книги из ГПНТБ / Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания

Для выяснения характера изменения коэффициента трения в безлопаточном диффузоре Атр, наиболее близко соответствую­ щего реальным условиям течения газа в высоконапорном ком­ прессоре, на Коломенском заводе были проведены испытания компрессора ТК-34 с диаметром колеса D2 = 350 мм и с без-

лопаточным диффузором, имеющим г3 = 1,41, параллельные стенки и ширину канала диффузора Ь2 = 17,8 мм (Ь2/г2 = 0,\029). Лопатки колеса радиальные. Стенки диффузора обрабатывают­ ся по 6—7-му классам чистоты поверхности.

Результаты этих испытаний при различных значениях окруж­ ной скорости колеса в виде зависимостей Атр = /(Ѳд) приведены на рис. 34.

Рис. 34. Сопоставление результатов экспериментального определения коэффициента трения Атр с расчетом по формуле (63) при г3 = 1,41:

влияния чисел М2 на характер потока и потери в диффузоре. Определение ширины Ь2 канала диффузора при заданной

величине расхода газа связано с выбором расчетного угла по­

тока а2. Увеличение Ь2 приводит к уменьшению потерь, но одно­ временно способствует уменьшению угла а2.

Изложенный выше метод расчета параметров потока и потерь энергии в безлопаточном диффузоре позволяет определить оптимальные значения угла а2 в зависимости от относительной

ширины Ь2. С этой целью были выполнены расчеты по опреде­ лению коэффициента пбЛв зависимости от произведения b2sin а2у

62

пропорционального расходу газа при работе с неизменным

параметром приведенной окружной скорости колеса и2. В связи с этим при определении Обл при различных углах учитывалось изменение числа Мг на входе в диффузор, связанное с неболь­ шим изменением расхода газа.

Расчетное определение коэффициента а,->л было выполнено для диффузора с параллельными стенками при значениях и2 = = 1,0 и 1,4, г3 = 1,15 II Лтро = 0,02 и 0,0Ф для различных Ь2. Расчет позволил определить оптимальные соотношения между Ь2

и0 2 . На рис. 35 показаны расчетные зависимости агопт = f(b2 ),

причем оказалось, —что указанные Qf^

зависимости для и2 = 1,0 и 1,4 практически совпадают, что позво­ ляет использовать эти кривые при 20

ЛОПАТОЧНЫЙ ДИФФУЗОР

Обычно в высоконапорных центробежных компрессорах входные кромки диффузора располагают на достаточном удале­ нии от колеса, чтобы снизить число Маха на входе в диффузор

до значений М3 = 0,80 -Р 0,85. Радиус г3 расположения входных кромок лопаток выбирается на основании расчета безлопаточного диффузора.

Геометрический входной угол лопаток, являющийся углом между касательной к средней линии лопатки на радиусе гъ и окружным направлением, выбирается равным углу потока сс3, определяемому из расчета безлопаточного диффузора. Послед­ нее связано с тем, что минимум потерь в диффузоре, как пока­ зывают эксперименты, имеет место при нулевом или положи­ тельном угле атаки ід= а 3л— а3.

Большое значение для лопаточных диффузоров имеют, одна­ ко, не столько углы атаки, сколько диффузорность входного среза решетки, представляющая собой отношение

/ ЗПОТ

где /д — площадь узкого входного сечения межлопаточных ка­ налов диффузора; /3пот — площадь, занятая потоком на входе в диффузор.

63;

Величина е на расчетном режиме, по-видимому, должна быть близка к единице, хотя при ее увеличении до е = 1,2 к. п. д. сту­ пени практически не изменялся.

Построение лопаток диффузора может быть выполнено различными способами.

Один из методов, который дает хорошие результаты, это метод построения профилей лопаток с использованием кон­ формного отображения профилей осевых решеток на радиаль­ ные [41]. Применение этого метода позволяет использовать большой опыт, накопленный при создании и доводке осевых сту­ пеней компрессоров.

При отображении исходят из необходимости получения заданных входного и выходного углов решетки. Условие соблю­ дения одинаковой густоты определяет число лопаток. В ком­ прессорах для наддува дизелей большой мощности число лопа­ ток диффузора равняется обычно 15—23 и выбирается взаимно

Другим распространенным способом построения профилей лопаток диффузора является применение аэродинамических профилей типа крыла, средняя линия которых изгибается в соот­ ветствии с необходимостью получения заданных входного и выходного углов. Конфигурация средней линии часто выпол­ няется по дуге окружности, радиус которой может быть опреде­ лен из следующего выражения:

2 (г4 cos а 4л—r3 cos«3J1)

Радиус окружности расположения центров дуг лопаток

г = г\ + г\ —2г м cos а3л.

Большое распространение получил также способ построения профилей лопаток диффузоров, у которых средняя линия, а также контуры вогнутой и выпуклой поверхностей описываются дугами окружностей.

Большое влияние на потери в диффузоре оказывает величина и характер изменения диффузорности вдоль канала. Углом диффузорности в каком-либо сечении канала является угол между касательными к границам канала в этом сечении. В пло­ ском криволинейном канале сечение приближенно может быть построено, если провести окружности из точки пересечения двух касательных к контурам канала в точках В и С касания этих контуров с некоторой вписанной окружностью (рис. 36).

64

Проведем из центра 0 3 линию 0 30 Ср, перпендикулярную 0 3Е и являющуюся биссектрисой угла Ѳд. Тогда 0 30 ср будет пред­

ГВЫП ^вог .

При расчетах по формуле (65) необходимо задаваться рядом значений угла аср, который изменяется от аВх, соответ­ ствующего пересечению средней линии канала (дуги радиусом гср) с окружностью диаметром D3, и до аВЫх, соответствующего пересечению той же дуги с окружностью диаметром D4.

Результаты расчета по формуле (65) удобно выразить как функцию длины канала диффузора /:

^ = ^ср ( ®ср ® вх) •

Выражение для определения среднего радиуса гср легко получить, рассмотрев геометрические соотношения на рис. 36:

личных «ср, по формуле (66) определяем значения длины I. На рис. 37 в качестве примера приведены результаты расчета по

Постоянство угла уширения канала можно достигнуть при­ менением прямолинейных образующих. Величина угла выби­

66

соконапорных компрессорах, работающих обычно вблизи гра­ ницы помпажа, ширину канала bs следует выбирать близкой

кширине колеса Ь2.

Взаключение приведем значения коэффициента восстановле­ ния полного давления ад в функции расхода для компрессора ТК-34. Показанные на рис. 39 кривые ад = f(Gnp, и2пѵ) построе­ ны по результатам измерения полного давления на входе в диффузор и выходе из него с учетом неравномерности потока как по шагу лопаток, так и по ширине канала.

ВОЗДУШНАЯ УЛИТКА

Из диффузора центробежного компрессора воздух поступает в воздухосборник, выполняемый обычно в виде улитки с пере­ менной по углу разворота площадью поперечного сечения. Форма сечений каналов улиток может быть самая разнообраз­ ная — грушевидная, круглая, квадратная, симметричная и не­ симметричная, наклоненная в сторону всасывающего патрубка компрессора или в противоположную сторону.

Эксперименты показывают, что наибольший к. п. д. имеет ступень с несимметричной круглой улиткой [41].

При использовании улиток для дополнительного торможения выходящего из диффузора потока воздуха целесообразно при­ менять симметричные улитки грушевидного сечения [41]. При работе на нерасчетном режиме у таких улиток возникает не­ равномерное в окружном направлении поле давлений. Эго отно­ сится к работе компрессора с безлопаточным диффузором, так как при работе с лопаточным диффузором даже существенное отклонение режима от расчетного (по расходу) мало влияет на неравномерность потока, выходящего из диффузора.

Площадь поперечного сечения F0 улиток компрессоров в вы­ ходном сечении выбирают такой, чтобы скорость воздуха была

Внешний контур улитки часто проектируют так, чтобы ок­ ружная составляющая скорости воздуха в сечениях улитки из­ менялась с изменением г по закону

c j = C4 UA = const,

где c4u — окружная составляющая скорости на выходе из лопа­ точного диффузора.

Практически при проектировании улитки, зная площадь ее поперечного сечения на выходе, при построении контуров отдель­ ных сечений следят, чтобы переход от одного сечения к другому был достаточно плавным. Наружный же контур очерчивают не­ сколькими плавно сопрягающимися дугами окружностей.

На нерасчетном режиме работы компрессора улитка начина­ ет работать как расходный диффузор или конфузор в зависимо­ сти от того, больше или меньше объемный расход по сравнению с номинальным значением.

Рис. 40. Распределение давления вдоль улитки компрессора ТК-30:

На рис. 40 показано распределение давления вдоль наруж­ ного контура улитки компрессора ТК-30, спрофилированной по изложенной выше методике. При малых расходах воздуха и различных окружных скоростях колеса наблюдается хорошая равномерность давления вдоль контура улитки. При максималь­ ных расходах, когда запирается лопаточный диффузор, давление в улитке падает, что вызывает резкое увеличение скорости потока. В связи с этим снижается и коэффициент аул восстанов­ ления полного давления в улитке, как это показано на рис. 41. В то же время при различных окружных скоростях колеса и минимальных значениях расхода воздуха коэффициенты сгул различаются незначительно.

68