Выбор осевой скорости, степени реактивности ступеней, густоты

Компрессор

Курсовой проект

 

Пояснительная записка

 

 

Руководитель                                                                                             И.Ю. Горюнова

к.т.н., доцент

Студент группы ГПУиД-5                                                                             К.В. Шашмурина

2010

Содержание

                                                                                                                                                   

Перечень листов графических документов                                                                               

Введение

Исходные данные                                                                                                                    

1.Выбор окружной скорости, схемы проточной части. Распределение напора и

величины КПД по ступеням компрессора                                                                            

Выбор осевой скорости, степени реактивности ступеней, густоты

Решеток и удлинения лопаток в отдельных ступенях                                                                                                                 

3. Предварительный расчет                                                                                                                                                                                                      

4. Газодинамический расчет ступеней компрессора по среднему диаметру                    

5. Расчет закрутки рабочих лопаток всех ступеней                                                             

6. Расчёт диаметра выходного патрубка                                                                                    

Заключение                                                                                                                              

Библиографический список                                                                                                   

                                                                                                                                                     

Исходные данные

 

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

- частота вращения ротора n = 6400 об/мин;

- расход рабочего тела (воздуха) G = 52 кг/с;

- полное давление и температура воздуха перед компрессором Р₀^* =100 кПа и T₀^* =284 К;

- степень повышения давления воздуха в компрессоре p_{к =} 4,0;

- предполагаемый адиабатический коэффициент полезного действия по заторможенным параметрам h_к^* = 0,87.

        

 

 

 

          

Перечень листов графических документов

№	Наименование	Обозначение	Формат
1	Осевой компрессор мощностью		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: сравнительно небольшие размеры и масса (из-за больших скоростей и непрерывного процесса сжатия); отсутствие возвратно-поступательного движения (только вращение); равномерность подачи газа; малый расход смазочных материалов; возможность непосредственного соединения приводного двигателя и компрессора и использования в качестве привода быстроходной паровой или газовой турбины; возможность подачи больших расходов газа; 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.

         

 

 

 

 

 

Предварительный расчет

 

Полное давление на входе в компрессор:

р₁^* = р₀^*×h_вх =100·0,989 =98,90 кПа.

 

Адиабатическая работа сжатия. затрачиваемая в компрессоре:                                     Н_ад^* = [k/(k-1)]RT₀^*(p_к^{* [(k-1)/k]} – 1) = [1,.4/(1,4 -1)]×0,287×284×(4 ^{[(1.4 - 1)/1.4]} - 1) = 138,6 кДж/кг.

 

Полная работа сжатия, затрачиваемая в компрессоре:

Н_к = Н_ад^*/ h_к^* = 138,6/ 0.87= 159,36 кДж/кг.

 

Распределение полной работы сжатия, затрачиваемой в компрессоре по ступеням:

Н_к = h_ст1 + h_ст2 + h_ст3 + h_ст4+ h_ст5 + h_ст6+ h_ст7  = 25,71 + 23,43 + 23,43+ 23,43 + 23,43+ 23,43 + + 16,52 = 159,36 кДж/кг.

 

Осевая составляющая скорости на входе в РК первой ступени:

с_а1 = l _а1 × a₁^* = 0,6×308,4 = 185,0 м /с,

где для воздуха а₁^* = 18,3 = 18,3 = 308,4 K.

 

Полная температура воздуха за компрессором:

Т_к^* = Т₀^* + Н_к/c_р = 284 + 159,36 / 1,005 = 442,6 К.

 

Полное давление воздуха за компрессором:

р_к^* = р₁^* × p_к^* = 98,90× 4 = 395,6 кПа.

 

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

F_2z = (G× R× T_к^*)/(p_к^*× c_az× k_G) = (52×0,287× 442,6) / (395,6 ×130×0,955) = 0,135 м²,

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

 

Выбираем u_z = (0.9 ¸ 0.95)× u_н = 0,9×325 = 292,5 м/с и определяем средний диаметр последней ступени:

D_срz = (60× u_z) /(p× n) = (60×292,5)/(3,142×6400) = 0,873 м.

Округляем значение  D_срz до и получаем: D_срz = 870 мм.

 

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

c_az = c_az /u_z = 130 / 292,5 = 0,44.

 

Высота лопатки в последней ступени:

l_pz = F_2z /(p× D_срz) = 0,135 / (3,142 × 0,870) = 0,049 м.

 

Корневой диаметр последней ступени:

D_к^/ = D_срz - l_pz = 0,873 – 0.049 = 0,821 м.

 

Втулочное отношение:

d_z = D_кz /(D_срz + l_pz) = 0,82/(0,82 + 0,049) = 0,893.

 

Уточняем значение окружной скорости на среднем диаметре для последней ступени:

u = p× D_срz × n /60 = 3,142× 0,870× 6400 /60 = 291,54 м/с.

Продолжение  

 

  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

10 Окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из РК с_2u u[(1-r)+h_т/2] м/с 189,0 178,5 170,8 163,0 155,2 147,4 126,0

11 Осевая скорость на выходе из ступени   с_3a с_3ai с_{1а (i+1)} м/с 177,2 169,3 161,5 153,6 145,7 137,9 130

12 Осевая скорость на выходе из РК с_2a ~(с_1a+с_3a)/2 м/с 181,1 173,2 165,4 157,5 149,7 141,8 133,9

13 Угол выхода потока по абсолютной скорости a₂ arctg(с_2а/ с_2u) град 43,8 44,1 44,1 44,0 44,0 43,9 46,7

14 Абсолютная скорость на выходе из РК с₂ с_2а/sina₂ м/с 261,8 248,8 237,7 226,7 215,6 204,6 183,9

15 Угол выхода потока из РК в относительном движении b₂ arctg[с_2а/ (u-с_2u)] град 60,5 56,9 53,9 50,8 47,7 44,5 39,0

16 Относительная скорость на выходе из РК w₂ с_2а/sinb₂ м/с 208,1 206,8 204,8 203,3 202,4 202,2 212,9

17 Угол поворота в РК e_p b₂ - b₁ град 16,1 14,5 13,9 13,2 12,4 11,6 6,8

18 Угол выхода потока из НА^* a₃ с_3i = с_{1 (i+1)} град 61,2 62,1 63,1 64,2 65,5 62,4 90,0

19 Угол поворота потока в НА e_н a₃ - a₂ град 17,4 18,0 19,0 20,2 21,6 18,5 43,3

                           

 

 

Таблица 4.2

Расчет выходного патрубка

По уравнению неразрывности имеем:

 

                 G = F_патр r _z с_патр,

 

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

  F_патр – площадь выходного патрубка,

r_z – плотность воздуха за последней ступенью,

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

 

Выразим плотность из уравнения состояния:

 

           r_z = P_k^*/ R^.T_k^*.

 

Так как площадь выходного патрубка – площадь круга, то можем найти его диаметр:

 

d_патр =  = = 0.595 м.

 

Полученное значение округляем до 600 мм.

 

 

Заключение

 

В данном курсовом проекте разработан однокаскадный многоступенчатый осевой компрессор, рассчитанный на следующие параметры:

частота вращения ротора n = 6400 об/мин;

расход рабочего тела (воздуха) G = 52 кг/с;

полное давление и температура воздуха перед компрессором Р₀^* =100 кПа и T₀^* =284 К;

степень повышения давления воздуха в компрессоре p_{к =} 4;

предполагаемый адиабатический коэффициент полезного действия по заторможенным параметрам h_к^* = 0,87 %.

Произведён расчёт проточной части быстроходного компрессора стационарного типа. При этом была достигнута основная цель расчёта: определение скоростей и углов потока. проходных сечений НА и РК всех ступеней. геометрических характеристик рабочих и направляющих лопаток на среднем диаметре и вдоль радиуса.

    Разработанный осевой компрессор может применяться в составе ГТУ на компрессорных станциях магистральных газопроводов

 

 

Библиографический список

 

1. Старцев В.В. Ревзин Б.С. Газодинамический расчёт многоступенчатого осевого компрессора. Методические указания к курсовому проектированию. Екатеринбург: УГТУ. 2000. 25 с.

 

 

Компрессор

Курсовой проект

 

Пояснительная записка

 

 

Руководитель                                                                                             И.Ю. Горюнова

к.т.н., доцент

Студент группы ГПУиД-5                                                                             К.В. Шашмурина

2010

Содержание

                                                                                                                                                   

Перечень листов графических документов                                                                               

Введение

Исходные данные                                                                                                                    

1.Выбор окружной скорости, схемы проточной части. Распределение напора и

величины КПД по ступеням компрессора                                                                            

Выбор осевой скорости, степени реактивности ступеней, густоты