Содержание к диссертации
Стр.
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 5
ВНЕШНИЕ 9
ГЖВА I. ОБЗОР И АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ 14
1.1. Исследование безлопаточных
диффузоров 14
1.2. Исследование лопаточных
диффузоров 29
1.3. Особенности работы ступеней
холодильных центробежных компрессоров -. . 39
I.3.I. Работа при повышенных числах Маха .... 42
1.4. Комбинированный диффузор в ступени
холодильного центробежного компрессора . . 45
1.5. Задачи исследования 48
ГЛАВА 2. ИНЖЕНЕРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК
СТУПЕНИ КОМПРЕССОРА 49
-
Характеристики рабочего колеса 50
-
Характеристики безлопаточного
диффузора 60
2.3. Характеристики лопаточного диффузора 65
2.4. Выводы по главе 2 68
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ 69
-
Объекты исследования 69
-
Экспериментальный стенд 78
-
Контрольные сечения, измеряемые параметры, измерительные и регистрирующие приборы 84
-
Обработка опытных данных
Погрешность эксперимента. 87
3.5. Вывода по главе 3 . . . . 95
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТУПЕНЕЙ С
КОМБИНИРОВАННЫМИ ДИФФУЗОРАМИ 96
4.1. Характеристики рабочих колес
при больших числах Маха 97
4.2. Исследование безлопаточного
диффузора 103
4.3. Характеристики лопаточного
диффузора 108
-
Характеристики ступени с комбинированным диффузором 152
-
Выводы по главе 4 . . . 156
ГЛАВА 5. ОБЛАСТИ ПШМЕНЕНИЯ СТУПЕНЕЙ С КОМБИНИРОВАННЫМ ДИФФУЗОРОМ И
МЕТОДИКА ИХ РАСЧЕТА 160
5.1. Определение области применения
компрессоров с комбинированным
диффузором 160
-4-5.2. Особенности методжи расчета
комбинированного .диффузора. . 171
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 174
ЛИТЕРАТУРА 176
ПРИЛОЖЕНИЕ 187
-5-УШГОШЫЕ 0Б03НЛЧШИЯ
Q - скорость распространения звука, м/с %
О - ширина канала в меридиональной плоскости, м ;
С «* абсолютная скорость газа, м/с %.
В - диаметры характерных сечений проточной части, м ;
F - площадь проходного сечения канала, м2 ;
5 - массовая производительность, кг/с ;
* напору м |
^ » энтальпия, Ш/ |кг^,; | угол атаки , ГРВД '
/с
//
показатель изоэнтрош;
характерный размер, м, мм $ длина канала, м ; М - число маха;
Ми ~ %/% т условное число Маха ?
д/ * мощность* кВт %.
п «* частота вращения ротора, об/мин;
показатель политропы ; Р - давление, Па j
Ql Q * холодопроизводительность, кВт , удельная холодо-производительность, квт/кг |
/? * газовая постоянная, Дд/(кг К);
75 * радиус, м ;
#е > число Рейнольдса %
RB = * | - условное число Рейнольдса %
Т * абсолютная температура, К %
t - температура, С f шаг решетки, м
U * переносная (окдгжная) скорость газа, м/с ;
У ш объемная производительность, м3/ ;
V ** удельный объем газа, mVkt %
w - относительная скорость газа, м/с %
Z т число лопаток;
Л - угол между скоростью С и направлением И, град %
<* «* угол установки лопаток диффузора^ град ;
/3 «-угол между скоростью W и направлением
обратным И, град ;
Зл т угол установки лопаток рабочего колеса, град ;
Л * разность величин %
S - To„ лопаток, м ч зазор, щ
* холодильный коэффициент ;;
^ - коэффициент потерь ;
Р - коэффициент полезного действия f
* ~ угол раок№1ИЯ аквивален.ного конического
диффузора, град %
Iй-' - динамический коэффициент вязкости і Па і С %
коэффициент уменьшения теоретического напора;
v * кинематический коэффициент вязкости, w?/c -і;
> ** коэффициент восстановления давления «;;
ЗҐ * степень повышения давления ;
f ~ плотность, кг/м3; степень реактивности %
^ ~ время, с; коэффициент стеснения
потока лопатками ;
f * коэффициент расхода ?
% - коэффициент мощности ; f ?* коэффициент напора і cu » угловая скорость, і/с
ин дек а ы
С ** параметр взят по абсолютной скорости потока у
L * внутренний, местный | номер контрольного сеченияу
^ - идеальный у
та* » максимальный ;
min т минимальный у
1 - проекция вектора или размера на направление
радиуса у.
и - параметр взят по переносной скорости газа ;
Qo * адиабатный у изоэнтропный у
г * гидравлический у геометрический ;
Л ** относящийся к диффузору |
б - эффективный
к *» конечное состояние; конечное сечение
секции и компрессора у условие конденсации ;
кр * критическое значение у
Л т лопастной у
и - начальное состояние у неподвижные элементы у
от т оптимальный, соответствующий ушх у
пом - помпажный у
пред -предельный;
р *» расчетный у
г .» теоретический $'
0 * входное сечение центробежной ступени у
1 » вход в решетку рабочего колеса у
2 ** выход из рабочего колеса у
э ~ вход в диффузор или на лопаточную часть
комбинированного диффузора ; А т выход из диффузора ; # ~ параметры заторможенного потока (полные).
СОКРАЩЕНИЯ БЛД * безлопаточшй диффузор ; ВНА ~ входной направляодий аппарат ; КД - комбинированный диффузор } ДД «* лопаточный диффузор $ НС - рабочее колесо ; СБК ** сборная камера ; ТЦД - трубка полного давления ТШВ - турбохолодильные машина водоохлаждащая ЩМ - центробежная компрессорная машина ; ЦК - центробежный компрессор | ХЦК - холодильный центробежный компрессор*
Введение к работе
Актуальность, цель и задачи исследования.
Отечественное компрессоростроение развивается быстрыми темпами и является важной отраслью народного хозяйства. Кроме выполнения своей непосредственной задачи - обеспечения потребностей народного хозяйства, оно играет большую роль в развитии и укреплении экономических и политических связей СССР, в деле оказания помощи развивающимся странам. Директивами ХХУІ съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на I98I-I985 годы предусмотрено неуклонное увеличение выпуска холодильных центробежных компрессоров, для решения важных задач в химической промышленности, для обеспечения комфортного кондиционирования, а, также, для решения задач поставленных Продовольственной программой,
Холодильные центробежные установки являются сложным комплексом взаимодействующих механизмов и систем* Среди них особое место занимают машины для систем кондиционирования, позволяющие обеспечить нормальную жизнедеятельности и высокую производительность труда рабочих, сохранность продуктов питания, нормальное функционирование приборов и оборудования, обеспечение необходимых в химической промышленности, технологических процессов.
Все более растущие мощности, требуемые в народном хозяйстве, ставят задачу разработки все более эффективных ступеней холодильных центробежных компрессоров.
Ноябрьский 1982 года Пленум ЦК КПСС еще раз указал на необходимость дальнейшего снижения расхода электроэнергии, Холодильные центробежные компрессоры являются энергоемкими машинами и для них эта задача является особенно актуальной.
Обычно центробежные компрессоры холодильных установок для кондиционирования выполняются с безлопаточными.диффузорами, что позволяет обеспечить требуемый график нагрузки, даже в одной установке. Однако, эффективность их сравнительно невелика - на 5-7$ ниже, чем у машин с лопаточными диффузорами,
В то же время применение центробежного компрессора с лопаточным диффузором может не обеспечить необходимого интервала производителъностей и требует увеличения количества машин.
Поэтому весьма актуальной является задача создания центробежного компрессора с пологими характеристиками и, в то же время, с достаточно высоким коэффициентом полезного действия, В таком компрессоре может быть использована ступень с комбинированным диффузором, представляющем сочетание развитого безлопаточного диффузора и последующего за ним лопаточного.
Такие ступени лишь незначительно уступают по максимальному КПД ступеням центробежных компрессоров с лопаточными диффузорами, однако, обладают столь пологими характеристиками, что уже в случае двух машин (а иногда и одной - все зависит от необходимой глубины регулирования) покрывают требуемый диапазон производителъностей с КПД на 5-7$ выше, чем в ступенях с безлопаточными диффузорами,
В технической литературе отсутствуют опытные данные о влиянии геометрических параметров комбинированных диффузоров на эффективность работы как элементов, так и ступени центробежного компрессора в целом, поэтому решение этой задачи является важным этапом в разработке ступеней такого типа.
Основной целью диссертации является исследование влияния режимных и геометрических параметров на показатели работы ступеней холодильных центробежных компрессоров и их эффективность.
Для ее достижения в работе решены следующие задачи:
Разработка эффективной ступени центробежного компрессора с комбинированным диффузором,
Исследование влияния геометрических и режимных параметров на эффективность ее элементов.
Разработка метода расчета характеристик элементов компрессора.
Выработка рекомендаций по применению ступеней центробежного компрессора с комбинированным диффузором в соответствии с требуемым графиком нагрузки.
Научная новизна. Разработан метод расчета характеристик элементов компрессора, в котором используется только одна опытная точка. Впервые разработана высокоэффективная ступень центробежного компрессора с комбинированным диффузором, обладающая как высоким коэффициентом.полезного действия, так и достаточно пологой характеристикой. Установлены оптимальные соотношения размеров лопаточной части комбинированного диффузора, значительно удаленной от рабочего колеса.
Основные научные положения и результаты.
1. Разработан метод расчета характеристик элементов ступе ни центробежного компрессора с комбинированным диффузором, с использованием только одной экспериментальной точки.
Метод позволяет расчетным путем установить значения оптимальных углов атаки при различных режимах работы ступени.
Установлены оптимальные соотношения геометрических параметров ступени с комбинированным диффузором, позволяющие обеспечить ее высокую эффективность и глубокое регулирование производительности в достаточно большом интервале чисел Маха.
4. Установлена область применимости ступеней центробежных компрессоров с комбинированными диффузорами.
Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов, определенных по предлагаемому методу расчета элементов ступени центробежного компрессора, с экспериментальными данными. Указанное позволяет считать полученные научные результаты установившимися фактами в исследованной области.
Практическая ценность результатов работы заключается в создании ступени компрессора с комбинированным диффузором, которая позволяет обеспечить требуемый диапазон регулирования с существенно большим - на 5-7$ - КПД по сравнению со ступенями с безлопаточным диффузором. Разработан инженерный метод расчета ступеней центробежного компрессора с комбинированным диффузором.
Полученные результаты могут быть использованы в проектно-конструкторских разработках организаций Союзкомпрессормаша и других отраслей промышленности. Данные по влиянию режимных и геометрических параметров на эффективность ступени и отдельных элементов могут быть использованы при доводке уже существующих агрегатов и проведении научно-исследовательских работ в области компрессорного и холодильного машиностроения, при чтении лекций и ведении курсового и дипломного проектирования в вузах по специальности 0529 "Холодильные и компрессорные машины и установки".
Реализация в промышленности. Основные результаты работы использованы во ШИИхолодмаше при проектировании новых и модернизации существующих конструкций холодильных центробежных компрессорных установок, выпускаемых Казанским компрес с орным заводом.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку Ш Всесоюзной научно-технической конференцией молодых специалистов по холодильной технике и технологии (Ленинград, 1977 г.), на У Всесоюзной научно-технической конференции по компрессоростроению "Повышение эффективности и совершенствование компрессорных машин и установок" (Москва, 1978 г.), на УІ Всесоюзной научно-технической конференции по компрессоростроению (Ленинград, 1981 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и списка литературы из . 32:. наименований и приложения (акты.внедрения). Работа изложена на 1д9 страницах и содержит І0& стр. основного машинописного текста,Ш таблиц и 7.5:- рисунков.
Работа выполнялась при консультации старшего научного сотрудника, доцента, заместителя директора Всесоюзного Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского, проектно-конструкторекого и технологического института холодильного машиностроения А.С.Нуждина.
