РАСЧЕТ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ РАБОЧЕГО КОЛЕСА И ВЫХОДНОГО УСТРОЙСТВА НАГНЕТАТЕЛЯ

1.1 Определяем параметры газа на входе в рабочее колесо. Особенностью термодинамического процесса в ступени центробежного нагнетателя является тот факт, что он проходит при высоком давлении среды, и, следовательно, надо учитывать такое свойство газов как сжимаемость. Этот факт учитывается с помощью коэффициента сжимаемости z. Коэффициент сжимаемости зависит от состава газа, параметров процесса и влажности. В данном случае предлагается считать, что состав газа соответствует ГОСТу /4/, и определять коэффициент сжимаемости по среднему давлению и средней температуре процесса (Приложение, таблица 1).

Таблица 1.1 - Исходные данные

Наименование параметра	Обозначение	Размерность
Мощность, потребляемая нагнетателем	Nн	МВт
Мощность механических потерь и дополнительного оборудования на валу	Nмех	кВт
Давление газа на выходе из нагнетателя	Р2	МПа
Степень повышения давления в нагнетателе	pн	-
Адиабатический КПД процесса в нагнетателе	hад	-
Газовая постоянная	Rг	кДж/(кг К)
Температура газа перед нагнетателем	Т1	К
Частота вращения ротора	n	об/мин
Показатель адиабаты процесса	к	-
Коэффициент сжимаемости газа	z	-

 

Определяем удельный (отнесенный к 1 кг газа) действительный напор, который должен создавать ЦН для обеспечения заданной степени сжатия при заданных начальных условиях:

 

Определяем массовый расход газа через ЦН

 

Определяем параметры газа на входе в рабочее колесо:

- давление газа

 

- удельный объем

 

- объемную производительность

 

1.2 Определение основных размеров рабочего колеса начинается с выбора его конструктивного облика. Рассмотрим наиболее распространенные закрытые колеса не пространственного типа с загнутыми назад лопатками. Основная геометрия приведена на рисунке 1.1.

 

Рисунок 1.1 – Схема проточной части центробежной ступени с лопаточным диффузором

Выбираем окружную скорость на наружном диаметре рабочего колеса. По условиям прочности окружная скорость на предварительном этапе рекомендуется выбрать умеренной, т. е. в диапазоне u₂=220 - 260 м/с. В конце расчета рабочего колеса проверка статической прочности покажет можно ли еще увеличить скорость или наоборот нужно ее уменьшить.

Определяем наружный диаметр рабочего колеса

 

Значение D₂ нужно округлить с точностью 0,01м, после чего уточняем значение окружной скорости u₂

 

Диаметр рабочего колеса на входе D₁ определяем, задавшись величиной втулочного отношения

 

Окружная скорость на входе в колесо:

 

Напишем уравнение неразрывности для сечения на входе в колесо

 

или

,

здесь F₁ – площадь на входе в рабочее колесо, в качестве входной площади возьмем ометаемую (торцевую) площадь колеса по входным кромкам лопаток

;

коэффициент стеснения, учитывающий конечную толщину лопаток

,

где z_1л - число лопаток на входе в колесо,

d_л – толщина лопатки.

Предварительно задаем t₁=0,8¸0,9 с последующим уточнением после определения числа лопаток на входе в рабочее колесо и конструкции рабочего колеса (сварное, клепаное), от которого зависит толщина лопатки.

С₁ – скорость потока газа, перпендикулярная площади входа, в данном случае это радиальная составляющая скорости потока на входе в рабочее колесо, т. е. C_1r.

Задаем углы a₁, и b₁. Угол b₁ находится в диапазоне 30-40° и определяет степень диффузорности течения потока в относительном движении и в конечном итоге влияет на КПД рабочего колеса. Увеличенные значения угла b₁ обеспечивают более плавную зависимость значения напора и КПД при увеличении расхода. Определяем параметры потока и геометрию рабочего колеса на входе (рисунок 1.2).

 

Рисунок 1.2 – Схема движения потока на входе в рабочее колесо

В общем случае

 

если нет закрутки потока на входе в колесо, т.е. a₁=90°, то С₁= C_1r и

 

 

 

Считаем параметры потока и геометрию рабочего колеса на выходе.

Влияние давления и температуры на объемную производительность противоположно, из практики можно рекомендовать величину объемной производительности на выходе предварительно задавать, пользуясь соотношением:

 

где K_V=1,05¸1,08.

Задаем относительную ширину лопаток колеса на выходе. В большинстве случаев она выбирается в диапазоне b₂ / D₂=0,04¸0,06, но может и выходить из этого диапазона, однако при больших значениях b₂ / D₂ могут возникнуть проблемы с обеспечением прочности колеса, а при меньших значениях увеличатся потери энергии от трения и вторичных течений потока в выходном сечении.

Объемная производительность на выходе из рабочего колеса

 

ширина рабочего колеса на выходе

 

коэффициент стеснения учитывает конечную толщину лопаток

 

Предварительно задаем t₂=0,85 с последующим уточнением после определения числа лопаток на выходе из рабочего колеса z_2л, их толщины d_л и угла b_2¥.