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
где
ρж=1000 кг/м
таблицы 3.3, 3.4.
3.5.6. Определить значения поправки на сжимаемость для всех
экспериментов
3
- плотность воды. Результаты занести в
е=1−0,311⋅(Δ pД/ pB)
.
Результаты занести в таблицы 3.3, 3.4.
3.5.7. Рассчитать массовые расходы газа через компрессор для
всех экспериментов
mc= Ае⋅√Δ p
Д
, кг/с.
Результаты занести в таблицы 3.3, 3.4.
3.5.8. Найти избыточное статическое давление на входе в
компрессор для всех экспериментов, представленных в таблице 3.1
Δ pвс=Δ hвс⋅10−3⋅ρж⋅9,81 ,Па
.
Результаты занести в таблицу 3.3.
3.5.9. Рассчитать избыточное статическое давление на выходе
из компрессора для всех экспериментов
Δ pк=Δ hк⋅10−3⋅ρж⋅9,81 ,Па
.
Результаты занести в таблицы 3.3, 3.4.
3.5.10. По результатам, представленным в таблице 3.3,
построить:
–характеристику компрессора
Δ pк= f (mc)
характеристике 3 на рис. 3.2;
–характеристику всасывающей сети
аналогичную характеристике 11 на рис. 3.2.
31
, аналогичную
Δ pвс= f (mc)
,
3.5.11. По результатам, представленным в таблице 3.4,
построить характеристику нагнетательной сети
аналогичную характеристике 8 на рис. 3.2.
3.5.12. Нарисовать рис. 3.3, дать описание измерительной
системы.
3.5.13. Заполнить бланк отчета.
Значения замеренных величин при n=1000 об/мин
B=...мм рт.ст, ta=...0C
Δ pк= f (mc)
Таблица 3.1
,
Положе-
А Б В Г Д
ние
задвижки
Δ h
,
Д
260 220 180 140 95
мм в.ст.
Δ h
,
вс
-90 -78 -61 -47 -35
мм в.ст.
Δ h
,
к
300 350 390 425 455
мм в.ст.
Значения замеренных величин при постоянном положении
задвижки в точке В
Частота
вращения
Δ h
Д
,
500,
об/мин
750,
об/мин
1000,
об/мин
1250,
об/мин
100 140 180 220 250
мм в.ст.
Δ h
,
к
305 340 390 440 490
мм в.ст.
Таблица 3.2
1500,
об/мин
32
Таблица 3.3
Обработка результатов эксперимента при n=1000 об/мин
Положение задвижки А Б В Г Д
Δ pД=Δ hД⋅9,81
, Па
е=1−0,311⋅(Δ pд/ pв)
mc=A е⋅
√
Δ p
д
, кг/с
Δ pвс=Δ hвс⋅9,81 ,Па
Δ pк=Δ hк⋅9,81 ,Па
Таблица 3.4
Обработка результатов эксперимента при постоянном положении
задвижки в точке В
Частота вращения 500,
об/мин
Δ pД=Δ hД⋅9,81
, Па
750,
об/мин
1000,
об/мин
1250,
об/мин
1500,
об/мин
е=1−0,311⋅(Δ pд/ pв)
mc=A е⋅
√
Δ p
Д
Δ pк=Δ hк⋅9,81 ,
, кг/с
Па
33
3.6
. Вопросы для самоподготовки
3.6.1. Назовите характеристики турбокомпрессора. Изобразите
их графически в различных координатах?
3.6.2. Какой способ сжатия газа используют в
турбокомпрессорах?
3.6.3. Что такое характеристики нагнетательной и
всасывающей сетей. Изобразите их графически? От чего они зависят?
3.6.4. От чего зависит сопротивление сети?
3.6.5. Что такое рабочая точка турбокомпрессора?
3.6.6. Какие параметры нужно изменить в эксперименте, чтобы
получить точки, по которым можно построить характеристику
нагнетательной сети?
3.6.7. Что нужно изменить в эксперименте, чтобы получить
точки, по которым можно построить напорную характеристику
компрессора?
3.6.8. Какие параметры газа необходимо замерить, чтобы
получить данные для расчета расхода газа через компрессор?
3.6.9. Какие параметры газа необходимо замерить, чтобы
рассчитать плотность газа в помещении?
34
Лабораторная работа 4
КОНСТРУКЦИЯ И РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЛОПАТКИ
РАБОЧЕГО КОЛЕСА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
Цель работы: Изучить конструкции и особенности расчета на
прочность лопатки рабочего колеса осевого компрессора.
4.1. Теоретические положения
Лопатка рабочего колеса осевого компрессора состоит
(рис. 4.1) из пера лопатки 1 и хвостовика 2. Хвостовик и прилегающая
к нему часть диска 3, а также детали крепежа лопатки (штифты,
пластины) образуют замок, фиксирующий лопатку на диске. Перо
лопатки для упрощения называют лопаткой.
Профилем лопатки называют сечение лопатки плоскостью,
перпендикулярной радиусу. Обозначают: f
сечения лопатки, f
- площадь периферийного сечения. На рис. 4.2
п
- площадь корневого
к
показан профиль лопатки в корневом сечении. Средняя линия профиля
представляет собой кривую, делящую пополам расстояние между
выпуклой и вогнутой частями профиля. Форма профиля
характеризуется в основном длиной хорды bк, максимальной толщиной
δк, углом изогнутости профиля θ, а также положением максимальной
толщины е и максимального прогиба средней линии а
. Максимальный
прогиб обозначен буквой h.
Точка О является центром тяжести сечения лопатки. Оси
координат ОξȠ являются главными центральными осями инерции
профиля, причем ось абсцисс ξ параллельна хорде. Буква ξ называется
«кси», буква Ƞ называется «эта».
При расчете лопатки на прочность важными являются
характеристики её профиля в корневом сечении:
- площадь профиля
fк=0,7⋅bк⋅δ
к
, м2,
(4.1)
- моменты инерции сечения лопатки (профиля) относительно
главных центральных осей инерции
Jξ=0,041⋅bк⋅δк⋅(δ
Jη=0,038⋅b
2+h2
)
, м4, (4.2)
, м4, (4.3)
3
к⋅δк
к
а также закон изменения площади профиля и моментов инерции
профиля по высоте лопатки.
На лопатку рабочего колеса действуют силы давления газа на
боковые поверхности и центробежные силы от массы самих лопаток.
35
Статические изгибные напряжения в лопатках от газовых сил
достигают (60...170) МПа; напряжения от центробежных сил (200...250) МПа. При колебании лопаток возникают динамические
напряжения, которые могут привести к усталостным разрушениям.
Рис. 4.1. Лопатка рабочего колеса осевого компрессора
Для повышения прочности лопаток рабочих колес необходимо
выполнять следующие рекомендации:
1. Площадь поперечного сечения лопатки f (рис. 4.1) и момент
инерции поперечного сечения лопатки J должны уменьшаться в
направлении от корневого сечения лопатки к периферийному сечению.
2. Центры масс сечений, точки A, B, C (рис 4.1) необходимо
располагать на одном радиусе, чтобы не возникали изгибающие
моменты от центробежных сил.
3. Переход от лопатки к хвостовику должен производиться по
радиусу rк, который выбирается в пределах (0,03÷0,05) от хорды
профиля bк. При меньшем радиусе возникает концентрация
напряжений. Большее значение радиуса rк искажает профиль лопатки
36
по высоте и загромождает межлопаточный канал, ухудшая
газодинамику.
Рис. 4.2. Профиль лопатки в корневом сечении
4. Точность изготовления. Допуск на координаты профилей
лопаток η1, ξ1 (рис. 4.2) назначается очень жестким и составляет
0,001÷0,002 от величины хорды b
Если b=100 мм, то допуски на η1, ξ1 находятся в пределах
0,1÷0,2 мм. Например, η1= 87±0,1 мм. Часто допуск еще более
ужесточается.
Допуск на угол установки профилей, как правило, назначается
в интервале 10'÷20'.
Мы рассматриваем требования точности только по условиям
прочности. Но заметим, что газовая динамика также предъявляет
высокие требования к точности.
5. Низкая шероховатость поверхности. Если имеются
поверхностные дефекты (раковины, следы обработки), то в условиях
вибрации могут развиться усталостные трещины, что приведет к
поломке. Поэтому шероховатость (среднее арифметическое
отклонение Rа) должна быть 1,25÷0,16.
Аналогичные требования по шероховатости предъявляет
газодинамика. Такая шероховатость достигается полировкой.
.
37
Эти требования не обязательны при малых окружных
скоростях u
, т.е. когда малы центробежные силы и малы газовые силы,
например, в вентиляторах низкого давления.
4.2. Исходные данные для расчета лопатки на прочность
l = 0,134 м - длина пера лопатки;
bк= 0,048 м - хорда профиля в корневом сечении;
bп= 0,041 м - хорда профиля на периферии лопатки;
δк= 4,8· 10
-3
м- максимальная толщина профиля в корневом
сечении;
δп= 3,6· 10-3 м- максимальная толщина профиля на периферии
лопатки;
h = 5· 10-3 м - максимальный прогиб средней линии профиля в
корневом сечении;
ξс= 0,027 м, ηс = -0,0044 м - координаты точки С, наиболее
удаленной от центра тяжести (точка О) корневого
сечения лопатки (рис. 4.2);
Rк = 0,160 м - радиус, на котором расположено корневое сечение
лопатки;
Rп= 0,294 м - радиус, на котором находится периферийное
сечение лопатки;
Z = 28 - число лопаток в рабочем колесе ступени;
p1= 1,26 кгс/см2- давление газа на входе в рабочее колесо
компрессора (сечение 1-1) (рис. 4.3);
p2= 1,70 кгс/см2- давление газа на выходе из рабочего колеса
(сечение 2-2) (рис. 4.3);
mc= 31,6 кгс/см2- массовый расход газа через ступень;
n = 10800 об/мин- частота вращения ротора;
N = 900 л.с. - мощность ступени;
γ0= 61º;
c1z= 165 м/с - расходная составляющая абсолютной скорости в
сечении 1-1;
c2z= 150 м/с - расходная составляющая абсолютной скорости в
сечении 2-2;
Материал лопатки АК-4:
σв= 380,0 МПа - предел прочности материала;
ρм= 2800 кг/м3- плотность материала лопатки.
38
Рис. 4.3. Рабочее колесо и силы, действующие на лопатки: В -
профиль лопатки в корневом сечении (у = 0), Д - профиль лопатки на
высоте y=yi (сечение А-А)
4.3. Определение площадей поперечного сечения лопатки
4.3.1. Площадь корневого сечения лопатки определяется по
формуле (4.1), а площадь периферийного сечения лопатки по формуле:
fп=0,7⋅bп⋅δ
, м2. (4.4)
п
39
4.3.2. Принимаем линейный закон изменения площади
поперечного сечения по высоте лопатки:
Коэффициент a
f = fк−a⋅y
определяется из граничных условий при у = l
fп= fк−a⋅l
, м2. (4.5)
м2,
,
(4.6)
отсюда следует:
fк− f
п
a=
, м. (4.7)
l
4.4. Определение момента инерции корневого сечения лопатки
относительно главных центральных осей
Моменты инерции сечения определяются по формулам (4.2),
(4.3).
4.5. Определение напряжений растяжения от центробежных сил в
корневом сечении лопатки
4.5.1. Средний радиус лопатки:
Rк+ R
п
Rср=
, м. (4.8)
2
4.5.2. Угловая скорость вращения ротора:
π⋅30n
ω=
, рад/с. (4.9)
4.5.3. Окружная скорость при среднем радиусе лопатки:
uср=ω⋅R
, м/с. (4.10)
ср
4.5.4. Напряжение растяжения в корневом сечении лопатки:
σр=ρ
м
u
2⋅R
с2р
ср
l (1+
f
п
, Па. (4.11)
)
f
к
Напряжение в корневом сечении лопатки является наибольшим
напряжением растяжения в лопатке.
4.6. Определение изгибающих моментов и напряжений изгиба от
газовых сил
4.6.1. Пересчет значений давлений на другие размерности:
р1=1,26 кгс/см2=123606 Па=0,1236
МПа,
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]