Электронный научный журнал

Информационно-коммуникационные технологии
в педагогическом образовании

12+

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ СТУПЕНИ НА ЕЕ МАКСИМАЛЬНЫЙ КПД

Автор: С. В. Варенков
Раздел: Технические науки

УДК 378

S.V. Varenkov

ANALYSIS OF GEOMETRIC PARAMETERS CENTRIFUGAL COMPRESSOR STEP TO ITS MAXIMUM EFFICIENCY

Аннотация. В работе решается задача определения максимального КПД центробежной компрессорной ступени в зависимости от некоторых ее  геометрических параметров.

Abstract. We solve the problem of determining the maximum, depending on some of its geometric parameters of efficiency centrifugal compressor stage.

Максимальное значение КПД центробежной компрессорной ступени ηmax  зависит от ее конструкции, т.е. газодинамической схемы проточной части и геометрических параметров, принятых при проектировании. Ее газодинамических критериев подобия, таких как числа Рейнольдса и Маха, показателя политропы рабочего вещества, а также режима работы, характеризуемого коэффициентом расхода, который является величиной обратной числу Струхаля, т.е. тоже представляет собой газодинамический критерий подобия. Формально КПД ступени можно представить в виде зависимости, содержащей коэффициенты потерь отдельных элементов проточной части и кинематические параметры – соответствия между скоростями в поперечных сечениях, разделяющих элементы ступени [3]. В случае одноступенчатого компрессора эта зависимость имеет вид

Здесь обозначения соответствуют использованным в [3].

Коэффициенты потерь входного и выходного устройств и , колеса и диффузора зависят от геометрии соответствующих элементов проточной части, критериев подобия и угла потока перед каждым элементом. В общем случае эти коэффициенты не могут быть в настоящее время вычислены. Об их величине можно судить на основании опытных данных. Однако для части коэффициентов потерь оценку их величин можно получить с помощью приближенных методик и эмпирических формул [3], относящихся, как правило, к случаю малых чисел Маха и больших чисел Рейнольдса.

Кинематические параметры – отношения скоростей  и и коэффициент диффузорности  при расчетном режиме, совпадающем с режимом максимального КПД, можно связать с геометрическими параметрами ступени и коэффициентом расхода. Если ступени спроектированы в соответствии с условиями минимума потерь в колесе и входном устройстве [2], то относительный диаметр расточки покрывающего диска колеса   определяется соотношением

где , а условный коэффициент расхода, связанный с коэффициентом расхода при входе в колесо и при выходе из него уравнением сохранения массы

здесь  V - объемная производительность ступени.

Если ввести коэффициент в формулы для подсчета относительных потерь на утечки и дисковое трение , то получим

Коэффициент мощности связан с коэффициентом затраченной работы известным соотношением

Причем величина может быть найдена, например, по формуле Стодолы

      

Пользуясь формулами (2), (3) и (5) перепишем формулу (1) в следующем виде

и используем ее для оценки влияния входящих в нее величин на максимальный КПД одноступенчатого компрессора. Такая оценка оказывается наиболее простой в случае ступени с лопаточным диффузором, для которого можно принять постоянное значение коэффициента потерь на расчетном режиме. В следствие достаточно большой величины коэффициента диффузорности , которая также может быть принята неизменной, коэффициент потерь выходного устройства также допустимо считать неизменным для всех ступеней концевого типа. При подсчете примем . Для выполнения расчетов необходимо также задаться величиной коэффициентов и числом гребней в лабиринтном уплотнении z. Расчетная величина коэффициента расхода определяется выбором выходного угла рабочих лопаток колеса . Связь между и определяется уравнением (3). Величина коэффициента потерь колеса зависит от его конструкции и изменяется при изменении , и других параметрах колеса, однако зависимость эта неизвестна, можно лишь предположить, что увеличение вызывает рост на расчетном режиме. Это предположение подтверждается данными в [1].

Некоторые результаты расчета по формуле (7), проведенные для неизменных значений

и переменных значениях и для двух типов рабочих колес с , приводят к следующим выводам. Увеличение относительного диаметра вала вызывает снижение КПД компрессора. Наибольшим значениям КПД соответствуют относительные ширины колес . При больших углах влияние на несколько уменьшается. Увеличение углов приводит к сдвигу области наибольших КПД в сторону меньших относительных ширин колес . Для обеспечения высоких значений ηmax при большой относительной ширине колес необходимо стремиться к уменьшению коэффициента потерь колеса .

Список литературы

  1. Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах [Текст]: учебное пособие – Л.: Машиностроение, 1973. – 272 с.
  2. Ден Г.Н. Проектирование проточной части центробежных компрессоров [Текст]: учебное пособие – Л.: Машиностроение, 1980. – 232 с.
  3. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины [Текст]: учебник – Л.: Машиностроение, 1981. – 351 с.
Теги: компрессор, КПД, коэффициенты потерь, геометрические параметры, коэффициент расхода, compressor efficiency loss factors, geometrical parameters, flow coefficient

Оставить комментарий







Авторизация
E-mail

Пароль  


Регистрация