автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Исследование влияния формы поперечного сечения межлопаточного канала рабочего колеса центробежного компрессора на его характеристику

т.1■

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственный технический университет им. Н. а Баумана

На правах рукописи

ГЕЛИУХА Георгий Георгиевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФОРШ ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНКЯ ШУШАТОЧНОГО КАНАЛА РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО К0МПР2СС0РА НА ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКУ

Об. 04.12 - турбомашшы и турбоустановкя

Авторефвгда диссертации на соискание ученой ст^сека кандидата технических наук

Шсква - 1992

Работа выполнена в Московском ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ирдена Трудового Краевого Знамени государственном техническом университете им. Еа Баумана

Научный руководитель - доктор технических яа«к.

профессор & С. Беднев Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор Сагомахова ?. С., кандидат технических наук, Штрофанов А. А. Ведущее предприятие НИВД.

Защита состоится м /» 1992 г в У1/ масор

на заседании специалиш.-овыного совета К. 053.15.05 "Тепловые машины и теоретические основы теплотехники" в московском го-сулчрствг чном техничесьом университте им. Е Э. Баумана по адресу: 107006, Москрч, Лефортовская набережная. д. 1, корпус "Энергомаоиностроение".

.. О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ иь. Е а Баумана.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью. просьба натлвлять по адресу: 10"00б, Москва. 2-я Бауманская ух . д. 5, МГТУ им. Е а Баумана, ученому секретарю совета К. 053.15.06.

Авт реферат разослан "/)" 1992г.

Ученый секретарь специализированного совета

к. н., доцент // С. И. Ефимов

Подписано к печати 25.06.92. Зэк. 37<! Объем 1.0 п.л. Тир. 100 экз. Типография ЮТУ.

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальности проблемы. Центробежные (радиальные) компрессоры, нагнетатели и газодувки широко используются в технологических процессах различных отраслей промышленности, так как, по сравнению с осевыми машинами, они обладают большими степеням« повышения давления в одной ступени и более устойчивой характеристикой.

йфокое применение наши центробежные компрессор! • для наддува дизельни . дви" ателей, а тагаз в авиационных, танковых и автомобильных газотурбиннгх двигателях. Так как 1 настоящее вреда напорность ступеней осевых компрессор из, по-видимому, достигла предельно возможных значений, не исключено, что дальнейшее повшение степени сжатия компрессоров для газотурбинных двигателей будет осуществляться за счет применения центробежных ступеней, хотя КПД .ентробежных ком. рессоров пока еще низпе чем у осевых в среднем на 8-102. даже незначительное повышение их ШЩ за счет более рационального проектирования проточной части приводит к существе .ной экономии электрической и тепловой энергии в масштабах отрасли их применения.

О задачу исследований, изложенных в настоявдай работе, входили:

- разработка метода рационально''! профилирования рабочих колес центробежных компрессоров (РК ЦБК) по коэффициент"* нагрузки а квазитрехмерной постановке;

- изучение структуры потока и определение потерь в рабо чем колесе ПТ". спрофилированном по рациональному распределению коэффициентов нагрузют, создание с этой целью экспериментальной установки и необходимых средств из «рения потока;

- изучение влияния формы поперечного сечения межлопаточного канала из эффеютаность РК;

- разработка метода расчета потере в РК ЦБК, использув.7,э-го крмтер>:й дюМуоорности.

новизна и практгчеагая ценность работы заключается п :

- разработке метода рационального профилирования рабочих колес цеигробеяяых компрессоров по коэф£юшэнтам нагрузки в

1

кгазитрехмерной постановке;

приложении по-ученньх результатов к расчету и совершенствованию РК ЦБК;

- экспериментальном исследовании структуры потока и определении потерь за РК ЦБК, спр' филированный по рациональным коэффициентам нагпузки;

- экспериментальном исследовании влияния формы поперечного сечения межлопаточного канала на эффективность РК;

- разработке метода расчета потерь в РК ЦБК, использующего критерий диффуэорности.

Научная достоверность и обоснованность полученных результатов определяется:

- использованием в качестве исходных данных профилирования РК ЦБК результатов обработки достаточно обширной статистики по колесам, имрвдш высокую эффективность;

- использованием при обработке статистики и пр 1 решении обратной задачи 1рофилирования программ, построенных при одинаковых допущениях (использование уравнений движения в форме Эйлера, уравнения неразоывности и состояния идеального газа, осесиммет'шчность, квазитрехмерная постановка);

- реальной проверкой основных те-ретических положений и результатов на экспериментальных данных различных авторов , а также полученных при выполнении настоящей работы;

- использованием апробированных методов и приборов при экспериментальны изме, эниях.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на:

- межвузолской конференции по газотурбинным .установкам в МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1991 г.;

- НГС кафедры "Турбиноотроение" КРТУ им. I.'. Я Ваумакл, 1991 г.;

НГС института гидромеханики АН УССР, г.Киев, и90 г.

- Всесоюзной пколе-семинаое молодых уч&лых, г. Канев, 1989.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано две

работы в центральных журналах, двое тезисов докладов на Всесоюзных конференциях и впущено 2 отчета по научно-исследовательской работе НИИ ЭК ЫГТУ им. Н.Э.Баумана. 2

\

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения , четырех глав, заключения и приложения. Изложена на 110 страницах, включающих 70 страниц машинописного текста, 33 страницы рисунков, 7 страниц списка литературы (96 наименований).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении поставлены задачи исследования, показана их актуальность, научная новизна и практическая ценность.

В первой главе проведен аналитический обзор современного состояния ^следований и меюдов проектирования РК ЦБК.

Рассмотрена каче твенна1" картина течения в РК ЦБК, схематично представленная следующим образом: 1) продольная дкффу-зорность (торможение скорости) формирует пограничный слой; 2) поперечный градиент сосредотачивает заторможенную жи сость в пограничном слое на стороне разрежения в области наружного корпуса; 3) силы Кориолиса способствуют его лзминаризации и раннему отр^у с образованней следа в канале даае при незначительной диффузорности на стороне рэчрежения; 4) процесс происходит на фоне интенсивных вторичных течений.

Рассмотрены современные методы расчета парслетров потока при течении газа в лопаточных венцах турбомашин. Аэродинамический р осчет лопаток турбомашин осн^авя на применении методов решения двух задан теории решеток - прямой и обрг-ной. огиече-но, что в практике отечественного турбостроения решение пространственной обратной задачи не наоло ирокого применения. Это объясняется То-м, что до сих пор не удалось создать математическую },юдель, достаточно полно отрагаюяую физическую картину учения в пространственных лопаточных зенцатс. Кроме того, 'грез5ti','айно сложным представляется также вопрос нормирования дале . лчественного представления о слиянии пространственного поля точения на зМектквнссть проектируемых лопаточных венцов. Тем не менее, решение обратной задачи в.двухмерной и особенно в трехмерной постановке обладает большими перспективами.

Достаточно подробно проанализированы современные методы решения прямой задачи теории решеток, такие как кривизны линий тока, конечных разностей, конечных элементов, крупных частиц в

3

приложении к двух- и -рехмерным еадачам. Рассмотрены особенности к^аэитрехмерных систем расчета.

Исходя иг проведенного анализ, в качестве основного деленного метода решения зада и профили~ов1 ля РК ЦБК привлекается метод кривизны линий то, л. Основные причин» данного выбора следующие: высокая эффе'тивность метода, легкая адаптируемость зля решения обратной 8а«ачи теории решеток, снижение влияния его недостатков (большие погрешности в области входных и выходных кромок) при расчете течения в ЦК.

Проведен краткий обэор методов профилирования РК ЦБК. Более подробно рассмотрен метод рационалы">го профилирования РК по заданным коэффициентам нагрувю- разработанный в ¡андидат-ской диссертации А. Ф, Куфгова. В ней рассмотрены, в частности два вида коэффициентов нагрузки! по шагу Спи *(Ркор и по высоте &>/> ,где Р*ор -Реп - перепад

давлений по шагу решетки от корыта к спинке, а Р/г-Р*

■ перепад давлений по высоте лопа.ки от втулки к корпусу. Поверочные расчеты серий РК выполненных и испытанных ступеней показали, что РК ступеней с высокими КПД соответствуют вголне определенные распределения к эффициентов нагрузки и продольного градиента давления. Гидродинамически целесообразный характер распределения Спи и К вдоль канаи РК для средне-расходного сечекия приведен иа рис. 1. Область рекомендуемых значений СпА предетая чена на рис. 2. В указанной диссертации также поставлена и решена обратная ааде а профилирования РК ЦБК по коэффициентам нагрузки, однако расчеты параметров течения выполнялись на одной средней в капле линии тока. Это снижает точность выполняемых расчетог и не позволяет учесть трехмерные эффекты течения в межвопаточном канале. Исходя иа сказанного, определена как одна из задач настоящей работы разработка квазитрехмерного метода профилирования РК ЦБК по коэффициентам нагрузки.

В главе рассмотрен также ейзор экспериментальных методов исследования. , Поставлена задачи экспериментально изучить структуру потока и определить потери в РК ЦБК, спрофилированном по коэффициентам нагрузки. Кроме того, ставится вадача исследовать вопрос о влиянии формы ь. жлопаточного канала РК 4

ЦБК на его эффект вность и, в рамках этого, исследовать влияние гглтелей. Последняя задача и;, оет предпосылкой известные экспериментальны« факты о снижении трения в трубах круглого поперечного сечения по сравнению с трубами прямоугольного сечения той ж пловр^и, а также положительном влиянии галтели при сопряжении фюзеляжа и крыла самолета

В главе также выло.' ;ен обзор методов расчета потерь з межлопато» чья каналах РК ЦБК. Общее для всех методов выражение определения потерь:

Отмечено, что несмотря на обилие представленных подходов, все их можно объединить в три основные группы. К первой группе отнесены ' методы чисто гидравлические, в которых коэффициенты потерь найд'ны из обобщения многолетнег- опыта проектирования и эксплуатации турбо машин. Подобная схема расчета весьма груба, и диапазон изменения коэффициентов потерь,по данным различных авторов, слудит том/ подтверждением.

Вторая и третья группа методов связана с попытками ряда авторов связать величины коэффициентов с геометрическими и режимными параметрами, такими как гидравлический диаметр, рас-ходность ступени, угол поворота пот ка в решетке, Э1св..валент-ныЯ угол межлопаточного канала, вращение и кривизна канала. Причем часть из них, в явной или неявной форме, из всех факторов, влипших на потери, учитывает лить продольный градиек-давления, а Iгорая часть - лишь поперечный.

В качестве критерия, определяютрго потери, в работе редлояено использовать критер;.Л диффузорности ЛиОлайна, при-данкыЯ для центробежных колес Родяерсом в виде:

луг.у- -ГСи~- ^-Сш 7

Татем образом, критерий диффузорности представлет собой сумму продольного и среднего поперечного перепадов скоростей (давлений) в межлопаточном канале и , поэтому, наиболее полно из рассмотрении* критериев отражает физические особенности течения Б УК ЦЕХ Одна из целей настоящей работы - создание ме-

5

тода определения потерь в РК ЦБК на основании использования критерия диффузорности.

Вторая гда^а диссертационной {. аботы посвящена разработке метода рационального профилирования Р4С ЦоК по коэффициентам нагрузки в квазитрехмерной постановке.

Поскольку анализ рационального распределения нагрузки в РК ЦБК проводился на основании программы расчете невязкого сжимаемого газа, то и решен ие обратной задачи необходимо проводить в такой же постановке. Уравнение Эйлера в относительном движении: _

где - ускорение в относительном движении.

$ 'Iе

гле / - еди.ничнк/1 вектор, натравленный вдоль линии тока;

Я - единичный ректор, направленный по нормали к линии тока. При движении вдоль линии тока меняются как величина радиуса кривизны И , так и направление п . Это вызывает опрэде--енные трудности при решении /равнения движения. Форма уравнения движения предельно упрощается при использовании естественной системы координат. Однако, как отмечается по этому поводу в работе Р. й Степанова, недостаток применения естественной системы координат связан с тем, что эта система варанее неизвестна и должна определяться в процессе ¡,гшения путем последовательных приближений. Избежать вышеуказанных трудностей удалось спроектировав линию тока и все векторы сил, и ускорений, входящие в уравнение движени.., на неподвижные координатные плоскости и решая уравнения движения для п^уэкций скоростей в этих плоскостях. Окончательный вид системы уравнений для радиу<мв кривизны:

и для давлений в соседних точках:

Входящие в уравнения системы проекции векторов и отрезков, а также утлы наклона этих проекций к осям координат определяются по формулам пространственной дифференциальной геометрии и приведены в приложении 1 диссертации.

Программа профилирования построена на совместном решении уравнений движения (3) - (5), а также уравнения неразрывности и уравнения состояния идеального газа. Использован кваэитрех-ызрныА подход, в соответствии с котс^ым течение рассчитывается на двух семействах пересекающихся поверхностей тона - секущих лопатки поверхностях вращения и ме ¡лопаточных поверхно-

стях Эя . В программе использован^ одна поверхность Эг и несколько поверхностей 6* . Расчеты выполняются но каждом семэ^тве отдельно, но п^и этом учитываются члеи, обеспечива--юцие связь с решением на другом семействе. Течение на обоих семействах рассчитывается мгтодом кривизны линий тока Исходными данными для профилирования РК ЦБК является геометрические '1 газодинамические параметры, полученные из расчета ЦБК по средней линии тога, а такгг распределения по длине лопатки коэффициентов нагрузки Спи и СпА . Необходимо такте задать начальные при&лимения для распределегия // вдоль средней линии тока, максимальные* значения Спи тая , СпА тая и суммарной длины средней линии тока I, . Определению подлежит форма мел-лопаточного капала, т. е. распределение углоз р , форма мзри-дконального контура. Порядок расчета следующий:

7

1. В первой точке средней линии тока вычисляются радиусы кривизны Rxí и R¡y по формулам (3) и (4). Давление в i +1-ой Í04KS линии тою определяется по фг омуле (5) методом послед ">-вательных приближений, расче_ в í'-ой точ > повторяется после расчета в ¿ +1-ой.

2. Координаты L +1-ой точк • определяются через рассчитанные радиусы кривизна

3. При несовпадении давления Pi*i с задаваемым в формулах (3) и (4) расчет повторяется с новым значением Pi*t. начиная с п. 1. Шсле совпадения - переходим к i +1-ой точке.

4. На Bi :оде из последнего участка получатся оп; еделенные 8начения Си к ? , которые не совпадут с соответствующими значениями, заданными в исходных данных, из-за произвольного выбора Спитая и L . Мзмсляя Спимт и Z « пропорции от указанной не вяз., и, повторяем расчет начиная с п. 1. После совпадения названных вятичи оценивается осевая протяженность колеса.

При необходимости ее изменить - изменяем Cnh /пая . _

_ 5. _Из-за независимого друг от друга задания величин Сли ,

Cnh и IV возможно получение на этом этапе местного расширения или селения меридионального ;<онтура. Корректируем расг. еделе-ние так, чтобы высота меридионального контура менялась плавно от входа до выхода.

6. Расчет течения в слое переменной толщины. Считаем что течение всех ооседних по ширине струек тока происходит на одной осесимметричной поверхности Si . Кол1 ie ítbo линий тока на noBepv4ocTH St , по опыту расчетов, должно задаваться не менее 5. Расход, приходящийся на слой ..временной толщины, делим равномерно между струйками. Коорд наты соседней по шагу струйки определяем из условия прохождения между ними заданного расхода. По известным координатам определяем величины Рлг и ÁVy .

Давления в точках соседней по шагу линии ток? определяются по известным 0p/dt и Р д*л предыдущей линии тока.

8. Зная распределение давлений вдоль линии тока, из уравнения (б) определяем распределение скоростей.

9. Решаем систему уравнений (3) и (4) относительно неизвестных dfi/dt и ЪР/dh . Таким образом определяется гс.хиыи должны *ыгь градиенты давлений, чтобы линия тока прошла черев 8

точки о определенными в п. 6 координатами. Закончив расчет вдоль всей „инии тока повторяем вычисления начиная с п. 6 для следующей линии тока Вычисления заканчивается, когда будет рассчитано все поле течения между лопатками в пределах слоя переменной толщина

10. Определяется расстояние по шагу между крайними линиями тока. Опо должно равняться шагу решетки. При несовпадении указанных величин толщина слоя увеличивается или уменьшается сс тветственно. Расчет повторяйся начиная с п. 1.

11. Расчет течения в соседних по высоте струйках тока (поверхность Sa ). На поверхность £z наложим условие безна-вальности, т.е. все образующие, соединяющие соответствующие точки на соседних линиях тока, проходят через ось вращения. Это условие достаточно точно переносится на поверхность лопат-кл ( Sz bi1рана как среднерасходная поверхность). Если картина течения в периферийном или втулочном слоях тока при этом не будет нас удовлетворять, необходимо, если это позволяет технология, введение угла навала для поверхности Sz • Расчет течения на поверхности Sz аналогичен расчету на поверхности 5/.

Условия замыкания приняты в следующем виде: на выходе из решетки Спи-О , а такла Iwfcconst и Picons? на поверхностях Si как на входе, так и на выходе из решетки. Для целей профили-ования РК , на этапе неизвестного лопаточного диффузора, представляется возможным, с достаточной степенью точности, пользоваться указанным)! граничными условк. ми.

В главе приведен пример расчета РК для экспериментального ЦБК, и проведен анализ результатов. Основные параметры колеса: расход (г -2,166 кг/с, частота вращения П -850 об/мин, начальный радиус средней линии тока 7-t -0,190 м, радиус выхода средней линии тока ?л -0,4 м, рабочее тело воздух. Надставлены реву.-маты расчета координат меридионального контура, и поверхности лопатки, распределения относительных скоростей и давлений на поверхности лопатки в разных ее сечениях. Характерно, что модель отразила возникновение утт~ отставания средней линии тока относительно ограничивающих канал лопаток, начинающееся в данном примере при С -0,75 и достигающее на выходе из решетки величины 9,1 . Это подтверждает физичность

9

построенной модели и отражение ев трехмерных эффектов.

В заключении можно сделать вывод, что созданная программа позволяет спрофилировать РК ЦБК с заранее заданным рациональным распределением коэффициентов нагрузю Это позволит, особенно в сочетании с анализом распределения скоростей на поверхности лопатки, получать эффективные рабочие колеса.

В третьей главе описана экспериментальная установка, средства измерения, подготовка, проведение э кспериментов и полученные результаты. Экспериментальная уст новка была спроекти-рс ана и изготовлена для исследования эффективности различных способов профилирования рабочих колес и структуры потока в межлопаточных каналах колеса. Она представляет собой к; упно-масштабную модель центробежного компрессора, приводимого во вращение электродвигателем переменного тока мощностью 4,5 кВт и частотой вращения г -1030 об/мин. Замеры скорости производились с помощью Г-образного 5-ти точечного насадка. Схема установки с указанием замеряемых величин и расположениек точек замеров показана на рис. 3.

В главе приведены результаты экспериментального исследования РК ЦБК, спрофилированного по рациональным коэффициентам нагрузки. 1!а рис. 4. показано распределение местных значений КПД по ширине канала на выходе из рабочего колеса. Характерно снижение КОД в периферийной области РК и высокие значения КВД в области втулки. При 6- -1,0 и х/ёг -0,86 имеем % -0,96. Т. е. для втулочного сечения рабочего колеса, спрофилированного и изготовленного по рациональным нагрузкам эксперимент подтвердил получение высокого уровня КПД. Снижение КПД в периферийной области связано, как с традиционным для данного уровня нагрузки отрывом потока на выходе из толеса, так и с отклонением профиля от расчетного положения, из-за технологических особенностей изготовления. Катекмум 2р.к ( 2аг-0,9?) наблюдается на характеристике коле а при С- -1,0.

Лальнейюе повнззнке зффлспгоности колеса югло бы быть достигнуто путем изменения технологии нзготовллшя лопаток (например, горячая штамповка), позволяющей обеспечить ко всех сс- .енкях расчетное изменение углов лопатки. Другой рсь&рв повышения эффективности - более тщательное профилирование с про-10

ведением анализа распределения скоростей на поверхности лопатки, особенно в периферийной области. Исследование рационально спрофилированных колес выполненное в ЮТУ показало, что следует избегать при пгюфилиповании сильно диффузорных участков на стороне разрежения в области периферии на выходе из РК. Даже незначительная диффузорность в указанном месте приводит к отрыву потока Аналогичные рекомендации профилирования (постоянство скорости на стороне разрежения на выходе из РК: СОпь{ ) приведены в исследованиях ЛПИ. Поэтому, представляется полезным после профилирования РК по коэффициентам нагрузки провести анализ распределения скоростей по профилю лопатки и, при необходимости, скорректировать исходное распределение коэффициентов нагрузки, не выходя из рекомендованной для них области.

Полученное значение КПД РК подтверждает эффективность настоящего метода профилирования .

В главе также рассмотрены результаты экспериментального исследования влияния фг-чщ поперечного сечения межлопаточного канала нг. характеристику РК ЦБК. В рамках поставленной задачи исследовалось влияние трех типов галтелей, иг Сраженных на рис. 5., на характеристику рабочего колеса Было исследовано влияние двух внутренних, "нанесенных у втулки, галтелей радиусам 7,5 и 12 мм, I одной внешней, нанесенной у периферии, радиусом 8 мм. Вдоль лопатки.галтели з'чрепляли начиная от 10 до 90% обшей длины лопатки. На рис. 6 изображено распределение »лестных значений КПД поперек канала для исходного варианта профилирования (кривая 1), для внутренней галтели ра чусим 7,5 им (кривая 3), для внутренней галтели радиусом 12 мм (кривая 4) и для внешней галтели (кривая 2). Характерным является снижение местных значений КЦД в области галтелей. Т. е. при нанесении галтелг у втулки произошло заметное спжение 2 у втулки, причем более сильное для большего радиуса галтели. При нанесении галтели на периферии колеса происходит существенное падение £ на периферии. Все три вида галтелей ухудшили КПД РК. Данный результат отличается от случая неподвижных каналов постоянного поперечного сеч>..*ия. Для последних известно положительное влияние галтелей на потери трения в канале. Обздс-

11

нить полученный результат можно, по-видимому, следующим образом. При нанесении галтелей в средней части РК уменьшается площадь проходного сечения канала Это приводит к увеличению диффузорности в области выхода из РК. Даже незначительное увеличение диффузорности в периферийной области приводит к су-щзственному росту потерь за счет усиления отрыве. Поэтому, даже если потери в средней части канала 8а счет скругления поперечного сечения уменьшаются, отрыв потока на выходе из колеса усиливается. По-видимому положительного аффекта можно было бы достичь при скруглекии поперечного сечения межлопаточного канала без уменьшения площади проходного сечения, или в колесах, не имеющих обрывной зоны на выходе, т.е. при определенном запасе по диффузорности.

Четвертая глава посвящена разработке метода расчета потерь в РК ЦБК, испол: зуювэго критерий диффузорности. Разработана и приведена методика обработки результатов эксперимента для получения зависимости профильных потерь «Г** от критерия диффузорности ВР • По ней выполнена обработка результатов эксперимента, приеденных в главе 3, для пяти сечений рабочего колеса и пяти значет^й расхода Сечения РК и соответствующие точки замера скорост., определяются из условия прохождения между указанными сечениями равного расхода Необходимо подчеркнуть, что определяется зависимость местного значения от местного значения ОР , что позволит проводить в дальнейшем анализ потерь в конкретном сечении РК. Итоговый график $**{ВР) приведен на рис.7.

По указанной методике проведена обработка результатов испытаний трех РК, описанных в работе Ыицуки и др. ,а также рабочего колеса, описанного Экардтом. Результаты обработки приведены на рис. 7. Точки, соответствующе втулочному сечению РК, соединены кривой 3, среднему сечению - кривой 4, гэрифорпйному сечен-*» - кривой 5. Кривда 3,4,6 ¡.доведены, как .огибакдие минимальных значений . Как видно на рис. 7. наклон кршии различен для различных сечений РК Наиболее слабая

8** от ВР для втулочного сечения и наиболее сильная - для периферийного, т. е. даже небольшое снижение диффузорности перифзраи приводит к заметноцу снижению потерь в этой с<;чея>аг. 12

На рисунке также представлены данные Либлайна (кривая 1), относящиеся к плоским, неподвижным компрессорным решеткам. Из рабо;ы Емина О. Н. и Митрохина & Т. Ваяты данные, относящиеся к втулочным и средним сечениям РК осевых компрессоров (кривая 2) а также к их периферийным сечениям (кривая 6). Анализируя данные, представленные на рис. 7., можно сделать вывод об одинаковом уровне потерь в периферийных сечениях РК центробежных и.осевых компрессоров. Во втулочных и средних сечениях осевых кс •прессоров потери значительно меньше аналогичных профильных потерь в РК ЦБК. Данные Либлайна по плоским, неподвижным компрессорным решеткам (кривая 1) можно по-видимому, рассматривать как некоторый продел, к которому кривые 2,3,4,5,6 будут стремиться по мере повышения эффективности РК ЦБК. На основании представленных на рис. 7. данных чазработай метод расчета по-т>:рь в РК ¡ЗЕК, имевший ряд преимуществ по сравнению с методами описанными в главе 1:

- в качестве критерия использован параметр, учитывающий как продольный, так и поперечный градиент давления;

- ме-од не зависит от расходности колеса;

- метод позволяет определять потери как в и'пом для рабочего колеса, так и для его отдельны1' сечений, а также дать рекомендации по их снижению.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан метод рационального профилирования РК ЦБК по коэффициентам нагрузки в квазитрехмерной постановипозволяющий проектировать эффективные колеса

2. Экспериментально исследована струга,ра потока и определены потери в РК ЦБК, спрофилированном по рациональному распределению '^эффициентов нагрузки. Создана с э-ой целью экспериментальная установка и необходимые средства измерения потока. Подтверждена эффективность метола профилирования.

3. Экспериментально исследовано влияние ,ормы поперечного сечения межлопаточного канала на эффективность РК. Для колеса о отрывной зоной на выходе введение галтелей, скругляющих поперечное сечение межлопаточного канала, не дало положительного

13

эффекта

4. Разработан метод расчета потерь в РК ЦБК. использувдий

критерий диффузорностч и обладающий рядом преимуществ по сравнению с существующими методами.

Условные обозначения

С - скорость в абсолютном движении, № - скорость в относительном движении, Р - статическое давление, <,г - частота вращения, <£ - массовый расход, толщина потери импульса, в - ширина канала/ £ - шаг, £ - длина участка линии тока, к - высота канала, /тг - сила Кориолиса

Индексы: 1 - сечение на входе в РК, 2 - сечение на выходе из РК, сп. - значение параметра на свинке лопатки, кор. - на корытце, вт. - на втулке колеса, к. - на покрывном корпусе, номер узловой точки вдоль линии тока,j - номер струйки токе, 1 - радиальная составляведя, и - окружная составляющая, Х02 - проекция в плоскость ¥.02. хоу- проекция в пл. ХОУ.

№ теме диссер!~ции имеются следующие работы:

1. Бекнев В С., Гелетуха Г. Г. Расчет коэффициента мощности в рабочем колесе центробежного компрессора // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1990. - N5. - С. 56-60.

2. Бекнев & С., Гелетуха Г. Г. Рациональное профилирование рабочего колеса центробежного компрессо. а по распределению коэффициентов нагрузки в квазитрехкерной постановке // Известия ВУЗов. Машиностроение. - 1990. - N9. - С. 2-6.

3. Бекнев В. С., Куфтов А. Ф., Гелетуха Г. Г. Метод профилм-ропе чя решеток центробежных турбомасин по коэффициентам нагрузки // Межвузовская конференция по газотурбинным установим: Тез. докл. - Мосгаа, 1931. - С. 15.

Гелетуха Г. Г., Пестун В. Л., Сороколетов. У. а Проектирование рабочих колес центробежных компрессоров по коэффициентам нагрузки// Всесоюзная скола-семинар по современным проблемам газодина;,гики и тепломассообмена: Тез. доил. - Канев, 1989,- с. 14. 14

*,0 0,8 ¥

с

%1 м X

'4 V У/'А.

л X

# л * %

V \

О м о,* $6 0,8 /,0

Рис.1. С ласть рекомендуемых значс дй коэффициента нагрузки Спи и торможения относительной скорости И/ для среднего сечения РК ЦБК.

Рио.2. Область рекомендуемых значений коэ^ фкциента нагрузки

СпИ дая рк да.

г* г

п =(030^7-

,

Ыо

ли

X Л-

Рис.З. Схема эколериыенталь- 1-лс.4. Распределение местной установка о обозна- них значений КПД по ■чением замеряешь вела- ширине канала на ш-чин. ходе из РК.

J

У, £ й

У

6

V \

щ.

о

Рис. 5. Расположение внутренних и внешних галтелей в мех-лопаточном канале РК ЦБК. I - исходный вариант профилирования, 2 - внешняя галтель > 3 - внутренняя галтель Кз , 4 -внутренняя галтель А 4 •

QL 0,4- <а> 0,8 fyО

Ри .6. Распределение мастных значений КПД поперек канала на выходе из РК. 1,2,3,4 -см. рис.5.

0/6 С/2

У/ г

// з у - Л е

ву

С——,-

Hf

Pec.7. Зависимость относительной толщина потере импульса д * от критерия да^узорности DF по данным различных авторов:

«--Либлайн, - Еиш О.Ы., ГДатрохин В.Т..-сэ-сз—

Зкердт,тй-А— йщуки is др., колено А,--Мяцукв к др.,

колесо В.-еьгэ—- ;«щцука к др., колесо С,-о-о- - данные насхо-яще5 работы. I - плоские реает:от, 2 - средлке к втулочные сече ¡гая осевых коьшрессоров, 3 - втулка ЦБК, 4 - средние сечения ЦБК, 5 - пераадряя ЦБК, б - нер^ерая осевых компрессоров. 16