Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Экспериментальное исследование и расчет элементов ступени осевого компрессора. Методические указания к лабораторным работам
.pdf
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ЭЛЕМЕНТОВ СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
Методические указания
к лабораторным работам
Казань
Издательство КНИТУ
2014
УДК 621.515
Составители: доц. А.В. Палладий
доц. С.Л. Фосс
ст. преп. Т.В. Максимов
Экспериментальное исследование и расчет элементов ступени
осевого компрессора : метод. указания к лаб. работам /сост.
А.В. Палладий, С.Л. Фосс, Т.В. Максимов; М-во образ. и науки России,
Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : КНИТУ, 2014. – 64 с.
Изложены теория и методика выполнения лабораторных работ
по дисциплине «Центробежные и осевые компрессоры».
Содержат вопросы экспериментального исследования профиля
и решетки профилей осевого компрессора методом статических
продувок, а также описание конструкции и расчеты на прочность
лопатки и трапециевидного замка осевого компрессора.
Предназначены для подготовки бакалавров по направлению
15.03.02 «Технологические машины и оборудование» профилю
«Вакуумная и компрессорная техника физических установок».
Подготовлены на кафедре "Компрессорные машины и
установки".
Печатаются по решению методической комиссии института
химического и нефтяного машиностроения КНИТУ.
Рецензенты: нач. отдела ЗАО «НИИтурбокомпрессор
им. В.Б. Шнеппа» канд. техн. наук А.Т. Лунев;
нач. отделения ЗАО «НИИтурбокомпрессор
им. В.Б. Шнеппа» канд. техн. наук А.П. Еранов
ПРЕДИСЛОВИЕ
Методические указания написаны в соответствии с учебным
планом подготовки бакалавров по направлению 15.03.02
«Технологические машины и оборудование» профилю «Вакуумная и
компрессорная техника физических установок» и программой
специальной дисциплины «Центробежные и осевые компрессоры».
Указанная дисциплина дает студентам базовые знания,
необходимые для подготовки квалифицированных специалистов по
проектированию, изготовлению и эксплуатации центробежных и
осевых компрессоров.
Указания содержат пять лабораторных работ. В первых двух
работах студенты исследуют методом статических продувок обтекание
профиля лопатки и плоской решетки профилей лопаток рабочего
колеса осевого компрессора.
Указанные работы дают студентам возможность изучить
методы экспериментального определения характеристик:
коэффициентов подъемной силы, профильного сопротивления и
характеристики аэродинамического качества решетки профилей
лопаток при различных углах атаки.
В третьей работе студенты экспериментально определяют
напорную характеристику ступени осевого компрессора и
характеристики нагнетательной и всасывающей сетей.
Работы 4, 5 посвящены изучению конструкций и методов
расчета на прочность лопатки и трапециевидного замка для крепления
лопатки рабочего колеса осевого компрессора. При этом студенты
осваивают методы расчета наиболее нагруженных деталей рабочего
колеса, приобретают необходимые знания и навыки.
3
Лабораторная работа 1
ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ПО
ПРОФИЛЮ ЛОПАТКИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
Цель работы: 1. Выяснить физическую картину обтекания
профиля лопатки и построить кривые распределения давления по
профилю лопатки при углах атаки i = 0˚ и i = 9˚.
2. Определить коэффициент подъемной силы профиля при
углах атаки i = 0˚ и i = 9˚.
1.1. Теоретические положения
Профилем лопатки в газодинамическом смысле является
сечение лопатки поверхностью тока. На практике применяют профили,
полученные сечением лопатки плоскостью, нормальной к радиусу.
Основные элементы профиля даны на рис. 1.1. Средней линией
профиля (показана штриховой линией) называется геометрическое
место центров окружностей, вписанных в профиль. Прямая,
соединяющая точки пересечения средней линии с контуром профиля,
χ
называется хордой профиля b
. Углы
χ
и
1
определяют
2
Рис. 1.1. Профиль лопатки осевого компрессора
направление входной и выходной кромок профиля, а величина f –
максимальный прогиб средней линии. Основными параметрами,
характеризующими форму профиля, являются хорда профиля, угол
изогнутости (кривизны) профиля
(угол между касательными к
Θ
средней линии, проведенными в точках ее пересечения с контуром
4
профиля,
Θ = χ1+ χ
), максимальная толщина профиля S
2
координаты положения максимальной толщины
прогиба средней линии x
.
f
Рис. 1.2. Силы, действующие на профиль в потоке газа
x
и максимального
s
max
,
Для удобства сравнения различных профилей все линейные
размеры принято выражать в безразмерных величинах:
x=
x
b
x
xs=
s
,
b
,
xf=
x
f
,
b
S
max
=
max
b
S
f
f =
,
.
b
На рис. 1.2. показан профиль и набегающий на него
невозмущенный поток, параметры которого обозначаются через
ω1,T1 , p1, ρ1. Профиль вносит возмущение в поток, в результате чего
вблизи профиля параметры потока изменяются. На выпуклой части
профиля возрастает скорость и уменьшается давление p
, а под
профилем давление несколько возрастает. При этом создается
подъемная сила профиля Ry и лобовое сопротивление Rx, которое
учитывает все виды сопротивления профиля.
5
Рис. 1.3. Векторная диаграмма коэффициента давления
Давление на профиле удобнее представить в виде
коэффициента давления:
p=
¯
2(p− p
ρ1ω
)
1
2
1
. (1.1)
Распределение давления по профилю изображается в виде
векторной диаграммы (рис. 1.3). Для этого вычерчивается профиль и в
тех точках, где имеются данные по замеру или расчету давления,
восстанавливаются перпендикуляры к поверхности. На
перпендикулярах в выбранном масштабе откладываются величины
коэффициента давления в виде векторов, концы которых соединяются
плавной кривой. Таким же образом можно построить векторную
диаграмму для избыточного давления ( p - p1).
Кроме векторных диаграмм применяются эпюры
распределения давления по хорде профиля (рис. 1.4). По оси абсцисс
откладывается безразмерная величина ¯x , которая изменяется от 0 до
1 (конец хорды профиля), а по оси ординат – коэффициент давления
p
. При этом вверх откладываются отрицательные значения
¯
коэффициента давления, а вниз – положительные. Полученные точки
соединяют плавной кривой, которую для выпуклой части профиля
изображают сплошной линией, а для вогнутой – штриховой.
6
Рис. 1.4. Распределение коэффициента давления
по хорде профиля
В данной работе при вычислении коэффициента давления
вместо ( p - p1) используется разность между давлением на профиле p
и атмосферным давлением pa :
(1.2)
(1.3)
а величина
- pa) = Δp,
(p
2
ρ1ω
1
определяется непосредственно из эксперимента:
2
2
ρ1ω
2
1
=Δ p
дин
.
С учетом уравнения (1.2) и (1.3) формула (1.1) для нахождения
коэффициента давления в j-й точке на профиле записывается в виде
p
Δ
p
=
¯
j
Δ p
дjин
.
(1.4)
Подъемную силу Ry и лобовое сопротивление Rx представляют
обычно в виде коэффициентов подъемной силы Cy и лобового
сопротивления Cx :
R
y
Cy=
S
– площадь лопатки в плане (для лопатки единичной длины S = b).
где S
ρ1ω
2
;
Cx=
2
1
S
R
x
ρ1ω
2
,
2
1
7
В условиях лабораторной работы влиянием касательного
напряжения в газе на подъемную силу профиля можно пренебречь.
При этом подъемная сила Ry находится интегрированием проекций
давления на ось y (см.рис. 1.2) по контуру профиля, а коэффициент
подъемной силы определяется по формуле
1
Cy=
p
cosφ dl
∫
¯
j
b
.
После замены интегрирования суммированием коэффициент
подъемной силы записывается по формуле
1
Cy=
ajp
∑
b
,
¯
j
где aj = ljcosφj , lj – длина участка, на который действует давление pj .
1.2. Описание установки
Установка (рис. 1.5) содержит поворотный стол с плоской
решеткой профилей 1, трехканальный зонд 2, щит с дифманометрами
3, микроманометры, трубки которых (4) наклонены к горизонту под
углом в 15˚ и соединены с общим бачком 5. Воздух от вентилятора
подводится к установке по трубе 6. Для создания перед входом в
решетку потока с достаточно тонким пограничным слоем имеется
сужающееся устройство 7. Поворотом стола по лимбу 8
устанавливается необходимый угол атаки решетки. Параметры потока
в точке 9 перед решеткой замеряются трехканальным зондом 2,
имеющим три приемных отверстия 10. Боковые отверстия
соединяются с двумя коленами дифманометра 11, который называется
угломером. Поворотом зонда выравнивают показания в коленах
угломера. При этом центральное отверстие зонда направлено
навстречу потоку, что позволяет замерить полное давление.
Подсоединение центрального и бокового отверстий к дифманометру
12 дает возможность замерить динамический напор Δh
дин
.
Плоская решетка (рис. 1.6) имеет восемь лопаток. Для
измерения давления на профиле вторая и седьмая лопатки решетки
дренированы. С вогнутой стороны лопатки отбор давления
производится в семи точках, а с выпуклой – в десяти, следовательно,
всего в семнадцати точках (j = 1,...,17). В качестве измерительных
приборов используют микроманометры, которые благодаря наклону
трубок позволяют замерять перепад давлений с большей точностью,
чем обычные дифманометры.
8
Рис. 1.5. Схема установки
Рис. 1.6. Схема плоской прямолинейной решетки профилей и
расположение точек замеров давления
9
1.3. Техника безопасности
К проведению экспериментов студенты допускаются после
изучения описания лабораторной работы и собеседования с
преподавателем. Запрещается самостоятельное включение
вентилятора.
1.4. Порядок проведения работы
1.4.1. Поворотом стола по лимбу 8 установить угол атаки на
решетку i = 0º.
1.4.2. Установить трехканальный зонд перед решеткой в точку
9 (рис. 1.5).
1.4.3. Записать в табл. 1.1 начальные показания
микроманометров A0j в мм, где j = 1,...,17.
1.4.4. Включить вентилятор.
1.4.5. Записать в табл.1.1 показания микроманометров Aj в мм.
1.4.6. Поворотом трехканального зонда уравнять столбы
жидкости в коленах угломера 11.
1.4.7. Записать показания дифманометра Δh
. в мм водяного
дин
столба перед решеткой в точке 9 (рис. 1.5).
1.4.8. Поворотом стола по лимбу 8 установить угол атаки i = 9º.
Повторить замеры по пунктам 1.4.5 – 1.4.7.
1.4.9. Выключить вентилятор.
1.5. Обработка результатов эксперимента
1.5.1. Вычислить разность между давлением на профиле и
атмосферным в семнадцати точках на профиле при угле атаки на
решетку i = 0˚:
Δpj = (Aj-A0j)·m·10-3·ρж·g, Па,
где m = sin15˚ = 0,26 – коэффициент, учитывающий наклон трубок;
ρж = 1000 кг/м3 – плотность жидкости; g = 9,81 м/с2.
Результаты занести в табл. 1.1.
1.5.2. По показаниям дифманометра перед решеткой вычислить
динамическое давление при угле атаки i = 0˚:
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]