empty basket
Ваша корзина пуста
Выберите в каталоге интересующий товар
и нажмите кнопку «В корзину».
Перейти в каталог
empty delayed
Отложенных товаров нет
Выберите в каталоге интересующий товар
и нажмите кнопку
Перейти в каталог
Заказать звонок
г. Челябинск, ул. Каслинская, д. 26/А, пом. 14
Войти
artkompressor.ru
ПРОДАЖА УСТАНОВКА ОБСЛУЖИВАНИЕ
+7 (351) 270-98-14
+7 (351) 270-98-14
г. Челябинск, ул. Каслинская, д. 26/А, пом. 14
Пн-Пт: 9:30-18:30 Cб-Вс: Выходной
+7-904-812-9814
г. Тюмень, ул. Линейная, д. 15, оф. 72
Пн-Пт: 9:30-18:30 Cб-Вс: Выходной
Заказать звонок
artkompressor.ru
artkompressor.ru

Основные схемы расчета осевых компрессоров

Газ обычно поступает в первую ступень компрессора в осевом направлении. Пренебрегая влиянием трения о стенки входного патрубка, можно считать, что осевая скорость на входе в первую ступень постоянна по радиусу. Соответственно постоянно по радиусу статическое и полное давление.

На выходе последней ступени газ также имеет осевое направление; полное давление должно быть одинаково по радиусу, так как неравномерное распределение давления может вызвать радиальные течения и дополнительные потери.

Условием высокоэффективной работы ступени осевого компрессора считается постоянство полного напора и давления по радиусу лопасти рабочего колеса. Наиболее часто используются схемы расчетов, приводимые далее.

Ступень с циркуляцией, постоянной по радиусу

Изменение степени реактивности по радиусу для ступени с постоянной циркуляцией
Рис. 5.23. Изменение степени реактивности по радиусу для ступени с постоянной циркуляцией

Из уравнения следует, что степень реактивности растет с увеличением радиуса. На рис. 5.23 показано изменение степени реактивности в зависимости от г/гср. Расчет ступени по рассмотренной теоретической схеме сводится к определению необходимых профилей лопатки для различных радиусов (основные размеры ступени предварительно уточнены). Общее требование сводится к определению треугольников входа и выхода решетки колеса, а также скоростей входа и выхода решетйи направляющего аппарата. Затем уточняют необходимые профили.

Расчет по рассмотренной схеме сравнительно прост и обеспечивает хорошее совпадение с действительным течением газа в ступени компрессора. Гидравлические потери невелики. В рассмотренной схеме расчета имеются следующие недостатки: лопатки получаются укороченными, особенно у рабочего колеса; число Маха растет с увеличением r и может достичь больших значений для периферийных сечений.

При больших производительностях компрессора у первых ступеней получаются длинные лопатки, что затрудняет их расчет по закону сит — const. При малых значениях гв/гк существует опасность получения отрицательных значений р<у втулки колеса.

Рассмотренная схема расчета характерна для ступени с осевым входом и выходом потока газа. Однако закон может быть использован в осевом компрессоре с предварительной закруткой потока по направлению и против вращения.

Предварительная закрутка потока по направлению вращения создает условия высоких периферийных скоростей при допустимых значениях чисел. В этом случае нужно использовать двигатель со сравнительно более высокой частотой вращения. Так как в ступенях такого компрессора развивается относительно высокий напор, это приводит к уменьшению числа ступеней и размеров машины. Предварительная закрутка потока в направлении, обратном вращению, обычно используется, когда имеется ограничение значения периферийной скорости. Рассмотренная расчетная схема широко используется в расчетах стационарных компрессоров, а также в транспортных мащинах с закруткой потока по вращению.

Ступень с постоянной по радиусу степенью реактивности

При такой схеме расчета исходят из следующих условий: одинаковый создаваемый напор и одинаковое приращение полного давления по радиусу, а также одинаковая степень реактивности по радиусу.
При этом обеспечивается условие одинакового по радиусу полного давления перед колесом.

Ступень с постоянной по радиусу циркуляцией
Рис. 5.24. Ступень с постоянной по радиусу циркуляцией

На рис. 5.24,а показаны законы изменеия давлений до и после лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата, расчитанные для условий.

На рис. 5.24,б показаны треугольники скоростей входа и выхода колеса и направляющего аппарата, а также приблизительная форма профилей решеток.

Сравнение параметров ступеней с постоянной по радиусу циркуляцией и степенью реактивности
Рис. 5.25. Сравнение параметров ступеней с постоянной по радиусу циркуляцией и степенью реактивности

На рис. 5.25 показано сравнение скоростей и числа Маха двух компрессорных ступеней, имеющие одинаковые значения сравниваемых величин при среднем радиусе, но рассчитанные для разных условий.

Изменение числа М по высоте лопатки более благоприятно для условий, что создает возможности для более высоких скоростей и напоров.

Рассмотренная схема расчета широко применяется при проектировании стационарных и особенно транспортных осевых компрессоров.

Ступень с постоянной по радиусу степенью реактивности

Кроме рассмотренных выше двух основных расчетных схем осевых компрессоров, существуют и другие схемы, исходящие из других предпосылок.

Изменение значений
Рис. 5.26. Изменение значений

В рассмотренной схеме кроме увеличения с от втулки к периферии увеличивается также напор с увеличением радиуса.

С другой стороны, увеличение напора по радиусу создает условия для перераспределения энергии по радиусу, сопровождающееся значительными гидравлическими потерями.

Расчет осевого компрессора Задание для расчета и предварительные уточнения

Задание для расчета включает следующие данные: массовая производительность кг/с, или объемная производительность м³/с, на всасывании, давление и температура газа на всасываниии и конечное давление или степень сжатия. Часто в осевых компрессорах используется полная степень сжатия. Задаются также физические параметры газа: газовая постоянная, начальная плотность рн, показатель адиабаты и теплоемкость при постоянном давлении. Обычно задается и частота вращения л, но она может быть и рассчитана. Вначале рассчитывают основные размеры компрессора (предварительно). Для этой цели в первую очередь определяют размеры первой и последней ступеней, а затем промежуточные ступени. После уточнения основных размеров детально рассчитывают лопатки колеса и направляющего аппарата. В расчетах необходимо использовать опытные данные модельных ступеней.

На практике рассчитанные тем или иным методом компрессорные ступени дорабатывают опытным путем для получения требуемых параметров и характеристик.

В расчете учитывают назначение, требуемый КПД, число Маха и размеры компрессора.

Расчет параметров потока перед первой и на выходе последней ступени

Расчет начинают с предварительного определения параметров потока перед первой и после последней ступени. Для этой цели уточняют граничные условия, при которых работают ступени компрессора, и определяют их степень повышения давления.

При всасывании воздуха непосредственно через патрубок. Если имеется всасывающий трубопровод, то учитываем его сопротивление.

Для определения параметров потока в сечении за последней ступенью необходимо знать давление и температуру в выходном сечении компрессора.

Использование полных параметров потока целесообразно в случае, когда скорости ск и сн значительно отличаются (транспортные компрессоры).

Определение основных размеров первой и последней ступеней и числа ступеней

От расчета геометрических и кинематических параметров первой и последней ступеней во многом зависит расчет и работа промежуточных ступеней компрессора.

Вначале необходимо определить диаметр втулки и внешний диаметр колеса, по которым в дальнейшем оформляется проточная часть ступени. Для этой цели выбирают оптимальную схему проточной части, окружные скорости у втулки и на периферии лопастей колеса, а также закон изменения осевой скорости по проточной части ступени. От окружной скорости и и осевой скорости зависит высота лопаток, а, следовательно, размеры компрессора.

Увеличение скорости и (повышение частоты вращения п) и осевой скорости cz при заданной производительности и напоре приводит к уменьшению высоты лопаток, а, следовательно, размеров и числа ступеней компрессора. Однако уменьшение высоты лопаток, особенно последних ступеней, влияет на их гидравлические качества. Растет также число Маха. Выбор характерных расчетных геометрических параметров зависит от схемы расчета компрессора. К характерному геометрическому параметру относится средний или эквивалентный диаметр ступени Dcp. В ступени с постоянной по радиусу циркуляцией средний (эквивалентный) диаметр определяется как среднеарифметический диаметр втулки и обода ступени.

В ступени с постоянной по радиусу степенью реактивности средний (экквива-

лентный) диаметр представляет собой диаметр окружности, разделяющий поперечное сечение на две равные части. Расчет компрессора на заданную производительность и степень сжатия выполняются с обеспечением высокого КПД при допустимых числах Маха и при возможно минимальной массе. В стационарных компрессорах доминирует КПД, в транспортных — масса.

В первой ступени температура газа самая низкая, следовательно, скорость звука минимальная, а число Маха — максимальное. Объемная производительность первой ступени также максимальна.

Целесообразно рассчитать несколько вариантов с различными значениями и законами изменения и различной геометрией проточной части. Рассчитанные варианты сравнить между собой по числу ступеней, линейным размерам, высоте лопаток первой и последней ступеней, относительному диаметру втулки и числа Маха. Предпочтительный вариант подробно обсчитывается.

Определение размеров ступени и параметров потока на среднем диаметре

Выбранный вариант проточной части компрессора учитывает размеры промежуточных ступеней, число лопаток колеса и направляющего аппарата, а также расчетные параметры потока. В основном этим определяются давление, температура и плотность на входе в колесо и кинематика потока для среднего диаметра ступени.

Расчет ведется последовательно от входа до выхода ступени.

Определение параметров потока для ряда цилиндрических сечений

При расчете и конструировании лопатки ступени необходимо знать параметры потока нескольких цилиндрических сечений (для нескольких диаметров). Обычно сечения Выбирают на равных расстояниях по радиусу. Чаще всего три сечения: у втулки, на периферии и по среднему диаметру.

При длинных лопатках число сечений может быть больше. В первом случае параметры потока для среднего сечения определены ранее, во втором случае параметры необходимо определить.

Осевые скорости данного цилиндрического сечения практически одинаковы для ступени с постоянной по радиусу циркуляцией.

Профилирование лопастей

После определения основных размеров и кинематики потока в отдельных ступенях осевого компрессора приступают к профилированию лорастей колеса и направляющего аппарата. Для этой цели необходимы профили решеток для различных цилиндрических сечений ступени. Обычно строят среднюю линию, для которой подыскивают подходящий профиль. Выбирают испытанный высокоэффективный симметричный профиль с длиной по средней линии, равной расчетной.

Построение средней линии профиля по двум дугам окружности
Рис. 5.27. Построение средней линии профиля по двум дугам окружности

После построения средней линии выбирают подходящий крыловой профиль. Затем нормально к средней линии наносят ординаты выпуклой кромки профиля и плавно очерчивают контур лопатки.

Рассмотренный метод профилирования лопаток применяется в компрессорах с кривизной профиля 40 ÷ 45°. При большой кривизне целесообразны теоретические методы расчета лопаток. При малой кривизне профиля (10°) расчет профилей можно выполнять по методу подъемных сил, который применяется в низконапорных компрессорах.

Построение средней линии профиля по параболе
Рис. 5.28. Построение средней линии профиля по параболе

Возврат к списку