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 z1л - число лопаток на входе в колесо,
dл – 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. C1r.
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= C1r 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 KV=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 z2л, их толщины dл и угла b2¥.