3. Газодинамический расчет центробежного компрессора

Наибольшее распространение в газотурбинных двигателях вертолетов и газотурбинных установках получили центробежные компрессоры с односторонним входом в рабочее колесо полуоткрытого типа. На рис. 3.1 изображена схема центробежного компрессора и обозначены характерные геометрические параметры.

Рис. 3.1. Схема ступени центробежного компрессора

Исходными для газодинамического расчета центробежного компрессора являются следующие величины:

- степень повышения давления ;

- расход воздуха через компрессор ;

- температура и давление воздуха на входе в компрессор ;

- частота вращения ротора (если центробежный компрессор является частью осецентробежного и выполнен с осевыми ступенями на одном валу).

Коэффициент напора для центробежного компрессора с радиальными лопатками выбирается в пределах , причем меньшие значения соответствуют меньшим расходам воздуха через компрессор (меньшим размерам компрессора).

3.1. Газодинамический расчет рабочего колеса компрессора

3.1.1. Адиабатическая работа сжатия и окружная скорость вращения рабочего колеса

;

.

3.1.2. Треугольники скоростей на входе в рабочее колесо.

1. Осевая скорость на входе в дозвуковое рабочее колесо центробежного компрессора ГТД выбирается в диапазоне

.

Чем больше расход воздуха и чем меньше габаритные размеры компрессора, тем больше принимается скорость . При выборе следует иметь ввиду, что увеличение осевой скорости приводит к возрастанию потерь во входном канале и снижения КПД компрессора, поэтому при проектировании ЦЕК малоразмерных двигателей следует ориентироваться на получение наиболее низких КПД. Величина осевой составляющей абсолютной скорости должна удовлетворять условию

.

2. Относительная скорость воздуха на наружном диаметре входа в рабочее колесо

.

Число на наружном диаметре в пределах (по относительной скорости ). Температура на входе определяется по и скорости

Рис. 3.2. Треугольник скоростей на входе в центробежный компрессор

.

3. Окружная скорость на наружном входном диаметре определяется по выбранной величине относительного входного диаметра ( )

.

Чем меньше расход воздуха через компрессор и больше потребная окружная скорость вращения рабочего колеса , тем меньше нужно принимать отношение .

4. Закрутка потока перед рабочим колесом

.

5. Абсолютная скорость перед рабочим колесом

.

3.1.3. Параметры потока на входе в рабочее колесо и основные размеры колеса.

1. Полное давление перед колесом

,

где .

Температура и давление на наружном диаметре входа

;

.

2. Плотность

.

3. Площадь проходного сечения

.

4. Основные геометрические размеры рабочего колеса:

- наружный диаметр выходного сечения (определяется по величине относительного диаметра входа в пределах )

;

- наружный диаметр входа

;

- втулочный диаметр входа

.

Чем больше расход воздуха через компрессор, тем меньше значение необходимо выбирать.

3.1.4. Параметры потока на выходе из рабочего колеса

Рис. 3.3. Зависимость коэффициента мощности от числа лопаток

1. Выбирается (предварительно) количество лопаток рабочего колеса (в пределах ). Чем больше размеры колеса, тем больше количество лопаток выбирается.

2. Коэффициент мощности определяется по графику (рис. 3.3).

3. Кинематические параметры потока на выходе из рабочего колеса (рис. 4.4):

,

где определяется по графику (рис. 3.3);

;

;

.

Рис. 3.4 Диаграмма скоростей на выходе из рабочего колеса центробежного компрессора

4. Температура на выходе из рабочего колеса

,

где коэффициент потерь на трение диска рабочего колеса. Большие значения относятся к колесам малоразмерных компрессоров.

5. Давление за рабочим колесом

.

Среднее значение политропы сжатия на рабочем колесе принимается в пределах (большие значения соответствуют меньшим размерам компрессора).

6. Плотность воздуха

.

7. Ширина канала

.