Термогазодинамический проектный расчет центробежного компрессора

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Казанский Национальный Исследовательский Технический Университет

им. А.Н. Туполева-КАИ"(КНИТУ-КАИ)

Кафедра Теплотехники и энергетического машиностроения

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по дисциплине

"Компрессорное и вакуумное оборудование"

Тема: _Термогазодинамический проектный расчет центробежного компрессора

Проектировала студентка Тимофеева М.В.

гр. 1401 ___1511028_

Руководитель к.т.н., доцент Лиманский А.С.

Консультировал к.т.н., доцент Хабибуллин И.И.

Казань - 2018



ЗАДАНИЕ

на курсовой проект по расчету и конструированию ЦБК

Студенту Тимофеева М.В. гр. 1401

Исходные данные:

1. Тип и назначение копрессора центробежный___________________

2. Расход воздуха____GB = 4,9 кг/с_______________________________

3. Степень повышения давления_____р_k^*= 4,7___________________

4. Начальное давление воздуха ______Р_вх^*=1,01325*105Па________

5. Начальная температура воздуха____Т_вх^* = 288К________________

Состав проекта

I. Расчеты:

1. Предварительный расчет ЦБК.

2. Детальный расчет ЦБК. Рабочее колесо.

3. Безлопаточный диффузор (БЛД).

4. Лопаточный диффузор (ЛД).

5. Выходное устройство.

6. Расчет на прочность рабочего колеса.

II. Чертежи:

1. Общий вид ЦБК.

2. Рабочий чертеж рабочей лопатки или диска первой ступени (по

указанию руководителя).

Руководитель______________ А.С Лиманский

Дата выдачи задания______________________2018 г.



Содержание

Задание на курсовой проект

Введение

1. Газодинамический расчет ЦБК

1.1 Исходные данные

1.2 Выбор и определение основных параметров компрессора

1.3 Детальный расчет ЦБК. Рабочее колесо

2. Безлопаточный диффузор (БЛД)

3.Лопаточный диффузор (ЛД)

4. Выходное устройство

5. Профилирование

5.1 Расчет на прочность диска

5.2 Таблица напряжений

5.3 Таблица осредненных напряжений

5.4 График результатов расчета диска

Список литературы



Введение

Центробежный компрессор -- это разновидность компрессоров, предназначенная для повышения давления рабочего тела за счёт взаимодействия последнего с подвижными и неподвижными лопаточными решётками компрессора. Принцип действия лопаточных компрессоров -- увеличение полного давления рабочего тела за счёт преобразования механической работы компрессора в кинетическую энергию рабочего тела с последующим преобразованием её во внутреннюю энергию.

Рис.1 Основные элементы центробежного компрессора

Центробежные и осевые компрессоры относятся к динамическим компрессорам. В них давление повышается при непрерывном движении газа через проточную часть машины за счет энергии, которую сообщают газу лопатки вращающегося ротора. При этом кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.

Основными элементами центробежного компрессора (рис.1) являются: рабочее колесо 1 с лопатками 2 и диффузор (кольцевой отвод) 3. Газ, находящийся между лопатками при вращении колеса получает вращательное движение. Под действием центробежной силы газ перемещается к периферийной зоне колеса. Затем газ попадает в диффузор, площадь которого возрастает с увеличением радиуса, скорость газа снижается, а давление увеличивается. Для повышения эффективности работы диффузора по превращению кинетической энергии в потенциальную предназначены лопатки 4, упорядочивающие движение газа.

При вращении рабочего колеса в зонах, расположенных у оси вращения, давление газа уменьшается по сравнению с давлением во всасывающем трубопроводе за счет чего образуется непрерывный поток, перемещающийся через проточную часть колеса.

Рис.2 Ступень центробежного компрессора

При работе одного колеса и диффузора, образующих ступень центробежного компрессора (Рис.2), степень сжатия газа е= 1,6. ..2,0. Величина е зависит от размеров и формы колеса и диффузора, а также от частоты вращения.

Если необходимо получать более высокие степени сжатия, то используют несколько ступеней. Конструктивно это обеспечивается установкой на одном валу нескольких рабочих колес, располагаемых в одном корпусе. В этом случае газ поступает в следующую ступень по каналам, образованным лопатками 5 направляющего аппарата. Степень сжатия центробежного компрессора равна произведению его отдельных ступеней. При сжатии газ нагревается.

Для охлаждения газа предусмотрено внутреннее и внешнее охлаждение. При внешнем охлаждении газ, прежде чем попа дает в следующую ступень, проходит через холодильник, а при внутреннем охлаждении корпус холодильника имеет “рубашку”, через которую прокачивается охлаждающая вода.

Смазывание центробежных компрессоров. В центробежных компрессорах масло подается во вкладыши подшипников ротора, подшипники редуктора и электродвигателя, в уплотнения вала, а также в систему регулирования и автоблокировки.

Динамика центробежных компрессоров. Наиболее важной частью центробежного компрессора является ротор, состоящий из вала, на котором установлены рабочие колеса, разгрузочный поршень, муфта, лабиринтные уплотнения. Ротор вращается в подшипниках, установленных в корпусе. В корпусе размещены также диффузоры, обратные направляющие аппараты и другие узлы. Роторы компрессоров вращаются с частотой вращения, равной нескольким тысячам мин-1 , а скорости в периферийной зоне рабочих колес достигают 300м/с. Поэтому к точности изготовления и монтажа ротора предъявляются очень высокие требования.

Теоретически центр тяжести вращающихся масс ротора должен находится на его оси вращения. Практически обеспечить это невозможно. Смещение центра тяжести относительно оси вращения называют эксцентриситетом. Центробежная сила, возникающая при вращении ротора с эксцентрично расположенным центром тяжести, тем больше, чем больше эксцентриситет и масса ротора. Для оценки степени уравновешенности ротора используют понятие остаточный дисбаланс, который равен произведению массы ротора на эксцентриситет. Допустимые значения остаточного дисбаланса устанавливают в зависимости от массы и частоты вращения ротора. Нагрузки на опоры вращающихся роторов от центробежной силы, вызываемой остаточным дисбалансом, даже у наиболее уравновешенных роторов в несколько раз превышают нагрузки от их массы. Операцию по уравновешиванию ротора называют балансировкой.

Так как идеально отбалансированных роторов не бывает, то наличие остаточного дисбаланса неизбежно вызывает нежелательные резонансные явления при так называемых критических частотах вращения. Ротор компрессора как любая физическая система имеет характерную ей собственную частоту колебаний. Когда частоты собственных колебаний и вращения ротора совпадают, то наступает явление резонанса.под действием возмущающей силы от неуравновешенных масс амплитуда колебаний системы стремится к бесконечности, ротор может разрушиться.

Обычно рабочие частоты вращения роторов выше критических. Безопасность прохождения критических частот обеспечивается за счет упругих свойств вала ротора и скорости разгона

Одним из параметров, определяющих критические частоты вращения, является длина ротора. В некоторых случаях при большом числе рабочих колес последние не удается расположить на одном валу. Поэтому сжатие газа осуществляют последовательно в нескольких последовательно расположенных компрессорах.



1. Газодинамический расчет ЦБК

1.1 Исходные данные:

1.2 Выбор и определение основных параметров компрессора

1) Изометрическая работа сжатия по параметрам заторможенного потока (полезная работа)



2) Площадь на входе в рабочее колесо

3) Диаметр на входе в рабочие колесо

4) Окружная скорость на выходе из рабочего колеса

H_ks=0,6;

5) Наружный диаметр рабочего колеса



6) Частота вращения рабочего колеса

1.3 Детальный расчет ЦБК. Рабочее колесо.

1) Окружная скорость на входе в рабочее колесо

2) Статическая температура на входе в рабочее колесо

3) Относительная скорость воздуха на входе в рабочее колесо



4) Кинематические параметры потока по радиусу на входе в рабочее колесо

5) Число лопаток Z_л

6) Коэффициент отслаивания потока

где Х=1,2;

7) Затраченная работа



где б= 0,05.

8) Окружная составляющая абсолютной скорости потока воздуха на выходе из рабочего колеса

9) Абсолютная скорость воздуха за рабочим колесом

10) Статистическая температура на выходе из рабочего колеса

11) Показатель политропы сжатия в рабочем колесе



12) Статические давления и плотность воздуха на выходе из колеса

13) Угол выхода потока из колеса

14) Ширина лопаток на выходе из колеса



15) Коэффициент концевых потерь

16) Изоэнтропный напор в колесе по статическим параметрам

17) Изоэнтропный КПД рабочего колеса



2. Безлопаточный диффузор (БЛД)

19) Скорость на выходе из БЛД, (без учета трения и сжимаемости)

При условии что: (b_2=b_3 и? с?_2= с_3).

20) Статическая температура на выходе

21) Статическое давление и плотность на выходе из БЛД



22) Число Маха на выходе из БЛД

23) Полное давление на выходе

24) Угол выхода потока из БЛД (без учета трения)



3. Лопаточный диффузор (ЛД)

25) Наружный диаметр ЛД

26) Угол выхода потока из ЛД

27) Площадь выхода потока из ЛД

28) Площадь входа потока в ЛД

29) Число лопаток ЛД

30) Скорость потока на выходе из ЛД



31) Статическая температура на выходе

32) Показатель политропы сжатия в ЛД

33) Статическое давление на выходе

34) Полное давление на выходе



35) Плотность воздуха на выходе из ЛД



4. Выходное устройство

36) Скорость на выходе

37) Статическая температура на выходе из компрессора

38) Полное давление на выходе из компрессора

39) Статическое давление на выходе из компрессора



40) Степень повышения полного давления в компрессоре

П_к^* отличается от заданной на 4 %

41) КПД компрессора по заторможенным параметрам

42) Коэффициент изоэнтропного напора



5. Профилирование

5.1 Расчет на прочность диска



5.2 Таблица напряжений

5.3 Таблица осредненных напряжений



5.4 График



Список использованной литературы

Максутова, М.К. Проектирование турбомашин: Компрессоры. Учеб.пособие / М.К. Максутова, В.Н.Тарасов. - Казань: КАИ, 1984. - 62с.

Горюнов, Л.В. Расчет на прочность основных элементов ГТУ с использованием компьютерных технологии: Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования/ Л.В. Горюнов, А.В. Ильинков., В.В. Такмовцев. - Казань: Изд-во КГТУ им .А.Н Туполева, 2008. - 108с.

Евгеньев, С.С. Динамика и прочность турбомашин. Учебно-методическое пособие / В. А. Футин - Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2011. - 232 с.

Белоусов, А. Н. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. Учебн. Пособие/ А. Н. Белоусов, Н. Ф.Мусаткин, В. М. Радько. - Самарский аэрокосмический университет, 2006. - 316 с.

центробежный компрессор лопаточный диффузор

Размещено на Allbest.ru