Проектирование промышленного центробежного компрессора

Расчет зацепления выполняется для косозубых шестернь при задании частоты вращения (n 2 принимаемое равным 3000 или 1500 об/мин) и числа зубьев шестерни (z 1 из ряда чисел: 17, 19, 20, 23, 25, 27, 29, 31, 33) ведущего вала, согласно схеме зацепления и принятого условного обозначения величин (см. рис. 2).

3-я ступень 2 -я

Вид А

n 3, w 3, z 3 n 2, w 2, z 2 n1, w 1, z 1

4-я ступень 1-я

А

a w 2 a w 1

Рис. 2. Схема зубчатого зацепления.

Для выполнения расчета воспользуемся значениями величин, полученные в предыдущем подразделе (расчет компрессора на ЭВМ): частоты вращения ведомых роторов (n1=6837.22 об/мин и n3=11049.85 об/мин), а также зададимся значением частоты вращения ведущего ротора (n 2 = 3000 об/мин) и числа зубьев (z 1 = 141).

Передаточное число зацепления первого и второго роторов:

Число зубьев второго ротора:

Полученное значения числа зубьев необходимо округлить до ближайшего целого значения, т. е. число зубьев второго ротора примем равным 321.

Определим значение межцентрового расстояния между первым и вторым роторами, при этом значение модуля зацепления (m) принимаем из предела чисел 2…5 мм (m = 4), а значение угла наклона зубьев (b) равным 20 градусам:

Округлим значение величины межцентрового расстояния до целого кратного пяти, и переопределим значение угла наклона зубьев шестерни относительно округленного значения равное 985 мм. Затем уточним значение угла наклшона зубьев (b):

Передаточное число зацепления второго и третьего роторов:

Число зубьев второго ротора:

Определим значение межцентрового расстояния между вторым и третьем роторами, при этом значение модуля зацепления и значение угла наклона зубьев задаются из предыдущего расчета (m = 4, b = 20,2):

Округлим значение величины межцентрового расстояния до значения равное 870 мм, и переопределим значение угла наклона зубьев шестерни:

Среднее арифметическое значение угла наклона зубьев шестернь равное 20,342 окажет погрешность на определение значений межцентровых расстояний между роторами менее 2 процентов, что является допустимым.

Определим диаметры делительной окружности шестернь как

Диаметры вершин зубьев:

Диаметры впадин зубьев:



Ширина шестернь:

При проектировании двухвального ЦК, и, вчастности, зубчатого зацепления необходимо обеспечить чтобы сумма найденных межцентровых расстояний зубчатой передачи превышала сумму радиальных размеров ступеней: радиальный размер улиток, соответствующий некоторому значению угла, при котором улитка максимально близко подступает к оси второго ротора (Rj); толщина стенки улиток (принимается равным 20 мм); размещение дополнительных элементов на втором валу (упорный подшипник, кожух и др. - принимается равным 150…200 мм). Определение габаритных размеров двухвального ЦК осуществляется относительно оптимального расположения улиток (см. рис. 2): улитка первой ступени (третий ротор) располагается так, чтобы минимально возможно приближаться к оси второго ротора (радиальный размер R 180) и иметь наиболее простое расположение по направлению выхода газа. При этом по расположению улитки, выходу газа, определяется направление вращение ротора с третьего по первый; расположение остальных улиток осуществляется с учетом определенного направления вращения роторов.



270

180 360

90

R 180 R 360

Рис. 3. Схема расположения улиток.

Условие по допустимым конструкционным размерам:

Т. е. значение радиального размера можно принимать относительно различной схемы расположения ступеней ЦК (см. рис. 1). Этот выбор, расположение третьей и четвертой ступеней, осуществляют исходя из более простого размещения соединяющего патрубка между второй и третьей ступенями, а так же исходя из значения величины радиального размера улитки выбранной ступени, соответствующий 360 градусам (R 360).

Указанные радиальные размеры принимаются по следующим рекомендациям:

первая ступень



вторая ступень

третья ступень

четвертая ступень



Проверим условие по допустимым конструкционным размерам относительно схемы расположения ступеней: первая и четвертая, вторая и третья:

Разница значений составляет 69.35 мм. Условие выполнено.

Для безаварийной работы шестернь необходимо чтобы выполнялось условие о допустимом значении окружной скорости в зацеплении (проверку осуществляют для самого быстроходного ротора - первого ротора):

Условие безаварийной работы шестерни не выполняется.

Зададимся значением частоты вращения ведущего ротора (n 2 = 1500 об/мин) и числом зубьев (z 1 = 85).

Передаточное число зацепления первого и второго роторов:

Число зубьев второго ротора:

Полученное значения числа зубьев необходимо округлить до ближайшего целого значения, т. е. число зубьев второго ротора примем равным 387.

Определим значение межцентрового расстояния между первым и вторым роторами, при этом значение модуля зацепления (m) принимаем из предела чисел 2…5 мм (m = 4), а значение угла наклона зубьев (b) равным 20 градусам:

Округлим значение величины межцентрового расстояния до целого кратного пяти, и переопределим значение угла наклона зубьев шестерни относительно округленного значения равное 965 мм. Затем уточним значение угла наклшона зубьев (b):

Передаточное число зацепления второго и третьего роторов:

Число зубьев второго ротора:

Полученное значения числа зубьев необходимо округлить до ближайшего целого значения, т. е. число зубьев второго ротора примем равным 88.

Определим значение межцентрового расстояния между вторым и третьем роторами, при этом значение модуля зацепления и значение угла наклона зубьев задаются из предыдущего расчета (m = 4, b = 20,14 ):

Округлим значение величины межцентрового расстояния до значения равное 1030 мм, и переопределим значение угла наклона зубьев шестерни:

Среднее арифметическое значение угла наклона зубьев шестернь равное 20,06 окажет погрешность на определение значений межцентровых расстояний между роторами менее 0,3 процента, что является допустимым.

Определим диаметры делительной окружности шестернь как



Диаметры вершин зубьев:

Диаметры впадин зубьев:

Ширина шестернь:

Проверим условие по допустимым конструкционным размерам относительно схемы расположения ступеней: первая и четвертая, вторая и третья:

Разница значений составляет 73,625 мм. Условие выполнено.

Для безаварийной работы шестернь необходимо чтобы выполнялось условие о допустимом значении окружной скорости в зацеплении (проверку осуществляют для самого быстроходного ротора - первого ротора):

Условие безаварийной работы шестерни выполняется.

Данная схема позволяет при допустимых конструкционных размерах минимально снизить длину межступенчатых коммуникаций, тем самым сократить потери на трения в них.

1.5 Оптимизационный расчет ступени компрессора на ЭВМ

Возможности упрощенной математической модели по оптимизации проточной части ступеней довольно большие - оптимизируются все меридиональные размеры проточной части, диффузорности лопаточных решеток и числа лопаток. Несмотря на большое количество определяющих параметров, простота модели и маленький объем расчетов по одному варианту позволили построить циклы последовательного поиска оптимального решения направленным перебором вариантов.

В общих чертах оптимизация сводится к обеспечению диффузорности рабочего колеса (обозначение в распечатке - WT) и направляющего аппарата (Cd) в рекомендованных пределах (Wрк = (0,55) 0,6…0,75 (0,85); Сна > 0,5…0,48 (0,45)), числа лопаток (РК - Zim и НА - Zvd) - некоторое четное значение (12…28 (30) для рабочих колес и 10…22(24) для направляющего аппарата), при задании значений угла выхода потока (AL2) из предела чисел более (13) 14…20 градусов; нагрузки РК (DWim) в пределах 0,22…0,32 (0,35) и НА (DCvd) - 0,15…0,25; D 3 = (1,1…1,2) D 2; D 4 = (1,35…1,45) D 2.

Stage # 1

**** Input data ****

F = .100E+00

PSIt = .725E+00

Mu = .865E+00

K = .140E+01

Reu = .193E+08

Dhb = .250E+00

DELim = .120E-01

DELvd = .150E-01

NUscr = .270E+03

Kp = .450E+00

Stage exit - Scroll

Impeller - 3D

Diffuser - VD

**** Optimization parameters *****

Ad = .960E+00-

AL2 = .290E+02-

DWim = .264E+00-

DCvd = .248E+00-

DAL34 = .100E+02-

B3/B2 = .100E+01-

D3 = .120E+01-

D4 = .150E+01-

******* Calculation rezults ********

+------------------+------------------+------------------+

| Impeller | Diffuser | Scroll |

+------------------+------------------+------------------+

| Stage's geometry parameters |

| D1= .588E+00 | D3= .120E+01 | D180= .168E+01 |

| D0= .588E+00 | D4= .150E+01 | D360= .168E+01 |

| B1= .169E+00 | B3= .502E-01 | Ds180= .388E+00 |

| B2= .502E-01 | B4= .502E-01 | Ds360= .549E+00 |

| BT1'= .347E+02 | AL3'= .296E+02 | AL4= .396E+02 |

| BT2'= .570E+02 | AL4'= .396E+02 | NUscr= .270E+03 |

| Zim= .180E+02 | Zvd= .190E+02 |------------------|

| WT= .705E+00 | Cd= .535E+00 |------------------|

| BTbl1= .367E+02 | ALbl3= .277E+02 | ALscr= .388E+02 |

| BTbl2= .771E+02 | ALbl4= .426E+02 |------------------|

| Rblim=---------- | Rblvd= .476E+01 |------------------|

| flow rates in control planes |

| F0= .352E+00 | F2= .402E+00 | F4= .230E+00 |

| F1= .352E+00 | F3= .335E+00 | F180= .460E+00 |

| F1'= .408E+00 | F3'= .343E+00 | F360= .230E+00 |

| F2'= .423E+00 | F4'= .237E+00 |------------------|

| efficiency losses in elements |

| dETim= .303E-01 | dETvd= .243E-01 | dETsc= .495E-01 |

| dETin= .000E+00 | dETvl= .215E-01 |------------------|

| loss coefficients of elements |

| Sim= .858E-01 | Svd= .698E-01 | Sscr= .531E+00 |

| Sin= .000E+00 | Svl= .454E-01 |------------------|

+------------------+------------------+------------------+

Disk friction coefficient, BETfr= .705E-02

Disk leakage coefficient, BETlk= .416E-02

Disk leakage-friction coefficient, BETim= .112E-01

Polytropic efficiency 2-2, ETA(0-2)= .959

Polytropic efficiency 4-4, ETA(0-4)= .914

Polytropic efficiency, ETA= .865

*** Stage performances ***

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| N | F | ETA | PSIi | PSIp | Pi | KN | Kn |

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| 1| .0830| .8348| .7668| .6401| 1.8295| .0636| .4026|

| 2| .0880| .8500| .7568| .6433| 1.8364| .0666| .4130|

| 3| .0930| .8613| .7469| .6433| 1.8378| .0695| .4245|

| 4| .0980| .8662| .7371| .6384| 1.8307| .0722| .4383|

| 5| .1000| .8658| .7331| .6347| 1.8249| .0733| .4447|

| 6| .1050| .8571| .7233| .6200| 1.8009| .0760| .4638|

| 7| .1100| .8393| .7136| .5989| 1.7664| .0785| .4872|

| 8| .1150| .8175| .7039| .5755| 1.7287| .0809| .5133|

| 9| .1200| .7908| .6942| .5490| 1.6868| .0833| .5431|

| 10| .1250| .7551| .6846| .5169| 1.6371| .0856| .5799|

| 11| .1300| .7053| .6717| .4738| 1.5722| .0873| .6314|

| 12| .1350| .6037| .6453| .3896| 1.4526| .0871| .7451|

| 13| .1390| .2491| .5948| .1482| 1.1537| .0827| 1.5610|

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

Stage # 2

**** Input data ****

F = .589E-01

PSIt = .705E+00

Mu = .853E+00

K = .140E+01

Reu = .327E+08

Dhb = .250E+00

DELim = .120E-01

DELvd = .150E-01

NUscr = .270E+03

Kp = .450E+00

Stage exit - Scroll

Impeller - 3D

Diffuser - VD

**** Optimization parameters *****

Ad = .960E+00-

AL2 = .240E+02-

DWim = .282E+00-

DCvd = .239E+00-

DAL34 = .100E+02-

B3/B2 = .100E+01-

D3 = .120E+01-

D4 = .150E+01-

******* Calculation rezults ********

+------------------+------------------+------------------+

| Impeller | Diffuser | Scroll |

+------------------+------------------+------------------+

| Stage's geometry parameters |

| D1= .511E+00 | D3= .120E+01 | D180= .163E+01 |

| D0= .511E+00 | D4= .150E+01 | D360= .163E+01 |

| B1= .130E+00 | B3= .374E-01 | Ds180= .335E+00 |

| B2= .374E-01 | B4= .374E-01 | Ds360= .474E+00 |

| BT1'= .345E+02 | AL3'= .251E+02 | AL4= .351E+02 |

| BT2'= .483E+02 | AL4'= .351E+02 | NUscr= .270E+03 |

| Zim= .180E+02 | Zvd= .190E+02 |------------------|

| WT= .715E+00 | Cd= .506E+00 |------------------|

| BTbl1= .365E+02 | ALbl3= .236E+02 | ALscr= .343E+02 |

| BTbl2= .692E+02 | ALbl4= .381E+02 |------------------|

| Rblim=---------- | Rblvd= .250E+01 |------------------|

| flow rates in control planes |

| F0= .296E+00 | F2= .314E+00 | F4= .183E+00 |

| F1= .296E+00 | F3= .262E+00 | F180= .366E+00 |

| F1'= .351E+00 | F3'= .275E+00 | F360= .183E+00 |

| F2'= .331E+00 | F4'= .189E+00 |------------------|

| efficiency losses in elements |

| dETim= .272E-01 | dETvd= .233E-01 | dETsc= .403E-01 |

| dETin= .000E+00 | dETvl= .253E-01 |------------------|

| loss coefficients of elements |

| Sim= .998E-01 | Svd= .757E-01 | Sscr= .537E+00 |

| Sin= .000E+00 | Svl= .599E-01 |------------------|

+------------------+------------------+------------------+

Disk friction coefficient, BETfr= .112E-01

Disk leakage coefficient, BETlk= .613E-02

Disk leakage-friction coefficient, BETim= .173E-01

Polytropic efficiency 2-2, ETA(0-2)= .956

Polytropic efficiency 4-4, ETA(0-4)= .908

Polytropic efficiency, ETA= .869

*** Stage performances ***

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| N | F | ETA | PSIi | PSIp | Pi | KN | Kn |

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| 1| .0477| .8267| .7609| .6291| 1.7833| .0363| .3092|

| 2| .0507| .8438| .7493| .6322| 1.7900| .0380| .3174|

| 3| .0536| .8573| .7377| .6324| 1.7918| .0395| .3264|

| 4| .0565| .8664| .7263| .6293| 1.7881| .0411| .3366|

| 5| .0589| .8694| .7172| .6235| 1.7798| .0422| .3459|

| 6| .0618| .8657| .7059| .6111| 1.7609| .0437| .3598|

| 7| .0648| .8540| .6947| .5933| 1.7333| .0450| .3765|

| 8| .0677| .8391| .6836| .5736| 1.7033| .0463| .3949|

| 9| .0707| .8213| .6725| .5523| 1.6711| .0475| .4150|

| 10| .0736| .7993| .6614| .5287| 1.6359| .0487| .4377|

| 11| .0766| .7720| .6504| .5021| 1.5970| .0498| .4639|

| 12| .0795| .7346| .6394| .4697| 1.5504| .0508| .4970|

| 13| .0825| .6837| .6285| .4297| 1.4944| .0518| .5411|

| 14| .0854| .6066| .6176| .3746| 1.4200| .0527| .6103|

| 15| .0883| .4582| .6067| .2780| 1.2977| .0536| .7764|

| 16| .0895| .3341| .6023| .2012| 1.2078| .0539| .9958|

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

Stage # 3

**** Input data ****

F = .800E-01

PSIt = .715E+00

Mu = .853E+00

K = .140E+01

Reu = .369E+08

Dhb = .250E+00

DELim = .120E-01

DELvd = .150E-01

NUscr = .270E+03

Kp = .450E+00

Stage exit - Scroll

Impeller - 3D

Diffuser - VD

**** Optimization parameters *****

Ad = .960E+00-

AL2 = .270E+02-

DWim = .272E+00-

DCvd = .246E+00-

DAL34 = .100E+02-

B3/B2 = .100E+01-

D3 = .120E+01-

D4 = .150E+01-

******* Calculation rezults ********

+------------------+------------------+------------------+

| Impeller | Diffuser | Scroll |

+------------------+------------------+------------------+

| Stage's geometry parameters |

| D1= .553E+00 | D3= .120E+01 | D180= .166E+01 |

| D0= .553E+00 | D4= .150E+01 | D360= .166E+01 |

| B1= .152E+00 | B3= .442E-01 | Ds180= .364E+00 |

| B2= .442E-01 | B4= .442E-01 | Ds360= .515E+00 |

| BT1'= .347E+02 | AL3'= .279E+02 | AL4= .379E+02 |

| BT2'= .534E+02 | AL4'= .379E+02 | NUscr= .270E+03 |

| Zim= .180E+02 | Zvd= .190E+02 |------------------|

| WT= .710E+00 | Cd= .524E+00 |------------------|

| BTbl1= .367E+02 | ALbl3= .262E+02 | ALscr= .371E+02 |

| BTbl2= .739E+02 | ALbl4= .409E+02 |------------------|

| Rblim=---------- | Rblvd= .356E+01 |------------------|

| flow rates in control planes |

| F0= .328E+00 | F2= .364E+00 | F4= .211E+00 |

| F1= .328E+00 | F3= .304E+00 | F180= .422E+00 |

| F1'= .384E+00 | F3'= .316E+00 | F360= .211E+00 |

| F2'= .384E+00 | F4'= .217E+00 |------------------|

| efficiency losses in elements |

| dETim= .279E-01 | dETvd= .228E-01 | dETsc= .449E-01 |

| dETin= .000E+00 | dETvl= .218E-01 |------------------|

| loss coefficients of elements |

| Sim= .882E-01 | Svd= .690E-01 | Sscr= .526E+00 |

| Sin= .000E+00 | Svl= .484E-01 |------------------|

+------------------+------------------+------------------+

Disk friction coefficient, BETfr= .788E-02

Disk leakage coefficient, BETlk= .489E-02

Disk leakage-friction coefficient, BETim= .128E-01

Polytropic efficiency 2-2, ETA(0-2)= .960

Polytropic efficiency 4-4, ETA(0-4)= .916

Polytropic efficiency, ETA= .871

*** Stage performances ***

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| N | F | ETA | PSIi | PSIp | Pi | KN | Kn |

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| 1| .0664| .8381| .7601| .6371| 1.7966| .0505| .3614|

| 2| .0704| .8541| .7495| .6401| 1.8030| .0528| .3708|

| 3| .0744| .8654| .7389| .6394| 1.8032| .0550| .3815|

| 4| .0784| .8715| .7283| .6347| 1.7968| .0571| .3938|

| 5| .0800| .8719| .7241| .6314| 1.7919| .0579| .3993|

| 6| .0840| .8666| .7137| .6185| 1.7720| .0599| .4156|

| 7| .0880| .8521| .7033| .5992| 1.7419| .0619| .4356|

| 8| .0920| .8343| .6929| .5781| 1.7094| .0638| .4575|

| 9| .0960| .8128| .6826| .5548| 1.6740| .0655| .4820|

| 10| .1000| .7859| .6723| .5284| 1.6344| .0672| .5103|

| 11| .1040| .7504| .6621| .4969| 1.5881| .0689| .5449|

| 12| .1080| .7021| .6519| .4577| 1.5320| .0704| .5906|

| 13| .1120| .6345| .6417| .4071| 1.4623| .0719| .6566|

| 14| .1160| .3785| .6031| .2283| 1.2387| .0700| 1.0313|

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

Stage # 4

**** Input data ****

F = .464E-01

PSIt = .700E+00

Mu = .853E+00

K = .140E+01

Reu = .636E+08

Dhb = .250E+00

DELim = .120E-01

DELvd = .150E-01

NUscr = .270E+03

Kp = .450E+00

Stage exit - Scroll

Impeller - 3D

Diffuser - VD

**** Optimization parameters *****

Ad = .960E+00-

AL2 = .215E+02-

DWim = .287E+00-

DCvd = .233E+00-

DAL34 = .100E+02-

B3/B2 = .100E+01-

D3 = .120E+01-

D4 = .150E+01-

******* Calculation rezults ********

+------------------+------------------+------------------+

| Impeller | Diffuser | Scroll |

+------------------+------------------+------------------+

| Stage's geometry parameters |

| D1= .481E+00 | D3= .120E+01 | D180= .162E+01 |

| D0= .481E+00 | D4= .150E+01 | D360= .162E+01 |

| B1= .116E+00 | B3= .334E-01 | Ds180= .316E+00 |

| B2= .334E-01 | B4= .334E-01 | Ds360= .447E+00 |

| BT1'= .343E+02 | AL3'= .227E+02 | AL4= .327E+02 |

| BT2'= .442E+02 | AL4'= .327E+02 | NUscr= .270E+03 |

| Zim= .180E+02 | Zvd= .190E+02 |------------------|

| WT= .717E+00 | Cd= .488E+00 |------------------|

| BTbl1= .363E+02 | ALbl3= .214E+02 | ALscr= .319E+02 |

| BTbl2= .650E+02 | ALbl4= .357E+02 |------------------|

| Rblim=---------- | Rblvd= .201E+01 |------------------|

| flow rates in control planes |

| F0= .273E+00 | F2= .276E+00 | F4= .162E+00 |

| F1= .273E+00 | F3= .230E+00 | F180= .323E+00 |

| F1'= .329E+00 | F3'= .244E+00 | F360= .162E+00 |

| F2'= .291E+00 | F4'= .167E+00 |------------------|

| efficiency losses in elements |

| dETim= .263E-01 | dETvd= .240E-01 | dETsc= .352E-01 |

| dETin= .000E+00 | dETvl= .284E-01 |------------------|

| loss coefficients of elements |

| Sim= .108E+00 | Svd= .819E-01 | Sscr= .526E+00 |

| Sin= .000E+00 | Svl= .702E-01 |------------------|

+------------------+------------------+------------------+

Disk friction coefficient, BETfr= .126E-01

Disk leakage coefficient, BETlk= .734E-02

Disk leakage-friction coefficient, BETim= .199E-01

Polytropic efficiency 2-2, ETA(0-2)= .955

Polytropic efficiency 4-4, ETA(0-4)= .903

Polytropic efficiency, ETA= .869

*** Stage performances ***

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| N | F | ETA | PSIi | PSIp | Pi | KN | Kn |

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

| 1| .0376| .8240| .7597| .6260| 1.7784| .0286| .2755|

| 2| .0399| .8413| .7475| .6288| 1.7846| .0298| .2829|

| 3| .0422| .8554| .7354| .6290| 1.7865| .0311| .2909|

| 4| .0445| .8652| .7235| .6259| 1.7829| .0322| .2999|

| 5| .0464| .8692| .7140| .6206| 1.7753| .0331| .3081|

| 6| .0487| .8674| .7022| .6091| 1.7580| .0342| .3201|

| 7| .0510| .8580| .6905| .5925| 1.7325| .0352| .3345|

| 8| .0534| .8456| .6789| .5740| 1.7045| .0362| .3503|

| 9| .0557| .8306| .6673| .5542| 1.6747| .0372| .3674|

| 10| .0580| .8122| .6558| .5326| 1.6425| .0380| .3863|

| 11| .0603| .7897| .6443| .5088| 1.6076| .0389| .4077|

| 12| .0626| .7601| .6329| .4810| 1.5675| .0396| .4333|

| 13| .0650| .7216| .6215| .4485| 1.5214| .0404| .4651|

| 14| .0673| .6649| .6101| .4057| 1.4625| .0411| .5103|

| 15| .0696| .5746| .5988| .3441| 1.3811| .0417| .5872|

| 16| .0719| .3191| .5875| .1875| 1.1927| .0423| .9413|

+---+--------+--------+--------+--------+--------+--------+--------+

**** New stages Diameters and rotation Speeds ****

Rotor # 1

D2( 1)= .8415 m U2( 1)=297.6 m/s

D2( 2)= .8415 m U2( 2)=297.6 m/s

Rotor # 2

D2( 1)= .5488 m U2( 1)=297.6 m/s

D2( 2)= .5488 m U2( 2)=297.6 m/s

**** Design Point Parameters ****

Efficiency, ETC= .7513

Pressure ratio, Pi= 9.4129

1.6 Расчет КПД одной ступени компрессора

По заданным безразмерным параметрам ступени и выбранным параметрам оптимизации приведенный ниже алгоритм позволяет определить размеры ступени, рассчитать треугольники скоростей, коэффициенты потерь, эффективность ступени в целом.

1.6.1 Расчет осерадиального колеса

Расчет выполняется относительно данных оптимизации:относительная толщина лопатки (dрк) - 0,012; коэффициент теоретического напора (y т) - 0,71; условный коэффициент расхода (Ф) - 0,09; условное число Маха (М u) - 0,872; средняя нагрузка на лопатку (DW ' ) - 0,6; угол выхода потока из РК (a 2) - 29 градусов; число Ренольдса (Re u) - 1.95*107 ; политропный КПД (h п) - 0,870 втулочное отношение (D вт) - 0,25.

Коэффициент стеснения на входе в РК:

Коэффициент расхода на входе, определяемый из условия минимума относительной скорости:

Коэффициент сжимаемости, учитывающий изменение плотности на входе по сравнению с плотностью по параметрам торможения:



Относительный наружный диаметр входа из условия минимума скорости на входе в РК:

Относительная скорость на входе в РК:

Относительная скорость на входе в РК на для расчета количества лопаток РК:

Коэффициент расхода на выходе из РК:

Коэффициент стеснения на выходе РК:



Коэффициент расхода на выходе с учетом стеснения:

Относительная скорость на выходе из колеса с учетом стеснения и выходного треугольника скоростей:

Среднее замедление потока:

Среднее замедление потока по параметрам на :

Для дальнейших расчетов определим значения углов потока в относительном движениии и синус среднего угла:



Значение углов потока в относительном движении по параметрам на :

Показатель политропного процесса сжатия в колесе и ступени:



Коэффициент сжимаемости на выходе из колеса:

Относительная высота лопатки на выходе из РК:

Относительная высота лопатки на входе в РК:

Средняя высота лопатки:

Условная безразмерная скорость:

Максимальная безразмерная скорость на профиле:



Согласно принятой физической модели значение lmax определяет отрицательное влияние сжимаемости на эффективность лопаточных решеток. Максимальная скорость на профиле принята равной скорости на входе в РК с учетом стеснения плюс половина нагрузки на лопатки.

Протяженность образующей средней по высоте лопатки поверхности тока:

Число лопаток РК:

Отношение l/b:

Отношение l/b в радиальном направлении:

Физическое число Рейнольдса:

Отношение длины лопатки к среднему расстоянию между лопатками по нормали:

Условное число Россби на поверхности разряжения (задней) лопатки:

Условное число Россби на стороне давления (передней стороне лопатки):

Отношение скоростей на передней поверхности лопатки:

Отношение скоростей на задней поверхности лопатки:

Для дальнейшего расчета опишем значения поправочных коэффициентов: х1 = 7,5; х2 = -3; х3 = 0,5; х4 = 3; х5 = 0,000033; х6 = -7; х7 = 0,7; х8 = 1; х9 = 0,01; х10 = -0,05; х11 = 1,3; х12 = 0,5; х13 = 2,6; х14 = 3; х15 = 2,25; х16 = 850; х17 = -2,5; х18 = 0,0075; х19 = 0,25; х20 = -1; х21 = 3,5.

Коэффициент пространственности, учитывающий рост профильных потерь из-за различий в условиях обтекания по высоте цилиндрических лопаток:

Коэффициент сжимаемости, учитывающий рост потерь из-за проявления сжимаемости потока:

Коэффициент, учитывающий влияние замедления потока на профильные потери на передней поверхности лопатки:

При этом если Ап < 0,45, то используется первая формула, если больше 0,45, то вторая формула, если Ап отрицательно, то коэффициент принимается равным нулю.

Коффициент для задней поверхности лопатки с анологичным условием по формуле расчета:

Коэффициенты, учитывающие влияние нормальных сил инерции и чисел Ro на профильные потери:



Коэффициенты, учитывающие влияние замедления и чисел Ro на профильные потери:

Коэффициент силы сопративления трения:

Коэффициенты силы профильного сопративления, учитывающие трение, замедление потока и влияние нормальных сил инерции:

Коэффициент, учитывающий влияние сдвиговго характера течения и продольного изменения скорости на потери на ограничивающих поверхностях:

Коэффициент силы сопративления на ограничивающих поверхностях:

Среднеарифметические скорости вдоль задней и передней поверхностей лопаток:

Коэффициент потерь на ограничивающих поверхностях и коэффициент профильных потерь:

Коэффициент кромочных потерь в предположении о мгновенном растекании потока при выходе из канала в пространство не заграможденное лопатками:

Коэффициент гидравлических потерь в канале:

Сумма коэффициентов дискового трения и внутренних протечек:

Потери гидрвлического КПД в РК:

КПД колеса с учетом гидравлических и щелевых потерь:

Абсолютная скорость на выходе из колеса:

Безразмерная скорость на выходе из колеса:

Коэффициент сжимаемости в ступени:

Коэффициент неравномерности потока:

1.6.2 Расчет безлопаточного участка лопаточного диффузора

Параметры для безлопаточного участка диффузора:



Потеря КПД в безлопаточном участке ЛД с учетом неравномерности потока (Кн):

Потери КПД от внезапного расширения:

Суммарные потери безлопаточного участка ЛД:

Расчет лопаточного диффузора

Расчет выполняется относительно данных оптимизации: относительная толщина лопатки (dлд) - 0,015; коэффициент расхода (Ф) - 0,09; относительный внутренний диаметр (D 3) - 1,15; относительный наружный диаметр (D 4) - 1,5; конфузорность канала (Сd) - 0,508; средняя нагрузка на лопатку (DС) - 0,21, относительная высота лопатки на выходе из НА (b 4) - 0,0459.

Высота лопаток диффузора:

Коэффициент расхода при входе на лопатки диффузора:

Скорость потока при входе на лопатки диффузора:

Коэффициент расхода на выходе из диффузора:

Скорость потока на выходе из диффузора:

Окружная составляющая скорости:

Безразмерная циркуляция скорости на лопатках диффузора:



Коэффициент стеснения на входе и выходе диффузора:

Скорость потока на выходе из РК:

Коэффициент расхода при входе на лопатки диффузора с учетом стеснения:

Скорость потока при входе на лопатки диффузора с учетом стеснения:



Угол входа потока на лопатки диффузора с учетом стеснения:

Параметры потока на выходе из диффузора с учетом стеснения:

Число лопаток дифузора:

Относительная протяженность косого среза на выходе диффузора:

Относительные геометрические параметры лопаточного диффузора (ЛД):

Число Рейнольдса:

Число Россби на задней стороне лопаток диффузора:

Число Россби на передней стороне лопаток диффузора:

Отношение скоростей на передней и задней сторонах лопаток диффузора:

Максимальная безразмерная скорость на профиле:

Коэффициент пространственности:

Коэффициент, учитывающий влияние замедления потока на профильные потери передней поверхности лопаток:

При этом если Ап < 0,45, то используется первая формула, если больше 0,45, то вторая формула, если Ап отрицательно, то коэффициент принимается равным нулю.



Коэффициент для задней поверхности лопатки c аналогичным условием по формуле расчета:

Коэффициенты, учитывающие влияние нормальных сил инерции и чисел Ro на профильные потери:

Коэффициенты, учитывающие влияние замедления и чисел Ro на профильные потери:

Коэффициент силы сопративления трения:

Коэффициенты силы профильного сопративления, учитывающий трение, замедление потока и влияние нормальных сил инерции:

Коэффициент, учитывающий влияние сдвиговго характера течения и продольного изменения скорости на потери на ограничивающих поверхностях:

Коэффициент силы сопративления на ограничивающих поверхностях:

Среднеарифметические скорости вдоль задней и передней поверхностей лопаток:

Коэффициент потерь на ограничивающих поверхностях и коэффициент профильных потерь:

Коэффициент кромочных потерь в предположении о мгновенном растекании потока при

выходе из канала в пространство не заграможденное лопатками:

Коэффициент сжимаемости:

Коэффициент гидравлических потерь в канале:



Потери гидравлического КПД в ЛД:

1.7 Расчет улиток компрессора

Определение конструктивных параметров несоосных (свернутых набок) улиток круглого сечения представляет собой построение графиков зависимости аналетически найденного центрального угла (q) от произвольно заданных значений радиуса сечения улитки (r), и от радиуса середины сечения (Rц), а так же определение по полученным зависимостям значений радиусов сечений и радиусов центра сечений для интересующих нас значений углов (30, 45, 90, 180, 270, 360) [3].

Расчет ведется по закону R Cu = const.

1.7.1 Расчет улитки первой ступени

Расчет конструктивных параметров выполняется относительно следующих данных оптимизации первой ступени компрессора:

абсолютное значение наружного диаметра рабочего колеса () - 0,838м;

относительный наружный диаметр диффузора () -1,5;

относительная высота канала на входе в улитку () - 0,0459;

угол входа потока в улитку (a 5 = a 4) - 39.9 град.

В качестве примера расчета представим определение конструктивных параметров улитки после первой ступени на заданном радиусе, равным 0,025 м:

Для начала расчета необходимо задаться законом изменения величины Rц, исходя из конструктивных соображений:

Определим значение центрального угла (q):

где С - величина определяемая как

Подобным образом осуществляем расчет центрального угла для остальных произвольно заданных значений радиуса сечений. Далее на основании рассчитанных данных строим указанные графики (см. рис.4) и определяем значения r и Rц для значений q принимаемый по очередно значения 30, 45, 90, 180, 270, 360 градусов.

Результат графоаналитического расчета сводим в обобщенную таблицу (табл.5).

Таблица 5. Расчёт улитки первой ступени

r	м	0,025	0,051	0,077	0,103	0,129	0,155	0,181	0,207	0,233
Rц	м	0,653	0,679	0,705	0,731	0,757	0,783	0,809	0,835	0,861
q	град.	5,359	21,490	47,268	81,745	124,117	173,699	229,898	292,198	360,149
				графический расчет
q	град.	30	45		90		180		270	360
r	м	0,0600	0,0750		0,1100		0,1600		0,1980	0,2320
Rц	м	0,6900	0,7050		0,7390		0,7880		0,8260	0,8600



Рис. 4. Зависимости центрального угла q от (а) радиуса сечения улитки r и (б) от радиуса середины сечения Rц.

Проектируемые несоосные улитки круглого сечения выполняются с условием постоянства значения величины внутреннего диаметра улитки, равного наружному диаметру лопаточного диффузора (D4), опираясь на продолжение задней стенки лопаточного диффузора (рис.5).



Рис. 5. Схема спроектированной несоосной улитки с круглым поперечным сечением, расположенной после первой ступени.

1.7.2 Расчет улитки второй ступени

Расчет конструктивных параметров выполняется относительно следующих данных оптимизации второй ступени компрессора:

абсолютное значение наружного диаметра рабочего колеса () - 0,838 м;

относительный наружный диаметр диффузора () -1,5;

относительная высота канала на входе в улитку () - 0,0329;

угол входа потока в улитку (a 5 = a 4) - 36,3 град.

Результат графоаналитического расчета сведен в обобщенную таблицу (табл. 6).



Таблица 6. Расчёт улитки второй ступени

			аналетический расчет
r	м	0,010	0,031	0,052	0,074	0,095	0,116	0,137	0,158	0,180
Rц	м	0,638	0,659	0,680	0,702	0,723	0,744	0,765	0,786	0,808
q	град.	1,394	13,153	35,981	68,932	111,185	162,023	220,820	287,020	360,130
			графический расчет
q	град.	30	45		90		180		270	360
r	м	0,048	0,057		0,085		0,122		0,153	0,170
Rц	м	0,675	0,687		0,712		0,752		0,783	0,880

Рис.6. Зависимости центрального угла q от (а) радиуса сечения улитки r и (б) от радиуса середины сечения Rц.



Рис. 7. Схема спроектированной несоосной улитки с круглым поперечным сечением, расположенной после второй ступени.

1.7.3 Расчет улитки третьей ступени

Расчет конструктивных параметров выполняется относительно следующих данных оптимизации третьей ступени компрессора:

абсолютное значение наружного диаметра рабочего колеса () - 0,5185 м;

относительный наружный диаметр диффузора () -1,45;

относительная высота канала на входе в улитку () - 0,0427;

угол входа потока в улитку (a 5 = a 4) - 39 град.

Результат графоаналитического расчета сведен в обобщенную таблицу (табл. 7).



Таблица 7. Расчёт улитки третьей ступени

			аналетический расчет
r	м	0,0100	0,0225	0,0351	0,0476	0,0602	0,0727	0,0853	0,0978	0,1104
Rц	м	0,617	0,630	0,642	0,655	0,667	0,680	0,692	0,705	0,717
q	град.	3,419	17,034	40,475	73,201	114,719	164,576	222,361	287,691	360,215
			графический расчет
q	град.	30	45		90		180		270	360
r	м	0,03	0,038		0,053		0,077		0,094	0,1105
Rц	м	0,629	0,644		0,66		0,683		0,715	0,718

Рис.8. Зависимости центрального угла q от (а) радиуса сечения улитки r и (б) от радиуса середины сечения Rц.



Рис. 9. Схема спроектированной несоосной улитки с круглым поперечным сечением, расположенной после третьей ступени.

1.7.4 Расчет улитки четвертой ступени

Расчет конструктивных параметров выполняется относительно следующих данных оптимизации первой ступени компрессора:

абсолютное значение наружного диаметра рабочего колеса () - 0,5185 м;

относительный наружный диаметр диффузора () -1,5;

относительная высота канала на входе в улитку () - 0,0313;

угол входа потока в улитку (a 5 = a 4) - 34.4 град.

Результат графоаналитического расчета сведен в обобщенную таблицу (табл. 8).

Таблица 8. Расчёт улитки четвертой ступени

			аналетический расчет
r	м	0,010	0,020	0,030	0,040	0,049	0,059	0,069	0,079	0,089
Rц	м	0,638	0,648	0,658	0,668	0,677	0,687	0,697	0,707	0,717
q	град.	5,115	19,846	43,769	76,494	117,655	166,911	223,944	288,456	360,168
			графический расчет
q	град.	30	45		90		180		270	360
r	м	0,025	0,031		0,043		0,062		0,076	0,0885
Rц	м	0,2299	0,2333		0,2411		0,2525		0,2617	0,2696

Рис.10. Зависимости центрального угла q от (а) радиуса сечения улитки r и (б) от радиуса середины сечения Rц.



Рис. 11. Схема спроектированной несоосной улитки с круглым поперечным сечением, расположенной после четвертой ступени

1.8 Профилирование лопаточных аппаратов первой ступени

Суть расчета состаит в определении углов лопаток на входе (b л 1, a л 3, a л 5), обеспечи-вающие условия безударного обтекания на расчетном режиме; углов выхода лопаток, обеспечивающие необходимое отклонение потока, т. е. нужное значение y т в случае РК и оптимизированное значение С л д = С 4 / С 3 в случае ЛД; формы средней линии лопаток, обеспе-чивающую наилучшее распределение скоростей по поверхности, при котором течение сопровождается наименьшими потерями; и принятии рациональной формы профиля лопаток.

компрессор газ проточный лопаточный

1.8.1 Определение входных углов лопаток рабочего колеса и лопаточного диффузора

Минимум потерь в решетках при заданном направлении потока на входе имеет место при таком входном угле лопаток, когда передняя критическая точка совпадает с выходной кромкой. Это условие обеспечивается при равенстве входного угла лопатки и угла натекания той струйки тока b л 1 = b 1 пс, которая идет в критическую точку. Так как приближающийся к решетке поток испытывает возмущающее действие от разности давлений на передней и задней поверхности лопаток и от их конечной толщины, величина и направление скорости для разных струек по шагу решетки t становятся неодинаковы. [1]

В [2] показано, что если вектор скорости невозмущенного близостью лопаток потока определяется обычным соотношением:

то для струек тока, идущих в критические точки, следует принимать другое соотношение [1]:

Из-за стеснения потока лопатками расходная составляющая возрастает. Одновременно струйка тока, идущая в критическую точку, отклоняется в сторону задней поверхности лопатки, как бы “подсасывается” областью пониженного давления - появляется DСu. [1].

Таким образом, условие безударного входа обеспечивается при следующих условиях:

Согласно [2] отклонение в струйке тока тем больше, чем больше нагрузка на лопатку, пропорциональная ее циркуляции:

и тем меньше, чем больше расстояние от входной кромки лопатки до так называемого центра давления, т. е. точки приложения суммарной аэродинамической силы. При примерно постоянной нагрузке (характерно ЛД) центр давления считается лежащим в середине между r 3 и r 4. При смещении нагрузки к r 2, что рекомендуется в случае лопаток РК, туда же смещается и центр давления. В соответствии с опытом проектирования примем, что центр давления расположен между r 3 и r 4 в случае ЛД и удален от входа на лопатки РК на 0,65 от радиальной длинны их лопаток. [1]

С учетом сказанного и того, что углы потока на входе не сильно отличаются от входных углов лопаток при расчетном режиме, получим из [2]:

Указанные формулы решают поставленную данным подразделом задачу, так как входящие в них величины рассчитаны ранее при проектировании ступени по приближенным формулам (раздел 1.6).



Таким образом определим значения углов входа потока на лопатки РК и ЛД:

1.8.2 Определение выходных углов лопаток рабочего колеса и лопаточного диффузора

В области выхода влияние перестройки потока по шагу в принципе такое же, как на входе, и приводит к отставанию потока от направления лопаток. По условию схода Жуковского-Чаплыгина только струйка тока, сходящая с лопатки, имеет направление b л 2 (a л 4) [1].

Выходные углы лопаток РК и ЛД:

Расчет DWu 2 и DСu 4 производится по формулам, аналогичным расчету отставания на входе, но вводится эмпирический коэффициент, сомножитель Кm, учитывающий влияние вязкости:

Таким образом определим значения углов выхода потока на лопатки РК и ЛД:

1.8.3 Определение формы лопаток РК

В [2] показано, что форма лопатки может быть оптимизирована за счет получения наиболее благоприятного распределения скоростей невязкого потока. У РК в этом случае стремятся иметь наименьшее возможное значение местной скорости в начале задней стороны лопаток, а затем вплоть до участка разгрузки в конце лопатки - значение скорости W 3 должно быть постоянным или слегка возрастающим. Это гарантирует отсутствие “следа” на задней поверхности лопатки, который появляется только на самом выходе.

Как показала практика, точно решить задачу, т. е. найти форму лопатки, обеспечивающую нужное распределение скоростей, достаточно сложно.

В реализованной на кафедре компрессоростроения оптимизация достигается при двух допущениях: в сечении 0-0 на диаметре D 0 угол потока равен углу лопатки (b л 1 нар = 36,7град.); скорость С 0 по высоте не изменяется, т. е.

Откуда по имеющимся значениям диаметров и значения угла потока на наружном радиусе сечения 0-0 (из распечатки оптимизации ступени) определим значения углов потока на оставшихся двух радиусах:

В соответствии с [4] форма лопатки задается в виде двух сопряженных парабол, при этом полученная кривая имеет точку перегиба (точка сопряжения парабол). Положение точки перегиба задает любую нужную форму лопатки, и определяется при помощи коэффициентов А (для РК 0,25…0,35)и В (для РК 0,2…0,3).

Метод профилирования обеспечивает значение угла bл2 одинаковым для трех рассматриваемых диаметров сечения 0-0 (из данных оптимизации ступени: b л 2 = 74,3 град.).

Значение длины образующей лопатки на среднем диаметре (l: l ср) определяют графически, по чертежу меридионального сечения РК (черт. А2).

Определим положение точки перегиба по высоте лопатки в сечении 0-0, задавшись значениями А = 0,3 и В = 0,3, при найденном графическом значении l ср = 338,5 мм:



Рис. 12. Меридиональное сечение РК.

Профилирование лопатки заключается в определении изменения угла наклона лопатки относительно горизонта по длине канала (b л i); для среднего диаметра:



Неизвестные величины:

где i - номер элементарного участка средней образующей лопатки, i = 1…26;

Dl ср - длина элементарных участков средней образующей лопатки, определяемая делением полной длины средней образующей лопатки (l ср) на количество элементарных участков, Dl ср = 13 мм.

Определим значение угла наклона лопатки относительно горизонта средней образующей лопатки для первого элементарного участка:

Подобным образом определим значение b л ср i для всех двадцати одного элементарных участков. Результат вычислений сведем в общую таблицу профилирования РК (табл. 9).

Построение элементарных участков на средней образующей лопатки выполним при помощи окружностей с радиусом равным Dl ср и центром в точке пересечения предыдущей окружности с образующей лопатки.

Значения b л i для наружной и втулочной образующих лопатки определим из условия:

где Dl i нар/вт - длина элементарных участков наружной/втулочной образующей лопатки, определяемое графически, по чертежу меридионального сечения РК;

r i - радиусы узлов элементарных отрезков наружной/втулочной образующей лопатки;

r ср i - радиусы узлов элементарных отрезков средней образующей лопатки.

Для определения Dl i нар/вт необходимо провести прямые линии по нормали от концов элементарных участков средней образующей лопатки ко втулочной, затем полученные линии продлить до наружной образующей. Полученные пересечением нормалями наружной/втулочной образующей лопатки отрезки (участки) - Dl i нар/вт.

Выполним преобразование для полярной системы координат (j = f(r)), определив значение угла j i для r i узлов элементарных участков. Значение величины j i участка определяется площадью под кривой рассматриваемой образующей лопатки в пределах значения l i:

Значения углов j i представляют величину изменения угла последующего сечения образующей лопатки относительно предыдущего, что требует задания начального угла, в нулевом сечении (зададимся значением в сорок пять градусов).

На основе полученных результатов изобразим профиль лопатки рабочего колеса проектируемого центробежного компрессора (черт. А2).



Рис. 13. График зависимости от

Таблица 9. Определение формы лопаток РК.

Nпп	средняя линия	наружная линия	втулка
	rcрi, мм	li сp, мм	bлсрi, град	, 1/м	Dliнар, мм	rнарi, мм	liнар, мм	bлнарi, град	, 1/м	Dlвтi, мм	rвтi, мм	liвт, мм	bлвтi, град	, 1/м	Djнарi	Dj срi	Dj вт i
0	13	0	48,900	4,745	0	239	0	36,7	5,617	0	110	0	68,18	4,10	-	-	-
1	13	13	49,025	4,829	3	239,5	3	31,42	6,839	22,00	115	22	72,027	3,70	3,553	3,553	3,322
2	13	26	49,400	4,714	7,62	240,5	10,62	28,00	7,824	18,10	123	40,10	67,952	3,51	3,413	3,413	3,133
3	13	39	50,024	4,487	9,31	242	19,93	33,99	6,133	16,56	134	56,66	65,212	3,45	3,268	3,268	3,197
4	13	52	50,898	4,259	9,38	244	29,31	35,36	5,780	16,50	137	73,16	65,775	3,29	3,103	3,103	2,973
5	13	65	52,022	4,007	9,46	247	38,77	37,18	5,341	16,60	143	89,76	66,490	3,05	2,892	2,892	2,739
6	13	78	56,789	3,261	9,54	250	48,31	42,87	4,313	16,53	151	106,29	69,411	2,49	2,355	2,355	2,222
7	13	91	56,574	3,192	9,64	253	57,95	43,54	4,162	16,49	160	122,78	68,738	2,44	2,296	2,296	2,174
8	13	104	56,523	3,094	9,75	258	67,7	44,30	3,975	16,45	169	139,23	68,302	2,36	2,218	2,218	2,082
9	13	117	56,636	2,969	9,86	262,5	77,56	45,26	3,777	16,29	180	155,52	67,642	2,29	2,132	2,132	1,998
10	13	130	56,912	2,836	9,98	267,5	87,54	46,47	3,554	16,45	192	171,97	67,523	2,16	2,030	2,030	1,901
11	13	143	57,352	2,684	10,12	273	97,66	47,94	3,308	16,26	205	188,23	67,131	2,06	1,916	1,916	1,802
12	13	156	57,956	2,517	10,25	279	107,91	49,47	3,068	16,18	218	204,41	67,054	1,95	1,799	1,799	1,698
13	13	169	58,724	2,348	10,4	286	118,31	51,19	2,815	16,09	231	220,50	67,220	1,82	1,675	1,675	1,579
14	13	182	59,655	2,171	10,55	293	128,86	53,05	2,569	15,98	245	236,48	67,448	1,70	1,551	1,551	1,462
15	13	195	60,750	1,996	10,71	300,8	139,57	55,00	2,330	15,96	260	252,44	67,892	1,57	1,428	1,428	1,355
16	13	208	62,009	1,823	10,88	309,1	150,45	57,15	2,091	15,66	274	268,10	68,311	1,45	1,302	1,302	1,230
17	13	221	63,431	1,647	11,13	317,9	161,58	59,56	1,851	15,62	290	283,72	69,093	1,32	1,178	1,178	1,120
18	13	234	65,017	1,477	11,13	327	172,71	61,59	1,656	15,48	305	299,20	70,060	1,19	1,054	1,054	1,002
19	13	247	66,767	1,307	11,39	337	184,1	64,16	1,439	15,36	321	314,56	71,117	1,07	0,937	0,937	0,895
20	13	260	68,681	1,147	11,57	347	195,67	66,74	1,241	15,44	336	330,00	72,676	0,93	0,821	0,821	0,792
21	13	273	70,758	0,988	13,31	359	208,98	71,56	0,931	14,90	348	344,90	73,890	0,83	0,708	0,708	0,679
22	13	286	72,999	0,835	12,33	371	221,31	72,53	0,850	14,14	363	359,04	74,968	0,74	0,599	0,599	0,577
23	13	299	75,404	0,687	12,31	382,9	233,62	74,96	0,703	13,96	377	373,00	76,871	0,62	0,494	0,494	0,478
24	13	312	77,972	0,545	12,29	395	245,91	77,60	0,558	13,83	390	386,83	79,083	0,50	0,391	0,391	0,377
25	13	325	80,704	0,406	12,35	407	258,26	80,50	0,413	13,72	405	400,55	81,473	0,37	0,291	0,291	0,281
26	13	338	83,600	0,269	10,09	419	268,35	81,01	0,386	14,21	419	414,76	81,945	0,32	0,286	0,286	0,274

Рис. 14. Средние линии лопатки рабочего колеса на трех радиусах.

1.8.4 Определение формы лопаток диффузора

Основная задача лопаточного диффузора состоит в направлении потока из рабочего колеса в улитку по наименьшей траектории с минимальными потерями. Для выполнения данной задачи лопатки проектируются с неизменной средней линии по высоте в виде окружности радиусом Rл, проведенного из некоторой точки, и ограниченная радиусами R3 и R4.

Данные для расчета указаны в распечатке данных результата оптимизации ступеней.

Радиус центра окружности, образующая лопатку диффузора:

Длина средней линии лопатки:

Толщина лопатки в середине средней линии:

Рис. 15. Построение профиля лопатки лопаточного диффузора первой ступени.

1.9 Расчет полных и статических параметров потока на входе и выходе элементов ступени компрессора

1.9.1 Расчет полных и статических параметров потока первой ступени

Расчет параметров выполняется относительно данных оптимизации для каждого сечения ступени: D h*0-0, D h*2-2, D h*3-3, D h*4-4, D h*360 - потери КПД, соответственно, на входе в ступень (обозначение в распечатке оптимизации dETin) - 0, в рабочем колесе (dETim) - 0,0298, в безлопаточном участке лопаточного диффузора (dETvl) - 0,0151, в лопаточном диффузоре (dETvd) - 0,025, в улитке (dETsc) - 0,0496; b--пр+b тр - сумма коэффициентов потерь из-за протечек и трения (BETim) - 0,0125; Т*н и Т*к - температура на входе и выходе ступени 298 и 306,55 К; j--0-0,--j--2-2, j--3-3, j--4-4 - коэффициенты расхода в сечении 0-0 (F0) - 0,34, в сечении 2-2 (F2) - 0,394, в сечении 3-3 (F3) - 0,342, в сечении 4-4 (F4) - 0,226; --a--2-2, a--3-3, a--4-4 - углы потока в сечении 2-2 (AL2) - 29, в сечении 3-3 (AL3) - 29,9, в сечении 4-4 (AL4) - 39,9; F360 - площадь сечения улитки (F360) - 0,226; b--2-2 - угол выхода потока из РК (BT2) - 55 (все значения углов заданны в градусах).

Рис. 16. Схема расположения элементов проточной части и сечений ЦК.

Политропный КПД по полным параметрам в сечении:

Показатель политропы в сечениях:

Политропный коэффициент напора по полным параметрам:

Политропный напор по полным параметрам:



Теоретический напор ступени:

Полная температура на входе в первую ступень, равная температуре на входе в машину, заданная техническим заданием или указанная в оптимизации компрессора: