Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературных данных /3
1.1. Перспективы применения осерадиальных колес в холодильной технике и особенности их конструкции
1.2. Влияние основных конструктивных параметров на ра -боту осерадиальных колес 18
1.2.1. Число лопаток рабочего колеса 16
1.2.2. Угол выхода лопаток колеса 19
1.2.3. Относительная ширина колеса
1.2.4. Зазор между корпусом и колесом 17
1.2.5. Меридиональный профиль колес.
1.2.6. Осевой участок колеса 59
1.3. Неподвижные элементы проточной части центробежной ступени
1.3.1. Входной регулирующий аппарат
1.3.2. Безлопаточный диффузор
1.3.3. Лопаточный диффузор 50
1.4. Влияние чисел Рейнольдса, Маха и показателя изоэнтропы 56
Выводы 66
Глава II. Методика экспериментального исследования 69
2.1. Описание экспериментального стенда 69
2.2. Методика проведения эксперимента 71
2.3. Объект исследования 73
2.3.1. Рабочее колесо 74
2.3.2. Входной регулирующий аппарат 76
2.3.3. Диффузоры. 76
2.4. Методика измерений 53
2.4.1. Выбор контрольных сечений 85
2.4.2. Размещение приборов в контрольных сечениях и измерение параметров 85
2.4.3. Измерение давлений, температур, числа оборотов и расхода рабочего вещества 90
Глава III. Методика обработки опытных данных 93
3.1. Методика расчета газодинамических характеристик центробежных компрессорных машин 98
3.1.1. Расчет при отсутствии закрутки потока во входном регулирующем аппарате 98
3.1.2. Расчет при закрутке потока во входном регулирующем аппарате
3.2. Критерии оценки режима работы центробежной ступени и отдельных элементов проточной части и их эффективности 105
Глава ІV. Результаты экспериментального и теоретического исследования компрессорной ступени с осерадиальным колесом 110
4.1. Характеристики рабочего колеса
4.1.1. Безразмерные характеристики осерадиального колеса
4.1.2. Влияние смежных элементов проточной части на характеристики рабочего колеса
4.1.3. Распределение давлений по неподвижному покрывающему диску рабочего колеса
4.2. Газодинамические характеристики выходных элементов
4.2.1. Характеристики лопаточных диффузоров
4.2.2. Влияние относительной ширины БДЦ на его характеристики
4.2.3. Сопоставление характеристик выходных элементов при работе в ступени с колесами разной конструкции
4.3. Влияние угла установки лопаток ВРА и диффузора на характеристики ступени при различных числах Маха..
4.3.1. Влияние угла установки лопаток диффузора на производительность ступени и ее эффективность
4.3.2. Влияние угла установки лопаток ВРА на производительность ступени и ее эффективность...
4.3.3. Влияние угла установки лопаток ВРА и диффузора на отношение давлений в ступени и коэффициент напора ступени
4.4. О потерях в осерадиальном колесе центробежного компрессора
4.5. Расчет вращающегося направляющего аппарата осерадиального колеса и оценка КПД центробежной компрессорной ступени
4.5.1. Оценка целесообразных предельных значений условных чисел Маха f9S
4.6. Определение параметров ступени центробежного компрессора паровой холодильной машины и их оценка
Заключение
Литература
Приложения
- Перспективы применения осерадиальных колес в холодильной технике и особенности их конструкции
- Описание экспериментального стенда
- Методика расчета газодинамических характеристик центробежных компрессорных машин
- Безразмерные характеристики осерадиального колеса
Перспективы применения осерадиальных колес в холодильной технике и особенности их конструкции
Низкие скорости звука во фреонах позволяют холодильным центробежным компрессорам работать при числах Маха 1,8 ... 2,0. Однако даже небольшое увеличение Ма до 1,3 ... 1,4 приводит к резкому снижению КПД и зоны эффективной работы ступеней с радиальными колесами. Как правило это происходит вследствие запирания каналов колеса. Работы по повышению эффективности колес радиального типа при высоких числах Ма показали, что при увеличении Ма до 1,3 можно незначительно улучшить КПД ступени за счет специального профилирования входных кромок лопаток /24/. Но и при этом отношение давлений в таких ступенях все же остается недостаточным для одноступенчатой холодильной машины /48/.
В то же время практически основным типом колес, применяв -мых в одноступенчатых транспортных центробежных компрессорах, в центробежных компрессорах агрегатов наддува и газотурбинных двигателей /2, 16, 41, 78, 79/, являются полуоткрытые осерадиальные колеса с углом выхода лопаток уьгл = 90. Такие колеса иногда называют "крыльчатка" /44/ или "радиальная звезда" /75/.
Систематические данные о работе стационарных ступеней с осе-радиальными колесами /0FK/ на фреонах в литературе практически отсутствуют. Имеющиеся данные о работе холодильных фреоновых компрессоров с ОРК /4, 88/ относятся в основном к малорасходным ступеням транспортных установок кондиционирования воздуха.
Полуоткрытые осерадиальные колеса обладают повышенной прочностью и могут работать при окружных скоростях порядка 400 ... 500 м/с. Это достигается за счет изготовления ОРК методом точно го литья при и& 25 300 м/с /75/ или фрезерования его из поковки. Материалом является сталь или алюминиевые сплавы, чаще последние. Конструктивно ОГК состоит из двух частей: импеллера /основной диск с рабочими лопатками/ и вращающегося направляющего аппарата /ВНА/. Принципиальная схема колеса представлена на рис. I.I. Лопатки ВНА имеют пространственную форму /рис. 2.3/ и являются продолжением лопаток колеса. Вращающиеся направляющие аппарате бывают как приставные, так и изготавливаются за одно целое с основным диском колеса.
Описание экспериментального стенда
Экспериментальное исследование центробежной концевой фреоновой ступени с полуоткрытым осерадиальным колесом проводилось на специальном стенде по схеме "газовое кольцо", установленном на кафедре холодильных машин ЛТИХП.
Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рис. 2.1. Корпус проточной части центробежной ступени 3 консульно крепится к блоку подшипников 7, в котором расположены опорный и опорно-упорный подшипники скольжения. На подшипники опирается вал ступени, который одним концом соединен с высоко-оборотным валом планетарного редуктора 8 от авиационного двигателя АИ-20, с передаточным отношением ір = 11,4534. На другом конце вала устанавливается рабочее колесо. Вал редуктора приводится во вращение электродвигателем 9 постоянного тока П-ІІ2. Питание электродвигателя осуществляется трехмашинным преобразователем тока. Максимальная мощность привода 200 кВт. Система электродвигателя обеспечивает плавное регулирование скорости вращения вала электродвигателя от 0 до 1500 об/мин.
Подробное описание схемы стенда, основного оборудования, масляной системы и вспомогательного оборудования приведено в работах /22, 24/.
Принципиальная схема проточной части ступени показана на рис. 2.2. Проточная часть состоит из входного патрубка 14, в котором установлен входной регулирующий аппарат /ВРА/ б, рабочего колеса I, лопаточного или безлопаточного диффузора 13, кольцевой камеры 15 и нагнетательного патрубка. Герметичность проточной части обеспечивалась двухсторонним торцевым уплотнением конструкции НЗЛ /14/. Сборка ступени осевая.
Методика расчета газодинамических характеристик центробежных компрессорных машин
При расчете проточной части турбокомпрессора для сжатия рабочих тел, которые нельзя рассматривать как идеальный газ, приходится пользоваться тепловыми диаграммами или использовать приближенные методы, связанные с введением дополнительных допущений /4, 17, 84/. Использование мелкомасштабных диаграмм состояния при массовом эксперименте и относительно невысоком отношении давлений в центробежной ступени /по сравнению с поршневыми компрессорами/ значительно снижает быстроту обработки опытных данных и приводит к существенным погрешностям в определении параметров потока в контрольных сечениях проточной части центробежной компрессорной машины /ЦКМ/.
При работе ЦКМ обычно принимается, что в теплоизолированной проточной части процесс адиабатический и политропический /71/. Авторы работы /7/ определяют политропический процесс, как про -цесс с постоянной теплоемкостью Сп. вычисляемой из соотношения
Используя данное определение можно полностью отказаться от введения дополнительных допущений о свойствах рабочего вещества в рассматриваемой области и вести расчет непосредственно по зависимостям р sP(v, Т), і = 1(р, Т) и S Sfp, TJ для данного вещества с привлечением опытных данных /38/.
Безразмерные характеристики осерадиального колеса
Рассмотрим зависимость изменения коэффициента реакции рабочего колеса -о.г(%ґ,Ми), От коэффициента реакции к?0.г существенно зависит КПД ступени в целом, т.к. согласно формуле при одинаковых коэффициентах потерь неподвижных элементов колёса с большими коэффициентами реакции меньше снижают КПД ступени. Исследованное осерадиальное колесо во всем изученном диапазоне чисел Мы обладает довольно низким коэффициентом 20.г= 0,56...0,65. Меньшие значения Q0 получены для режима работы ступени при Мц = = 0,81, а большие - при Му = 1,52. При уменьшении коэффициента расхода Lf2r диапазон изменения коэффициента Ін сужается, влияние чисел Мч ослабевает и, при значении 9гл = 0,12 и меньше, кривые сливаются в одну линию.
В настоящее время широко используются рекомендации об ограничении скорости потока перед лопаточной решеткой колеса в относительном движении /74, 85/ значениями Жуа = 0,8 ... 0,9. В связи с этим особый интерес представляет анализ влияния чисел М в на характер изменения коэффициентов потерь f .
На рис. 4.2а показан характер изменения в зависимости от угла атаки / рабочего колеса при постоянных значениях М о. Из графика хорошо видно, что при постоянном значении угла атаки ьРк коэффициент потерь _г монотонно возрастает при росте Уіи0 Наименьшие значения коэффициентов лежат в диапазоне изменения чисел М в = 0,45 ... 0,7 при углах атаки ipK = -2... +2. При числах Мі/0 более 0,7 ... 0,8 наблюдается интенсивный рост коэффициента тем более резкий, чем меньше угол ірк . Увеличение угла атаки свыше ірК = 6 приводит к росту коэффициента , при MWo=consi, так при М „ = 0,5 и ірк - 6 имеем = 0,59, тогда как при ірк = 14 коэффициент ,.г достигает величины 0,88. Следует отметить, что величина М , при которой наступает резкий рост , для каждого угла атаки есть величина определенная, и с ростом значений ірк зависимость .2 (Mv/0) смещается в область меньших Мц/о.
На рис. 4.26 приведены зависимости коэффициента г от чисел Мц, при различных значениях Ма. Анализ данного графика показывает, что величина Ма не является параметром, характеризующим работу колеса. Режим работы колеса и потери в межлопаточных кана -лах зависят от двух параметров, например, от угла атаки ірк и числа MWo.
