Газодинамический расчет осевого компрессора

2 Газодинамический расчет осевого компрессора

2.1 Выбор типа компрессора и расчет основных параметров

Компрессор низкого давления - дозвукового типа, с частотой вращения ротора 3950 об/мин.

2.1.1 Осевая составляющая скорости на входе в РК первой ступени КНД

с_а1 = 180,0  м/с.

2.1.2 Приведенное значение скорости

λ_а1 =  == 0,58,

где       R = Дж/кг^.К.

2.1.3 Проходная площадь на входе в  КНД

F_вх = =  = 1,27 м²,

где       q(λ_а1) = 0,793 – по таблицам ГДФ;

k_G=0,990 - коэффициент, учитывающий неравномерность поля осевой составляющей скорости по высоте лопатки и влияние пограничного слоя;

α₁ = 90^o – угол входа абсолютной скорости в рабочее колесо;

m = .

2.1.4 Полное давление воздуха за КНД

Р*_{кнд вых} = Р*₁·π = 101,3^.0,990·3,40= 341,1 кПа.

2.1.5 Осевая составляющая скорости на выходе из РК первой ступени КНД

с_а2 = 180,0  м/с.

2.1.6 Приведенное значение скорости

λ_аz =  == 0,48.

2.1.7 Кольцевая площадь на выходе из КНД

F_{кнд вых}= = = 0,55 м²_,

где       q(λ_{а вых}) = 0,685 – по таблицам ГДФ;

k_G2=0,96.

2.1.8 Относительный диаметр втулки на выходе из КНД

0,78.

2.1.9 Относительный диаметр втулки на входе при D_вт =const

`d _вх = = = 0,63,

где        = =  =2,31.

2.1.10 Периферийные  и втулочные диаметры входного и выходного сечений КНД

D_{вх кнд} = ==1,64 м;

D_{вх вт}=`d_вх ^.D_{вх кнд} =0,63^.1,64 = 1,03  м;

D_{вых кнд} = == 1,33 м;

D_{вых вт}=`d_вых ·D_{вых кнд} = 0,78 ·1,33 = 1,03 м.

2.1.11 Высота лопатки

h _вых =  =  = 0,15 м.

2.1.12 Окружные скорости на наружном диаметре первой ступени КНД

U_{вх кнд}=π·D_{вх кнд}· = 3,14·1,64· = 338,7 .

2.1.13 Коэффициент расхода

=0,53.

Распределяю коэффициенты напора по ступеням, для определения количества ступеней (табл. 2.1).

Таблица 2.1 – Распределение коэффициентов напора по ступеням

Коэффициенты     напора      ступеней   Hzi
1	2	3	СР	z
0,16	0,23	0,23	0,29	0,29

2.1.14 Коэффициент напора всего КНД

 = = 1,20.

2.1.15 Вычисляю необходимое число средних ступеней

,

где        - суммарный коэффициент затраченного напора в первых и последних ступенях.

Принимаю Z_ср = 1.

2.1.16 Тогда для средних ступеней коэффициент напора будет равен

Н_Ζср=.

2.1.17 Условное число ступеней

Ζ_усл=Z₁+Z_ср+Z_Z=4+1=5.

2.1.18 В случаях D_вт=const вычисляют дополнительное число ступеней по следующей формуле

ΔΖ'_доп= Ζ_усл=5=1,10.

Принимаю ΔΖ'_доп = 1.

2.1.19 Необходимое число ступеней

Ζ= Ζ_усл + ΔΖ'_доп = 5 + 1 = 6.

Далее рассчитываю геометрические размеры для  построения  меридионального  сечения  проточной  части  КНД.      

2.1.20 Площади проточной части на входе в промежуточные ступени

F_{вх i} =D`F_{кyl I} (F_вх  - F_вых)+ F_вых = 1,007· (1,27 - 0,55) + 0,55 = 1,28 м²,

где       = 0,74·0 – 1,75·0 + 1,007 = 1,007,

где       = = 0,

где       N=1 - номер ступени.

2.1.21 Периферийный диаметр и высота лопатки на входе в ступень

D_пер= =  = 1,64 м;

h= = = 0,29 м.

Удлинения рабочих лопаток `h_b и Sb венцов компрессора  у втулки приняты равными:

¾  S_bZ=0,90;

¾  для первой ступени       h_b=1,50;

¾  для второй ступени       h_b=1,40;

¾  для третьей ступени      h_b=1,30;

¾  для четвёртой ступени  h_b=1,20;

¾  для пятой ступени         h_b=1,10;

¾  для шестой ступени      h_b=1,00.

2.1.22 Ширина лопаточного венца РК у втулки

S_{вт рк}= S_b^.h_рк ^.h_b = 0,90^.0,29^.1,50^-1 = 0,18 м.

2.1.23 Ширина венца лопаток НА КНД у втулки:

S_{вт  на}=0,85·S_{вт рк} = 0,85·0,18= 0,16 м.

2.1.24 Осевой зазор между венцами рабочих колёс и направляющих аппаратов

Δs_рк=0,30· S_{вт рк} = 0,30 ·0,18 = 0,06 м;

Δs_на=0,30· S_{вт на}= 0,30·0,16 = 0,05 м.

Аналогичный расчёт проведен для остальных ступеней КНД и результаты сведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2 – Расчет геометрических параметров меридионального сечения КНД

Ступень	Fвхi	∆F'кi	N'	Dк	hрк	hса	∆Sрл	∆Sна	Sвтна	Sвтрл	∆r
1	1,27	1,01	0,00	1,64	0,30	0,29	0,05	0,05	0,15	0,18	0,002
2	1,08	0,74	0,17	1,56	0,26	0,25	0,05	0,04	0,14	0,17	0,002
3	0,91	0,50	0,33	1,49	0,23	0,22	0,05	0,04	0,14	0,16	0,002
4	0,77	0,32	0,50	1,43	0,20	0,19	0,05	0,04	0,13	0,15	0,002
5	0,67	0,17	0,67	1,38	0,18	0,17	0,04	0,04	0,12	0,14	0,002
6	0,59	0,06	0,83	1,35	0,16	0,15	0,04	0,04	0,12	0,14	0,002

Окончательные результаты расчёта  представлены в табл. 2.3 .

Таблица 2.3 – Расчет основных геометрических параметров КНД

Ступень		h	S	∆s	∆r	Dк	Dвт	Dср	Fп	Fвт	Fк
1	РЛ	303,7	182,2	54,7	2,00	1640,4	1033,0	1336,7	2,11	0,84	1,27
	НА	291,6	154,9	46,5	2,00	1616,1	1033,0	1324,6	2,05	0,84	1,21
2	РЛ	264,6	170,1	51,0	1,90	1562,3	1033,0	1297,6	1,92	0,84	1,08
	НА	254,0	144,6	43,4	1,90	1541,1	1033,0	1287,1	1,86	0,84	1,03
3	РЛ	229,9	159,1	47,7	1,80	1492,8	1033,0	1262,9	1,75	0,84	0,91
	НА	220,7	135,3	40,6	1,80	1474,4	1033,0	1253,7	1,71	0,84	0,87
4	РЛ	200,1	150,1	45,0	1,70	1433,2	1033,0	1233,1	1,61	0,84	0,77
	НА	192,1	127,6	38,3	1,70	1417,2	1033,0	1225,1	1,58	0,84	0,74
5	РЛ	175,9	143,9	43,2	1,60	1384,9	1033,0	1208,9	1,51	0,84	0,67
	НА	168,9	122,3	36,7	1,60	1370,8	1033,0	1201,9	1,48	0,84	0,64
6	РЛ	158,0	142,2	42,7	1,58	1349,0	1033,0	1191,0	1,43	0,84	0,59
	НА	151,7	120,8	36,3	1,58	1336,3	1033,0	1184,7	1,40	0,84	0,56