1.3 Расчет безлопаточного диффузора постоянной ширины
Безлопаточный
диффузор (БЛД) применяют при переменном
режиме работыкомпрессора на расчетной
точке своей характеристики и при условии
α
>20°.
Исходными данными для расчета диффузора являются следующие параметры на выходе из рабочего колеса:
Vнр=
0,549 м
/с,Tн
= 297K,
ρн=1,189кг/м
,k=1,4,
σ=2,1805, D
=
0,24 м,
b
=
0,006 м,
,
α
=
25,545°, ∆Tн-2=
42,4K,
C
=
219,9 м/с,
φ2u
=0,621406, U2=319,9
м/с, z=1,
,
,
,
,
.
Рекомендуемые геометрические соотношения:
;
1,40…1,90-
для концевой ступени
Принимаем
=
1,1,
1,4168
Диаметр, ширина диффузора и угол входа потока газа в сечении 3
Скорость газа в сечении 3
Температура газа в сечении 3
Степень сжатия газа в сечении 3
Плотность и давление газа в сечении 3
Диаметр и ширина диффузора в сечении 4
Задается коэффициент потерь на трение в диффузоре
Рисунок3. Безлопаточный диффузор.
Угол выхода потока газа из диффузора (в сечении 4)
Скорость газа в сечении 4
Температура газа в сечении 4
Степень сжатия газа в сечении 4
Плотность и давление газа в сечении 4
Среднее значение угла
на пути движения газа в диффузоре
Угол раскрытия канала диффузора
Полученное значение
не превышает допустимой величины
.
1.4. Расчет выходных устройств
Исходными данными для расчета выходного устройства являются параметры газа и геометрические параметры на выходе из предшествующего диффузора (в сечении 4):
Внутренняя
улитка с прямоугольным сечением. Улитка
свернутая набок, имеет линейно
расширяющуюся ширину
(рисунок 4).
Внутренний радиус
улитки постоянный
,
наружный радиус
изменяется
по окружности.
Расчет улитки:
Геометрические параметры при входе потока в улитку (рисунок 4):
Рисунок 4. Внутренняя улитка с патрубком, направленным по горизонтали
Внутренний радиус улитки:
,
принимаем
Закрутка потока на выходе из диффузора:
Задаются значение угла:
Задаётся ширина улитки
При
задании
целесообразно ориентироваться на ширину
улитки компрессора-аналога. Рассчитывается
для каждого значения
по формуле:
,
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Результаты записываем в таблицу 3.
Коэффициент трения
Постоянная величина рассчитывается для каждого угла по формуле:
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Результаты записываем в таблицу 3.
Радиус наружней поверхности улитки
зависит от угла
и рассчитывается для каждого значения
по формуле:
,
где
-
основание натуральных логарифмов.
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Для угла
Результаты записывают в таблицу 3.
Таблица 3Результаты расчета внутреннего радиуса улитки
|
|
|
|
|
|
22,5 |
0,001128 |
0,0342 |
0,179 |
|
45 |
0,001029 |
0,0375 |
0,183 |
|
90 |
0,000877 |
0,044 |
0,187 |
|
135 |
0,00076 |
0,0507 |
0,194 |
|
180 |
0,000673 |
0,0573 |
0,197 |
|
225 |
0,000602 |
0,064 |
0,2003 |
|
270 |
0,000547 |
0,0705 |
0,2027 |
|
315 |
0,000501 |
0,077 |
0,2048 |
|
360 |
0,00046 |
0,0837 |
0,2064 |
По рассчитанным
значениям
строится поверхность улитки.
Расчет диаметров всасывающего и нагнетательного патрубков и параметров газа в конечном сечении
Исходными данными для расчета диаметра всасывающего патрубка в начальном сечении Н-Н являются:
1.1
-
объемная производительность компрессора;
1.2
-
скорость газа, взятая из задания на
расчет.
Диаметр всасывающего патрубка равен
Принимаем
по ГОСТ 12821-80.
Исходными данными для расчета параметров газа и диаметра нагнетательного патрубка в конечном (выходном) сечении К-К являются:
3.1 Параметры при входе в компрессор
;
3.2 Константы сжимаемого газа
3.3 Число политропы
3.4 Параметры газа на выходе из диффузора
Температура газа в конечном сечении К-К:
Степень сжатия газа в конечном сечении
Плотность и давление газа в конечном сечении
Диаметр нагнетательного патрубка
Принимаем
по
ГОСТ 12821-80.
Расчет мощности сжатия газа и КПД компрессора.
Мощность сжатия газа при политропном процессе в односекционном компрессоре (внутренняя мощность компрессора):
Исходные данные для расчета:
-
объемная производительность компрессора;
-
плотность газа на входе в компрессор;
-
коэффициент теоретического напора
ступени;
- окружная скорость
рабочего колеса;
- коэффициенты
потерь на трение и протечки в ступени.
Внутренняя мощность определяется по формуле:
Мощность сжатия газа при изоэнтропном процессе:
Мощность сжатия газа при изотермном процессе:
Изоэнтропный внутренний коэффициент полезного действия:
Изотермный внутренний коэффициент полезного действия [3]:
Изоэнтропныйвнутренний коэффициент полезного действия компрессора достаточно низкий, так как рабочее колесо компрессора подобрано не по оптимальным параметрам.
Параметры газа в характерных сечениях
На рисунке 5 показаны характерные сечения в элементах одноступенчатого компрессора.
В результате термогазодинамического расчета получены параметры газа в характерных сечениях: скорость, температура, давление, плотность. Значение этих параметров необходимо собрать в одной таблице. В таблице 4 представлены параметры газа в сечениях одноступенчатого компрессора. Используя данные таблицы, построены графики изменения параметров газа по сечениям (рис. 6, 7, 8, 9).
Рисунок 5. Продольное сечение проточной части одноступенчатого компрессора (меридиональная плоскость сечения)
Таблица 4. Параметры газа в характерных сечениях
|
Параметр
Номер сечения |
|
|
|
| |||
|
Н |
10 |
297 |
0,1 |
1,189 | |||
|
0 |
69 |
294,68 |
0,1002 |
1,174 | |||
|
1 |
90,828 |
292,94 |
0,099236 |
1,17 | |||
|
2 |
219,9 |
339,4 |
0,1338 |
1,39 | |||
|
3 |
200,3 |
343,5 |
0,13918 |
1,4117 | |||
|
4 |
161,38 |
350,3 |
0,145256 |
1,445 | |||
|
К |
10 |
363,22 |
0,1551 |
1,4879 | |||
С, м/с
Рисунок 7. Скорость газа в характерных сечениях.
Т, К
Рисунок 6. Температура газа в характерных сечениях.
Рисунок 8. Плотность газа в характерных сечениях.
Р,
МПа
Рисунок 9. Давление газа в характерных сечениях.