой ступени:

Производим расчет первой ступени по среднему диаметру 0,86 м.

Коэффициент расхода на среднем диаметре:

Коэффициент теоретического напора:

Степень реактивности принимаем , найдем

;

По графику (рис. 8) находим

Рис. 8 Изменение h/φв зависимости от Ω/φ

Коэффициент: .

Пользуясь графиком на (рис.9) определяем на среднем диаметре .

Рис. 9 Изменение коэффициента Ј в зависимости от густоты решетки

При постоянной вдоль радиуса хорде относительный шаг у втулки первой ступени:

;

Окружные скорости на входе и выходе из рабочего колеса принимаем одинаковыми, т.е. .

Проекция абсолютной скорости на окружное направление входной скорости на входе в рабочее колесо:

;

На выходе из рабочего колеса:

Абсолютная скорость на входе в рабочее колесо:

.

Температура воздуха перед рабочим колесом:

;

Число по относительной скорости на входе в рабочее колесо первой ступени . Видно, что , где - критическое значение Маха.

Наклон входной относительной скорости при отсчете отрицательного направления оси «U» характеризуется углом:

;

Уменьшение осевой составляющей в одной ступени:

;

Таким образом, осевая составляющая скорости на выходе из рабочего колеса первой ступени:

;

;

;

;

;

.

Угол поворота потока в решетке рабочего колеса:

;

При и изменении параметров по закону , оцениваем число по средней относительной скорости на внешнем диаметре 1-ой ступени .

Коэффициент расхода на внешнем диаметре:

;

Сверхзвуковое число свидетельствует о необходимости профилирования лопаточного аппарата первой ступени по закону вдоль радиуса.

Рис. 10 Треугольники скоростей для первой ступени компрессора на среднем диаметре . Масштаб .