Diplomne_ta_kursove_proektuvannya_UKR
.pdf
ЦКТІ, приводило до збільшення ККД щабля. На підставі цих даних ширину лопаткового дифузора для проміжного щабля рекомендується приймати в
межах |
b3 |
=1,2 ÷ 1,25, а для кінцевої |
b3 |
=1,3 ÷ 1,6. |
|
b |
|
b |
|
|
2 |
|
2 |
|
Рис. 6.1. Лопатковий дифузор
Експериментальні дослідження дозволили встановити, що максимальний ККД і вид характеристики кінцевого щабля з лопатковим дифузором істотно
залежать від вихідного кута лопаток β2 і кута установки лопаток дифузора
α3 . Оптимальні співвідношення |
b3 |
залежно від β2 і α3 перебувають у |
|
b2 |
|
межах 1,3 - 1.61.
Для визначення коефіцієнта втрат у лопатковому дифузорі немає досить перевірених формул; відомо лише, що мінімальна величина цього коефіцієнта нижче, ніж для безлопаткового дифузора.
Розрахунок параметрів газу при виході з лопаткового дифузора можливий по тій же методиці, що й для безлопаткового тільки він спрощується у зв'язку з
тим, що кут α4 для потоку наближено приймається таким же, як кут установки
лопатки. Інший наближений метод розрахунку дифузорів представлений нижче.
21
Дифузори цього типу (див. рис. 6.1.) застосовують для робочих коліс із лопатками, нормально загнутими назад при кутах α2 ≤18 ÷22 0 і коефіцієнтах витрати ϕ2r =0,20 ÷ 0,27. Вони знаходять застосування також для робочих коліс із кутами лопаток β2 л =90 0 .
Радіальні розміри лопаткових дифузорів визначаються наступними співвідношеннями:
D |
=1,08 ÷1,15; |
D4 |
=1, 45 ÷1,55 для проміжного щабля й |
|
3 |
D |
|||
D |
||||
|
|
|||
2 |
|
2 |
|
D4 =1,35 ÷1, 45 - для кінцевого.
D2
Ширина лопаткового дифузора залежить від типу щабля. На підставі дослідних даних ЦКТІ і НЗЛ рекомендується приймати:
b 3 =b 4 =(1, 2 ÷1, 25 ) b 2 для проміжного щабля і b 3 =b 4 =(1,3 ÷1,6 ) b 2 для кінцевого.
Вхідний кут лопаток дифузора α3 можна приймати зі співвідношення:
|
α3 = |
1 |
(α2 +α2' ) , |
|
|
2 |
|
де tg α2' = b2 |
tgα2 |
|
6.2. |
b3 |
|
|
|
Вихідний кут лопаток α4 приймають у межах 30-40 0 . Оптимальне число лопаток дифузора:
l |
|
2π sinαcp |
|
|
|
z д =( t |
) опт |
|
|
, |
6.3. |
ln |
D4 |
||||
D3
l
де ( t ) опт - оптимальна густота ґрат; за дослідними даними НЗЛ перебуває в межах 2,0-2,4; αср = 12 (α3 +α4 ) .
22
Лопатки дифузора часто виконують у вигляді криловидних профілів із середньою лінією, обкресленою по дузі кола.
Радіус ρ , яким окреслюється середня лінія лопатки (рис. 6.2.), визначають по формулі:
ρ = |
|
|
R2 |
|
− R2 |
|
|
|
|
|
4 |
|
3 |
|
|
6.4. |
|
2(R |
4 |
cosα |
4 |
− R cosα |
3 |
) |
||
|
|
|
3 |
|
|
Радіус початкової окружності:
|
|
|
R0 = R42 + ρ2 − 2R4 ρ cosα4 |
6.5. |
|
Кут розширення каналу на будь-якому радіусі:
θ = 360 (1− R cosα) . zд ρ
Бажано мати θ ≤ 8 ÷100 .
Зважаючи на те, що у ОНА повинне бути деяке прискорення потоку приймемо:
C4 = 0,9 Co(i+1)
Для останнього ступеню Co(i+1) = 20 – 30 м/с
Швидкість потоку за колесом при вході в дифузор визначається рівнянням :
C2′ = u2 ϕr'2
sinα2
де α2' = arctg( tgα2 ) b3 
b2
Ширина дифузора постійна по всій його довжині, тому b3 =b 4 :
−
b 3 = b3 b2
Єнтальпія робочого тіла за дифузором :
i 4 =i1' + д ст -0,5C 24 10 −3 КДж/кг
6.6.
6.7.
6.8.
6.9.
6.10.
23
В PVt -І діаграмі визначимо v 4 .
Коефіцієнт дифузорності каналу дифузора дорівнює:
Кд = |
С2' |
6.11. |
C4 |
Це дозволяє визначити величину:
− |
D4 |
= |
|
V4 |
b2 τ2 |
sinα |
' |
DК= |
д |
2 |
|||||
4 |
D |
|
V |
b |
sinα |
4 |
|
|
2 |
|
|
2 |
4 |
|
Для попередніх розрахунків приймаємо:
α4 ≈α2 +(11 ÷ 14град)
Іноді α4 визначають по формулі:
6.12.
6.13.
|
|
|
|
tgα4 |
=tgα3 |
|
+ 0,04 (R 4 -R 3 |
) |
|
|
6.14. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4b3 |
|
|
|
|
|
|
|
Де α |
|
= |
1 |
(α |
|
+α' ) . Для забезпечення безударного входу потоку на |
||||||||||
|
3 |
|
2 |
|
2 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
лопатки приймають αл3 |
|
=α3 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||
З метою уточнення α4 |
|
, а отже й αл4 варто користуватися |
|
|||||||||||||
рівнянням: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
αл4 |
|
= arcsin( |
F ' |
K |
α |
C C C |
) |
|
|||||
|
|
|
|
0 |
|
0 |
5 |
6 |
6.15. |
|||||||
|
|
|
|
ΠD4b4 C6 C4 C5 τ5 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
де F0' |
- площа перетину на вході в робоче колесо наступного щабля: |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
F 0' = π (D02(i+1) − d |
02(i+1) ) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
Кα |
|
=sinαл4 / sinα4 |
|
- коефіцієнт, що враховує відставання потоку на |
||||||||||||
виході |
|
із |
ґрат |
дифузора |
(α4 |
< αл4 |
|
), звичайно Кα |
=1,05-1,07, |
|||||||
( ∆α4 = 2 −3 град). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
С0 |
= |
1,02 −1,06 − |
конфузорність потоку в поворотній ділянці 6-0; |
|||||||||||||
С |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24
С5 |
=1,0 −1,05 −конфузорність потоку в поворотній ділянці 4-5; |
С4 |
|
С6 |
=1,0 −1,05 , τ5 = 0,88 . |
С5 |
|
Розрахункове |
значення |
αл4 |
використовують для одержання |
α4 , а |
|
|
− |
− |
|
потім необхідно уточнити |
D4 . |
Якщо отримане значення D4 виходить за |
||
рекомендований |
діапазон, |
то |
варто знову перерахувати αл4 з |
новим |
−
значенням D4 , потім уточнити α4 . Цей цикл повторюється доти, поки
−
D4 не потрапить у зазначений раніше діапазон.
Слід зазначити що для останнього кінцевого щабля визначити αл4 , не можливо через відсутність наступного щабля ( F'0 ), тому варто вибрати
− |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D4 |
з діапазоном, |
що |
рекомендується, |
і α4 |
округлити , |
а потім |
||||||||||||||||
αл4 |
уточнити . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
α4 =arcsin( |
К |
v |
|
|
b |
|
τ |
|
|
sinα |
' |
|
|
6.16. |
||||||
|
|
|
д |
4 |
2 |
|
|
2 |
|
2 ) |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
v2 |
|
|
|
|
b4 |
|
|
|
− |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D4 |
|
|
|
|
Вхідний діаметр D3 |
= D− |
3 |
|
D 2 . |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Число лопаток дифузора: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Z 3 |
=Z 4 =( |
b |
|
) Cp |
|
2.73sin[0.5(d л3 + d л4 )] |
6.17. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
t |
|
|
|
lg( |
D4 |
D ) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
− |
|
π sin α3 +α4 |
|
|||||
Або |
Z |
3 |
=Z |
4 |
=( b |
) |
Cp |
|
D4 |
+ D3 |
6.18. |
|||||||||||
|
|
|
|
t |
|
|
|
− |
|
|
− |
|
|
|
2 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D4 |
− D3 |
|
|
|
|
|
|
|||||
Де густота лопаток дифузора : ( |
b |
) Cp =2,0-2,4. |
|
|
|
|||||||||||||||||
|
t |
|
|
|
||||||||||||||||||
25
Приймаємо ціле число лопаток. Кут розкриття каналів дифузора:
|
π |
|
D4 |
sin αл4 |
−sin αл3 |
|
|
|
||||||
|
D3 |
+αл4 |
|
|
||||||||||
ν = 2arctg[ |
|
|
|
|
|
|
|
|
sin( |
αл3 |
)] |
6.19. |
||
|
|
|
Z |
|
|
D4 |
|
|
|
2 |
||||
|
|
|
|
3 |
( |
−1) |
|
|
||||||
|
|
|
|
D |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
Кут розкриття перебуває в діапазоні 8-10 град. |
|
|
|
|||||||||||
Коефіцієнт геометричної дифузорності: |
|
|
|
|||||||||||
|
|
D f |
= |
D4 sinαл4 < 2.5 |
|
|
6.20. |
|||||||
|
|
|
|
|
D3 sinαл3 |
|
|
|
||||||
Результати розрахунків дифузорів представлені в табл. 6.1
6.2 Без лопатковий дифузор
Цей тип дифузора (див.рис.6.3) являє собою кільцевий простір, швидкість плину газу в якому знижується через збільшення радіуса. Бічні стінки звичайно виконують паралельними, тому що при дифузорах, що розширюються, збільшується шлях газу, а отже й втрати.
Безлопаткові дифузори дають більш пологу характеристику, з більшою областю усталеної роботи, чим лопаткові. Вони застосовуються при кутах
α2 |
>20 0 і величинах ϕ2r = |
C2r |
= 0.25 ÷0.32. |
|
|||
|
|
U2 |
|
Співвідношення діаметрів D4 D2 звичайно приймають у межах 1,55-
1,7. Ширина дифузора в більшості випадків приймається постійною й близькою до ширини робочого колеса:
b 3 =b 4 =b 2 +(0-2)мм
Збільшення ширини дифузора в порівнянні із шириною робочого колеса
зменшує ККД щабля тим більше, чим вище b3 .
b2
26
Рис. 6.3. Безлопатковий дифузор
Іноді зустрічаються конструкції щаблів із шириною дифузора, значно меншою ширини колеса: b4 =b 3 =(0,7 ÷ 0,8) b 2 ; перехідна ділянка дифузора до ширини b3 має плавні обриси.
При проектуванні безлопаткових дифузорів рекомендується приймати
b3 b2 =1.
Поблизу бічних стінок дифузора спостерігаються зворотні струми, швидкість Сr і кут α мають тут негативні значення. У міру віддалення від колеса кривіСr й α стають більше пологими, максимальні значення
цих величин зменшуються. Розташування ядра потоку міняється в м іру видалення від колеса й при зміні режимів роботи компресора.
Область, зайнята зворотними потоками, спостерігається при всіх режимах роботи й збільшується при переході до менших витрат.
Характер розподілу тангенціальної швидкості Си по ширині дифузора близький до характеру епюри швидкостей при плині турбулентного потоку в трубах. Найбільш значне зменшення циркуляції (величини RСu )
спостерігається на початку дифузора.
Прояв зворотних струмів поблизу стінок дифузора викликається сильним гальмуванням потоку при великому градієнті тиску поблизу колеса.
27
Наявність зворотного плину з дифузора до колеса й вихрових зон приводить до більших втрат, у зв'язку із чим ККД безлопаткового дифузора має низькі значення.
7. Зворотні напрямні апарати.
Зворотний напрямний апарат (ЗНА) призначений для підведення газу до наступного щабля (рис 7.1). Зміна швидкості в ньому звичайно не велика.
Лопатки ЗНА виконують профільованими, із середньою лінією, обкресленою по дузі окружності.
Рис. 7.1. Зворотний напрямний апарат
Рух газу у ЗНА й втрати в них мало досліджені. За експериментальним даними широкі в меридіональному перетині канали ЗНА звичайного типу приводять до збільшення втрат і досить значно знижують ККД і коефіцієнт напору ступеня. У зв'язку із цим проектуванню й вибору раціональних форм ЗНА варто приділяти велику увагу. Необхідно забезпечувати плавний і монотонний характер зміни швидкості в них, уникаючи істотного зниження швидкості шляхом профілювання лопаток або бічних стінок ЗНА; крім того, варто забезпечувати прискорення потоку при повороті від дифузора до ЗНА.
Втрати у ЗНА (включаючи й втрати при повороті потоку від дифузора до ЗНА на шляху 4-5,) визначають по формулі:
28
C42 |
|
∆l4−6 = ξ4−6 2 |
7.1 |
Коефіцієнт втрат у ЗНА звичайного типу в більшій мері залежить від режиму роботи щабля при безлопатковому дифузорі, чим при
лопатковому. За лопатковим дифузором середній кут потоку α4' мало залежить від режиму роботи щабля, а за безлопатковим він міняється відповідно до зміни коефіцієнта витрати ϕ2r .
Все-таки внаслідок неоднорідності потоку за лопатковим дифузором, що залежить від режиму роботи щабля, коефіцієнт втрат у З НА після
лопаткового дифузора збільшується зі зростанням ϕ2r у порівнянні з
розрахунковою величиною.
Розрахунок основних конструктивних параметрів проводиться за наступною методикою:
1.Ширина каналу ЗНА на вході:
− |
|
b5 |
|
|
|
b5 |
= |
=1,05 ÷1,15 (до 1,20) |
7.2. |
||
b |
|||||
|
|
|
|
||
|
4 |
|
|
||
2.Кут входу в лопаткові ґрати дорівнює інколи в5 = в4
− |
|
α5 = arctg((Kтр / b5 )tgα4 ) |
7.3. |
де для каналу приймемо у випадку лопаткового дифузора Kтр =1,35, для безлопаткового Kтр =1,5-1,7. Іноді приймають α5 =α4 + 2.
Діаметр вхідних крайок ЗНА дорівнює діаметру виходу з дифузора тобто
D 5 =D 4 .
Нехай коефіцієнт захаращення вихідного перетину ЗНА дорівнює
τ6 =0,88. |
|
|
|
|
|
|
|
Коефіцієнт прискорення потоку у ЗНА |
|
K |
f |
= |
C6 |
=1,05 −1,08 . |
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
− |
r |
|
|
|
|
|
|
Відносна величина радіуса скруглення r = |
=0,45, де r – |
внутрішній |
|||||
b |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
6 |
|
|
|
|
|
|
29
радіус поворотного коліна ЗНА на вході в наступне колесо. Тоді ширина каналу на виході буде дорівнювати:
b |
6 |
= |
D5 |
b5 − Sinα5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
D |
|
|
τ |
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
||
b6 = D0 |
−(1/ 4)r + |
|
(1/ 4) r |
|
+κf 1− |
d0 |
/ (8τ6 |
r) |
7.4. |
|||||||||||||||||
|
D2 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
|
Діаметр виходу з ЗНА D6 |
=D 0 |
+2r=D 0 +2 r b 6 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
де D0 - діаметр входу в останнє колесо |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
приймаємо α6 =90 0 |
і ( /t) опт |
=2,0-2,2 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
тоді |
|
|
Z 5 |
=Z 6 |
|
|
=( /t) опт |
|
2,73sin[(α5 +α6 ) / 2] |
7.5. |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
lg(D5 D ) |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
іноді z5 |
= z6 =12 ÷16. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
перевіримо τ6 =1− |
Z6δ6 |
|
|
при цьому приймемо: |
|
||||||||||||||||||||
|
πD6 |
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
δ6 = 25 10−3 м , |
|
|
|
|
|
|
7.6. |
||||||||
|
товщина лопатки на вході та виході δ = 6 10−3 м. |
|
||||||||||||||||||||||||
Оптимальне значення радіуса rкк - радіус кільцевого поворотного коліна перед ЗНА знаходимо зі співвідношення:
rкк /b 4 |
=( |
ρk |
|
) |
опт sin 2 α4−5 |
−0, 25b5 (b4 |
−0, 25) |
7.7. |
|||||
|
|
|
b4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
де прийнято: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( ρк b4 |
) опт =7; |
α4−5 |
= 0,5(α4 +α5 ) |
7.8. |
||||||||
уточнимо величину: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
τ5 |
=1- |
|
0,6Z5δ5 |
|
, |
δ5 =25 10 |
−3 |
м |
7.9. |
||
|
|
|
πD sin |
α |
5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
||
30