Расчёт компрессора ГТУ

Для определения параметров воздуха перед первой и за последней ступенями необходимо задаться значениями скоростей в соответствии с рекомендациями, представленными в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Рекомендуемые параметры при расчёте компрессора

Параметр	Рекомендуемое значение
Скорость во входном патрубке, ωa	40 м/с
Скорость перед первой ступенью, с1	120 м/с
Скорость в выходном патрубке, ωb	50 м/с
Скорость за последней ступенью, сz	77.7 м/с
КПД входного патрубка, ηвх	0,9
КПД выходного патрубка, ηвых	0,5
Коэффициент расхода	0,5
Относительный диаметр втулки	0,6
Безразмерная координата	0,5
Углы атаки на среднем диаметре ,	-3°,+30

Значения с₁ и с_z принимаются ориентировочно и в дальнейшем уточняются.

Температура заторможенного потока перед компрессором

T_a – расчётная температура окружающего воздуха.

Определяется плотность воздуха перед компрессором по параметрам торможения

Находится потеря давления торможения во входном патрубке

η_вх – КПД входного патрубка; (см. таблицу 4.1)

Давление торможения перед первой ступенью

Определяется температура, давление и плотность воздуха перед первой ступенью

Находится объёмный расход воздуха через первую ступень

Задаются значениями относительного диаметра втулки и коэффициента расхода в соответствии с рекомендуемыми значениями, представленными в таблице 4.1.

Вычисляется окружная скорость концов рабочих лопаток

Определяется значение меридиональной проекции скорости перед первой ступенью

Находятся периферийный и корневой диаметры лопаток первой ступени

Тогда высота рабочих лопаток первой ступени

Оцениваются параметры воздуха за последней ступенью и размеры последней ступени.

Вычисляется давление торможения за компрессором

Рассчитается располагаемый теплоперепад

;

Находится температура торможения за компрессором

Плотность воздуха за компрессором по параметрам торможения

Потеря полного давления в выходном патрубке

где - плотность воздуха за последней ступенью.

Определяется давление торможения за последней ступенью

Вычисляется температура и давление воздуха за последней ступенью

Плотность воздуха за последней ступенью

С целью уменьшения числа ступеней предлагается принять периферийный диаметр рабочих лопаток постоянным. Диаметр корневых сечений лопаток последней ступени находится с помощью уравнения неразрывности:

Высота лопаток последней ступени

Далее оценивается число ступеней. Определятся действительный теплоперепад в компрессоре

Рассчитываются значения угловых скоростей для корневых сечений лопаток первой и последней ступени

Находится теплоперепад первой и последней ступеней

, где

c_zs = c_z – меридиональная проекция скорости воздуха за последней ступенью.

Рассчитывается средний теплоперепад ступеней

Число ступеней определяется по формуле

Производится расчёт первой ступени. Окружные проекции скорости определяются из условия , что обеспечит почти постоянную по высоте лопаток меридиональную проекцию скорости c_1s. С целью снижения чисел Маха предлагается ввести предварительную закрутку потока перед рабочим колесом в сторону вращения. Величина c_1uк (в корневом сечении лопаток) определяется из условия обеспечения требуемого теплоперепада H₁. Назначают максимальное значение c_2uк = u_1к.

Определяется степень реактивности

Степень реактивности на периферии рабочих лопаток

Находится значение среднего квадратичного диаметра

Меридиональная проекция скорости принимается постоянной, то есть c_3s = c_2s = c_1s.

Рассчитываются треугольники скоростей на среднем диаметре. Для этого определяются значения окружной составляющей скорости воздуха на входе в рабочее колесо компрессора c_1u, окружной скорости потока на среднем диаметре u₁, окружной составляющей скорости воздуха на выходе из рабочего колеса компрессора c_2u, окружной составляющей скорости воздуха за ступенью c_3u, угол входа потока в рабочее колесо β₁, угол выхода потока из рабочего колеса β₂, угла входа и выхода потока из диффузора первой ступени α₂ и α₃.

Относительный шаг решетки рабочего колеса ступени определяется из графика (рисунок 4.1) по значениям и . Аналогично находят относительный шаг решетки диффузора по значениям и .

Рисунок 4.1

Для нахождения выходных углов лопаток принимают безразмерную координату (см. таблицу 4.1) и определяют значение коэффициента m для рабочего колеса и диффузора:

Исходя из рекомендуемых величин, назначаются углы атаки на среднем диаметре для решеток рабочего колеса и диффузора и соответственно.

Находятся входные углы лопаток рабочего колеса и диффузора:

Определяются выходные углы лопаток

Определяется проекция абсолютной скорости на окружное направление для периферийного сечения на входе в ступень

Вычисляется относительная скорость в периферийном сечении на входе в рабочее колесо первой ступени

Находится скорость звука по температуре воздуха перед первой ступенью

где k – показатель адиабаты воздуха.

Определяется число Маха в периферийном сечении на входе в ступень

Полученное число Маха сравнивается с допустимым, то есть проверяется соответствие следующему условию: