Общее устройство и принцип действия осевого компрессора

Общее устройство и принцип действия осевого компрессора

Основными принципиальными элементами устройства осевого компрессора являются расположенные попарно венцы вращающихся и неподвижных лопаток. Каждый венец вращающихся лопаток образует рабочее колесо (РК), а каждый венец неподвижных лопаток - спрямляющий аппарат (СА).

Каждая пара РК и СА представляет собой ступень компрессора, т.е. секцию, в которой полностью реализуется его принцип действия с соответствующим повышением давления.

Сочетание ступеней в осевом компрессоре осуществляется конструктивно сравнительно просто, поскольку в нем каждая частица воздуха движется по траекториям, почти равноотстоящим от оси компрессора (отсюда компрессоры и получили название осевых). При допустимом уровне гидравлических потерь возможное повышение давления в одной ступени относительно невелико, поэтому компрессоры всегда выполняются многоступенчатыми.

Благодаря сжатию воздуха плотность его в каждой ступени возрастает, и при неизменном массовом расходе, объемный расход воздуха падает. Поскольку осевая скорость движения воздуха в компрессоре изменяется несильно, то это приводит к необходимости уменьшения проходных сечений, поэтому высоты лопаток по ходу движения воздуха уменьшаются.

 

Исходные данные

 

Рабочее тело – воздух.

 – давление на входе в компрессор.

 – температура на входе в компрессор.

 – адиабатный КПД компрессора.

G = 12 кг/с – расход воздуха.

 – степень повышения давления.

k =1,4 – показатель адиабаты.

R=287,4 Дж/кгК – газодинамическая постоянная.

 – изобарная теплоёмкость.

 – окружная скорость. Компрессор дозвуковой.

 – коэффициент расхода на входе.

 – коэффициент расхода на выходе.

 – степень реактивности первой ступени.

(D_к=const)

 

Предварительный расчёт осевого компрессора

 

Осевая скорость на входе в компрессор:        

Осевая скорость на выходе из компрессора:

1. Первоначальное значение степени повышения давления лопаточного аппарата:

2. Температура заторможенного потока на выходе из компрессора:

3. Температуру газа на выходе из компрессора:

4. Плотность заторможенного потока на выходе из компрессора:

5. Плотность газа на выходе из компрессора:

6. Потеря давления на выходе:

7. Уточняем -коэффициент восстановления полного давления в выходном патрубке:

8. Определяем статическую температуру газа на входе в компрессор:

9. Плотность заторможенного потока на входе в компрессор:

10. Плотность газа на входе в компрессор:

11. Потеря давления на входе:

12. Уточняем :

13. Степень повышения давления лопаточного аппарата:

14. к.п.д. лопаточного аппарата:

15. Работа лопаточного аппарата:

16. Работа компрессора:

17. Мощность компрессора:

Построение профиля лопатки

 

Серия профиля А–40. Сначала строится симметричный профиль, а затем дуга окружности, заданного радиуса, на которую переносятся соответствующие толщины профиля. Для каждого сечения задаёмся относительной толщиной профиля.В данном случае для рабочей лопатки на периферии применяем 5%-ный профиль, на среднем сечении 10%-ный профиль, а в корневом – 20%-ный профиль. Для ВНА и СА берём по всей высоте 10%-ый профиль.

 

Прочностной расчёт

 

1.Расчёт лопатки на растяжение.

Расчёт произведём последующей формуле:

 

- плотность материала лопатки (сталь 1Х13)

 

Лопатка выдержит нагрузку.

 

КНИРС

 

Влияние числа ступеней на напор и окружную скорость.

При выборе параметров осевого многоступенчатого компрессора обычно прежде всего бывает задана величина степени повышения полного давления р*_к. Затраченная работа на сжатие определяется при заданном р*_к , если известен КПД компрессора (з*_К):

 

                                    (1)

 

С другой стороны, затраченную работу можно выразить через средний коэффициент напора  и среднюю окружную скорость  на периферии компрессора (при D_K≠const):

 

                                                              (2)

 

где z–число ступеней компрессора.

Сопоставляя выражения (1) и (2), получим

 

                            (3)

 

где

При заданном р*_к число ступеней компрессора тем меньше, чем больше приведённая окружная скорость и чем больше средний коэффициент напора . Входящая в формулу (3) величина изоэнтропического КПД (з*_К) неудобна для оценки числа ступеней z, поскольку её значение существенно зависит от р*_к , поэтому удобнее исходить из величины политропического КПД.

Достигнутые в настоящее время значения политропических КПД многоступенчатых компрессоров и принимаемые величины  приведены на рис. 1.

Рис.1.

 

Величины среднего коэффициента теоретического напора (), как и величина коэффициента теоретического напора (), ограничены степенью диффузорности каналов по числам и  в решётках. По данным, приведённым на рис. 1, выбираются величины  и  .При заданном значении степени повышения полного давления р*_к и величине  по рис. 2 оценивается величина изоэнтропического КПД з*_К.

Рис. 2

 

Средняя приведённая окружная скорость  существенно влияет на выбор числа ступеней. Однако её выбор и, следовательно, выбор числа ступеней необходимо производить с учётом влияния окружной скорости на КПД компрессора з*_К, а также с учётом прочности (и в первую очередь, приводящей во вращение компрессор турбины). На рис. 3 приведены зависимости изоэнтропического КПД многоступенчатого осевого компрессора от и . На этом графике можно нанести линии постоянных значений числа ступеней z при заданном значении р*_к.

 

Рис. 3

Список использованной литературы

 

1. Бекнев В. С., Расчёт осевого компрессора. Москва. 1973.

2. Жирицкий Г. С., Стрункин В. А., Конструкция и расчёт на прочность деталей паровых и газовых турбин., издательство «Машиностроение», 1968.

3. Скубачевский Г. С., Авиационные газотурбинные двигатели, конструкция и расчёт., издательство «Машиностроение», 1969.

4. Холщевников К. В., Емин О. Н., Митрохин В. Т., Теория и расчёт авиационных лопаточных машин. Москва, «Машиностроение», 1986.

Общее устройство и принцип действия осевого компрессора

Основными принципиальными элементами устройства осевого компрессора являются расположенные попарно венцы вращающихся и неподвижных лопаток. Каждый венец вращающихся лопаток образует рабочее колесо (РК), а каждый венец неподвижных лопаток - спрямляющий аппарат (СА).

Каждая пара РК и СА представляет собой ступень компрессора, т.е. секцию, в которой полностью реализуется его принцип действия с соответствующим повышением давления.

Сочетание ступеней в осевом компрессоре осуществляется конструктивно сравнительно просто, поскольку в нем каждая частица воздуха движется по траекториям, почти равноотстоящим от оси компрессора (отсюда компрессоры и получили название осевых). При допустимом уровне гидравлических потерь возможное повышение давления в одной ступени относительно невелико, поэтому компрессоры всегда выполняются многоступенчатыми.

Благодаря сжатию воздуха плотность его в каждой ступени возрастает, и при неизменном массовом расходе, объемный расход воздуха падает. Поскольку осевая скорость движения воздуха в компрессоре изменяется несильно, то это приводит к необходимости уменьшения проходных сечений, поэтому высоты лопаток по ходу движения воздуха уменьшаются.

 

Исходные данные

 

Рабочее тело – воздух.

 – давление на входе в компрессор.

 – температура на входе в компрессор.

 – адиабатный КПД компрессора.

G = 12 кг/с – расход воздуха.

 – степень повышения давления.

k =1,4 – показатель адиабаты.

R=287,4 Дж/кгК – газодинамическая постоянная.

 – изобарная теплоёмкость.

 – окружная скорость. Компрессор дозвуковой.

 – коэффициент расхода на входе.

 – коэффициент расхода на выходе.

 – степень реактивности первой ступени.

(D_к=const)

 

Предварительный расчёт осевого компрессора

 

Осевая скорость на входе в компрессор:        

Осевая скорость на выходе из компрессора:

1. Первоначальное значение степени повышения давления лопаточного аппарата:

2. Температура заторможенного потока на выходе из компрессора:

3. Температуру газа на выходе из компрессора:

4. Плотность заторможенного потока на выходе из компрессора:

5. Плотность газа на выходе из компрессора:

6. Потеря давления на выходе:

7. Уточняем -коэффициент восстановления полного давления в выходном патрубке:

8. Определяем статическую температуру газа на входе в компрессор:

9. Плотность заторможенного потока на входе в компрессор:

10. Плотность газа на входе в компрессор:

11. Потеря давления на входе:

12. Уточняем :

13. Степень повышения давления лопаточного аппарата:

14. к.п.д. лопаточного аппарата:

15. Работа лопаточного аппарата:

16. Работа компрессора:

17. Мощность компрессора: