Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

vanyashov_a_d_kustikov_g_g_uchebnoe_posobie_dlya_kursovogo_p

.pdf
Скачиваний:
36
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
10.24 Mб
Скачать

1.3. Определение конструктивных размеров проточной части в меридиональной и радиальной плоскостях

1.3.1. Конструирование рабочих колес

Предварительно конструкция рабочего колеса и способ его изготовления уже определены из термогазодинамического расчета курсового проекта. Заданные углы лопаток на выходе βл2 и соответственно этим углам коэффициенты расхода φ2 определяют напорность и расходность рабочего колеса, а следовательно, форму его меридиональной проекции (рис. 1.3). Кроме того, заданное значение окружной скорости U2 РК в термогазодинамическом расчете влияет на способ и технологию его изготовления (либо наоборот, имеющиеся в распоряжении предприятияизготовителя технологические возможности накладывают ограничения на уровень окружных скоростей РК).

По способу изготовления (соединения дисков с лопатками) закрытые РК можно классифицировать на следующие конструктивные формы (табл. 1.1).

 

 

 

 

Таблица 1.1

 

Классификация рабочих колес закрытого типа

РК по способу

РК по способу соединения дисков с лопатками

изготовления

клепаные

сварные

паяные

сварно-

лопаток

 

 

высоко-

паяные

с цельнофрезеро-

- с заклепками,

ручной или

 

ванными

проходящими через

автомати-

температу-

 

лопатками

всю высоту

ческой

рная

 

(фрезерованы-

лопатки (рис. 1.3 з);

дуговой или

вакуумная

 

ми заодно с

- с заклепками,

аргонно-

пайка с

основным или

фрезерованными

дуговой

припоем

 

покрывающим

заодно с лопаткой

сваркой

ПЖК-1000

 

дисками)

(с шипами)

(рис.1.3 г, д)

(рис. 1.3 е)

 

со

- с лопатками с

 

 

комбинация

штампованными

отбортовкой Z-

 

 

двух

лопатками

образной формы

 

 

способов,

 

(рис. 1.3 и);

 

 

например,

 

- с лопатками с

 

 

сварка

 

отбортовкой П-

 

 

лопатки с

 

образной формы

 

 

основным

 

(рис. 1.3 к);

 

 

диском и

 

- с лопатками без

 

 

пайка с

 

отбортовки

 

 

покрывающи

 

 

 

 

м диском

 

 

 

 

(рис. 1.3 ж)

монолитные

методом точного литья по выплавляемым моделям

100

А

А

А

А

А

А

 

 

 

r

 

r

 

 

 

 

 

а)

 

б)

 

 

в)

 

 

А-А

 

 

 

г) д)

е)

ж)

з)

и)

к)

л)

Рис. 1.3. Конструктивные формы РК закрытого типа:

а) низконапорные; б) средненапорные; в) высоконапорные; г) сварное соединение со сварным швом, вынесенным за пределы проточной части; д) сварное соединение со сварным швом, расположенным внутри проточной части; е) паяное; ж) сварно-паяная конструкция; з) клепаное соединение с цельнофрезерованными лопатками; и) клепаное соединение с Z–образными лопатками; к) клепаное соединение с П–образными лопатками; л) цельнолитая конструкция

101

Конструирование рабочего колеса в радиальной плоскости

Для наиболее распространенных в практике стационарного турбокомпрессоростроения рабочих колес закрытого типа средняя линия лопаток выполняется по дуге окружности (рис. 1.4).

Радиус этой окружности

Rл(12)

=

 

 

R2

R2

 

 

 

 

 

 

2

 

1

 

 

,

(1.10)

2

(R

cos β

л2

R cos β

л1

)

 

 

 

2

 

1

 

 

 

где R2 = D2 2 ; R1 = D1 2 .

Радиус расположения центров окружностей, очерчивающих среднюю линию лопаток:

Rц(12) = R22 +Rл2(12) 2 R2 Rл(12) cosβл2 .

(1.11)

Таким образом, для построения решетки лопаток РК на радиусе центров Rц(1-2) через расстояние, равное шагу решетки на этом радиусе:

tц(12) = 2 π Rц(12) z2 ,

(1.12)

очерчивают радиусом Rл(1-2) средние линии лопаток.

Диаметр «подрезки» лопаток Dп целесообразно выбирать из условия равенства чисел Маха МW1 на диаметрах D1 и Dп . Однако для расчета по одномерной теории, в силу того что не известно распределение скоростей W1 по поверхностям лопаток, диаметр подрезки определяется из условия равенства площадей для прохода газа на диаметрах D1 и Dп (рис 1.5).

F1' = F1" ,

(1.13)

где F1' =π D1 b1 τ1' sin βл1 ; F1" =π D b1 τ1" sin βл1 ,

коэффициенты загромождения на 1-м и 2-м ярусах

'

 

δ1 z1

"

 

δ1

z2

 

 

τ1

=1

 

 

 

; τ1

=1

 

 

 

.

π D

sin β

 

π D sin β

 

 

 

л1

 

л1

 

 

1

 

 

 

 

В этих формулах принято допущение, что угол лопаток βл и ширина канала не меняются по мере увеличения диаметра от D1 до Dп.

Решение уравнения (1.13) позволяет определить требуемый диаметр установки лопаток на 2-м ярусе. С учетом поправки на сделанные допущения формула имеет вид

D

= (1,04

1,08)

D

+

δ1 (z2

z1 )

 

 

 

п

 

 

 

1

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

π sin βл1

102

Rл

Rц

βл2

βл

R

βл1

2

 

 

D

 

D

 

 

1

 

Рис. 1.4. Построение средней линии лопатки рабочего колеса

II

II

 

r2

ω

r=9

D 2

I

 

{

 

F"1

D

п

 

F{'1

r

2

2

2

I

2

r

r=9

D 1

2

2

r1

а)

б)

в)

Рис. 1.5. Конструирование рабочего

колеса

в радиальной плоскости:

а) двухъярусная решетка рабочего колеса; б) форма выходной кромки лопатки; в) форма входной кромки лопатки

103

Конструирование рабочего колеса в меридиональной плоскости

Радиус закругления основного диска в пределах безлопаточного участка РК выбирается из следующего соотношения (рис. 1.6):

r

D0

Dвт

.

(1.14)

 

 

ос

 

 

2

 

 

 

 

 

Возможны незначительные отклонения rос рассчитанного по формуле (1.14) в большую или меньшую сторону в связи с конкретными конструктивными особенностями проектируемой ступени.

Радиус закругления покрывающего диска rп согласно рекомендациям в литературе выбирается с точки зрения уменьшения потерь при повороте потока от сечения 0-0 к сечению 1-1 и, следовательно, увеличения КПД ступени. По этой причине этот радиус должен быть как можно больше. Например, В.Ф. Рисом [1] рекомендуются следующие соотношения:

rп = (0,230,6) b1 .

В работе [10] приводятся рекомендации по выбору rп относительно диаметра РК:

rп = (0,12 0,52) D2 ,

в среднем можно принимать rп = 0,24 D2 .

С другой стороны, следует иметь в виду, что увеличение радиуса rп влечет за собой увеличение осевого размера РК.

Толщины основного и покрывающего дисков уменьшаются к периферии. Эти размеры окончательно устанавливаются после выполнения расчета дисков на прочность, но предварительно, на основании опыта конструирования, могут быть заданы на диаметре D2 (при D2<700 мм) [10]:

ос 0,007 D2 +0,4 мм,

покр =0,007 D2 0,1 мм,

для D2>700 мм, по-видимому, можно принимать несколько большие значения

ос и п.

Входные кромки неподрезанных лопаток выполняют наклоненными к плоскости основного диска примерно на 15° с целью уменьшения углов атаки по высоте лопатки (рис. 1.6). Профиль входных кромок в меридиональной плоскости может быть прямым или может иметь слегка дугообразную форму с радиусом r 0,14 D2 (рис. 1.3 б, в).

104

Рис. 1.6. Конструирование рабочего колеса в меридиональной плоскости

1.3.2. Конструирование лопаточного диффузора

Конструирование лопаток ЛД в радиальной плоскости

Средняя линия лопаток ЛД выполняется в основном по дуге окружности, как и у РК (рис.1.7). Радиус кривизны средней линии лопаток ЛД и радиус окружности расположения центров дуг, очерчивающих среднюю линию лопаток, определяются по формулам, аналогичным (1.10) и (1.11):

Rл(34)

=

 

R

2 R2

 

 

 

 

4

 

3

 

 

,

2

(R cosα

л4

R cosα

л3

)

 

 

 

4

 

3

 

 

где R3 = D3 2 ; R4 = D4 2 ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rц(34)

=

 

R42 +Rл2(34) 2 R4 Rл(34) cosαл4 .

Для построения решетки лопаток ЛД на радиусе центров Rц(3-4) через расстояние, равное шагу решетки на этом радиусе:

tц(34) = 2 π Rц(34) z3 ,

очерчивают радиусом Rл(3-4) средние линии лопаток.

Построение профиля лопатки ЛД может быть выполнено по координатам, приведенным в [3]. Рекомендуемые координаты профиля даны в табл. 1.2 и на рис. 1.8.

Таблица 1.2 Координаты профиля диффузорной лопатки (%) от длины средней линии [4]

x

0

1,25

2,5

5

10

15

20

25

30

40

50

60

70

80

90

100

+y

0

0,95

1,3

1,7

2,1

2,35

2,45

2,5

2,5

2,4

2,05

1,75

1,35

0,95

0,45

0

-y

0

-0,95

-1,3

-1,7

-2,1

-2,35

-2,45

-2,5

-2,5

-2,4

-2,05

-1,75

-1,35

-0,95

-0,45

0

105

Длина средней линии диффузорной лопатки

 

 

Rл(34)

R4 cosαл4

 

 

Rл(34)

R3 cosαл3

 

 

 

π

 

lср.л = arccos

 

arccos

 

 

 

Rл(34) .

 

R

 

R

 

180

 

 

 

 

 

 

ц(34)

 

 

 

 

 

 

ц(34)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л3

Rл3-4

R

 

 

4

 

-

3

 

R

 

 

ц

 

 

D2 D

3

D4

Рис. 1.7. Построение средней линии диффузорной лопатки

4 R

+y

-y

R

3

 

x

) 4 - 3 (

л R

Рис. 1.8. Построение профиля диффузорной лопатки

106

1.3.3.Конструирование обратного направляющего аппарата

Вгазодинамическом расчете проточной части определены все основные размеры ОНА в меридиональной и радиальной плоскостях. Используя эти данные, а также рассчитанные значения скоростей в сечениях 5-5 и 6-6, можно построить профили лопаток ОНА из условия равномерного

распределения скоростей по длине межлопаточного канала от С5 до С6. Ниже приведем методику построения профилей лопаток ОНА, принятую

вОАО «Невский завод» (НЗЛ).

Средняя линия лопаток ОНА выполняется так же, как и ЛД, по дуге окружности (рис.1.9). Дуга, очерчивающая среднюю линию лопаток, начинается на диаметре D5 и заканчивается на диаметре D6, где угол между касательной к средней линии и окружным направлением αл6=90°. Тогда радиус кривизны средней линии лопаток ЛД и радиус разметочной окружности определяются по следующим формулам:

Rл(56)

=

 

R2

R2

 

 

 

5

6

 

,

2

R

cosα

 

 

 

л5

 

 

 

5

 

где R5 = D5 2 ; R6 = D6 2 ;

R = R2 +R2 .

ц(5 6) 6 л(5 6)

На радиусе центров Rц(5-6) через расстояние, равное шагу решетки на этом радиусе:

tц(56) = 2 π Rц(56) z5 ,

очерчивают радиусом Rл(5-6) средние линии лопаток от диаметра D5 до диаметра D6.

Для построения профиля лопатки ОНА необходимо определить радиусы окружностей выпуклой («спинки») Rсп и вогнутой («корыто») Rкор сторон профиля и, соответственно, радиусы расположения центров (Rц(сп) и Rц(кор)) этих окружностей. Для этого требуется найти ряд вспомогательных угловых и линейных размеров из геометрических соотношений. Алгоритм решения этой задачи по методике, разработанной ОАО «Невский завод», приведен в табл. 1.3, а поясняющий чертеж дан на рис. 1.9.

Конструирование ОНА в меридиональной плоскости сводится к определению внешнего R6-0 и внутреннего r6-0 радиусов поворота от сечения 6-6 к сечению 0-0, а также длины участка l6-0 между этими сечениями. Данные размеры показаны на рис. 1.10. Рекомендации по выбору этих размеров даны в [1]:

r60 = (0,3 0,9) b6 ;

R60 = (1,03 1,91) b6 ; l60 (0,8 1,65) b6 .

107

п/п Параметр

1 2

1αI

2αII

3αIII

4αVI

5αVII = αIV αV

2

6αIV

7R

8С

9b

10τ

11δ′

12а1

13f1

14f2

15Rкор

16а2

Методика расчета профиля лопатки ОНА

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Размер ность

 

 

 

 

 

 

Расчетная формула

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

град

α I = arcsin

 

R5 sinαл5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rц(56)

 

 

 

 

 

град

α II

= arcsin

 

 

R6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц(56)

 

 

 

 

 

 

 

град

α III

 

=α I α II

 

 

 

 

 

 

 

град

αVI

= 90° −

 

α II + 0,5α III

 

 

 

 

град

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rц(56)

Rл(56)

 

 

 

 

αVII

 

= arctg

 

tgαVI

 

R

+ R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л(56)

 

 

 

град

 

 

 

 

 

 

 

ц(56)

 

 

 

 

 

αIV

=αVI +αVII

 

 

 

 

 

 

 

м

R′ =

 

Rц(56) sin(α II

+0,5 α III )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sinα IV

 

 

 

 

 

м/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+C5

(R5 R6 )

С′ =

(С6 С5 )(R5 R )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R5 R6

 

 

 

 

м/c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b′ =

 

(b6 b5 )(R5 R ) +b5 (R5 R6 )

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

R5 R6

 

 

 

 

 

τ =

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

2π RbCρ5 sinα IV

 

мδ ′ = (1 τ) 2π Rsinα IV

 

 

 

 

 

z5

 

м

а

= (R

 

δ

5 )sin

α III

л(56)

 

 

 

1

 

 

2

2

м

f1

= (Rл(56)

δ5 ) (11sin2 (αIII / 2) )

 

 

 

 

 

2

 

 

мf2 = f1 δ′−2δ5

=а2 + f 2

мRкор 12 f22

м

а2 = (Rл(56) +

δ

5

)sin

α III

 

2

 

 

2

 

Таблица 1.3

Значение

5

108

Окончание табл. 1.3

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

17

f3

м

f3 = (Rл(56)

+ δ5 ) (1

1sin2 (αIII

/ 2) )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

f4

м

f4

= f3 +

δ′−δ5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rсп =

 

а2

+ f

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

Rсп

м

 

 

2

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 f4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

=

 

R

2

 

 

 

+

δ2

 

 

+

δ

)cosα

IV

 

20

R ц(кор)

м

 

 

 

 

+ R

2

 

2R (R

 

2

 

 

ц(кор)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кор

 

 

 

кор

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21

R ц(сп)

м

R

 

 

=

 

R

2

 

 

 

 

δ

2

2R(R

δ

)cosα

IV

 

 

 

 

 

+ R

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

ц(кор)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сп

 

 

 

сп

 

 

 

 

 

 

 

 

5

'

R 5

R '

6

IV

Rкор

R

 

)

 

6

п

 

-

 

5

с

R

(

 

 

л

 

 

III

I

II

R6

R

-6)

(5

ц

 

Рис. 1.9. Построение профиля лопатки обратного направляющего аппарата

109

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]