2.3 Определение основных размеров выходного устройства
В одноступенчатом нагнетателе выходное устройство состоит из диффузора и сборной камеры.
Диффузор служит для преобразования скоростного напора потока в давление. В НПГ применяют лопаточные и безлопаточные диффузоры. Первые обеспечивают меньший уровень потерь при преобразовании энергии, но в сравнительно узком диапазоне расходов. Безлопаточные диффузоры более просты в изготовлении, их применяют при работе в широком диапазоне режимов.
Если
,
а
предпочтителен безлопаточный диффузор.
Т.к. в данном случае
, принимаем лопаточный диффузор.
Для лопаточного диффузора:
Угол входа на лопатки диффузора вибираем из условия α3 ≈ α2 = 210.
Угол выхода из лопаток
.
Ширину диффузора берём постоянной и
равной
Число лопаток диффузора выбираем в диапазоне Zлд = 19…29, но не кратное числу лопаток рабочего колеса во избежание возбуждения колебаний, могущих вызвать повреждение периферийной части рабочего колеса. ПринимаемZлд = 23.
Абсолютную скорость
определяем по выражению:
м/с
Радиус лопаток диффузора
Радиус
окружности
,
на которой расположены центры радиусов
лопаток диффузора
3. Расчет второй ступени
3.1 Определение действительного напора, наружного диаметра рабочего колеса и объемной производительности.
Мощность потребляемая второй ступенью:
МВт.
Действительный напор создаваемый первой ступенью нагнетателя:
кДж/кг.
Массовый расход:
183,2
кг/с.
В соответствии с опытом проектирования выбирается окружная скорость на наружном диаметре рабочего колеса: U2 = 266 м/с.
=0,753
м.
Значение D2 округляется с точностью до 0,01 м:
D2 = 0,750 м,
после чего уточняется значение окружной скорости U2:
=
264,9 м/с.
Из уравнения состояния газа определяются параметры газа на входе в рабочее колесо – удельный объем газа
м3/кг,
где
5,77
МПа.
Объемная производительность на входе в рабочее колесо
4,03
м3/c.
3.2 Расчет основных размеров рабочего колеса
Коэффициент
принимается стеснения
0,794.
Диаметр
рабочего колеса на входе D1
определяется, после задания величины
втулочного отношения
0,5:
=
0,375 м.
Окружная скорость на входе в рабочее колесо
=132,5м/с.
Для
определения ширины рабочего колеса на
входе b1
и относительной
скорости входа w1
задается
угол входа в рабочее колесо
.
Тогда:
=111,2м/с;
=38,8
мм;
=172,9
м/с.
Строится треугольник скоростей на входе ( см. рис 3).
Объемная производительность на выходе из рабочего колеса определяется приближенно с учетом повышения температуры газа и дополнительного сжатия в диффузоре
3,25
м3/c.
Задается относительная ширина лопаток на выходе из рабочего колеса: b2/D2 = 0,04.
Ширина лопаток на выходе из рабочего колеса:
b2 = ( b2/D2 ) D2 = 0,04*0,750= 30,0 мм.
Объемную производительность на выходе из рабочего колеса V2 можно представить
,
м3/c,
где
0,899
- коэффициент стеснения.
Определяется
величина
=0,193.
Радиальная составляющая скорости С2r выходного треугольника скоростей
0,193*264,9=51,1
м/с.
Для
построения выходного треугольника
скоростей при бесконечном числе лопаток
следует задаться углом
=
32.
Относительная
скорость при бесконечно большом числе
лопаток
определяется из выходного треугольника
скоростей
=96,4м/с.
Опыт проектирования показывает, что для обеспечения высокого КПД нагнетателя требуется выполнение условия:
2,
=1,71.
Проекция относительной скорости на окружную скорость определяется как:
=81,8м/с.
Величина
составляющей скорости
,
необходимая для определения угла
:
264,9
– 81,8 = 183,1 м/с,
после чего определяется:
=15,6.
Абсолютная
скорость
равна:
=190,0
м/с.
Уменьшение
проекции абсолютной скорости на окружную
:
=33,9
м/с,
где z2 – число лопаток, принимаемое в диапазоне 9…18, z2 = 13.
Проекция абсолютной скорости на окружную скорость С2r определяется
183,1
– 33,9 = 149,2 м/с.
Из треугольника скоростей
.
Значение абсолютной скорости С2 равно:
=157,8
м/с.
Проекция относительной скорости на окружную скорость определяется
264,9
– 149,2 = 115,7 м/с.
Из треугольника скоростей
=23,8.
Относительная скорость w2 равна
=126,6м/с.
Аналогично теоретическому треугольнику скоростей на выходе строится в этом же масштабе действительный треугольник скоростей на выходе из рабочего колеса, изображенный на рисунке 3.
Необходимо проверить, обеспечивается ли заданная степень сжатия н = 1,30:
1,30,
где Мu – число Маха при окружной скорости:
=0,64
т – коэффициент теоретического напора, учитывающий конечное число рабочих лопаток:
.
Угол наклона направляющего диска
по
условиям обеспечения прочности
покрывающего диска целесообразно иметь
.
Радиус лопаток R равен
=
0,30м.
Радиус
окружности
,
на которой расположены центры радиусов
лопаток, равен
=0,20
м.
Профиль рабочих лопаток изображен на рис. 6.7.