2.10. Основные положения газодинамического расчета компрессора.

Существует несколько методов газодинамического расчета осевого компрессора:

1. По аэродинамическим характеристикам решеток профилей;

2. По характеристикам модельных ступеней;

3. Моделирование исходного компрессора на заданные параметры на основе теории подобия.

В настоящем разделе приводятся основные положения расчета компрессора с использованием характеристик модельных ступеней, в результате которого определяются число ступеней, габаритные размеры проточной части, КПД компрессора и потребляемая мощность.

Исходные данные для расчета: расход воздуха G; давление р₀ и температура Т₀ на входе в компрессор; давление за компрессором p_к, частота вращения ротора п.

Последовательность работы:

1. Выбирают тип ступеней и вид проточной части исхода из назначения компрессора и особенностей его эксплуатации;

2. Задаются скоростью потока на входе в компрессор с₀. При наличии всасывающего трубопровода с₀=40÷60 м/с, при его отсутствии с₀=0.

3. Задаются осевой составляющей скорости в первой ступени с_а, которая зависит от коэффициента расхода φ₁, окружной скорости u₁ и степени реактивности ρ. В судовых компрессорах с_1а=80÷140 м/с. в случае дискового ротора иногда с_1а=130÷200 м/с;

4. Определяют скорость входа в первую ступень с₁=(1,0÷1,2)с_1а;

5. Находят соответственно давление и температуру перед первой ступенью ;, где;

6. Выбирают абсолютную скорость выхода из последней ступени с_3Z=(0,85÷1,0)с₁;

7. Скорость выхода из компрессор:

с_вых=40÷60 м/с – при работе на воздухопровод;

с_вых=110÷130 м/с – при подаче воздуха в камеру сгорания ГТД или

другой компрессор;

8. Показатель политропы в проточной части компрессора , гдеη_п=η_ак=0,89÷0,91;

9. Температура и удельный объем в выходном сечении выпускного патрубка ;, где0,89÷0,91;

10. Давление и температура за последней ступенью ;;

11. Геометрические размеры первой ступени:

    1. Наружный диаметр , где- втулочное отношение;

    2. Диаметр корневого сечения ;

    3. Высота лопаток ;

12. Геометрические размеры последней ступени

    1. Для проточной части с постоянным диаметром у периферии;;

    2. Для проточной части с постоянным диаметром у корня ;;

    3. Высота направляющих лопаток ;

13. Коэффициенты расхода в первой φ₁ и в последней φ_Z ступенях принимают оптимальными или немного больше, если требуется устойчивая работа в широком диапазоне нагрузок;

14. Окружные скорости на периферии первой и последней ступеней

и_n1=с_a1/φ_1; u_nz=с_az/φ_z. .

В случае барабанного ротора и_n1 ≤ 250÷300 м/с _; при

дисковом роторе и_n1 ≤ 400 м/с;

15. Коэффициенты напора первой и последней ступени ψ₁ и ψ_Z, а также их изоэнтропийные КПД η_а1, η_аZ определяются по результатам исследований изолированной модельной ступени. Значения ψ и η_а определяют по φ₁ и приведенным скоростям ;

16. Средние значение коэффициента напора, изоэнтропийного КПД и окружной скорости у периферии в проточной части компрессора

Ψ_ср=0,5(ψ₁+ψ_Z); η_аср=0,5(η_а1+η_aZ)К_η;

u_nср=0,5(u_n1+u_nZ). где К_η=0,94÷0,98 – поправка на взаимодействие решеток в ступени;

17. Действительный напор проточной части компрессора ;

18. Число ступеней в компрессоре , где;К_ψ=0,94÷0,98 – коэффициент, учитывающий отличие условий работы натурной ступени компрессора от модельной. Число ступеней округляется до целого числа с последующим уточнением среднего действительного напора ступени;

19. Изоэнтропийный КПД проточной части компрессора ;

20. Частота вращения ротора компрессора ;

21. Потребляемая компрессором мощность .

2.11. Характеристики многоступенчатых осевых компрессоров.

Различают нормальные и универсальные характеристики компрессоров.

Нормальная характеристика представляет зависимости степени повышения давления π_к=р_к/р₀ и изоэнтропийного КПД η_ак компрессора от его подачи G, полученные при постоянных частотах вращения ротора n и неизменных параметрах на входе р₀,Т₀. Нормальные характеристики строят по результатам испытаний компрессора.

Для построения нормальных характеристик по опытным данным измеряют расход воздуха G, начальные и конечные параметры р₀, Т₀, р_к, Т_к и мощность, потребляемую компрессором N_eк . Измерения производят при постоянных частотах вращения ротора, изменяя подачу компрессора дроссельным клапаном.

Нормальная характеристика осевого компрессора показана на рис.2.7. Кривые изоэнтропийного КПД могут быть представлены или в виде отдельных зависимостей, как показано в верхней части рисунка, или нанесены на кривые напоров с последующим объединением плавной кривой точек с одинаковыми КПД. Линии А₁, А₂, А₃ – характеристики сети при различных степенях открытия дроссельного клапана.

Существенным недостатком нормальных характеристик компрессора является то, что они справедливые для тех параметров р₀, Т₀, которые были в момент испытаний. Этот недостаток устраняется при построении универсальных характеристик.

Под универсальными характеристиками понимают зависимости степени повышения давления π_к и изоэнтропийного КПД η_ак компрессора от расходного комплекса , построенных при постоянном отношении. Универсальная характеристика компрессора представлена на рис.2.8.

Расходный комплекс и отношениевытекают из равенства в подобных компрессорах определяющих критериев подобия – числа МахаМ и коэффициента расхода φ.

Универсальные характеристики позволяют определить параметры компрессора при любых условиях его работы.