Вибір геометричних параметрів ґрат поворотних лопаток осьового регулюючого апарата відцентрового компресора.doc
Застосування вхідних регулюючих апаратів з поворотними лопатками, що дозволяють безпосередньо в процесі експлуатації плавно змінювати величину і напрямок закручення потоку перед робочими колесами та впливати на газодинамічні характеристики ступенів.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 25.10.2010 |
| Размер файла | 690,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Вибір геометричних параметрів ґрат поворотних лопаток осьового регулюючого апарата відцентрового компресора
В.М. Довженко, доц.
Для регулювання режимів роботи відцентрових компресорів з постійною частотою обертання ротора набувають широкого застосування вхідні регулюючі апарати з поворотними лопатками (ВРА), що дозволяють безпосередньо в процесі експлуатації плавно змінювати величину і напрямок закручення потоку перед робочими колесами і тим самим впливати на газодинамічні характеристики ступенів. Досвід використання ВРА для регулювання відцентрових машин показав, що їхнє застосування дає істотну економію споживаної енергії і розширює зону усталеної роботи при деякому ускладненні конструкції і підвищенні вартості компресора.
В одноступінчастих відцентрових компресорах з консольним розміщенням робочого колеса, а також у багатовальних мультиплікаторних компресорах з осьовим підведенням газу застосовують ВРА осьового типу [1,2]. До переваг цього типу ВРА (рис. 1) відносять широкий діапазон регулювання, простоту конструкції, надійність в експлуатації, порівняну легкість монтажу і ремонту.
Рисунок 1- Схема ВРА осьового типу
У більшості робіт, присвячених дослідженням регулювання відцентрових ступенів і компресорів за допомогою осьових ВРА, вивчався вплив закручення потоку перед робочими колесами на зміну сумарних газодинамічних характеристик [3,4]. Практично відсутні обґрунтовані рекомендації з вибору оптимальних геометричних параметрів регулюючих апаратів, хоча очевидним є тісний взаємозв'язок досконалості конструкції ВРА й ефективності процесу регулювання.
Для вироблення рекомендацій з раціонального вибору параметрів лопаткових ґрат та інших елементів осьових ВРА можна скористатися даними про відомі конструкції апаратів цього типу у відцентрових компресорах і вентиляторах, а також досвідом, накопиченим про турбомашини осьового типу, що відрізняються високим ступенем досконалості лопаткових ґрат і що мають подібні геометричні параметри [4]. Суть рекомендацій, заснована на аналізі вищезгаданих матеріалів, зводиться до таких положень.
ВРА осьового типу доцільно виконувати з втулкою (центральним тілом). При цьому підвищується міцність лопаток, що можуть бути виконані з двома опорами, а також усувається зона потоку біля вільних кінців лопаток з підвищеними втратами і мінімальним закрученням. Оптимальна величина відносного діаметра втулки з досвіду вентиляторобудування приблизно дорівнює 0,2 (див. рис. 1). Поверхню втулки в зоні кінців поворотних лопаток бажано виконувати сферичної форми, що дозволяє при різних кутах повороту мати радіальний зазор постійної величини.
Зовнішній діаметр патрубка DП звичайно дорівнює вхідному діаметру робочого колеса. Однак регулювальні якості апарата поліпшуються, якщо діаметр патрубка збільшений до (1,1-1,4) Do, тому що зменшення швидкості у ВРА приводить до помітного зниження в ньому втрат, незважаючи на необхідність повороту лопаток на трохи більший кут для збереження постійної величини закручення потоку.
Поворотні лопатки осьових ВРА варто виконувати незакрученими з профілем, симетричним щодо середньої лінії. Дослідження, проведені у вентиляторобудуванні, показали, що по апарати з такими лопатками не поступаються ВРА із закрученими лопатками економічністю регулювання, будучи в той же час найпростішими у виготуванні.
Для зменшення ударних втрат рекомендується застосовувати лопатки, які утворені тілесними профілями. Однак у машинах малої потужності або при низькому рівні швидкості газу в апараті можливе застосування лопаток із плоскоопуклими профілями і навіть із профілями постійної товщини (3-10 мм) із закругленою вхідною і загостреною вихідною крайками.
Величина відносного кроку ґрат поворотних лопаток вибирається звичайно за допомогою залежностей, отриманих для лопаткових ґрат осьових турбомашин. Так, для соплових турбінних ґрат рекомендують 0,9-1,05. У відомих конструкціях осьових ВРА також превалює величина 1.
Для поворотних лопаток характерним є відносно мале подовження. Це викликано очевидним прагненням зменшити кількість лопаток, оскільки на кожній з них необхідно встановити механізм повороту і фіксації. Звичайно подовження лопатки вибирають у діапазоні 0,9-1,4 через те, що при менших величинах різко зростають кінцеві втрати.
Поворотні лопатки досить рідко виконують з постійною по довжині лопатки хордою, тому що це приводить з одного боку, до збільшення втрат енергії у привтулочній зоні через зростання ступеня стиснення потоку лопатками, а з іншого - до зменшення закручення потоку в периферійній частині ґрат. Тому хорда профілю лопатки звичайно змінюється пропорційно величині радіуса вхідного патрубка.
Відносна максимальна товщина профілів поворотних лопаток на середньому радіусі, як правило, дорівнює 0,105-0,140. Трохи завищена величина у порівнянні з лопатками осьових турбомашин визначена прагненням зменшити ударні втрати при великих кутах повороту лопаток. Для поліпшення міцності лопаток рекомендується також збільшувати відносну товщину профілів у периферійних перетинах до 0,15 і зменшувати її у втулкових перетинах до =0,05. Для зменшення ударних втрат вхідну крайку профілю поворотної лопатки необхідно плавно закруглювати якомога більшим радіусом.
Дійовим засобом зниження ударних втрат у ґратах ВРА осьового типу є застосування лопаток зі складених профілів з нерухомими передкрилками, які установлені по осі патрубка (рис. 2). Персдкрилки забезпечують безударний вхід у поворотну частину лопатки (закрилок) при будь-яких значеннях кутів Од. Наявність передкрилка створює таку зміну епюри тиску, що сприяє зсуву точки відриву примежового шару до вихідної крайки лопатки. Частково в складених профілях можливе використання ефекту керування примежовим шаром за рахунок підведення енергії через щілину між передкрилком і закрилком. Установлення передкрилків підвищує також ефективну кривизну профілів, унаслідок чого збільшуються кути закручення потоку.
Рисунок 2 - Складений профіль лопатки ВРА
Осьові ВРА з поворотними лопатками зі складених профілів показали при випробовуваннях у різних турбомашинах досить високу ефективність регулювання, хоча пряме порівняння їх з апаратами, що мають суцільноповоротні лопатки, відсутнє.
Для дослідження впливу конструктивних параметрів ВРА на газодинамічні характеристики була обрана модель проміжного ступеня уніфікованої серії ЗАТ "НИИтурбокомпрессор" (м. Казань), що досить широко використовується в компресоробудуванні [5]. Зовнішній діаметр робочого колеса моделі дорівнював 0,352 м. Лопаткові ґрати двохярусні з кількістю лопаток 28/14 шт. До складу ступеня входять також лопатковий дифузор з zлд=20 шт. і зворотно-направляючий апарат з 16 лопатками. Інші параметри модельного ступеня наведені в таблиці.
До складу модельного ступеня входив також ВРА осьового типу з різними варіантами лопаткових ґрат. В основу вибору варіантів для досліджень були покладені результати вищенаведеного аналізу опублікованих матеріалів. Досліджувались ґрати поворотних лопаток, утворені плоскими профілями (з листової сталі товщиною 2 мм), двоопуклими симетричними профілями С-4; складеними профілями на основі С-4 із трьома співвідношеннями ВПР/ВЗК=0,596; 0,465 і 0,300. Випробування ступенів проводили при кутах установлення лопаток ВРА =-30°, -20°, -10°, 0°, +200, +400 і +60°. Для лопаток зі складених профілів варіювалися також відносний крок ґрат у діапазоні tcp=0,45,...,1,5 (на середньому діаметрі вхідного патрубка) і відносна ширина щілини між передкрилком і закрилком =0,013,...,0,211).
Таблиця - Конструктивні параметри модельного проміжного ступеня
|
Параметр |
Значення |
Параметр |
Значення |
|
|
DП/D2 |
0,594 |
B3/D2 |
0,088 |
|
|
DВТ/D2 |
0,341 |
B5/D2 |
0,097 |
|
|
D1/D2 |
0,602 |
/D2 |
0,125 |
|
|
D3/D2 |
1,168 |
31,4 |
||
|
D4/D2 |
1,548 |
60,0 |
||
|
D5/D2 |
1,545 |
19,0 |
||
|
/D2 |
0,580 |
34,0 |
||
|
В1/D2 |
0,122 |
51,0 |
||
|
В2/D2 |
0,070 |
90,0 |
За результатами досліджень модельного ступеня відцентрового компресора з різними варіантами лопаткових ґрат ВРА можна зробити такі основні висновки:
1 Зниження максимального адіабатного ККД ступеня при установленні лопаток осьового ВРА в нейтральному положенні (0°) складає 0,5-0,7% і тим менше, чим менший ступінь захаращення прохідного перетину тілами лопаток.
2 Застосування суцільноповоротних лопаток доцільно в діапазоні кутів повороту від +30° до +20°, для якого збільшення ударних втрат у ґратах апарата невелике і не викликає помітного зниження економічності ступеня.
3. Використання в ґратах ВРА плоских (непрофільованих) лопаток припустимо в діапазоні від 0 до +20°, де економічність ступеня отримана вище на 0,5%, ніж при використанні лопаток з тілесних профілів С-4. При подальшому збільшенні кутів повороту лопаток більш економічними є грати з профілів С-4. Наприклад, при =40° максимальний ККД ступеня з плоскими лопатками стає нижчим на 0,8% у порівнянні з ґратами профільованих лопаток. При подальшому збільшенні різниця між максимальними ККД ступеня з ВРА, що мають плоскі і профільні лопатки,ще більше зростає.
4 Для підвищення економічності й одержання максимальної ширини зони робочих режимів застосування у ВРА лопаток зі складених профілів є найкращим. Апарати з такими ґратами забезпечують сприятливу структуру потоку на вході в робоче колесо при мінімальному рівні втрат.
Переваги апаратів зі складеними профілями найбільш повно виявляються при глибокому регулюванні, тобто при лопаткових кутах =30°,...,60°. На режимах мінімальної продуктивності підвищення ККД ступеня в порівнянні з суцільноповоротними лопатками може досягати 4...5%, а підвищення напору - 5-6%.
На основі проведених досліджень можуть бути сформульовані також і додаткові рекомендації з вибору геометричних параметрів ґрат осьових ВРА.
Для зменшення втрат у системі ВРА - вхідна ділянка ступеня слід брати відносний крок профілів у ґратах суцільноповоротних лопаток близьким до =1,0. Величина відносного кроку в ґратах складених профілів повинна визначатися з використанням хорди закрилка (). У цьому випадку оптимальна величина трохи більша, ніж у ґратах суцільноповоротних лопаток і знаходиться в діапазоні 1,0-1,4. Збільшення понад 1,4 приводить до істотного зростання коефіцієнта втрат тиску і кутів відставання потоку в ґратах.
Поліпшення обтікання складених профілів забезпечується при величині хорди передкрилка, що дорівнює або більша за хорду закрилка. Як оптимальний можна рекомендувати діапазон ВПР/Взк=1,0-1,4. При менших значеннях погіршується обтікання передкрилка (збільшується дифузорність течії, відбувається зсув передньої критичної точки із середньої лінії профілю і т.п.). При ВПР/Взк>1,4 аеродинамічне навантаження на вхідну частину передкрилка стає нульовим.
Величина циліндричної щілини між передкрилком і закрилком SЩ впливає на ефект керування примежовим шаром на складеному профілі. Оптимальна величина SЩ очевидно залежить від ВПР, параметрів примежового шару на ньому, епюри розподілу тисків на складеному профілі в цілому, а також від форми щілини. У першому наближенні можна рекомендувати величину близькою до 0,025. Приріст максимального ККД ступеня при цьому значенні може досягати 4% у порівнянні з неоптимальним варіантом.
Результати випробування підтвердили раціональність використання лопаткових ґрат ВРА з постійною величиною уздовж радіуса вхідного патрубка і застосування лопаток з відносною товщиною профілів, що збільшується від втулки до периферії. Для таких ґрат було встановлено поліпшення структури потоку на вході в робоче колесо, зменшення втрат у привтулочній зоні. Покращилися компонувальні характеристики лопаток, зменшилися напруження в опорах лопаток і в місцях кріплення.
Список літератури
Сафиуллин А.Г. Исследование регулирования ступени многовального центробежного компрессора // Компрессорная техника и пневматика -2001. - №6.-С. 6-8.
Кучеренко В.В., Гоголев В.П., Кондратюк В.В. Новый представитель унифицированного ряда многовальных турбокомпрессоров // Турбины и компрессоры. - 2002. - №1,2. - С.9-12.
Петросян Г.Г., Шишкин В.М., Сафин А.Х. Современное состояние и направление развития мультипликаторных центробежных компрессоров общего назначения //Обзорная информация. Серия ХМ-5 "Компрессорное машиностроение". -М.: Цинтихимнефтемаш, 1986. - 52 с.
Бондаренко Г.А., Довженко В.Н., Еременко Е.Н. Регулирование режима работы центробежных компрессорных установок // Обзорная информация. Серия ХМ-5 "Компрессорное машиностроение". -М.: Цинтихимнефтемаш, 1982. - 34 с.
Довженко В.Н., Зыков В.И. Исследование комбинированного регулирования промежуточной ступени центробежного компрессора осевым регулирующим аппаратом и двухрядным диффузором // Известия ВУЗов СССР. Энергетика.- 1983. - №3.- С. 85-89.
Подобные документы
Розрахунки турбокомпресора та компресора: обґрунтування вибору та параметрів роботи прилада. Визначення показників вхідного пристрою, обертового прямуючого апарата, робочого колеса компресора, лопаточного та безлопаточного дифузора, збірного равлика.
курсовая работа [126,2 K], добавлен 06.01.2011Обчислення основних параметрів авіаційного двигуна турбогвинтового типу. Розрахунок і узгодження параметрів компресора і турбіни, на підставі яких будуть визначаться діаметри ступенів турбіни і компресора. Обчислення площі основних прохідних перерізів.
курсовая работа [123,6 K], добавлен 03.12.2010Цикл холодильної машини та її схема. Холодильні агенти. Термодинамічні розрахунки компресора. Індикаторна потужність компресора. Розрахунок і вибір конденсаторів, параметрів переохолоджувача. Втрати тиску в системі подачі розсолу. Втрати тиску в системі.
реферат [243,3 K], добавлен 11.05.2014Порівняльна характеристика апаратів для випарного процесу. Фізико-хімічна характеристика продуктів заданого процесу. Експлуатація випарних апаратів. Матеріали, застосовувані для виготовлення теплообмінників. Розрахунки випарного апарату та вибір частин.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 25.03.2011Вибір електродвигуна привода технологічного апарата для привода з регулюванням швидкості в широкому діапазоні. Складання схеми автоматизованого пуску двигуна, опис його конструктивних елементів й пускової апаратури (реле, контакторів, магнітних пускачів).
курсовая работа [535,1 K], добавлен 22.11.2010Галузь застосування пластинчастих теплообмінних апаратів. Конструкції розбірних, нерозбірних та напіврозбірних пластинчастих теплообмінних апаратів. Теплообмінні апарати зі здвоєними пластинами. Класифікація пластинчастих теплообмінних апаратів.
реферат [918,3 K], добавлен 15.02.2011Форми організації виробничих потоків на швейних підприємствах. Попередній розрахунок потоку. Аналіз вихідних даних, вибір типу потоку, його структури, вида запуску виробів у потік. Складання технологічної схеми потоку. Виробничі вимоги до комплектування.
курсовая работа [62,9 K], добавлен 10.06.2011Аналіз існуючих схем виробництва азотної кислоти і конструкції типових апаратів. Вибір більш оптимальної технологічної схеми і апарату, в якому виконується синтез нітрозних газів. Розрахунки для безпечної установки устаткування на котел-утилізатор.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 27.06.2012Розрахунок параметрів привода, плоскопасової передачі, тихохідної та швидкохідної ступенів, ведучого, проміжного та веденого валів. Вибір електродвигуна. Підбір підшипників і шпонок. Конструювання корпуса та кришки редуктора, зубчастих коліс та шківів.
курсовая работа [5,7 M], добавлен 05.06.2014Аналіз геометричних параметрів ріжучої частини спіральних свердел з перехідними ріжучими крайками. Опис процесів формоутворення задніх поверхонь свердел різних конструкцій. Результати дослідження зусиль різання і шорсткості поверхні під час свердління.
реферат [78,6 K], добавлен 27.09.2010
