Зуев А.В. Теория, расчет и конструирование компрессоров динамического действия

Подождите немного. Документ загружается.

Ìèíèñòåðñòâî îáðàçîâàíèÿ Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè

ÑÀÍÊÒ-ÏÅÒÅÐÁÓÐÃÑÊÈÉ ÃÎÑÓÄÀÐÑÒÂÅÍÍÛÉ

ÏÎËÈÒÅÕÍÈ×ÅÑÊÈÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ

À.Â. Çóåâ Â.Â. Îãíåâ Â.Á. Ñåìåíîâñêèé

ÒÅÎÐÈß, ÐÀÑ×ÅÒ

È ÊÎÍÑÒÐÓÈÐÎÂÀÍÈÅ ÊÎÌÏÐÅÑÑÎÐÎÂ

ÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÎÃÎ ÄÅÉÑÒÂÈß

Ìåòîäèêà àýðîäèíàìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà

ëîïàòî÷íûõ àïïàðàòîâ

ñòàöèîíàðíûõ îñåâûõ êîìïðåññîðîâ

Ó÷åáíîå ïîñîáèå

Ñàíêò-Ïåòåðáóðã

Èçäàòåëüñòâî ÑÏáÃÏÓ

2003

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

Ïðè ïðîåêòèðîâàíèè ïðîòî÷íîé ÷àñòè (ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà)

âîçäóøíûõ îñåâûõ ñòàöèîíàðíûõ êîìïðåññîðîâ îáùåïðîìûøëåí-

íîãî íàçíà÷åíèÿ ïðåèìóùåñòâåííî èñïîëüçóåòñÿ ìåòîä ðàñ÷åòà ëî-

ïàòî÷íîãî àïïàðàòà, ðàçðàáîòàííûé â Öåíòðàëüíîì íàó÷íî-èññëå-

äîâàòåëüñêîì è ïðîåêòíî-êîíñòðóêòîðñêîì êîòëîòóðáèííîì

èíñòèòóòå èì. È.È.Ïîëçóíîâà (ÖÊÒÈ), ã.Ñàíêò-Ïåòåðáóðã [[1, 2]].

Ìåòîä ÖÊÒÈ îñíîâàí íà èñïîëüçîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ õà-

ðàêòåðèñòèê èñõîäíûõ (ìîäåëüíûõ) ñòóïåíåé è ðåçóëüòàòîâ èññëå-

äîâàíèé âçàèìíîãî âëèÿíèÿ ñòóïåíåé â ìíîãîñòóïåí÷àòûõ êîìï-

ðåññîðàõ è âëèÿíèÿ îòêëîíåíèé îò ãåîìåòðè÷åñêîãî ïîäîáèÿ íà

õàðàêòåðèñòèêè ñòóïåíåé. Ìåòîä ïðåäíàçíà÷åí äëÿ ðàñ÷åòà ëîïà-

òî÷íûõ àïïàðàòîâ âîçäóøíûõ êîìïðåññîðîâ ïðîèçâîäèòåëüíîñòüþ

äî 300êã/ñ ïðè îòíîøåíèè äàâëåíèé äî 4,5 è îêðóæíîé ñêîðîñòè

íå áîëåå 280ì/ñ.

Õàðàêòåðèñòèêè èñõîäíûõ ñòóïåíåé ñ ðàçëè÷íîé ñòåïåíüþ

ðåàêòèâíîñòè (0,5; 0,7; 1,0) ïîëó÷åíû, êàê ïðàâèëî, ïðè èñïûòà-

íèè îäíîñòóïåí÷àòûõ è ìíîãîñòóïåí÷àòûõ ìîäåëåé. Èñõîäíûå

ñòóïåíè ïðåäíàçíà÷åíû äëÿ ðàáîòû ïðè ÷èñëàõ Ìàõà ìåíüøå

êðèòè÷åñêèõ, â ñîîòâåòñòâèè ñ ÷åì äîëæíû âûáèðàòüñÿ îêðóæ-

íûå ñêîðîñòè ðàáî÷èõ êîëåñ.

Ïî ìåòîäó ÖÊÒÈ ëîïàòî÷íûé àïïàðàò îñåâîãî êîìïðåññîðà

ôîðìèðóåòñÿ èç îäíîé èëè íåñêîëüêèõ ìîäåëüíûõ ñòóïåíåé ïó-

òåì ïîäðåçêè ÷àñòè ëîïàòîê ñî ñòîðîíû âòóëêè èëè ïåðèôåðèè,

èëè îäíîâðåìåííî ñ äâóõ ñòîðîí.

Äëÿ ïåðåíîñà õàðàêòåðèñòèê ìîäåëüíûõ ñòóïåíåé íà íàòóðíûå

ñòóïåíè äîëæíî áûòü ñîáëþäåíî èõ ãåîìåòðè÷åñêîå ïîäîáèå è

îáåñïå÷åíî â ñõîäñòâåííûõ òî÷êàõ ðàâåíñòâî îñíîâíûõ êðèòåðè-

åâ ïîäîáèÿ: ÷èñåë Ìàõà, Ðåéíîëüäñà è ïîêàçàòåëÿ àäèàáàòû. Êðîìå

òîãî, äîëæíî áûòü ñîáëþäåíî ïîäîáèå îòíîñèòåëüíûõ ýêâèâà-

ëåíòíûõ øåðîõîâàòîñòåé ïîâåðõíîñòåé ïðîòî÷íîé ÷àñòè íàòóð-

íûõ è ìîäåëüíûõ ñòóïåíåé.

Ðàñ÷åò ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà ïî ìåòîäó ÖÊÒÈ ïðîèçâîäèòñÿ

íà ñðåäíåì äèàìåòðå ïî ïàðàìåòðàì çàòîðìîæåííîãî ïîòîêà (ïîë-

íûì ïàðàìåòðàì). Õàðàêòåðèñòèêè èñõîäíûõ ñòóïåíåé òàêæå

îïðåäåëåíû ïî ïîëíûì ïàðàìåòðàì.

Ìåòîä ÖÊÒÈ ïîçâîëÿåò óäåøåâèòü ïðîèçâîäñòâî ëîïàòî÷íûõ

àïïàðàòîâ îñåâûõ êîìïðåññîðîâ çà ñ÷åò óïðîùåíèÿ òåõíîëîãèè

ÓÄÊ 621.515, 621.438 (075.8)

ÁÁÊ 31.76-73

Ç 93

Çóåâ À.Â., Îãíåâ Â.Â., Ñåìåíîâñêèé Â.Á. Òåîðèÿ, ðàñ-

÷åò è êîíñòðóèðîâàíèå êîìïðåññîðîâ äèíàìè÷åñêîãî äåéñòâèÿ. Ìåòîäèêà

àýðîäèíàìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà ëîïàòî÷íûõ àïïàðàòîâ ñòàöèîíàðíûõ îñåâûõ

êîìïðåññîðîâ: Ó÷åá. ïîñîáèå. ÑÏá.: Èçä-âî ÑÏáÃÏÓ, 2003. 111 ñ.

ISBN 5-7422-0451-5

Ïîñîáèå ñîîòâåòñòâóåò ñïåöèàëüíîé äèñöèïëèíå ïî ÃÎÑ Òåîðèÿ,

ðàñ÷åò è êîíñòðóèðîâàíèå êîìïðåññîðîâ äèíàìè÷åñêîãî äåéñòâèÿ (øèôð

ÑÄÎÇ), îáåñïå÷èâàþùåé ïîäãîòîâêó ñïåöèàëèñòîâ ïî íàïðàâëåíèÿì

552700 Ýíåðãîìàøèíîñòðîåíèå (110700), 657400 Ãèäðàâëè÷åñêàÿ, âà-

êóóìíàÿ è êîìïðåññîðíàÿ òåõíèêà (110500), 651100 Òåõíè÷åñêàÿ ôè-

çèêà (070200) è ìàãèñòðîâ ïî íàïðàâëåíèþ Ýíåðãîìàøèíîñòðîåíèå

(552707, 552712).

Ïîäðîáíî èçëàãàåòñÿ ìåòîäèêà àýðîäèíàìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà ëîïàòî÷-

íûõ àïïàðàòîâ ñòàöèîíàðíûõ îñåâûõ êîìïðåññîðîâ, ðàçðàáîòàííàÿ â

ÖÊÒÈ èì. È.È. Ïîëçóíîâà. Ïðåäñòàâëåí ïðèìåð ðàñ÷åòà ëîïàòî÷íîãî

àïïàðàòà îñåâîãî êîìïðåññîðà íà êîíêðåòíûå ïàðàìåòðû.

Ïðåäíàçíà÷åíî äëÿ ñòóäåíòîâ ñòàðøèõ êóðñîâ ïðè âûïîëíåíèè êóð-

ñîâîãî è äèïëîìíîãî ïðîåêòèðîâàíèÿ è ìàãèñòåðñêèõ ðàáîò.

Òàáë. 20. Èë. 33. Áèáëèîãð.: 3 íàçâ.

Ïå÷àòàåòñÿ ïî ðåøåíèþ ðåäàêöèîííî-èçäàòåëüñêîãî ñîâåòà Ñàíêò-

Ïåòåðáóðãñêîãî ãîñóäàðñòâåííîãî ïîëèòåõíè÷åñêîãî óíèâåðñèòåòà.

ïîëèòåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, 2003

ISBN 5-7422-0451-5

1.ÏÎÑËÅÄÎÂÀÒÅËÜÍÎÑÒÜ ÂÀÐÈÀÍÒÍÎÃÎ ÐÀÑ×ÅÒÀ

ËÎÏÀÒÎ×ÍÎÃÎ ÀÏÏÀÐÀÒÀ ÎÑÅÂÎÃÎ ÊÎÌÏÐÅÑÑÎÐÀ

1.1Èñõîäíûå äàííûå äëÿ ðàñ÷åòà ïðîòî÷íîé ÷àñòè

îñåâîãî êîìïðåññîðà

Ðàñ÷åò ïðîòî÷íîé ÷àñòè êîìïðåññîðà ïðîèçâîäèòñÿ â ñîîò-

âåòñòâèè ñ òåõíè÷åñêèì çàäàíèåì, êîòîðîå äîëæíî ñîäåðæàòü

ñëåäóþùèå èñõîäíûå äàííûå:

ìàññîâûé ðàñõîä ãàçà (ïðîèçâîäèòåëüíîñòü êîìïðåññîðà)

, êã/ñ;

îòíîøåíèå ïîëíûõ äàâëåíèé â êîìïðåññîðå

(

 ïîëíîå äàâëåíèå íà âûõîäå èç íàãíåòàòåëüíîãî ïàòðóáêà, Ïà);

ïîëíîå äàâëåíèå íà âõîäå âî âñàñûâàþùèé ïàòðóáîê

, Ïà;

ïîëíàÿ òåìïåðàòóðà íà âõîäå âî âñàñûâàþùèé ïàòðóáîê

, °K;

ðàáî÷åå òåëî: âîçäóõ, ïîêàçàòåëü àäèàáàòû k=1,4, óäåëü-

íàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ R=287,1 Äæ/êã°Ê;

÷èñëî îáîðîòîâ âðàùåíèÿ ðîòîðà n, îá/ìèí;

òèï ïðèâîäà;

àäèàáàòíûé ê.ï.ä. êîìïðåññîðà η

(ïðåäâàðèòåëüíî çàäàåò-

ñÿ â äèàïàçîíå 0,87...0,91).

1.2Îïðåäåëåíèå ïîòåðü äàâëåíèÿ âî âñàñûâàþùåì

è íàãíåòàòåëüíîì ïàòðóáêàõ

Ïîòåðè äàâëåíèÿ â ïàòðóáêàõ (ðèñ.1) îïðåäåëÿþòñÿ ïî èçâå-

ñòíûì êîýôôèöèåíòàì ïîòåðü â íèõ.

Ïîòåðè äàâëåíèÿ âî âñàñûâàþùåì ïàòðóáêå

ââ

∆=ζ

(1)

Çäåñü: êîýôôèöèåíò ïîòåðü âî âñàñûâàþùåì ïàòðóáêå

â

= 0,03...0,1, à ñ ó÷åòîì äîïîëíèòåëüíûõ ïîòåðü âî ÂÍÀ

â

=0,1...0,2; ïëîòíîñòü âîçäóõà íà âõîäå â ëîïàòî÷íûé àïïàðàò

èçãîòîâëåíèÿ è óíèôèêàöèè îñíàñòêè, ÷òî îñîáåííî âàæíî â óñ-

ëîâèÿõ åäèíè÷íîãî è ìåëêîñåðèéíîãî ïðîèçâîäñòâà â ñòàöèî-

íàðíîì êîìïðåññîðîñòðîåíèè.

Ñîïîñòàâëåíèå îïûòíûõ è ðàñ÷åòíûõ õàðàêòåðèñòèê êîìï-

ðåññîðîâ, ñïðîåêòèðîâàííûõ ïî ìåòîäó ÖÊÒÈ, ïîêàçàëî, ÷òî â

èññëåäîâàííîì äèàïàçîíå îêðóæíûõ ñêîðîñòåé â òî÷êàõ ìàêñè-

ìàëüíîãî êîýôôèöèåíòà ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ (ê.ï.ä.) íàèáîëüøåå

ðàñõîæäåíèå ìåæäó îïûòíûìè è ðàñ÷åòíûìè çíà÷åíèÿìè ê.ï.ä.

è îòíîøåíèé äàâëåíèé íå ïðåâûøàåò 12%. Ïðè îòêëîíåíèå

îò ýòîãî ðåæèìà â îáëàñòü áîëüøèõ èëè ìåíüøèõ ïðîèçâîäè-

òåëüíîñòåé ðàñõîæäåíèå ìîæåò äîñòèãàòü 23%.

Ðàñ÷åò ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà îñåâîãî êîìïðåññîðà ñòàöèî-

íàðíîãî òèïà ñîñòîèò èç íåñêîëüêèõ ýòàïîâ. Íà ïåðâîì ýòàïå

ïðîâîäÿòñÿ âàðèàíòíûå ðàñ÷åòû ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà ñ öåëüþ

âûáîðà îïòèìàëüíîãî âàðèàíòà äëÿ ïîñëåäóþùèõ ðàñ÷åòîâ. Âà-

ðèàíòíûå ðàñ÷åòû âûïîëíÿþòñÿ ñ èñïîëüçîâàíèåì ýêñïåðèìåí-

òàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê èñõîäíûõ (ìîäåëüíûõ) ñòóïåíåé è âêëþ-

÷àþò ïðèáëèæåííûé ðàñ÷åò ïîòåðü äàâëåíèÿ âî âñàñûâàþùåì è

íàãíåòàòåëüíîì ïàòðóáêàõ êîìïðåññîðà, íàðóæíîãî äèàìåòðà ëî-

ïàòî÷íîãî àïïàðàòà, ÷èñëà ñòóïåíåé êîìïðåññîðà, ê.ï.ä. ëîïà-

òî÷íîãî àïïàðàòà, äëèíû ëîïàòîê ïåðâîé è ïîñëåäíåé ñòóïåíåé,

âåëè÷èíû ïîäðåçêè ïîñëåäíèõ ëîïàòîê.

Ðàñ÷åò îïòèìàëüíîãî âàðèàíòà ñîñòîèò èç ïåðâîãî è âòîðîãî

ïîñòóïåí÷àòûõ ðàñ÷åòîâ ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà ñ ó÷åòîì ïîïðà-

âîê ê ðàñ÷åòíûì çíà÷åíèÿì ê.ï.ä. è êîýôôèöèåíòà íàïîðà èç-çà

îòêëîíåíèÿ îò ãåîìåòðè÷åñêîãî è äèíàìè÷åñêîãî ïîäîáèÿ, îï-

ðåäåëåíèÿ ê.ï.ä. ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà, ìîùíîñòè, çàòðà÷åííîé

íà ñæàòèå ãàçà, ñòàòè÷åñêèõ äàâëåíèé è òåìïåðàòóð íà ñðåäíåì

ðàäèóñå ïåðåä è çà ðàáî÷èìè êîëåñàìè.

Ìåòîäèêà ãàçîäèíàìè÷åñêîãî ðàñ÷åòà ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà

îñåâûõ ñòàöèîíàðíûõ êîìïðåññîðîâ, êîòîðàÿ èçëàãàåòñÿ â äàí-

íîì ïîñîáèè, îñíîâàíà íà ïîëîæåíèÿõ ðóêîâîäÿùåãî òåõíè÷å-

ñêîãî ìàòåðèàëà, ðàçðàáîòàííîãî â ÍÏÎ ÖÊÒÈ èì.È.È.Ïîë-

çóíîâà [[2]].

6 7

1.3.Îïðåäåëåíèå àäèàáàòíîãî íàïîðà â ëîïàòî÷íîì àïïàðàòå

Îöåíèâ âåëè÷èíó ïîòåðü äàâëåíèÿ â ïàòðóáêàõ, îïðåäåëÿþò

ïîëíîå äàâëåíèå ïåðåä ïåðâîé ñòóïåíüþ

** *

1â â

pp p

=−∆

(3)

è çà ïîñëåäíåé ñòóïåíüþ

***

ËÀ ê ê

=+∆ppp

(4)

Îòíîøåíèå äàâëåíèé â ëîïàòî÷íîì àïïàðàòå

ËÀ

Π=

(5)

Àäèàáàòíûé íàïîð â ëîïàòî÷íîì àïïàðàòå

-1

ËÀ â

ËÀ

(1).

HRT

=Π−

−

(6)

1.4.Îïðåäåëåíèå íàðóæíîãî äèàìåòðà ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà

è îêðóæíîé ñêîðîñòè ðîòîðà êîìïðåññîðà

Ïðåäâàðèòåëüíî çàäàþò îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå êîýôôèöèåí-

òà ðàñõîäà ïåðâîé ñòóïåíè

îïò 1

0, 42...0,52

ϕ=ϕ=

è çíà÷åíèå ìè-

íèìàëüíîãî âòóëî÷íîãî îòíîøåíèÿ (îòíîøåíèå ðàäèóñà âòóëêè

ê íàðóæíîìó ðàäèóñó ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà)

âò âò1

0, 5 ... 0,6.

Íàðóæíûé äèàìåòð ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà

2**

âò 1 îïò

2, 9 .

(1 )

mRT

rpn

−ϕ

(7)

Îêðóæíàÿ ñêîðîñòü ðîòîðà íà íàðóæíîì äèàìåòðå

(8)

1.5.Âûáîð ñòåïåíè ðåàêòèâíîñòè ñòóïåíè

Â çàâèñèìîñòè îò âåëè÷èíû îêðóæíîé ñêîðîñòè u

öåëåñîîáðàç-

íî ïðèìåíÿòü ñòóïåíè ñî ñëåäóþùèìè ñòåïåíÿìè ðåàêòèâíîñòè:

ïðè u

í

≤210ì/ñ ìîãóò ïðèìåíÿòüñÿ ñòóïåíè ñ òåîðåòè÷å-

ñêîé ñòåïåíüþ ðåàêòèâíîñòè Ω

ò

=0,5; 0,7; 1,0 (ñîîòâåòñòâåííî,

ñòóïåíè òèïà Ê-50, Ê-70, Ê-100);

1 â

ñ=ñ=

; ñêîðîñòü ïîòîêà íà âõîäå â ëîïàòî÷íûé àïïàðàò

1

=80... 130ì/ñ.

Ïîòåðè äàâëåíèÿ â íàãíåòàòåëüíîì ïàòðóáêå

∆=ζ

*ËÀËÀ

(2)

Çäåñü: êîýôôèöèåíò ïîòåðü â íàãíåòàòåëüíîì ïàòðóáêå

= 0,4...0,5, à ñ ó÷åòîì ïîòåðü â ÑÀ ζ

ê

=0,450,6; ïëîò-

íîñòü âîçäóõà

çà ëîïàòî÷íûì àïïàðàòîì

ËÀ ê

ρ=ρ=

, ïîë-

íîå äàâëåíèå â íàãíåòàòåëüíîì ïàòðóáêå

***

êâê

=Π

, ïîëíàÿ òåì-

ïåðàòóðà çà ëîïàòî÷íûì àïïàðàòîì, ðàâíàÿ ïîëíîé òåìïåðàòóðå

çà êîìïðåññîðîì,

***

ËÀ ê â

(1)

TTT

−

Π−

==+

; ñêîðîñòü ïîòîêà íà

âûõîäå èç ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà ñ

ËÀ

=80...130ì/ñ.

Ðèñ. 1. Ïðîòî÷íàÿ ÷àñòü ìíîãîñòóïåí÷àòîãî êîìïðåññîðà: àà, áá 

êîíôóçîð; ââ  ñðåç âñàñûâàþùåãî ïàòðóáêà; îî ñå÷åíèå ïåðåä

ÂÍÀ; ëàëà  ñå÷åíèå íà âûõîäå èç ñïðÿìëÿþùåãî àïïàðàòà; ññ ,

ää  äèôôóçîð; êê  ñðåç íàãíåòàòåëüíîãî ïàòðóáêà

ïðè 210<u

≤240ì/ñ ñòóïåíè ñ Ω

=0,5; 0,7;

ïðè u

>240ì/ñ ñòóïåíè ñ Ω

=0,5.

Åñëè óñëîâèÿì çàäàíèÿ óäîâëåòâîðÿþò íåñêîëüêî ñòóïåíåé,

òî ïðåäïî÷òèòåëüíîé áóäåò òà ñòóïåíü, êîòîðàÿ ïðè ïîëó÷åííûõ

çíà÷åíèÿõ u

èìååò íàèáîëüøèå çíà÷åíèÿ ê.ï.ä. è êîýôôè-

öèåíòà íàïîðà. Ïîñëåäíèå íàõîäÿòñÿ ïî õàðàêòåðèñòèêàì èñõîä-

íûõ ñòóïåíåé, êîòîðûå îïðåäåëåíû ïî ïîëíûì ïàðàìåòðàì

(ðèñ.25).

Çäåñü:

êîýôôèöèåíò àäèàáàòíîãî íàïîðà ïî ïîëíûì ïàðàìåòðàì

()

ψ=ψ ϕ =

(9)

àäèàáàòíûé ê.ï.ä. ïî ïîëíûì ïàðàìåòðàì

()

η=η ϕ =

(10)

êîýôôèöèåíò ðàñõîäà

ñð

ϕ= =

(11)

Â âûðàæåíèÿõ (9)(11): H

 àäèàáàòíûé íàïîð ñòóïåíè ïî

ïîëíûì ïàðàìåòðàì; H

 òåîðåòè÷åñêèé íàïîð; u

 îêðóæíàÿ

ñêîðîñòü íà ðàñ÷åòíîì äèàìåòðå, íà êîòîðîì ðàñïîëîæåíî ñå÷å-

íèå

èñõîäíîé ñòóïåíè (ðàñ÷¸òíàÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü);

 ïëîòíîñòü âîçäóõà ïî ïîëíûì ïàðàìåòðàì; F=π(r

r

âò

)

òîðöîâàÿ ïëîùàäü ïðîòî÷íîé ÷àñòè;

ñð

 ñðåäíÿÿ îñåâàÿ ñêî-

ðîñòü; r

 íàðóæíûé ðàäèóñ (ïåðèôåðèÿ) ïðîòî÷íîé ÷àñòè; r

âò



âíóòðåííèé ðàäèóñ (âòóëêà) ïðîòî÷íîé ÷àñòè.

Ïîñëå âûáîðà òèïà ñòóïåíè ïî åå õàðàêòåðèñòèêàì óòî÷íÿåò-

ñÿ êîýôôèöèåíò ðàñõîäà ïåðâîé ñòóïåíè, âåëè÷èíà êîòîðîãî

âûáèðàåòñÿ â îáëàñòè, ñîîòâåòñòâóþùåé ìàêñèìàëüíûì ê.ï.ä.

ñòóïåíè.

Ïðè íåîáõîäèìîñòè êîððåêòèðóåòñÿ âåëè÷èíà âòóëî÷íîãî

îòíîøåíèÿ äëÿ ïåðâîé ñòóïåíè, êîòîðàÿ ïðèíèìàåòñÿ ðàâíîé

âò

èñõîäíîé ìîäåëüíîé ñòóïåíè èëè íåñêîëüêî áîëüøå åå.

Ðèñ. 2. Àýðîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè

ìîäåëüíîé ñòóïåíè Ê-50-1 ïðè èñõîäíûõ

óãëàõ óñòàíîâêè ëîïàòîê: u

= 150¼280 ì/ñ;

â.ý.

=295 Ê;

âò. min

0, 6

r =

; - - - -  ãðàíèöà

óñòîé÷èâîé ðàáîòû ñòóïåíè

10 11

Ðèñ. 3. Àýðîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìî-

äåëüíîé ñòóïåíè Ê-50-5 ïðè èñõîäíûõ óãëàõ óñ-

òàíîâêè ëîïàòîê: u

= 150¼280 ì/ñ; Ò

â.ý.

=295 Ê;

âò. min

0, 6

r =

; - - - -  ãðàíèöà óñòîé÷èâîé

ðàáîòû ñòóïåíè

Ðèñ. 4. Àýðîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè

ìîäåëüíîé ñòóïåíè Ê-70-17 ïðè èñõîäíûõ

óãëàõ óñòàíîâêè ëîïàòîê: u

=175¼240ì/ñ;

â.ý.

=298 Ê;

âò. min

0, 6

r =

; - - - -  ãðàíèöà

óñòîé÷èâîé ðàáîòû ñòóïåíè

1.6.Âûáîð çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ðàñõîäà

ïî ñòóïåíÿì

Ïðè âûáîðå çàêîíà ðàñïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ðàñõîäà

ïî ñòóïåíÿì íà ðàñ÷åòíîì ðåæèìå

ñëåäóåò èñõîäèòü èç òîãî,

÷òî êîíñòðóêöèÿ ïðîåêòèðóåìîé ïðîòî÷íîé ÷àñòè äîëæíà îáåñ-

ïå÷èòü ìàêñèìàëüíûé ê.ï.ä. è äîñòàòî÷íóþ óäàëåííîñòü îò ãðà-

íèöû ïîìïàæà íà ðåæèìàõ, óêàçàííûõ â çàäàíèè.

Íàøëè ïðèìåíåíèå òðè òèïà ðàñïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ

ðàñõîäà

ïî ñòóïåíÿì, êîòîðûå ëó÷øå âñåãî óäîâëåòâîðÿþò

áîëüøèíñòâó òðåáîâàíèé, âñòðå÷àþùèõñÿ â ïðàêòèêå:

òèï I

const

ϕ=

ïî ñòóïåíÿì è ñîîòâåòñòâóåò ìàêñèìóìó ê.ï.ä.;

òèï II

ðàâíîìåðíî (è ìåäëåííî) ñíèæàåòñÿ âäîëü ïðî-

òî÷íîé ÷àñòè;

òèï III

ðàâíîìåðíî ñíèæàåòñÿ â ïåðâîé ãðóïïå ñòóïå-

íåé è óâåëè÷èâàåòñÿ âî âòîðîé, ïðè ýòîì â íåñêîëüêèõ ñðåäíèõ

ñòóïåíÿõ êîýôôèöèåíò ðàñõîäà ìîæåò áûòü îäèíàêîâûì.

Ïðè ðàñïðåäåëåíèè ðàñ÷åòíûõ êîýôôèöèåíòîâ ðàñõîäà ïî

òèïó I íà ðàñ÷åòíîì ðåæèìå âñå ñòóïåíè îäíîâðåìåííî ðàáîòàþò

â òî÷êàõ ìàêñèìóìà ê.ï.ä. Ïðè ýòîì, êàê ïðàâèëî, îáåñïå÷èâàåò-

ñÿ äîñòàòî÷íûé çàïàñ óñòîé÷èâîñòè êîìïðåññîðà â îáëàñòè

0,75...1,0

è ñîõðàíÿåòñÿ âûñîêèé óðîâåíü ê.ï.ä. â øèðî-

êîì äèàïàçîíå èçìåíåíèÿ îêðóæíûõ ñêîðîñòåé.

Ðàñïðåäåëåíèå

ïî òèïó II öåëåñîîáðàçíî âûáèðàòü â ñëó÷àå,

êîãäà íóæíî ïîëó÷èòü ìàêñèìàëüíûé ê.ï.ä. è íàèáîëüøèé äèàïàçîí

óñòîé÷èâîé ðàáîòû ïðè îêðóæíûõ ñêîðîñòÿõ ìåíüøå ðàñ÷åòíûõ. Ýòîò

òèï ðàñïðåäåëåíèÿ

ïðèìåíÿþò òàêæå â ñëó÷àå, åñëè îñåâûå ñêî-

ðîñòè íà âõîäå â êîìïðåññîð âåëèêè (áîëåå 130...150ì/ñ) è äëÿ

óìåíüøåíèÿ ïîòåðü äàâëåíèÿ íóæíî ñíèçèòü ñêîðîñòü â ïðîòî÷-

íîé ÷àñòè. Èñïîëüçîâàíèå ðàñïðåäåëåíèÿ

òèïà II ïîçâîëÿåò

óâåëè÷èòü äëèíó ëîïàòîê ïîñëåäíèõ ñòóïåíåé è óìåíüøèòü äèà-

ìåòð âòóëêè ðîòîðà. ×òîáû ïîëó÷èòü áëèçêèå ê îïòèìàëüíûì

ïàðàìåòðû ïðîòî÷íîé ÷àñòè íà ðàñ÷åòíîì ðåæèìå (ìàêñèìàëü-

íûé ê.ï.ä. è äîñòàòî÷íîå óäàëåíèå îò ãðàíèöû ïîìïàæà), ðàñ÷åò-

íûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòà ðàñõîäà ïåðâîé ñòóïåíè

1ð

âûáè-

ðàþò íåñêîëüêî áîëüøå çíà÷åíèé

îïò

, ñíèæàÿ çíà÷åíèÿ

Ðèñ. 5. Àýðîäèíàìè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè ìîäåëüíîé

ñòóïåíè Ê-100-2ë ïðè èñõîäíûõ óãëàõ óñòàíîâêè

ëîïàòîê: u

= 125¼210 ì/ñ; Ò

â.ý.

=295 Ê;

âò. min

0, 5

r =

;

- - - -  ãðàíèöà óñòîé÷èâîé ðàáîòû ñòóïåíè

14 15

ñêîðîñòè è óìåíüøåíèåì ïëîùàäè ñå÷åíèé ëîïàòîê íà âòóëêå

âîçðàñòàþò íàïðÿæåíèÿ ðàñòÿæåíèÿ îò öåíòðîáåæíûõ ñèë è ïðî÷-

íîñòü ðàáî÷èõ ëîïàòîê ñíèæàåòñÿ.

Ïðîòî÷íàÿ ÷àñòü òèïà II ïî ñðàâíåíèþ ñ ïðîòî÷íîé ÷àñòüþ

òèïà I îáåñïå÷èâàåò áîëåå ïîëîãèå õàðàêòåðèñòèêè, áîëüøóþ

äëèíó ëîïàòîê ñðåäíèõ è ïîñëåäíèõ ñòóïåíåé è ïîçâîëÿåò óïðî-

ñòèòü èçãîòîâëåíèå ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà è óìåíüøèòü ðàäèàëü-

íûå ðàçìåðû ïîêîâêè ðîòîðà.

êîýôôèöèåíòîâ ðàñõîäà

ïîñëåäóþùèõ ñòóïåíåé íà 1...3% íà

êàæäóþ ñòóïåíü.

Ðàñïðåäåëåíèå

ïî òèïó III ïðèìåíÿþò, ÷òîáû îòîäâèíóòü

ãðàíèöó ïîìïàæà âëåâî â òåõ ñëó÷àÿõ, êîãäà ïîìïàæ îïðåäåëÿåò-

ñÿ óñëîâèÿìè ðàáîòû ïîñëåäíèõ ñòóïåíåé. Ýòîò òèï ðàñïðåäåëå-

íèÿ

èìååò îãðàíè÷åííîå ïðèìåíåíèå.

Ïðè ëþáîì ðàñïðåäåëåíèè

ïî ñòóïåíÿì íóæíî ñòðåìèòü-

ñÿ ê òîìó, ÷òîáû íà ðàñ÷åòíîì ðåæèìå íàèáîëüøåå ÷èñëî ñòóïå-

íåé êîìïðåññîðà ðàáîòàëî â çîíå, áëèçêîé ê ìàêñèìóìó ê.ï.ä.

1.7.Âûáîð òèïà ïðîòî÷íîé ÷àñòè

Âûáîð òèïà ïðîòî÷íîé ÷àñòè ïðîèçâîäèòñÿ â çàâèñèìîñòè îò

òðåáîâàíèé, ïðåäúÿâëÿåìûõ ê àýðîäèíàìè÷åñêèì ïîêàçàòåëÿì

êîìïðåññîðà, åãî ãàáàðèòàì, òåõíîëîãèè èçãîòîâëåíèÿ è îò òèïà

èñõîäíîé ìîäåëüíîé ñòóïåíè.

Â çàâèñèìîñòè îò õàðàêòåðà èçìåíåíèÿ íàðóæíîãî è âòóëî÷-

íîãî äèàìåòðîâ ïðîòî÷íûå ÷àñòè îñåâûõ êîìïðåññîðîâ ìîæíî

óñëîâíî ðàçäåëèòü íà òðè òèïà (ðèñ.6.):

òèï I D

H

=const, D

BT

≠const;

òèï II D

H

≠const, D

BT

=const;

òèï III D

H

≠const, D

BT

≠const.

Â ñòàöèîíàðíîì êîìïðåññîðîñòðîåíèè íàèáîëüøåå ðàñïðîñ-

òðàíåíèå ïîëó÷èëè ïðîòî÷íûå ÷àñòè ïåðâûõ äâóõ òèïîâ, òàê êàê

îíè òåõíîëîãè÷åñêè ïðîùå, ÷åì ïðîòî÷íàÿ ÷àñòü òèïà III.

Â ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà I ïîòîê èñêàæàåòñÿ ñëàáåå, íàïîð

ïîëó÷àåòñÿ âûøå è áîëüøèå çíà÷åíèÿ ê.ï.ä., ÷åì â ïðîòî÷íîé

÷àñòè òèïà II. Â ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà I ñðåçàþòñÿ íèæíèå áîëåå

òîëñòûå ñå÷åíèÿ ëîïàòîê, ÷òî ñïîñîáñòâóåò íåêîòîðîìó ïîâûøå-

íèþ ê.ï.ä. ñòóïåíåé. Â ýòîì ñëó÷àå óâåëè÷èâàåòñÿ ñðåäíèé äèà-

ìåòð ïðîòî÷íîé ÷àñòè è, ñëåäîâàòåëüíî, ñðåäíÿÿ îêðóæíàÿ ñêî-

ðîñòü, ÷òî ïðèâîäèò âìåñòå ñ íåêîòîðûì ïîâûøåíèåì ê.ï.ä. ê

óâåëè÷åíèþ ñðåäíåãî íàïîðà ñòóïåíåé è , êàê ñëåäñòâèå, ê óìåíü-

øåíèþ ÷èñëà ñòóïåíåé. Âìåñòå ñ òåì óâåëè÷åíèå ñðåäíåãî äèà-

ìåòðà ïðîòî÷íîé ÷àñòè âûçûâàåò óìåíüøåíèå äëèíû ëîïàòîê ñðåä-

íèõ è ïîñëåäíèõ ñòóïåíåé, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê óìåíüøåíèþ

ê.ï.ä. ýòèõ ñòóïåíåé. Â ñâÿçè ñ óâåëè÷åíèåì ñðåäíèé îêðóæíîé

Ðèñ. 6. Îñíîâíûå òèïû ïðîòî÷íûõ ÷àñòåé

îñåâûõ êîìïðåññîðîâ

16 17

1.9Ïðåäâàðèòåëüíîå îïðåäåëåíèå ê.ï.ä. ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà

Àäèàáàòíûé ê.ï.ä. ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà ìíîãîñòóïåí÷àòîãî

êîìïðåññîðà η

ËÀ

ìåíüøå àäèàáàòíîãî ê.ï.ä. îòäåëüíûõ ñòóïåíåé

âñëåäñòâèå ïîäâîäà òåïëîòû, âûäåëèâøåéñÿ â ðåçóëüòàòå ðàáîòû

ñèë òðåíèÿ â êàæäîé ñòóïåíè.

Îæèäàåìàÿ âåëè÷èíà ê.ï.ä. ëîïàòî÷íîãî àïïàðàòà îïðåäåëÿ-

åòñÿ ïî ôîðìóëå

ËÀ

ËÀ ñð

-1

ËÀ

(1)

−

Π−

η=η

Π−

(17)

1.8.Îïðåäåëåíèå ÷èñëà ñòóïåíåé êîìïðåññîðà

Èñõîäÿ èç ñðåäíèõ çíà÷åíèé êîýôôèöèåíòà íàïîðà ñòóïåíè

è ðàñ÷åòíîé îêðóæíîé ñêîðîñòè, îïðåäåëÿåòñÿ ñðåäíåå çíà÷åíèå

àäèàáàòíîãî íàïîðà ñòóïåíè â ïðîòî÷íîé ÷àñòè

ðñð

ñð.ñò ñð

=ψ

(12)

ãäå k

ψ

=0,94...0,98 ïîïðàâî÷íûé êîýôôèöèåíò. Áîëüøèå çíà-

÷åíèÿ k

ïðèíèìàþò äëÿ ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà I, ìåíüøèå - äëÿ

ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà II.

Çíà÷åíèÿ ψ

ñð

è u

ðñð

çàâèñÿò îò õàðàêòåðà èçìåíåíèÿ âåëè÷èí ψ

è u

âäîëü ïðîòî÷íîé ÷àñòè. Êîýôôèöèåíò íàïîðà (à òàêæå êî-

ýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ) èñõîäíîé ñòóïåíè èçìåíÿåòñÿ

ïî ïðîòî÷íîé ÷àñòè ïðè èçìåíåíèè êîýôôèöèåíòà ðàñõîäà è

ðàñ÷åòíîé îêðóæíîé ñêîðîñòè. Îáû÷íî ïðèíèìàþò

1ïîñë

ñð

ψ+ψ

ψ=

, (13)

ð1 ð2

ðñð

(14)

ãäå êîýôôèöèåíò íàïîðà è ðàñ÷åòíàÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü ψ

, u

ð1



ïåðâîé ñòóïåíè, ψ

ïîñë

, u

ð2

 ïîñëåäíåé ñòóïåíè.

Âåëè÷èíà ðàñ÷åòíîãî íàïîðà â ëîïàòî÷íîì àïïàðàòå

ðËÀ

ïðåâûøàåò ïîëó÷åííîå ðàíåå çíà÷åíèå íàïîðà

ËÀ

(6), òàê êàê

òåïëîòà òðåíèÿ, âûäåëÿåìàÿ â êàæäîé ñòóïåíè, ïðèâîäèò ê óâå-

ëè÷åíèþ ðàáîòû ñæàòèÿ â ïîñëåäóþùèõ ñòóïåíÿõ:

ð ËÀ ëà

=α

(15)

Âåëè÷èíà êîýôôèöèåíòà çàòðà÷åííîé ðàáîòû a íàõîäèòñÿ ïî

ãðàôèêó α=f(Π

) äëÿ k=1,4 (ðèñ.7).

×èñëî ñòóïåíåé êîìïðåññîðà

ðËÀ

ñðñò

(16)

Ðèñ. 7. Çàâèñèìîñòü êîýôôèöåíòà çàòðàòû ðàáîòû

α îò îòíîøåíèÿ äàâëåíèé â êîìïðåññîðå

∗

ïðè ïîêàçàòåëå àäèàáàòû k = 1,3¼1,66

18 19

Äëÿ ïîñëåäíåé ñòóïåíè ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà II

íïîñë âò1

ËÀ ïîñë ð2

πρ ϕ

(25)

Äëèíà ëîïàòêè íà âûõîäå èç ïîñëåäíåé ñòóïåíè

íïîñë âò1

ïîñë

−

(26)

Âåëè÷èíà ïåðèôåðèéíîé ïîäðåçêè

íïîñë ð1

ð1

∆=

(27)

Êîðíåâàÿ èëè ïåðèôåðèéíàÿ ïîäðåçêà íå äîëæíà ïðåâûøàòü

0, 2

∆=

. Åñëè âåëè÷èíà ïîäðåçêè áîëüøå äîïóñòèìîé, òî ìîæ-

íî èñïîëüçîâàòü íåñêîëüêî ñïîñîáîâ óìåíüøåíèÿ ïîäðåçêè è òåì

ñàìûì ïðèáëèçèòü õàðàêòåðèñòèêè ïîäðåçàííîé ñòóïåíè ê õà-

ðàêòåðèñòèêàì èñõîäíîé.

Äëÿ ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà I ìîæíî ïîëó÷èòü óìåíüøåíèå

êîðíåâîé ïîäðåçêè ïðè óìåíüøåíèè êîýôôèöèåíòà ðàñõîäà â

ïîñëåäíèõ ñòóïåíÿõ.

Äëÿ ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà II óìåíüøåíèå ïåðèôåðèéíîé ïîä-

ðåçêè äîñòèãàåòñÿ ïóòåì âûáîðà íîâîãî ðàñ÷åòíîãî äèàìåòðà D

ð2

âî âòîðîé ïîëîâèíå ñòóïåíåé. Òîãäà ïîäðåçêà ïîñëåäíåé ñòóïå-

íè ýòîé ãðóïïû áóäåò ðàâíà

íïîñë ð2

ð2

−

∆=

(28)

Òàê êàê âûáèðàåòñÿ D

ð2

<D

ð1

, òî ïîäðåçêà

∆

óìåíüøàåòñÿ.

Ïðè ýòîì óìåíüøàåòñÿ è ðàñ÷åòíàÿ îêðóæíàÿ ñêîðîñòü u

ð2

âî âòî-

ðîé ïîëîâèíå ñòóïåíåé, ÷òî ìîæåò ïðèâåñòè ê èçìåíåíèþ êî-

ýôôèöèåíòà íàïîðà è ê.ï.ä. èñõîäíîé ñòóïåíè. Â ìåñòå ñòûêîâ-

êè ãðóïï ñòóïåíåé ñ ðàçíûìè ðàñ÷åòíûìè äèàìåòðàìè äëÿ

îáåñïå÷åíèÿ ðàñ÷åòíûõ óñëîâèé âõîäà ïîòîêà íà ðàáî÷åå êîëåñî

äîëæåí óñòàíàâëèâàòüñÿ ñïåöèàëüíûé ïðîìåæóòî÷íûé íàïðàâ-

ëÿþùèé àïïàðàò (â ñòóïåíÿõ ñî ñòåïåíüþ ðåàêòèâíîñòè Ω

ò

=0,7

òàêîé àïïàðàò ìîæåò íå óñòàíàâëèâàòüñÿ).

Ïåðèôåðèéíàÿ ïîäðåçêà â ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà II ñíèæàåò-

ñÿ òàêæå ïðè óìåíüøåíèè êîýôôèöèåíòà ðàñõîäà â ïîñëåäíèõ

ãäå

ñð

−+η

(18) è â ïåðâîì ïðèáëèæåíèè ñðåäíåå çíà÷å-

íèå ê.ï.ä. ñòóïåíè

1ïîñë

ñð

η+η

η=

(19)

1.10.Îïðåäåëåíèå äëèíû ëîïàòêè ïåðâîé è ïîñëåäíåé ñòóïåíåé

Äëèíà ëîïàòêè ïåðâîé ñòóïåíè îïðåäåëÿåòñÿ ïî èçâåñòíûì

íàðóæíîìó è âòóëî÷íîìó äèàìåòðàì ïåðâîé ñòóïåíè:

íâò

(20)

ãäå D

í1

=D

(7),

âò í

DrD

Ïëîòíîñòü âîçäóõà çà ïîñëåäíåé ñòóïåíüþ ðàâíà

ËÀ

***

ËÀ

ïîñë ËÀ 1

()

−

ρ=ρ=ρ

(21)

ãäå ïëîòíîñòü âîçäóõà ïåðåä ïåðâîé ñòóïåíüþ

ρ=

Äëÿ ïîñëåäíåé ñòóïåíè ïðîòî÷íîé ÷àñòè òèïà I

âò2 í1

ËÀ ïîñë 1

πρ ϕ

(22)

Äëèíà ëîïàòêè íà âûõîäå èç ïîñëåäíåé ñòóïåíè

í1 âò2

ïîñë

. (23)

Âåëè÷èíà êîðíåâîé ïîäðåçêè

∆−

âò2

âò âò ìîä

ð1

(24)

ãäå ðàñ÷åòíûé äèàìåòð D

p1

=D

í1