Одноступенчатый нагнетатель и расчет его основных размеров и параметров

Одноступенчатый нагнетатель и расчет его основных размеров и параметров

Одноступенчатый нагнетатель и расчет его основных размеров и параметров

Введение

Центробежные нагнетатели - это машины динамического действия, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. Нагнетатели и компрессоры применяют: для получения сжатого воздуха, имеющего силовое назначение; для обеспечения воздухом или газом производственных процессов; для наддува двигателей внутреннего сгорания, в газотурбинных установках, для сжатия и перемещения различных газов на химических заводах, в холодильных установках, для пневматических машин. В одноступенчатом нагнетателе за рабочим колесом, как правило, устанавливается лопаточный или безлопаточный диффузор, в котором уменьшается скорость потока, выходящего из рабочего колеса, и часть кинетической энергии преобразуется в статическое давление. Дальнейшее уменьшение скорости потока и повышение давление осуществляется также и в улитке нагнетателя. В результате повышения окружной скорости рабочего колеса и установки за ним диффузора удается значительно повысить конечное давление, создаваемое одноступенчатым нагнетателем, по сравнению с вентилятором. Задачей работы является определение основных размеров, окружной скорости рабочего нагнетателя и числа оборотов нагнетателя.

1. Расчет рабочего колеса

Рассчитываем воздушный одноступенчатый нагнетатель для работы при следующих условиях: V=15 нм³/мин( 0,25см³ / сек) ; давление на всасывании рн=0,7 МПа (0,7*10кн/м2); температура на всасывании Т_н=60˚С ( 333˚К); ; давление на нагнетании р_н=1,35 МПа (1,35*10 кН/м²); газовая постоянная R=287 Дж/(кг*град); показатель адиабаты k=1,41. Принимаем скорость входа воздуха на лопатки рабочего колеса с₁=95 м/сек. Понижение температуры при адиабатическом расширении вследствие увеличения скорости от с=0 до скорости с1: 

ΔТ₁ =  = =4,5

Тогда Т1 = Тн- ΔТ1=333-4,5=328,5˚К.   Давление при входе на лопатки рабочего колеса р₁=р_н = =0,6 мПа = 6,65 (кгс/см).

Задаемся величиной политропического КПД на расчетном режиме η = 0,82 Определим величину σ=η =3,43 *0,82 = 2,82 Из уравнения σ=определим показатель политропы сжатия n=1.55  Определяем Р   Рк=1,35*0,7=0,945мПа =9,45 кгс/см2  При заданном конечном давлении Рк определяем температуру в конце сжатия:

 =328,5 ( 1,5) =378,5 ˚К.

Работа политропического сжатия:

= 40 323,5 Дж/кг.

Принимаем газодинамический КПД., где α=1,04     Принимаем угол лопаток на входе в рабочее колесо β=32˚. Принимаем угол лопаток при выходе из рабочего колеса β=45˚. Предварительно принимаем число лопаток z=18. Задаемся типом диффузора - лопаточный диффузор, тогда коэффициент расхода на выходе колеса

Коэффициент закручивания (при бесконечном числе лопаток):

Тогда, коэффициент циркуляции найдем по формуле Стодолы:

Коэффициент напора:

Эффективная работа ступени:

Обычно принимаем =25 м/сек.

Требуемая окружная скорость рабочего колеса:

при

;  

Относительная скорость входа

Скорость потока при входе на лопатки рабочего колеса

,

что близко к принятому значению скорости с1 равному 95 м/сек. Необходимо откорректировать расчет, задавая другим значение скорости При =1,2 получим:   Отношение удельных объемов ( из уравнения рυ=RT)

2. Определение диаметра входа в колесо

Диаметр входа в колесо при ξ=0,4 равен

Принимаем=78 мм . При =1.02 получим

. Определение наружного диаметра колеса и числа оборотов

Наружный диаметр колеса:

Число оборотов нагнетателя:

Диаметр втулки:

Средний диаметр вала:   Приближенное значение первого критического числа оборотов:

 об/мин 

Определим соотношение рабочего и критического чисел оборотов

. Определение ширины рабочего колеса

Принимаем толщину лопаток в средней части δ=0,008 м, на концах δ= δ=0,004 м. Коэффициент стеснения на входе в колесо:

При выходе из колеса

Ширина лопаток на входе b1 и выходе b2 может быть определена по уравнениям (радиальный вход ):

Принимаем b=30мм Найдем элементы треугольника скоростей выхода:

сек

м/сек  м/сек

Скорость выхода из колеса:

м/сек Угол выхода:   20˚ 41΄

Отношение удельных объемов

    T2k=273+t2k=273+43.6=316.6˚К.

Найдем внутренний КПД

    =

где с=25 м/сек 

Найдем ширину лопаток рабочего колеса

Принимаем b=13мм.

Находим отношение

Проверяем

. Профилирование лопаток рабочего колеса

Рассчитаем радиус лопатки рабочего колеса:

Найдем радиус начальной окружности:

Угол раскрытия канала на радиусе R:

Угол раскрытия канала на радиусе R:

Определяем основные размеры диффузора. Выбираем лопаточный диффузор.

Начальный и конечный диаметры диффузора

Осевая ширина диффузора

Входной угол лопаток

Принимаем угол лопаток на выходе из диффузора

Число лопаток диффузора

Принимаем число лопаток

Радиус кривизны лопаток диффузора

Радиус начальной окружности

Угол раскрытия каналов на радиусе

На радиусе

Определим скорость воздуха при выходе из диффузора

Зависимость между радиусом улитки  и углом поворота сечения  определяется по уравнению

При

угол поворота улитки в град

Принимаем  

В соответствии с рекомендациями НЗЛ

Начальный радиус улитки

Задаваясь рядом значений , строим график , по которому затем определяем а следовательно, и высоту улитки  при различных углах

Значение  в зависимости от угла поворота улитки с интервалом в . Начало поворота улитки при

Мощность на валу машины определим из уравнения:

Заключение

В ходе выполнения работы изучил конструкцию одноступенчатого нагнетателя и специфику расчета его основных размеров и параметров.

колесо нагнетатель диффузор

Список литературы

1. Чистяков Ф.М., Н.Т., Фролов Е.С. Центробежные компрессорные машины. М.: Машиностроение,2014, 328 с.

.Игнатенко В.В., Романенко Инновационные компрессорные машины М.:,2010, 48 с.