Многоступенчатый осевой компрессор

 

Министерство образования и  науки Российской Федерации

 

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования  «Уральский федеральный    университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина»

 

Уральский энергетический университет

Кафедра «Турбины и двигатели»

 

 

 

Оценка проекта____________

Члены комиссии___________

___________

                                      

 


 

 

 

Многоступенчатый  осевой

компрессор

 

Курсовой проект

 

Пояснительная записка

 

140503.411420.391102.010ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель:                                                                                               

к.т.н.                                                                                                                Седунин В.А.

 

Н. контроль           

ст. преподаватель:          Скороходов А.В.

 

Студент:                                                                                                          Заболотный Д.В.

Группа:                                                                                                            ЭН-391102

 

 

 

 

Екатеринбург 2012

Содержание

 

стр.

Содержание 2

Условные обозначения 3

Исходные данные 4

Перечень листов графических  документов 5

Введение 6

1.Выбор окружной скорости, схемы проточной части. Распределение напора и величины КПД по ступеням компрессора 8

2.Выбор осевой скорости, степени реактивности ступеней, густоты

решеток и удлинения  лопаток в отдельных ступенях 9

3. Предварительный расчет 10

4. Газодинамический расчет  ступеней компрессора по среднему

диаметру 12

5. Расчет закрутки  рабочих лопаток всех ступеней 19

6. Оценка размеров  входного и выходного патрубка 38

7. Определение основных  размеров опорных подшипников  компрессора……………..41

    7.1.Определение  массы ротора 42

    7.2.Расчет опорных подшипников на статическую несущую

способность 43

8. Расчет вала на  кручение 45

Заключение 46

Библиографический список 47

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Условные обозначения

 

а – скорость звука;

b– хорда;

C – скорость в абсолютном движении;

Cр – удельная теплоемкость;

D – диаметр;

F – площадь;

G – массовый расход;

H, h – полная работа, затрачиваемая на компрессор (ступень);

k – показатель адиабаты;

l – высота лопатки;

М – число Маха;

n – частота вращения;

P – давление;

S – осевой зазор;

Т – температура;

W – скорость в относительном движении;

Z – число лопаток, ступеней;

α – угол потока в абсолютном движении;

β – угол потока в относительном  движении;

δ – угол отклонения потока;

λ – приведенная скорость;

η – КПД;

π – степень повышения  давления;

ρ – степень реактивности.

 

Индексы

 

* - по параметрам торможения;

1 – на входе в  рабочее колесо;

2 – на выходе из  рабочего колеса;

3 – на выходе из  ступени;

ад – адиабатический;

к – корневой, параметры  за компрессором;

н – наружный, направляющего  аппарата;

р – рабочей лопатки;

а – осевая;

u – окружная;

i – индекс промежуточной ступени;

z – индекс последней ступени.

Исходные данные

 

       Целью расчета является разработка однокаскадного многоступенчатого осевого компрессора,  рассчитанного на следующие рабочие параметры:

- частота  вращения  ротора n = 6900 об/мин;

- расход рабочего тела (воздуха) G = 68 кг/с;

- полное давление и  температура воздуха перед компрессором

  Р0* =101 кПа и T0* =278 К;

- степень повышения  давления воздуха в компрессоре pк = 4,3;

- предполагаемый адиабатический  коэффициент полезного действия  по заторможенным параметрам hк* = 0,86.

-коэффициент восстановления  давления во входном устройстве hвх = 0,99.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перечень листов графических документов

 

№

             Наименование

     Обозначение

 Формат

1

Компрессор осевой семиступенчатый

140503.411420.391103.04.01

     А1

2

Обойма компрессора  в сборе с облапачиванием

140503.411420.391103.04.02

     А1


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

         Осевые компрессоры являются  многоступенчатыми лопаточными  машинами сжатия. В каждой ступени воздуху (газу) сообщается энергия в виде скорости и давления, причем кинетическая энергия сразу же преобразуется в энергию давления. От центробежных  компрессоров они отличаются более высокими окружными скоростями и более узким диапазоном  рабочих режимов. Из всех типов компрессоров у осевых  компрессоров при заданном расходе габариты и масса наименьшие при высоком КПД.

           Осевые турбокомпрессоры имеют  существенные преимущества перед поршневыми компрессорами:

           1. сравнительно небольшие размеры  и масса (из-за больших скоростей и непрерывного процесса сжатия);

  1. отсутствие возвратно-поступательного движения (только вращение);
  2. равномерность подачи газа;
  3. малый расход смазочных материалов;
  4. меньшее загрязнения газа смазочными материалами;
  5. возможность непосредственного соединения приводного двигателя и компрессора и использования в качестве привода быстроходной паровой или газовой турбины.
  6. возможность подачи больших расходов газа;
  7. высокая производительность

          Существенным недостатком осевого  компрессора является устойчивость работы в ограниченном диапазоне степени повышения давления и производительности. Кроме того к недостаткам можно отнести трудности выполнения осевого компрессора для получения малой производительности, но высокого давления.

          Осевые компрессоры  имеют   обширную область использования. Кроме газотурбинных установок (ГТУ), авиационных и судовых газотурбинных  двигателей (ГТД), они применяются  в качестве дутьевых машин в различных производственных процессах, например, при выплавке чугуна, в производстве слабой азотной кислоты и т.п. В нашей стране наибольшее распространение получили осевые компрессоры в составе газотурбинных перекачивающих агрегатов (ГПА) и в энергетических ГТУ. Рабочим телом для них является воздух.

         На компрессорных станциях российских  газопроводов работает более трех тысяч ГПА с газотурбинным приводом стационарного или транспортного типа. Осевые компрессоры (ОК) являются наиболее крупной составной частью приводных ГТУ  и конвертированных ГТД. применяемых для привода центробежных нагнетателей природного газа (ЦН). Потребляемая осевыми компрессорами мощность приблизительно в два раза превышает мощность для привода ЦН и составляет около двух третей выполняемой турбинной работы суммарно в двух или трех отсеках. Она зависит от отношения давлений в цикле, КПД турбомашин, температуры газа перед турбиной и воздуха перед компрессором. Большая величина мощности, забираемой осевым компрессором, определяет важность достижения и поддержания в эксплуатации высокого КПД ОК, который в первую очередь зависит от совершенства лопаточного аппарата, удельной быстроходности, конструкции статора и ротора компрессора в целом, степени сжатия и др.

 

  1. Выбор окружной скорости, схемы проточной части. Распределение напора и величины КПД по ступеням компрессора

 

           По опыту проектирования современных дозвуковых компрессоров принимаем на наружном диаметре окружную скорость Uн = 300 м/с. При этом число Маха на входе в РК не должно превышать 0,85 – 0,9, что предопределяет закрутку потока на входе в РК по вращению.

          Выбор схемы проточной части осуществляют с использованием рекомендуемых значений: втулочного отношения (в первой ступени > 0.5 c увеличением в средних и последних до 0,85 0.9) и расчетной высоты рабочей лопатки на выходе из компрессора по заданным G и pк* , которую желательно иметь не менее 25-30мм.

           Средняя величина затраченной работы сжатия в ступени принимается в пределах  = 20-28 кДж/кг. Распределение величин затраченной работы сжатия по ступеням производится в соответствии с рекомендациями:

в первой ступени = (1,05-1,10) ;

в средних ступенях = (0,95-1,0) ;

в последней ступени = (0,6-0,8) .

           Распределение адиабатического КПД по отдельным ступеням для рекомендуемых значений втулочного отношения принимаем:

            в первой ступени  hст* = 0,865

              в средних ступенях hст* = 0,897

в последней ступени hст* = 0,865

            Коэффициент восстановления полного  давления в направляющем аппарате  принимаем hНА = 0,985.

           При расчете геометрических характеристик  лопаток принимаем поточные и  геометрические углы одинаковыми, пренебрегая в приближенных расчетах углами атаки и отставания.

 

 

  1. Выбор осевой скорости, степени реактивности ступеней, густоты решеток и удлинения лопаток в отдельных ступенях

 

            Осевая составляющая скорости  на выходе из последней ступени компрессора принимаем Сaz = 130 м/с. Осевая составляющая скорости для первой ступени принимаем l1a = 0,50. Ограничение осевой  составляющей скорости для первой и средних ступенях для рекомендуемых значений втулочного отношения связано с допустимым значением числа Маха. Поэтому следует осевую составляющую скорости от первой до последней ступени принимать равномерно убывающей.

           Степень  реактивности ступеней на среднем  диаметре :

в первой ступени r @ 0,5;

в последней ступени r = 0,7.

Окончательное значение реактивности принимается после  расчета закрутки.

           Выбор удлинения рабочих и  направляющих лопаток влияет  на осевой габарит проточной части компрессора: с уменьшением (l/b) растет ширина лопаток и длина компрессора, с увеличением (l/b) - длина компрессора уменьшается. Но при этом растут напряжения изгиба от воздействия потока, что снижает надежность, учитывая подверженность лопаток вибрации. Поэтому удлинения лопаток РК в аэродинамически высоконагруженных ступенях принимают:

в первой ступени (l/b) 1.5;

в средних ступенях (l/b) 1,4 – 1,2;

в последней ступени (l/b) 1,0.

            Для осевых зазоров принимаем  пределы S1 = S2 = (0,15 – 0,25)b, радиальных зазоров dн = dр = (0,01- 0,02)l. Причем меньшие относительные значения  dр принимается для первых ступеней.

 

 

 

  1. Предварительный расчет

 

Полное давление на входе  в компрессор:

р1* = р0*×hвх =101·0,99 =99,99кПа.

Адиабатическая работа сжатия, затрачиваемая в компрессоре:                                          Над* = [k/(k-1)]RT0*(pк* [(k-1)/k] – 1) [1,.4/(1,4 -1)]×0,287×278×(4,3 [(1.4 - 1)/1.4] - 1 ) =                         = 144,4 кДж/кг

Полная работа сжатия, затрачиваемая  в компрессоре:

Нк =  Над*/ hк* = 144,4/0,87= 167,88 кДж/кг.

Примем число ступеней компрессора  равным 7.

Тогда =Нк/z=167,9/7=23,98кДж/кг

в первой ступени = (1,05-1,10) = 1,1·23,98=27,58кДж/кг;

в средних ступенях = (0,95-1,10) = 1,0∙23,98=23,98кДж/кг;

в последней ступени  = (0,6-0,8) = 0,8∙23,98=20,39 кДж/кг;

Распределение полной работы сжатия, затрачиваемой в компрессоре  по ступеням:

Нк = hст1 + hст2 + hст3 + hст4+ hст5 + hст6+ hст7 = 27,58+23,98+23,98+23,98+23,98+23,98+20,39=167,88

Соотношение между степенями  повышения давления в отдельных  ступенях:

pк* = pк1* × pк2* × pк3* ×pк3* ×pк5* ×pк6*×pк7*  =1,33×1,27×1,25×1,23×1,21×1,20×1,15 = 4,3

 

 

 

Осевая составляющая скорости на входе в РК первой ступени:

са1 = l а1 × a1=0,50∙305,12 = 152,56 м/с.

где для воздуха а1* = 18,3 =  18,3 = 305,12 м/с.

Полная температура воздуха за компрессором:

Тк* = Т0* + Нк/cр = + 167,88/1,0045 = 445,13 К.

Полное давление воздуха  за компрессором:

рк* = р1* × pк* = 99,99× 4,3 = 429,96 кПа.

 

 

Проходная площадь на выходе из последней ступени компрессора (приближённо):

F2z = (G× R× Tк*)/(pк*× caz× kG) (68∙287× 445,13)/(429,96×130∙0,96)= 0,162 м2

где kG –коэффициент, учитывающий неравномерность поля осевой составляющей скорости по высоте лопатки и влияние пограничного слоя (в первой ступени kG = 0.97 - 0.98, в последней ступени kG = 0.95 - 0.96)

 

Выбираем uz = (0.9 ¸ 0.95)× uн = 0,95×300=285 м/с определяем средний диаметр последней ступени.

Dсрz = (60× uz ) /(p× n) = (60×285)/(3,14∙6900)=0,789 м.

   Уточняем коэффициент  расхода, который должен быть  в пределах (0.4 – 0.5):

caz = caz /uz = 130/285=0,46


Высота лопатки в  последней ступени:

lpz = F2z /( p× Dсрz) = 0,162/(3,14 × 0,789)= 0,065 м.

Корневой диаметр в  первом приближении:

Dк/ = Dсрz - lpz = 0,789-0,065=0,724.

Округляем значение Dк/ до ближайшего нуля и получаем: Dкz = 724 мм.

Втулочное отношение:

dz = Dкz /( Dсрz + lpz) = 0,724/(0,789+ 0,065)= 0,848 м.


Уточняем значение окружной скорости на среднем диаметре для  последней ступени:

u = p× (Dкz + lpz)× n /60 = 3,14× (0,724+ 0,065)∙ 6900/60=285,17 м/с.

 

 

 

4. Газодинамический расчет ступеней  компрессора по среднему диаметру

 

Газодинамический расчёт проточной части компрессора. для  удобства делится на две части. Вначале производится расчёт кинематических параметров потока, принимая схему проточной части Dк = const , и определяются скорости и углы потока. Результаты и алгоритм расчёта сведены в табл. 4.1.

Затем производится расчёт термодинамических  и геометрических параметров ступеней. Результаты и алгоритм расчёта сведены в табл. 4.2, которая включает также контрольные расчёты.

По результатам расчётов выполненных  в табл. 4.1 и 4.2 выполняется эскиз проточной части (см. рис. 4.1). Высоты рабочих и направляющих лопаток на выходе из венцов принимаются конструктивно.

 

                                                                                                                                                                                                                                               Таблица 4.1

Расчет кинематических параметров потока  в ступенях компрессора при Dк = const

 

Наименование величины

Обозначение

Формула

Размерность

Ступени

1

2

3

4

5

6

7

1* уточн.

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Затрачиваемая работа в  ступени

hст

задаёмся

кДж/кг

27,58

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

20,39

27,58

Осевая скорость на входе в РК

с1а

задаёмся

м/с

152,56

149,34

146,11

142,89

139,67

136,45

133,22

152,56

Степень реактивности ступени

задаёмся

-

0,500

0,533

0,567

0,600

0,633

0,667

0,700

0,50

Коэффициент напора

hт

hст×103/u2

-

0,339

0,295

0,295

0,295

0,295

0,295

0,251

0,273

Окружная составляющая абсолютной скорости на входе в РК

с1u

u[(1-r)- hт/2]

м/с

94,23

91,03

81,52

72,02

62,51

53,01

49,81

115,66

Угол входа потока по абсолютной скорости

a1

arctg(с1а/ с1u)

град

58,30

58,64

60,84

63,25

65,89

68,77

69,50

52,83

Абсолютная скорость на входе в РК

с1

с1а/sina1

м/с

179,31

174,89

167,32

160,01

153,02

146,38

142,23

191,45

Угол входа потока в РК в относительном движении

b1

arctg[с1а/ (u-с1u)]

град

38,62

37,57

35,66

33,84

32,10

30,44

29,51

37,01

Относительная скорость на входе в РК

w1

с1а/sinb1

м/с

244,41

244,93

250,64

256,62

262,84

269,29

270,45

253,44

                       
                       
                       
                 
Окончание табл. 4.1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из РК

с2u

u[(1-r)+hт/2]

м/с

190,94

175,13

165,62

156,12

146,61

137,11

121,29

200,22

Осевая скорость на выходе из ступени

с3a

с3ai

с1а (i+1)

м/с

149,34

146,11

142,89

139,67

136,45

133,22

130,00

149,34

Осевая скорость на выходе из РК

с2a

~( с1a+с3a)/2

м/с

150,95

147,73

144,50

141,28

138,06

134,83

131,61

150,95

Угол выхода потока по абсолютной скорости

a2

arctg(с2а/ с2u)

град

38,33

40,15

41,10

42,14

43,28

44,52

47,34

37,01

Абсолютная скорость на выходе из РК

с2

с2а/sina2

м/с

243,40

229,12

219,80

210,55

201,38

192,30

178,98

250,75

Угол выхода потока из РК в относительном движении

b2

arctg[с2а/ (u-с2u)]

град

58,03

53,32

50,40

47,59

44,90

42,32

38,77

52,84

Относительная скорость на выходе из РК

w2

с2а/sinb2

м/с

177,95

184,21

187,54

191,35

195,60

200,26

210,18

189,42

Угол поворота в РК

ep

b2 - b1

град

19,40

15,75

14,74

13,75

12,80

11,88

9,26

15,83

Угол выхода потока из НА*

a3

с3i = с1 (i+1)

град

58,64

60,84

63,25

65,89

68,77

69,50

90,00

58,64

Угол поворота потока в НА

eн

a3 - a2

град

20,31

20,69

22,15

23,74

25,49

24,98

42,66

21,62


 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 4.2

 

Расчёт термодинамических  и геометрических параметров ступеней

 

Наименование величины

Обозначение

Формула

Размерность

Ступени

1

2

3

4

5

6

7

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Затрачиваемая работа в  ступени

 

hст

из табл. 4.1

кДж/кг

27,58

23,98

23,98

23,98

23,98

23,98

20,39

Адиабатический К.П.Д. ступени

hст*

задаёмся

-

0,86

0,89

0,89

0,89

0,89

0,89

0,86

Показатель адиабаты на входе в ступень

k

k=f(T3*)

-

1,4

1,4

1,4

1,4

1,4

1,4

1,4

Теплоемкость на входе  в ступень

Cp

Cр=R*k/(k-1)

кДж/кгК

1,005

1,005

1,005

1,005

1,005

1,005

1,005

Полная температура  на выходе из ступени

Т3*

Т1*+hст/cp

К

305,46

329,33

353,21

377,08

400,96

424,84

445,13

Полная температура  на входе в РК

Т1*

Т1i*= Т3(i+1)*

К

278,00

305,46

329,33

353,21

377,08

400,96

424,84

Полная температура  на выходе из РК

Т2*

Т3*

К

305,46

329,33

353,21

377,08

400,96

424,84

445,13

Степень повышения давления в ступени

pкi*

[(hст×hст*)/(ср×Т1i*)+ +1]k/(k-1)

-

1,33

1,27

1,24

1,23

1,21

1,20

1,15

Полное давление на выходе из ступени

p3*

p1i*×pкi*

кПа

133,01

168,31

209,48

257,01

311,37

373,05

429,50

Полное давление на входе  в РК

p1*

p1i*= p3(i -1)*

кПа

99,99

133,01

168,31

209,48

257,01

311,37

373,05

Полное давление на выходе из РК

p2*

p3*/hНА

кПа

134,35

170,01

211,60

259,60

314,51

376,82

433,84

                     
                     
                     
                     
           

 

 

  

Продолжение табл 4.2

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

 

с12/2×ср

из табл.4.1

К

16,00

15,23

13,94

12,75

11,66

10,67

10,07

Статическая температура  на входе в РК

Т1

Т1*- с12/2×ср

К

262,00

290,23

315,40

340,46

365,43

390,29

414,77

Статическое давление на входе в РК

р1

p1*( Т1/ Т1*)k/(k-1)

кПа

81,25

111,21

144,67

184,20

230,26

283,33

343,01

Коэффициент. учитывающий  неравномерность поля осевой скорости

kG

задаёмся

-

0,98

0,97

0,97

0,97

0,97

0,97

0,96

Проходная площадь на входе в РК

F1a

(G× R× T1)/(p1× c1a× kG)

м2

0,42

0,35

0,30

0,26

0,23

0,20

0,18

Высота рабочей лопатки  на входе в РК

l1p

[(Dк2/4)+(F1a/p)]0,5-(Dк/2)

м

0,153

0,131

0,114

0,100

0,089

0,080

0,074

Наружный диаметр на входе в РК

Dн1

Dк+2× l1р

м

1,03

0,99

0,95

0,92

0,90

0,88

0,87

Средний диаметр на входе в РК

Dср1

0,5× (Dк+ Dн1)

м

0,88

0,85

0,84

0,82

0,81

0,80

0,798

Втулочное отношение

D

Dк / Dн1

-

0,70

0,73

0,76

0,78

0,80

0,82

0,83

Окружная скорость на входе в РК на среднем диаметре

u1

(p× Dср1× n)/60

м/с

316,78

308,86

302,76

297,87

293,89

290,61

288,17

Коэффициент расхода

сa

сa1/u1

-

0,48

0,48

0,48

0,48

0,48

0,47

0,46

Скорость звука на входе в РК

a1

(k×R×T1×103)0,5

м/с

324,45

341,49

355,99

369,86

383,18

396,01

408,23

Число Маха на входе в  РК

Mw1

w1/ a1

-

0,75

0,72

0,70

0,69

0,69

0,68

0,66

 

с22/2×ср

из табл. 4.1

К

29,49

26,13

24,05

22,07

20,19

18,41

15,95

Статическая температура  на входе в НА

Т2

Т2*- с22/2×ср

К

275,97

303,20

329,16

355,02

380,77

406,43

429,18

                     
                     
                     
                     
                     
               

Окончание табл. 4.2

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Статическое давление на входе в НА

р2

p2*×(Т2/ Т2*)k/(k-1)

кПа

94,17

127,30

165,32

210,21

262,49

322,70

381,84

Проходная площадь на входе в НА

F2a

(G× R× T1)/(p1× c1a×kG)

М2

0,39

0,32

0,28

0,24

0,21

0,19

0,17

Высота направляющей лопатки на входе

l2н

[(Dк2/4)+(F2a/p)]0,5-(Dк/2)

м2

0,142

0,122

0,107

0,095

0,084

0,076

0,070

Скорость звука на входе в НА

а2

(k×R×T2×103)0,5

м/с

332,99

349,04

363,67

377,68

391,15

404,11

415,27

Число Маха на входе в  НА

Mс2

с2/ a2

-

0,73

0,66

0,60

0,56

0,51

0,48

0,43

Удлинение рабочих лопаток

(l/b)p

задаёмся

-

1,50

1,43

1,37

1,30

1,23

1,17

1,10

Хорда рабочих лопаток (округлённо)

bp

l1р/(l/b)р

м

0,102

0,091

0,083

0,077

0,073

0,069

0,067

Ширина РК на среднем 

диаметре

Bp

bр×cos[(b1+b2)/2]

м

0,068

0,064

0,061

0,059

0,057

0,055

0,055

Удлинение лопаток НА

(l/b)н

задаёмся

м

1,50

1,43

1,37

1,30

1,23

1,17

1,10

Хорда лопаток НА (округлённо)

bн

l2н/(l/b)н

м

0,095

0,085

0,078

0,073

0,068

0,065

0,063

Ширина НА на среднем  диаметре

Bн

bн×cos[(a1+a2)/2]

м

0,063

0,055

0,049

0,044

0,040

0,036

0,033

Осевой зазор за РК

S1

(0,15-0,25)× bp

м

0,020

0,018

0,017

0,015

0,015

0,014

0,013

Осевой зазор за НА

S2

(0,15-0,25)× bн

м

0,019

0,017

0,016

0,015

0,014

0,013

0,013


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Расчет закрутки рабочих лопаток всех ступеней

 

Выполненный расчёт ступеней по среднему диаметру определяет требования к геометрии лопаток только в  одном сечении – среднем. У  корня и на периферии условия  обтекания будут отличаться, поэтому  профиль лопатки определяет различные  законы изменения по радиусу степени реактивности, теоретического напора. закрутки потока на входе в РК и других параметров.

Рекомендуется использовать в первых ступенях лопатки с постоянной циркуляцией или с постоянной степенью реактивности. а в последних  – лопатки с постоянной циркуляцией.

В качестве примера расчёта  параметров потока по высоте лопатки  приводится порядок расчёта ступени  с постоянной циркуляцией. В первом приближении можно принять. что теоретический напор по высоте лопатки не изменяется.

Для ступени с постоянной циркуляцией выполняются соотношения

c1u × r = const;

c1a (r) = const.

В ступенях этого типа степень реактивности резко уменьшается  от периферии к корню. Поэтому  при расчёте такой ступени  при малом втулочном отношении необходимо следить за тем. чтобы у корня не появилась очень малая степень реактивности. а у вершины рабочей лопатки число Маха потока не превышало допустимого значения.

Заданными являются все  величины для среднего диаметра. Необходимые  соотношения для расчёта величин вдоль радиуса лопатки сведены в табл. 5.1. Расчёт производится не менее чем для трёх сечений: корневого. среднего и периферийного. По полученным результатам строятся треугольники скоростей для всех ступеней (рис. 5.1-5.7 ), а также изменение по радиусу r. a1. с1a. с1u. с1. b1. b2. w1. w2. a2. c2 (см. рис. 5.8 -5.15).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт параметров потока по радиусу для ступени  с постоянной циркуляцией                              Таблица 5.1

 

 

Наименование величины

Обозначение

Формула

Размерность

Сечения

Ступени

1

2

3

4

5

6

7

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Относительный радиус

r

r / rср

-

Корн.

0,82

0,84

0,86

0,88

0,89

0,90

0,93

Сред.

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

1,00

Периф.

1,18

1,16

1,14

1,12

1,11

1,10

1,13

Осевая составляющая абсолютной скорости потока на входе в РК

с1a

с1a ср

м/с

Корн.

              

Сред.

152,56

149,34

146,11

142,89

139,67

136,45

133,22

Периф.

              

Окружная составляющая абсолютной скорости потока на входе в РК

с1u

с1u ср / r

м/с

Корн.

140,63

107,82

94,62

82,21

70,39

59,01

53,42

Сред.

115,66

91,03

81,52

72,02

62,51

53,01

49,81

Периф.

98,30

78,76

71,61

64,07

56,22

48,11

44,24

Абсолютная скорость потока на входе в РК

с1

(с1a2 + с1u2)0,5

м/с

Корн.

207,49

184,19

174,08

164,85

156,40

148,66

143,53

Сред.

191,45

174,89

167,32

160,01

153,02

146,38

142,23

Периф.

181,49

168,84

162,72

156,60

150,56

144,68

140,38

Угол потока по абсолютной скорости на входе в РК

a1

arcsin(с1a / с1)

град

Корн.

47,33

54,17

57,07

60,09

63,25

66,61

68,15

Сред.

52,83

58,64

60,84

63,25

65,89

68,77

69,50

Периф.

57,20

62,19

63,89

65,85

68,07

70,58

71,63

                       
                       
               

 

 

  

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Окружная скорость на входе в РК

u1

u1ср × r

м/с

Корн.

261,57

261,57

261,57

261,57

261,57

261,57

261,57

Сред.

318,04

309,81

303,59

298,60

294,53

291,19

280,53

Периф.

374,19

358,05

345,61

335,62

327,50

320,81

315,84

Угол потока по относительной скорости на входе в РК

b1

arctg[с1a /(u1 - с1u)]

град

Корн.

51,59

44,17

41,19

38,54

36,15

33,96

32,62

Сред.

37,01

34,32

33,34

32,24

31,05

29,81

30,00

Периф.

28,94

28,13

28,07

27,75

27,24

26,58

26,13

Относительная скорость на входе в РК

w1

с1a / sinb1

м/с

Корн.

194,68

214,34

221,86

229,32

236,76

244,23

247,13

Сред.

253,44

264,89

265,82

267,87

270,82

274,50

266,42

Периф.

315,26

316,71

310,52

306,85

305,12

304,93

302,51

Окружная скорость на выходе из РК

u2

u2ср × r

м/с

Корн.

261,57

261,57

261,57

261,57

261,57

261,57

261,57

Сред.

314,65

307,22

301,45

296,80

293,01

290,02

284,75

Периф.

370,20

355,06

343,17

333,60

325,80

319,52

320,59

Окружная составляющая абсолютной скорости за РК

с2u

с2u ср / r

м/с

Корн.

243,45

207,43

192,23

178,22

165,09

152,63

130,09

Сред.

200,22

175,13

165,62

156,12

146,61

137,11

121,29

Периф.

170,18

151,53

145,49

138,90

131,86

124,45

107,73

Осевая составляющая абсолютной скорости  на выходе в РК

с2a

с2a ср

м/с

Корн.

              

Сред.

150,95

147,73

144,50

141,28

138,06

134,83

131,61

Периф.

              

Угол потока по абсолютной скорости на выходе в РК

a2

arctg(с2a / с2u )

град

Корн.

31,80

35,46

36,93

38,41

39,90

41,46

45,33

Сред.

37,01

40,15

41,10

42,14

43,28

44,52

47,34

Периф.

41,57

44,27

44,81

45,49

46,32

47,29

50,70

                       
                       
                       
                       
                 

Окончание табл. 5.1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Угол потока по относительной скорости на выходе из РК

b2

arctg[с2a /(u2 – с2u)]

град

Корн.

83,15

69,87

64,37

59,46

55,05

51,06

45,03

Сред.

52,84

48,20

46,77

45,12

43,32

41,40

38,84

Периф.

37,04

36,07

36,17

35,96

35,44

34,65

31,73

Относительная скорость на выходе из РК

w2

с2a / sinb2

м/с

Корн.

152,03

157,33

160,28

164,04

168,43

173,34

186,04

Сред.

189,42

198,17

198,32

199,38

201,22

203,87

209,86

Периф.

250,59

250,89

244,87

240,56

238,07

237,14

250,26

Угол поворота потока в решётке РК

ep

b2 - b1

град

Корн.

31,56

25,71

23,17

20,92

18,90

17,10

12,41

Сред.

15,83

13,88

13,43

12,88

12,27

11,60

8,84

Периф.

8,10

8,10

8,10

8,21

8,20

8,07

5,60

Число Маха на входе в РК

Mw1

w1/a1

-

Корн.

0,60

0,63

0,62

0,62

0,62

0,62

0,61

Сред.

0,78

0,78

0,75

0,72

0,71

0,69

0,65

Периф.

0,97

0,93

0,87

0,83

0,80

0,77

0,74

Кинематическая степень реактивности

r

1 – [(с1u+ с2u)/2u]

-

Корн.

0,27

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

Сред.

0,50

0,57

0,59

0,62

0,64

0,67

0,70

Периф.

0,64

0,68

0,69

0,70

0,71

0,73

0,76

Абсолютная скорость потока на выходе из РК

c2

(с2a2 + с2u2)0,5

м/с

Корн.

286,45

254,66

240,49

227,42

215,21

203,66

185,05

Сред.

250,75

229,12

219,80

210,55

201,38

192,30

178,98

Периф.

227,48

211,63

205,06

198,12

190,91

183,49

170,08

Число Маха на входе в НА

Mc2

c2/a2

-

Корн.

0,86

0,73

0,66

0,60

0,55

0,50

0,45

Сред.

0,75

0,66

0,60

0,56

0,51

0,48

0,43

Периф.

0,68

0,61

0,56

0,52

0,49

0,45

0,41


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.5.8

 

Рис.5.9

 

Рис.5.10

 

Рис.5.11

Рис.5.12

 

 

 

 

Рис.5.13

 

Рис.5.14

 

Рис.5.15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Оценка размеров входного и выходного патрубка

Входной патрубок обеспечивает подвод рабочего тела к первой ступени компрессора. Поток в нем разгоняется от скорости до скорости . Главное требование к нему – плавное ускорение потока, поворот без вихреобразований, равномерный подвод рабочего тела по окружности и радиусу как по величине, так и направлению скорости.

За выходным спрямляющим  аппаратом компрессора располагается  обычно диффузор, называемый также  напорным патрубком. Его задача преобразовать  часть кинетической энергии потока в статическое давление и обеспечить равномерную подачу воздуха к камере сгорания.

Расчет патрубков ведётся  на основании уравнения неразрывности.

Расчет входного патрубка представлен в табл. 6.1

 

 

Таблица 6.1

Определение размеров входного патрубка

 

Наименование величины

Обозна-чение

Формула

Размер-ность

Значе-ние

 

 Полная температура  газа перед компрессором

T0*

Задано

К

278

Полное давление газа перед компрессором

Р0*

Задано

кПа

101

 Газовая постоянная

R

Принимем

Дж/кгК

287,0

Плотность газа перед  компрессором

Принимаем с последующим уточнением

кг/м3

1,194

Скорость потока в  патрубке

Спатр

Принимем

м/с

45

 Теплоемкость воздуха  перед компрессором

Срт

f(T0*)

кДж/кгК

1,04

Статическая температура газа перед компрессором

Т0

К

283

Статическое давление газа перед компрессором

Р0

кПа

99,8

Плотность газа перед  компрессором (статическая)

кг/м3

1,228

 Расход газа через  компрессор

Gт

Задано

кг/с

56

Внутренний диаметр  входного патрубка

dвн

Конструктивно

м

0,880

Внешний диаметр входного патрубка

dвш

м

1,473

Принимаемый внешний диаметр входного патрубка

dп

Принимаем

м

1,470


 

 

Расчет выходного патрубка

По уравнению неразрывности  имеем:

 

                    G = Fпатр r z спатр ,

 

где  G – массовый расход через патрубок (через компрессор),

       Fпатр – площадь выходного патрубка,

      rz – плотность воздуха за последней ступенью,

      Спатр – скорость потока в патрубке (принимается равной 60м/с).

 

Выразим плотность из уравнения состояния:

 

                rz = Pk*/ R.Tk* .

 

Найдем диаметр патрубка:

 

dпатр = = = 0.655.

 

Принимаем диаметр патрубка равным 660 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Определение  основных размеров опорных подшипников 

компрессора

 

Подшипники турбомашин служат опорами роторов. Опорные  подшипники воспринимают массу роторов и усилия возникающие при их изгибных колебаниях.

Подшипники жестко закреплены в корпусе турбомашины и определяют положение роторов относительно статора в радиальном и осевом направлениях, что обеспечивает заданные радиальные и осевые зазоры в проточной части турбины, а также в их уплотнениях. Это, в свою очередь, гарантирует сохранение экономичности и надежности турбомашин.

Правильное определение  основных рабочих характеристик  подшипников скольжения (грузоподъёмности, потерь на трение и необходимого количества смазки с возможно более полным и точным соответствием физическому процессу течения смазки) во многом обеспечивает надёжность и долговечность проектируемого опорного узла при его эксплуатации в режиме жидкостного гидродинамического трения.

Конструкция подшипниковых  узлов должна обеспечить: подвод и  отвод необходимого количества смазки; возможность теплового расширения вала; удобство сборки и разборки; уплотнение узла от утечек смазочного материала; соосность опор. Кроме того, они должны отличаться достаточными прочностью и жёсткостью.

Подшипники скольжения по способу создания избыточного давления в клине делятся на гидродинамические (масло нагнетается в зазор между вкладышем и цапфой за счёт сил трения между смазкой и цапфой ротора) и гидростатические (избыточное давление создается насосом).

В турбостроении наибольшее распространение нашли гидродинамические подшипники. В редких случаях применяются подшипники гидростатические (так называемый «гидроподъем роторов» применяется для тяжелых роторов паровых турбин во время работы на ВПУ, при развороте и выбеге роторов).

Многоступенчатый осевой компрессор 📙 Курсовая → 🆔 131902

Многоступенчатый осевой компрессор 📙 Курсовая → 🆔 131902

Многоступенчатый осевой компрессор