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:
321
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
10 Мб
Скачать
☆

Продолжение табл. 8.8

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

5

6

 

 

 

α3(1)

= 0,5(α2(1)

+α3*(1) ) = 0,5(20,7+16,/) =18,8

 

17

αл3

град α3(2)

= 0,5 (20,7 +14,7) =17,7

 

 

 

 

 

19

19

 

 

 

Принимаем αл3(1) = αл3(2) = 19°

 

 

 

 

 

 

 

 

K3−2(1) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sinα2(1)

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

(ε

3

ε

2

)

(b

b )

 

sinα

3(1)

(D

D )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)

3

 

 

2

(1)

 

 

 

3

2

(1)

 

18

K3−2

-

=

 

 

 

sin 20,7

 

 

 

= 0,796

 

 

 

 

0,7946

0,7282

1,01 1,24 sin18,8 1,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K3−2(2) =

 

 

 

 

 

sin 20,7

 

 

 

 

 

= 0,732

 

 

 

 

 

 

 

1,01 1,43

sin17,7 1,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

19

С3

м/с

C3(1)

= K3−2(1) С2(1)

= 0,796 157,3=125,2

 

 

125,2

115,1

C3(2)

= 0,732 157,3 =115,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т3(1)

=Т2(1) [1+0,5(k −1)MС2

2(1) (1− К32−2(1) )]=

 

 

 

 

 

 

= 299,5 [1+0,5 (1,311−1) 0,3712 (1−0,7962 )] =

 

20

Т3

К

= 301,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

301,8

320,5

Т3(2) = 317,5 [1+0,5 (1,311−1) 0,362 (1−

−0,7322 )] = 320,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ3(1)

= ρ2(1) [1+ 0,5(k −1)M С2

2(1) (1− К32−2(1) )]σ −1 =

 

 

 

 

 

кг/м3

= 41,36[1+ 0,5(1,311−1)0,3712 (1−0,7962 )]3,457−1

=

 

21

ρ3

 

= 42,16

 

 

 

 

 

 

 

42,16

48,81

 

 

 

 

ρ3(2) = 47,71[1+0,5(1,311−1)0,362 (1−0,7322 )]3,457−1 =

 

 

 

 

 

= 48,81

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22

Р

 

МПа

Р

 

 

= ρ

 

RT

= 42,16 459 301,8 10−3 = 5,841

7,190

 

 

3(1)

 

3(1)

 

3(1)

 

 

 

 

5,841

 

3

 

 

Р

 

= 48,81 459 320,5 10−3 = 7,190

 

 

 

 

 

 

 

3(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

23

αл4

 

град αл4(1)

=αл4(2)

=αл3 +16o =19 +16 = 35°

35

35

24

B3/t3

-

Задается

 

 

 

 

 

 

2,2

2,2

 

 

 

 

∆α

л4

= (0,41−0,002 αл4 ) (αл4 −αл3 ) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B3

t3

−0,002 (αл4 −αл3 )

 

 

25

∆αл4

град

 

 

 

 

 

3,75

3,75

=

(0,41−0,002 35) (35 −19)

= 3,75

 

 

 

 

 

 

2,2 −0,002

(35 −19)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

α4

 

град α4(1)

=α4(2) =αл4

−∆αл4 = 35 −3,75 = 31,3

31,3

31,3

 

K4−2 =

С4

 

1-е приближение: задается K4−2(1) = 0,32

1-е прибл. 1-е прибл.

27

-

K4−2(2)

= 0,3

 

 

 

 

 

0,32

0,30

С2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-е прибл. 2-е прибл.

 

 

 

 

2-е приближение: K4−2 - из п. 32 табл. 8.8

 

 

 

 

0,360

0,313

80

Продолжение табл. 8.8

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

6

 

 

 

1-е приближение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-е прибл.

1-е прибл.

28

С4

м/с

С4(1)

= С2(1) K4−2(1)

=157,3 0,32 = 50,3

 

 

 

 

 

50,3

47,2

 

 

 

С4(2)

=157,3 0,3 = 47,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-е прибл.

2-е прибл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

56,63

49,23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-е приближение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т4(1)

=Т2(1) (1+0,5(k −1)MC2

2(1) (1−K42−2(1) )) =

 

 

 

1-е прибл.

1-е прибл.

 

 

 

= 299,5 (1+0,5(1,311−1) 0,3712 (1−0,322 )) =

 

29

Т4

К

 

305,3

323,3

=305,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-е прибл.

2-е прибл.

 

 

 

Т4(2)

=317,5 (1+0,5(1,311−1) 0,362 (1−0,32 )) =

 

305,1

323,3

 

 

 

=323,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-е приближение:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ4(1)

= ρ2(1)

[1+0,5(k −1)MС2

2(1) (1− К42−2(1) )](σ

−1) =

 

1-е прибл.

1-е прибл.

 

 

 

= 41,36[1+

0,5(1,311−

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

2

 

(3,457−1)

=

30

ρ4

3

1)0,371 (1−0,32

 

 

)]

 

 

 

43,34

49,89

кг/м

= 43,34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2-е прибл.

2-е прибл.

 

 

 

ρ4(1)

= 47,71[1+ 0,5(1,311−1)0,36

2

(1

−

 

 

 

 

 

 

43,28

49,89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

−0,32 )](3,457−1)

= 49,89

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ε4(1)

= ρ4(1)

 

ρн

= 43,34 37,57 =1,154

 

 

 

 

 

 

 

1-е прибл.

1-е прибл.

31

ε4

-

 

 

 

 

 

 

 

 

1,154

1,328

ε4(2)

= ρ4(2)

 

ρн

= 49,89 37,57 =1,328

 

 

 

 

 

 

 

 

2-е прибл.

2-е прибл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,152

1,327

 

 

 

1-е приближение:

sinα2(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К4−2(1)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1-е прибл.

1-е прибл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ε

4

ε

2

) (b

b )

 

sinα

4(1)

(D

 

 

 

D )

 

 

32

K4−2

-

 

 

 

 

 

 

(1)

4

2

(1)

 

 

 

4

 

 

 

2

(1)

 

 

0,360

0,313

=

 

 

 

 

 

 

 

sin20,7

 

 

 

 

 

 

 

= 0,36

 

 

 

 

2-е прибл.

2-е прибл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,360

0,313

 

 

 

(1,154 1,101) 1,24 sin31,3 1,46

 

 

 

 

 

 

 

 

К4−2(2)

=

 

 

 

 

 

 

sin20,7

 

 

 

 

 

 

 

= 0,313

 

 

 

 

 

 

(1,328 1,27) 1,43 sin31,3 1,46

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

33

С4

м/с

С4(1)

= С2(1)

K4−2(1)

=157,3 0,360 = 56,63

 

 

 

 

56,63

49,23

С4(2)

=157,3 0,313 = 49,23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

Р4

МПа

Р4(1)

= ρ4(1) RT4(1) = 43,28 459 305,1 10−3

= 6,067

6,067

7,406

Р4(2)

= 49,89 459 323,3 10−3

= 7,406

 

 

 

 

 

 

 

 

MС4(1)

=

 

 

С4(1)

=

 

 

 

56,63

 

 

 

 

 

 

= 0,132

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,311 459 305,1

 

 

 

35

MС4

-

 

 

 

 

 

kRT4(1)

 

 

 

 

 

 

 

0,132

0,112

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49,23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M С4(2)

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,112

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,311 459 323,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

81

Окончание табл. 8.8

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т2(1)*

 

к

 

 

 

 

 

 

 

1,311

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к−1

 

 

 

 

305,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

1,311−1

 

 

 

 

 

 

Р

4(1)

=

Р

 

 

 

 

= 6,067

 

 

 

= 6,134

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4(1)

 

Т4(1)

 

 

 

 

305,1

 

 

6,134

7,464

36

Р*

МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,311

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

323,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

1,311−1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р4(2)

= 7,406

 

 

 

 

 

 

 

= 7,464

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

323,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

π sin(0,5 (αл3 +αл4 ))

 

 

 

 

 

 

 

z3 =

 

B3

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(D4 D3 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37

z3 = z4

шт.

= 2,2

2 π sin(0,5 (19 + 35))= 22,2

 

 

23

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ln(1,20 0,904)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем z3 = z4 = 23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для снижения неравномерности распределения параметров потока по ок-

ружности при выходе из колеса задаемся отношением D3/D2 для обеих ступеней 1,1. Так как для обеих ступеней выбраны лопаточные диффузоры, ширину канала на входе b3 рекомендуется выполнять больше, чем ширину РК на выходе b2. Шириной канала на входе в ЛД для первой ступени (промежуточного типа) задаемся b3/b2 = 1,24. Для второй ступени (концевого типа) это отношение принимаем больше, чем для первой ступени b3/b2 = 1,43, из-за ограничения радиальных габаритов нагнетателя, а также для обеспечения одинаковой ширины лопаток ЛД обеих ступеней (из технологических соображений).

По тем же причинам принимаем одинаковыми для обеих ступеней углы установки лопаток ЛД на входе 19° и на выходе 35°, а также число лопаток одноярусной решетки z3 = z4 = 23. Углы атаки в этом случае составляют для пер-

вой ступени i3(1) = 0,20°; i3(2) = 1,30°.

Уточнение коэффициента диффузорности производим итерационным методом, предварительно задаваясь для первой ступени К4-2(1)=0,32, для второй - К4-2(2)=0,3. Для сходимости решения оказалось достаточным двух итераций.

Для оценки чисел Маха в горловом сечении ЛД (сечение 3Г-3Г) решим уравнение (4.35) методом последовательных приближений. Предварительно найдем площади:

- в сечении 2-2

F2

=π D2 b2 τ2

=π 0,822 0,038 0,945 = 0,093 м2;

- в сечении 3Г-3Г

F3Г =πD3b3τ3 sinαл3 =π 0,904 0,047 0,60 sin19° = 0,026 м2,

где τ3 =1−

δ3 z3

=1

−

 

0,016 23

= 0,60 , а толщина лопаток ЛД приня-

π D3

sinαл3

π

0,904 sin19°

 

 

 

 

та в размере 5 % от длины средней линии, т.е. около 16 мм. Решение уравнения (4.35)

МС3Г = ((F2 F3

Г )ϕ2 МU 2 )2

k −1

(1+

k +1

 

 

 

 

 

2

 

1

+ 0,5(k −1)M 2

 

 

k +1

 

 

2(k −1)

(k −1)MU2 2Ωψi )k +1

 

 

 

C3

Г

 

1

2

 

 

 

 

 

+ (k −1)MU 2

ψi

дает значение МС3Г = 0,498, т.е. достаточно далеко от критического (МС3Г = 1).

82

Расчет поворотного колена и обратного направляющего аппарата

Проектируемый нагнетатель имеет две ступени, поэтому расчет поворотного колена и обратного направляющего аппарата выполняем только для первой ступени. Последовательность определения основных геометрических и термогазодинамических параметров приведена в табл. 8.9.

№

п/п

1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Таблица 8.9 Расчет поворотного колена и обратного направляющего аппарата

Опреде-

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ ступени

параметр

Размер ность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способ определения

 

 

 

 

 

1

ляемый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

b5/b4

-

Задается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

b5

м

b5

= b4 (b5

b4 ) = 0,047 1 = 0,047

 

 

 

 

 

0,047

D5/D4

-

Задается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

D5

м

D5 = D4 (D5 D4 ) =1,20 1 =1,20

 

 

 

 

 

1,20

RS b4

 

Задается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

RS

м

RS = b4 (RS

 

b4 ) = 0,047 1 = 0,047

 

 

 

 

 

0,047

Rh

м

Rh

= RS

+

b4 +b5

= 0,047 +

0,047 +0,047

= 0,094

0,094

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

−0,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RS +

 

 

cos α4 b4 ρ4

 

 

 

λ4−5 = 0,11 k5

 

Rh C4

 

= 0,11 2×

 

 

 

 

 

 

b5

 

 

 

 

 

 

µ4

 

 

 

 

 

λ4-5

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,0121

 

0,047+0,094 56,63 cos 31,3 0,047 43,28

−0,25

 

 

×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,0121,

 

 

 

 

0,047

 

 

 

 

 

 

1,111 10-5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где k5 = 2,0 – для ступеней с ЛД

 

 

 

 

 

 

α5

град

α5

= arctg

tgα4

+λ4−5

= arctg

tg31,3

+0,0121= 31,3

31,263

(b5 b4 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

αл5

град

αл5 ≈α5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

32

K0′−4

-

K0′−4 = С0′

С4 = 60,70 56,63 =1,072

 

 

 

 

 

1,072

 

 

C

5

= C

4

ρ4 b4 D4 sinα4

=

56,63

43,28 sin31,3

= 56,63,

 

С5

м/с

ρ5 b5 D5 sinα5

 

56,63

 

 

 

 

 

 

43,28 sin31,3

 

 

гдеρ5

≈ ρ4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К5-4

-

K5−4 =С5

С4 =56,63 56,63=1,0

 

 

 

 

 

1,0

Т5

К

Т5

=Т4 (1+0,5 (k −1) MC2

4 (1− K52−4 ))= 305,1×

305,1

×(1+0,5 (1,311−1) 0,1322 (1−1,02 ))= 305,1

ρ5

3

ρ5

= ρ4 [1+0,5 (k −1)MС2

4 (1− К52−4 )](σ−1)

= 43,28×

43,34

кг/м

×[1+0,5 (1,311−1) 0,1322 (1−1,02 )](3,457−1) = 43,34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

83

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Окончание табл. 8.9

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

16

Р5

МПа

Р5

= ρ5 RT5

= 43,34 459 305,1 10−3 = 6,060

 

 

 

6,060

17

К6-5

-

Задается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,04

18

С6

м/с

C6 = K6−5 С5

=1,04 56,63 = 58,90

 

 

 

 

58,90

19

К6-4

-

K6−4 = С6

С4

= 58,90 56,63 =1,04

 

 

 

 

 

 

1,04

20

Т6

К

Т6 =Т4 (1+0,5 (k −1) MC2

4 (1− K62−4 ))= 305,1×

305,0

×(1+0,5 (1,311−1) 0,1322 (1−1,042 ))= 305,0

 

 

21

ρ6

3

ρ6

= ρ4 [1+0,5 (k −1) MС2

4 (1−К62−4 )](σ−1)

= 43,34×

43,26

кг/м

×[1+0,5 (1,311−1) 0,1322 (1−1,042 )](3,457−1)

= 43,26

22

Р6

МПа

Р6

= ρ6 RT6

= 43,26 459 305,0 10−3 = 6,056

 

 

 

6,056

23

D6

м

Принимаем D6 = D1 = 0,4176

 

 

 

 

0,4176

24

B3/t3

-

Задается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

αл5

+

αл6

 

 

 

 

 

32

+

90

 

 

 

 

 

B5

 

2π sin

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

2π sin

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25

z5

шт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11

 

 

 

 

ln(D

D

 

)

 

 

 

= 2,15 ln (1,2 0,4176) =11,2

z5 = t

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принимаем z5 = z6 = 11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

26

δ5

м

δ5 = δ6 = 0,0195 D2 = 0,0160

 

 

 

 

0,0160

27

τ5

-

τ5

=1−

 

 

kδ z5 δ5

 

 

 

 

 

=1−

0,6 11 0,016

= 0,947

0,947

π D5 sinα

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л5

 

 

 

 

 

π 1,2 sin32

 

 

 

 

 

28

τ6

-

τ6

=1−

z6 δ6

=1−

 

11 0,016

= 0,863

 

 

 

 

 

 

0,863

π D6

π 0,4176

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

=

τ5 D5 b5 ρ5 C5 sinαл5

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

τ6 D6 C6 ρ6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

b6

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,076

=

0,947 1,2 0,047 43,34 56,63 sin 32

= 0,076

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,863 0,4176 58,90 43,26

 

 

 

 

 

30

К0'-6

-

K0′−6

= С0′

С6 = 60,70 58,90 =1,03

 

 

 

 

1,03

31

F0'

м2

F0′

= π D6 b6 τ6

=

 

π 0,4176 0,076 0,863

= 0,0835

0,0835

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К0′−6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,03

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(k −1) lg(P6

Pн )

 

 

 

 

 

(1,311−1) lg 6,056

 

 

 

 

32

ηп

-

ηп

=

 

=

 

 

 

 

4,967

= 0,82

0,82

 

 

1,311 lg(305,0 288)

 

 

 

 

 

 

 

 

k lg(T6

Tн )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для определения коэффициента трения в ПК рассчитывается коэффициент динамической вязкости газа в сечении 4-4 по формуле Сазерленда:

 

 

 

273 +С

 

T

1,5

=10,1 10

−

5

 

273 +162

 

305,05

1,5

=1,111 10

−

5 Па с,

µ4

= µ273

 

T

+С

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

273

 

 

305,05 +162

273

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

84

где µ273 = 10,1 10-5 Па с – коэффициент динамической вязкости при температуре 0 °С; С = 162 – постоянная Сазерленда для метана.

Определяя скорость на входе в ПК в сечении 5-5, принимаем, что плотности газа в сечениях 4-4 и 5-5 отличаются незначительно (ρ5 ≈ ρ4). Последующее уточнение плотности ρ5 свидетельствует о ее незначительном отличии от ранее принятого значения (ρ5 ≈ ρ4), поэтому дальнейших итераций не требуется.

Толщину лопаток ОНА δ5 и δ6 принимаем равной 16 мм из конструктивных соображений.

Определив в п. 31 табл. 8.9 площадь входного отверстия колеса второй ступени (F0' = 0,0835 м2), сравниваем ее с подсчитанной ранее в гл. 3 «Расчет

рабочих колес». В п. 16 табл. 8.7 было получено значение F0(2) = 0,0811 м2. Расхождение составляет 2,9 %, что можно принять удовлетворительным, а полу-

ченное расхождение объясняется тем, что действительное распределение скоростей между сечениями 4-4, 5-5, 6-6, 0′-0′ несколько отличается от полученного в расчетах.

Проверка политропного КПД для первой ступени в п. 32 табл. 8.8 (ηп = 0,82) показывает, что расхождения с ранее принятым значением нет, т.е. расчеты ступени выполнены верно.

Расчет выходного устройства

В силу того что одним из требований к конструкции нагнетателя является ограничение радиальных габаритов, в качестве выходного устройства целесообразно применить кольцевую сборную камеру. Сборная камера практически не увеличит осевые габариты машины, т.к. займет в осевом направлении расстояние, не превышающее осевого размера думмиса и концевого лабиринтного уплотнения. Кроме того, применение корпусов ЦБН в виде цилиндрической «бочки» ограничивает возможности применения улиток в качестве выходных устройств.

Поперечное сечение кольцевой сборной камеры выбираем прямоугольной формы. Такая форма сечения наиболее часто встречается в конструкциях ЦБН природного газа и является с точки зрения технологии изготовления и сборки наиболее предпочтительной.

Для расчета сборной камеры конструктивно задаемся отношением наружного диаметра камеры к ее внутреннему диаметру Dн/Dвн (рис. 6.4 а), а затем рассчитываем отношение ширины камеры к ее высоте bк/hк. При заданном Dн/Dвн = 1,75 отношение bк/hк = 1,22, т.е. лежит в рекомендуемом диапазоне (0,8–1,6), а сборная камера удовлетворительно может быть размещена в корпусе ЦБН.

Расчет всех геометрических размеров кольцевой сборной камеры прямоугольного сечения приведен в табл. 8.10, в ней же определены термогазодинамические параметры рабочего тела в сечении 8-8 (на выходе из сборной камеры).

85

№

п/п

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Таблица 8.10 Расчет кольцевой сборной камеры с прямоугольным поперечным сечением

Опреде-

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ ступени

параметр

Размер ность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

ляемый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Способ определения

 

 

 

 

 

 

 

Dн/Dвн

-

 

 

Задается

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,75

bн

м

 

bн = 1,3 b4 = 1,3 0,047 = 0,062

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,062

RS

м

 

 

RS = 0,075 D2 = 0,075 0,822 = 0,062

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,062

Rh

м

 

 

Rh = 0,9 RS = 0,9 0,062 = 0,056

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,056

Dн

м

 

 

Dн = D4 +2 RS +2 bн =1,2 +2 0,062+2 0,062=1,446

1,446

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,44

0,047

tg31,3

 

 

bк/hк

м

 

 

bк

=

 

 

 

6,44(b4 / Dн )tgα4

 

 

 

 

=

1,446

=1,222

1,222

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

(1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

)

(1−1/1,75)lg(1,75)

 

 

 

 

 

− D

/

D )lg(D

/ D

 

 

 

 

 

 

 

 

к

 

 

 

 

вн

 

н

 

 

н

 

 

вн

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dвн

м

 

 

Dвн

=

 

Dн

 

=

1,446

 

= 0,826

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,826

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dн

Dвн

1,75

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hк

м

 

hк

= 0,5 (Dн − Dвн ) = 0,5 (1,446 −0,826) = 0,31

 

 

0,31

bк

м

 

bк = (bк/hк) hк = 1,222 0,31 = 0,380

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,380

F8

м2

 

 

F8

 

 

 

 

 

2

 

π

 

=0,38

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

−

π

 

 

0,1158

 

 

=bкhк −3Rh

1−

 

 

0,31−3 0,056

1

4

=0,1158.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кк-4

-

 

 

Kк−4

 

=Ск

С4

=15 49,23 = 0,305

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,305

Т8

К

 

Т8

=Т4 (1+0,5 (k −1) MC2

4 (1−Kк2−4 ))=

 

 

 

 

 

 

 

323,9

 

=323,3 (1+0,5 (1,311−1) 0,1122 (1−0,3052 ))=323,9.

ρ8

кг/м

3

 

ρ8

= ρ4

[1+0,5 (k −1) MС2

4 (1− Кк2−4 )](σ−1) =

 

 

 

50,11

 

= 49,89[1+0,5 (1,311−1) 0,1122 (1−0,3052 )](3,457−1) = 50,11

P8

МПа

 

Р8

= ρ8 RT8

= 50,11 459 323,9 10−3 = 7,45

 

 

 

 

 

 

7,45

 

 

 

 

 

 

 

lg P8

P0(2)

 

 

 

 

 

lg

 

7,45

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ηп

-

 

ηп

=

 

=

 

 

 

 

6,062

 

 

 

= 0,821

 

 

0,821

 

 

k

 

T8

1,311

 

 

 

 

323,9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k −1 lg T

 

 

 

lg

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,311−1

305,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученное в п.14 табл. 8.10 давление в сечении 8-8 совпадает с заданным конечным давлением. Температура Т8 отличается от температуры Тк на 0,03 %. Рассчитанный КПД концевой ступени выше заданного КПД на 0,1 %. Это доказывает, что точность выполненных расчетов концевой ступени, а также всей проточной части ЦБН следует признать хорошей.

86

Необходимость выполнения нагнетательного патрубка диффузорным отсутствует, он выполняется с постоянным сечением по длине. Диаметр нагнетательного патрубка можно определить по формуле

Dк =

4 G

=

4 213

π

= 0,601

м.

 

ρк Ск π

 

50,12 15

 

 

Оценка корректности задания КПД ступеней

Для того чтобы проверить правильность заданного в самом начале проектирования проточной части ЦБН политропного КПД ступеней, необходимо рассчитать потери напора в элементах ступени. Потери напора определяются через коэффициенты потерь, которыми можно задаться на основании известных из литературных источников [1, 3, 4, 8] экспериментальных исследований элементов ступеней.

Расчетная оценка КПД ступеней приведена в табл. 8.11. Расхождение между заданными КПД и полученными в п. 11 табл. 8.11 составили для первой ступени 1,0%, для второй ступени – 0,1 %. В связи с тем что достоверно определить потери в ступени расчетным путем затруднительно, расхождение между рассчитанными и заданными КПД до 2 % следует считать удовлетворительным.

 

 

 

 

 

 

 

Расчет КПД ступеней

 

Таблица 8.11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№

Опреде-

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ ступени

п/п

параметр

Размер ность

 

 

 

 

Способ определения

 

 

1

2

 

ляемый

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

 

 

 

 

 

4

 

 

 

5

6

1

hi

кДж/кг

Из п. 47 табл. 8.7

 

 

 

34,63

34,79

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

С2

м/с

Из п. 50 табл. 8.7

 

 

 

157,3

157,3

3

С4

м/с

Из п. 33 табл. 8.8

 

 

 

56,63

49,23

4

C0

м/с

Из п. 20 табл. 8.7

 

 

 

62,53

60,70

5

ζ2-4

-

Задается

 

 

 

 

 

 

 

 

0,15

0,15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С2

157,4

2

 

 

 

 

 

 

∆η

 

=

ζ

 

 

2(1)

= 0,15

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

2 34,63 103

 

 

 

 

 

 

2−4(1)

 

 

2−4(1) 2h

 

 

 

 

∆η2−4

 

 

 

 

 

 

 

i(1)

 

 

 

 

 

6

-

= 0,0536

 

 

 

 

 

 

 

 

0,0536

0,0533

 

 

 

∆η2−4(2) =

0,15

157,32

= 0,0533

 

 

 

 

 

 

2 34,79 103

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

ζ4-0′, ζ4-к

-

Задается ζ4-0′

= 0,5; ζ4-к = 0,25

 

 

0,5

0,25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

87

Окончание табл. 8.11

1

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

56,63

2

 

 

 

 

 

 

 

 

∆η

 

 

 

∆η4−0′

= ζ 4−0′

 

 

 

 

 

 

4(1)

 

 

= 0,5

 

 

 

 

 

 

= 0,0232

 

 

 

 

′

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 34,63

 

 

8

 

4−0

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hi(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

0,0232

0,0087

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

∆η4−к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С4(2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

49,232

 

 

 

 

 

 

 

 

∆η

 

 

=ζ

 

 

 

 

2)

 

 

= 0,25

 

 

= 0,0087

 

 

 

 

4−к

4−к 2 h

 

 

 

 

 

 

2 34,79

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η*п(1) = η*0-2(1) - ∆η2-4(1) - ∆η4-0′.=

 

 

 

 

 

9

*

-

= 0,886-0,0536-0,0232=0,809

 

 

 

 

 

 

0,809

0,812

η

 

п

η

*

 

= η

*

 

 

 

 

- ∆η2-4(2) - ∆η4-к.=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п(2)

0-2(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 0,865-0,0533-0,0087=0,812

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ω′(1)

=1−

С0(2)2

−С0(1)2

 

=1−

60,72 −62,532

=1,0033

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 h

 

 

 

 

 

 

 

 

2 34,63 10−3

 

 

10

Ω′

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i(1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,0033

1,050

 

 

 

 

 

 

 

Ск2 −С0(2

 

 

 

 

 

 

 

 

152 −60,72

 

 

 

 

 

 

Ω′(2) =

1−

2)

 

=1−

 

=1,050

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 h

 

 

 

 

 

 

 

 

2 34,79 10−3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i(2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ηп(1)

=

1−

 

1−ηп*(1)

 

 

 

=1−

1−

0,809

 

= 0,81

 

 

 

 

11

ηп

-

 

 

 

Ω′(1)

 

 

 

 

1,0033

 

 

 

0,81

0,821

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−η

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1−0,812

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ηп(2)

=1−

п(2)

 

 

=

1−

= 0,821

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ω′(2)

 

 

 

 

 

 

1,050

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По данным газодинамического расчета (табл. 8.12) построим треугольники скоростей в контрольных сечениях проточной части для первой ступени (рис. 8.1).

 

 

 

 

 

 

Таблица 8.12

 

Исходные данные для построения треугольников скоростей

 

Параметры

 

Контрольные сечения проточной части

 

 

 

1

2

3

4

5

 

6

R, м

 

0,209

0,411

0,452

0,60

0,60

 

0,209

U, м/с

 

116,0

228,2

-

-

-

 

-

W, м/с

 

133,2

 

-

-

-

 

-

С, м/с

 

65,66

157,3

125,2

56,63

56,63

 

58,9

α, град

 

90º

20,7º

16,8º

31,3º

31,3º

 

90º

Сr, м/с

 

65,66

55,6

36,2

29,42

29,42

 

58,9

СU, м/с

 

0

147,14

119,9

48,39

48,39

 

0

88

 

С4

Сr4

 

 

α4

 

 

 

CU4

 

 

 

 

 

R4

С3

 

Сr3

 

CU3

α3

 

 

U2

 

 

W2

С2

 

Сr2

 

 

 

 

 

R3

CU2

α2

β2

WU2

 

 

U1

 

 

 

С1=Сr1

W1

β1 WU1

R2

R1

CU5

α5

С5 Сr5

R5

α6 C6=Сr6

R6

Рис. 8.1. Треугольники скоростей в контрольных сечениях проточной части первой ступени

Описание конструкции спроектированного нагнетателя

Спроектированный центробежный нагнетатель представляет собой двухступенчатую машину с последовательным расположением рабочих колес на валу.

Ротор нагнетателя состоит из вала, двух рабочих колес, разгрузочного поршня (думмиса), втулок, упорного диска опорно-упорного подшипника, зубчатой муфты. Все основные детали ротора изготовлены из легированной стали 30ХГСА.

Рабочие колеса обеих ступеней закрытого типа, они представляют собой сварную конструкцию, состоящую из диска с цельнофрезерованными лопатками и покрывающего диска. Рабочие колеса первой и второй ступеней имеют одинаковые углы установки лопаток на входе – 30° , на выходе – 45°. На вал нагнетателя рабочие колеса посажены с натягом и фиксируются на нем от проворачивания при помощи шпонок.

89

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]