Газодинамический расчёт центробежного компрессора

Цель расчета – определение геометрии проточной части компрессора и частоты вращения его рабочего колеса, обеспечивающих заданные параметры воздушного потока на номинальном режиме. Единственным элементом компрессора, в котором к сжимаемому воздуху подводится энергия, является рабочее колесо. Исходные данные для расчета:

–давление окружающей среды, МПа;

– температура окружающей среды, К;

– расход воздуха через компрессор, кг/с;

– удельная работа адиабатического сжатия в компрессоре, Дж/кг.

Расчет компрессора осуществляется в следующей последовательности.

1. Определяются параметры воздушного потока на входе и выходе из компрессора и основные геометрические размеры ступени.

Полное давление (давление торможения) на входе в компрессор.

где, – потери давления в воздушном фильтре. Статическое давление воздуха на выходе из компрессора

где МПа – потери давления во впускном коллекторе двигателя (между компрессором и поршневой частью). При наличии охладителя наддувочного воздуха потери давления увеличиваются до МПа.

Ориентировочная окружная скорость рабочего колеса компрессора, обеспечивающая требуемое повышение давления в компрессоре:

Скорость воздушного потока на входе в компрессор:

Ориентировочно скорость на входе в компрессор составляет 50 – 100 м/с.

Плотность воздуха во входном сечении компрессора а-а (рис. 3):

где – температура заторможенного потока. При расчете компрессора принимается равной .

Объемный расход воздуха через компрессор:

Ориентировочный наружный диаметр рабочего колеса компрессора:

где – коэффициент расхода, имеющий оптимальные значения Ф = 0,075...0,095 и нежелательные:

В соответствии с ГОСТ 9658-81 выбирается ближайший к рассчитанному номинальный базовый диаметр колеса компрессора.

Коэффициент расхода соответствующий принятому диаметру рабочего колеса:

Полученное значение коэффициента расхода необходимо проверить на оптимальность и допустимость. Число лопаток рабочего колеса компрессора выбирается из пределов

При выборе необходимо учитывать, что меньшие значения применяются для колес меньшего диаметра.

Расчет и профилирование рабочего колеса компрессора.

Целью расчета является определение геометрических характеристик проточной части рабочего колеса и основных размеров его лопаток (рис. 3). Расчет выполняется в следующей последовательности.

Определяется относительный диаметр рабочего колеса в сечении 1-1 (рис. 3) обеспечивающий минимальную относительную скорость на входе в рабочее колесо компрессора .

где – втулочное отношение; – коэффициент сжатия воздушного потока. Меньшие значения соответствуют большим окружным скоростям; – коэффициент стеснения потока на входе в колесо. Меньшие значения соответствуют большему числу лопаток и меньшему диаметру колес.

Рисунок 3 Основные геометрические характеристики центробежного компрессора

Диаметр входа, в рабочее колесо обеспечивающий минимальную относительную скорость :

Определяется относительный диаметр колеса на входе:

Определяется диаметр втулки рабочего колеса:

Определяется отношение диаметра втулки колеса к диаметру на входе:

Определяется относительный средний диаметр входа в рабочее колесо:

Определяется коэффициент уменьшения теоретического адиабатного напора:

Численное значение коэффициента напора:

Определяется окружная скорость на наружном диаметре рабочего колеса:

Уточняем значение коэффициента расхода:

Отличие от ранее принятого значения 5 %.

Определяется площадь входного сечения рабочего колеса компрессора:

Определяется полное давление во входном сечении:

Безразмерная плотность воздушного потока:

где , – температура заторможенного потока, принимаемая равной температуре окружающей среды; m – коэффициент, характеризующий физические свойства газа

Определяются параметры торможения потока воздуха на входе:

Определяются параметры воздушного потока: