Проявление реальных свойств течения в ступени радиального компрессора

Лекция 3

ТЕМА: Проявление реальных свойств течения в ступени радиального компрессора

3.1. Влияние конечного числа лопаток.

Рассмотрим поток в компрессоре при конечном числе лопаток. Разделим его условно на 2 части и, используя принцип наложения потока, получим  качественное распределение скоростей в межлопаточном канале.

В межлопаточном канале течение состоит из 2 течений:

1 течение: Течение в поле действия центробежных сил (Рис. 3.1).

Рис. 3.1

Поток под действием центробежных сил движется от входа к выходу.

2 течение: Циркуляционное течение (Рис 3.2):

Рис 3.2

Циркуляционное течение, вблизи кромок лопаток направлено противоположно вращению.

Результирующее течение:

Результирующее течение является результатом наложения 1 и 2 течений (Рис. 3.3).

Рис 3.3

Имеет место явная неравномерность течения в межлопаточном канале.

Механическая работа , передаваемая в колесе единице массы рабочего тела в соответствии с основным уравнением турбомашин, равна:

При придельном переходе к бесконечно большому числу лопаток поток в рабочем колесе становится осесимметричным. Направление потока на выходе из колеса совпадает с направлением выходных кромок рабочих лопаток, т.е. определяется геометрическим углом выхода (Рис 3.4). Уравнение  при бесконечном числе лопаток принимает вид:

Рис. 3.4

При конечном числе лопаток течение в межлопаточном канале колеса можно представить как результат сложения 2 течений: осесимметричного течения, соответствующего бесконечному числу лопаток, и вихревого циркуляционного течения с относительной угловой скоростью вращения частиц газа . Наличие обратного циркуляционного течения, обусловленного инертностью рабочего тела заполняющего каналы колеса, приводит к отклонению потока на выходе из колеса в сторону, противоположную направлению его

вращения (Рис. 3.5).

Рис. 3.5

Угол потока в относительном движении на выходе из колеса становится меньше геометрического угла выхода, т.е. при конечном числе лопаток. Это приводит к уменьшению закрутки потока на выходе из колеса, т.к. , и к снижению энергообмена в колесе , или .

Влияние конечного числа лопаток принято характеризовать коэффициентом :

,

или коэффициентом :

Связь между этими коэффициентами определяют соотношением (при )

Коэффициент  назначают экспериментально или по эмпирическим зависимостям:

Формула К. Пфляйдерера:  ;

Формула П. К. Казанджана: ;

3.2 Виды потерь энергии, существующие в центробежном компрессоре.

В рабочем колесе потери определяют физикой течения и формой межлопаточных каналов. В осевой составляющей существуют профильные потери, которые состоят из волновых потерь, потерь на трение и кромочных потерь.

При переходе от осевой к радиальной составляющей появляются потери, связанные с поворотом потока.

Потери в радиальной части:

– профильные

– вторичные

– концевые

Потери в рабочем колесе

Профильные потери связаны с трением потока о лопатки и обтеканием выходных кромок. Вторичные потери, связанные с отрывом потока на торцевых поверхностях.

Концевые потери связаны с перетеканием из области высокого давления в область низкого давления (к оси)(Рис 3.6).

Рис 3.6

С этими потерями связаны потери на дисковое трение. Поток перетекает между близкими стенками зазора и вызывает трение и противодействует вращению.

С целью борьбы с этими потерями производят подрез дисков рабочего колеса(Рис 3.7).

Рис 3.7

Потери в рабочем колесе учитываются работой

Откуда имеем:

– работа, затрачиваемая на привод центробежной ступени

В осевых компрессорах

В центробежных компрессорах , откуда для центробежных компрессоров

Потери в щелевом диффузоре связаны с трением при движении о стенки в диффузоре.

Потери в лопаточном диффузоре (Рис.3.8)

Два основных вида потерь:

– потери на трение

– потери на вихреобразование

Рис. 3.8

Угол раскрытия эквивалентного плоского или кольцевого диффузора должен быть оптимальным.

При отклонении лопаток диффузора от расчетного значения возникают потери, связанные с изменением угла натекания. (Рис 3.9)

Рис. 3.9

 (если углы спроектированы неверно, то возможны отрывы потока, что приводит к нарушении течения в ступени; возникают дополнительные потери – потери на удар).

Потери в выходной системе: потери на трение, поворот потока, потери на вихреобразование.