vanyashov_a_d_kustikov_g_g_uchebnoe_posobie_dlya_kursovogo_p

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).

100

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

где R2 = D2 2 ; R1 = D1 2 .

Радиус расположения центров окружностей, очерчивающих среднюю линию лопаток:

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

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).

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

коэффициенты загромождения на 1-м и 2-м ярусах

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

102

Рис. 1.4. Построение средней линии лопатки рабочего колеса

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):

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 = (0,23−0,6) 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

Длина средней линии диффузорной лопатки

D4

Рис. 1.7. Построение средней линии диффузорной лопатки

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:

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(5−6) = 2 π Rц(5−6) 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]:

r6−0 = (0,3 −0,9) b6 ;

R6−0 = (1,03 −1,91) b6 ; l6−0 ≤ (0,8 −1,65) b6 .

107

108

Окончание табл. 1.3

5

'

Рис. 1.9. Построение профиля лопатки обратного направляющего аппарата

109