3 Газодинамический расчет осевого компрессора

В современных ГТД для осуществления процесса сжатия используются в основном многоступенчатые компрессоры. Это обусловлено их высокими КПД и возможностью изменения производительности и напорности этих компрессоров в очень широких пределах за счет изменения числа ступеней и их диаметральных размеров.

Предварительный газодинамический расчет осевого компрессора обычно представляет собой последовательный расчет всех его ступеней на среднем радиусе. При этом предполагается, что параметры потока на среднем радиусе ступени соответствуют осредненным параметрам ступени по высоте лопатки. Для улучшения этого соответствия в качестве среднего радиуса принимают среднегеометрический радиус ступени.

Проектируемый компрессор двухкаскадный, состоит из девятиступенчатого компрессора низкого давления, и девятиступенчатого компрессора высокого давления. Расчет выполняем в соответствии с рекомендациями [5].

3.1 Выбор и обоснование исходных данных для расчета компрессора

Таблица 3.1 – Исходные данные для расчета компрессора

Форма проточной части КВД - D_вт =const, КНД - D_к =const.

Распределение параметров по ступеням КВД и КНД приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Распределение параметров по ступеням компресора

	КНД
Nст	1		2		3		4		5		6		7		8			9
Hz	18,71		19,43		20,13		20,65		20,85		20,40		19,65		18,84			18,09
	0,875		0,885		0,890		0,893		0,898		0,891		0,882		0,875			0,868
	190		189,7		188,9		187,5		185,6		183,0		179,9		176,3			169,0
ρк	0,55		0,57		0,59		0,61		0,63		0,65		0,67		0,69			0,71
КВД
Nст		10		11		12		13		14		15		16		17	18
Hz		31,78		32,09		31,89		31,39		30,67		29,82		28,79		27,73	26,55
		0,875		0,885		0,890		0,893		0,896		0,892		0,886		0,878	0,867
		175,0		174,6		173,5		171,6		168,9		165,4		161,1		155,0	146,6
ρк		0,55		0,55		0,55		0,55		0,55		0,55		0,55		0,55	0,55

_{Коэффициент полезного действия зависит от величины ρк. В нашем случае ρк остается постоянной во всех ступенях компрессора.}

_{Осевая компонента абсолютной скорости определяет обьемный расход рабочего тела через единицу проходного сечения, величина ее изменяется в широких пределах: в первых ступенях 170-200 м/с, в последних 140-190 м/с.Поскольку в ступени компрессора осуществляется торможение потока, следует при этом отметить что снижение Са в одной ступени не должно превышать значений 10-15 м/с. Поэтому иногда в первых ступенях величину Са не снижают, она постоянна, но в последующих ступенях необходимо снижать Са. В нашем случае применяют плавное снижение Са от входа в компрессор к выходу.}

_{Изменение коэффициента затраченного напора по ступеням принимаем таким, чтобы наиболее нагруженными оказались средние ступени, а ко входу и выходу из компрессора значение коэффициента теоретического напора уменьшалось.}

Газодинамический расчет компрессора выполняется на ЭВМ с помощью программы GDROK, файл результатов расчета представлен в таблице 3.3.

Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета компрессора

11 04 12

2 1 3 9 18 1

288.15 96259.0 1.383 287.00

32.43 19.300 4.533 315.00 370.00 140.00

.3900 .9294 .9900 .9850 .9900 1.0240 0.0000

190.00 189.70 188.90 187.50 185.60 183.00 179.90 176.30 169.00 175.00

174.60 173.50 171.60 168.90 165.40 161.10 155.00 146.60 000.00 000.00

18.71 19.43 20.13 20.65 20.85 20.40 19.65 18.84 18.09 31.78

32.09 31.89 31.39 30.67 29.82 28.79 27.73 26.55 00.00 00.00

.8750 .8850 .8900 .8930 .8980 .8910 .8820 .8750 .8680 .8750

.8850 .8900 .8930 .8960 .8920 .8860 .8780 .8670 .0000 .0000

.5500 .5700 .5900 .6100 .6300 .6500 .6700 .6900 .7100 .5500

.5500 .5500 .5500 .5500 .5500 .5500 .5500 .5500 .0000 .0000

.0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000

.0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000 .0000

1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000

1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000 1.0000

числ. форма1 форма2 Z перв. Z всего способ

каскад 1-Dк 1-форма

2-Dср 2-массив Dк

3-Dвт

температура давление к R

G Пк Пк1 Uk1 Uk2 Ck

втулка на вх.-отн.ср.диам.перех-сигмаВНА-НА-перех-загроможд.-двухконт

осевые скорости (20)

работа ступеней в кДж\кг (20)

КПД ступеней (20)

степень реактивности (20)

угол натекания (20)

отношение наружн диаметров к нар.диам. первой ст. (20)

A *.FRM *.MAC <Б A *.FRM                     

Таблица 3.3 – Результаты расчета осевого компрессора

ГДР МОК Дата 11. 4.12

Nк= 2 Kф1= 1 Kф2= 3 z1= 9 zк= 18 Kr= 1

Пк=19.300 Пк1= 4.533 G= 32.43 n1= 11495.3 n2= 14451.6 k= 1.38 R= 287.00

Tв=288.15 Pв= 96259.0 P1о= 95296.4 Sва= .990 Sна= .985 Sнв= .990 m= .00

Ncт Dк Dсp Dвт Doт КПД Mw1 Mc2

1 .5233 .3972 .2041 .3900 .8862 .7832 .7154

2 .5233 .4173 .2729 .5214 .8964 .7811 .6939

3 .5233 .4326 .3169 .6056 .9017 .7771 .6694

4 .5233 .4451 .3497 .6683 .9050 .7708 .6428

5 .5233 .4552 .3749 .7163 .9106 .7627 .6146

6 .5233 .4633 .3943 .7535 .9045 .7516 .5846

7 .5233 .4697 .4090 .7816 .8967 .7397 .5545

8 .5233 .4746 .4202 .8030 .8910 .7283 .5219

9 .5233 .4777 .4271 .8162 .8853 .7117 .4912

10 .4890 .4439 .3938 .8054 .8818 .7062 .6349

11 .4771 .4374 .3938 .8255 .8922 .6793 .6109

12 .4672 .4321 .3938 .8428 .8976 .6529 .5870

13 .4593 .4278 .3938 .8574 .9012 .6273 .5637

14 .4529 .4244 .3938 .8695 .9048 .6028 .5411

15 .4478 .4217 .3938 .8794 .9015 .5793 .5191

16 .4438 .4196 .3938 .8873 .8963 .5564 .4969

17 .4410 .4181 .3938 .8929 .8891 .5335 .4738

18 .4394 .4172 .3938 .8961 .8790 .5096 .4520

Nст C1а С2а С1u C2u C1 C2 Uк

1 190.0 189.9 67.98 143.6 201.8 238.0 315.0

2 189.7 189.3 68.38 145.0 201.6 238.4 315.0

3 188.9 188.2 66.77 144.9 200.4 237.5 315.0

4 187.5 186.6 64.05 143.4 198.1 235.3 315.0

5 185.6 184.3 60.93 140.6 195.3 231.8 315.0

6 183.0 181.4 58.22 136.1 192.0 226.8 315.0

7 179.9 178.1 55.36 130.6 188.2 220.8 315.0

8 176.3 172.6 52.08 124.6 183.8 212.9 315.0

9 169.0 167.6 48.42 117.9 175.8 204.9 315.0

10 175.0 174.8 98.63 205.2 200.9 269.6 370.0

11 174.6 174.1 95.11 204.1 198.8 268.2 361.0

12 173.5 172.6 92.96 202.3 196.8 265.9 353.6

13 171.6 170.3 91.82 200.4 194.6 262.9 347.6

14 168.9 167.1 91.46 198.2 192.1 259.3 342.7

15 165.4 163.3 91.67 196.0 189.1 255.1 338.9

16 161.1 158.1 92.49 193.6 185.8 249.9 335.8

17 155.0 150.8 93.67 191.3 181.1 243.6 333.7

18 146.6 143.3 95.36 188.8 174.9 237.0 332.5

Nст Hz Rк al1 al2 be1 be1л be2

1 .1871E+05 .5500 70.31 52.91 48.00 48.00 61.85

2 .1943E+05 .5700 70.18 52.55 46.06 46.06 59.65

3 .2013E+05 .5900 70.53 52.41 44.27 44.27 57.63

4 .2065E+05 .6100 71.14 52.45 42.59 42.59 55.64

5 .2085E+05 .6300 71.83 52.65 41.05 41.05 53.61

6 .2040E+05 .6500 72.35 53.13 39.66 39.66 51.43

7 .1965E+05 .6700 72.89 53.76 38.35 38.35 49.22

8 .1884E+05 .6900 73.54 54.17 37.04 37.04 46.83

9 .1809E+05 .7100 74.01 54.88 35.25 35.25 44.48

10 .3178E+05 .5500 60.60 40.42 36.40 36.40 53.74

11 .3209E+05 .5500 61.42 40.46 36.50 36.50 54.34

12 .3189E+05 .5500 61.82 40.46 36.55 36.55 54.52

13 .3139E+05 .5500 61.85 40.36 36.50 36.50 54.36

14 .3067E+05 .5500 61.56 40.14 36.33 36.33 53.90

15 .2982E+05 .5500 61.00 39.79 36.03 36.03 53.17

16 .2879E+05 .5500 60.14 39.23 35.60 35.60 52.03

17 .2773E+05 .5500 58.85 38.26 34.84 34.84 50.39

18 .2655E+05 .5500 56.96 37.20 33.63 33.63 48.47

Nст Пст Hтк Cак Kg Kн U1 U2

Продолжение таблицы 3.3

1 1.215 .1909 .6032 1.024 .9880 239.1 245.1

2 1.213 .2006 .6022 1.026 .9760 251.2 255.8

3 1.209 .2104 .5997 1.028 .9640 260.4 264.2

4 1.202 .2186 .5952 1.030 .9520 267.9 270.9

5 1.194 .2235 .5892 1.032 .9400 274.0 276.4

6 1.178 .2215 .5810 1.035 .9280 278.9 280.8

7 1.160 .2162 .5711 1.037 .9160 282.7 284.2

8 1.145 .2100 .5597 1.039 .9040 285.7 286.6

9 1.132 .2026 .5365 1.041 .9000 287.5 288.6

10 1.230 .2579 .4730 1.043 .9000 335.9 333.5

11 1.219 .2736 .4837 1.045 .9000 331.0 329.0

12 1.205 .2834 .4907 1.048 .9000 327.0 325.3

13 1.191 .2887 .4937 1.050 .9000 323.7 322.4

14 1.177 .2901 .4928 1.052 .9000 321.1 320.1

15 1.162 .2885 .4881 1.054 .9000 319.1 318.3

16 1.148 .2836 .4797 1.056 .9000 317.5 316.9

17 1.135 .2766 .4645 1.059 .9000 316.4 316.0

18 1.122 .2668 .4409 1.061 .9000 315.7 315.7

Nст T2o T1 T2 P2o P3o P1 P2

1 306.2 268.5 278.9 .1188E+06 .1170E+06 .7385E+05 .8475E+05

2 325.0 286.6 297.5 .1441E+06 .1419E+06 .9212E+05 .1048E+06

3 344.4 305.6 317.2 .1741E+06 .1715E+06 .1137E+06 .1293E+06

4 364.3 325.4 337.6 .2094E+06 .2062E+06 .1398E+06 .1590E+06

5 384.4 345.9 358.5 .2499E+06 .2462E+06 .1710E+06 .1942E+06

6 404.1 366.6 379.3 .2943E+06 .2899E+06 .2075E+06 .2341E+06

7 423.1 387.0 399.5 .3416E+06 .3365E+06 .2480E+06 .2778E+06

8 441.2 406.8 419.4 .3912E+06 .3853E+06 .2919E+06 .3256E+06

9 458.7 426.3 438.4 .4430E+06 .4363E+06 .3404E+06 .3763E+06

10 489.4 439.2 454.3 .5393E+06 .5312E+06 .3694E+06 .4123E+06

11 520.3 470.3 485.6 .6576E+06 .6477E+06 .4602E+06 .5125E+06

12 551.1 501.6 517.0 .7927E+06 .7808E+06 .5676E+06 .6293E+06

13 581.4 532.8 548.0 .9438E+06 .9297E+06 .6913E+06 .7625E+06

14 611.0 563.6 578.6 .1110E+07 .1094E+07 .8309E+06 .9119E+06

15 639.8 593.7 608.4 .1290E+07 .1271E+07 .9863E+06 .1076E+07

16 667.5 623.1 637.4 .1481E+07 .1459E+07 .1156E+07 .1254E+07

17 694.3 651.7 665.7 .1681E+07 .1656E+07 .1338E+07 .1444E+07

18 719.9 679.5 692.8 .1886E+07 .1858E+07 .1532E+07 .1642E+07

Dкк Dск Dвк Dок Tк Pк Cк

.5233 .4813 .4353 .8317 445.4 .3922E+06 166.3

.4371 .4160 .3938 .9008 710.5 .1771E+07 140.0

Пк = 19.300 КПД = .8475 Lк =447460.

Пк1= 4.533 КПД1= .8782 Lк1=176750.

Пк2= 4.301 КПД2= .8741 Lк2=270710.

На рисунке 3.1 изображена полученная в результате расчетов на ЭВМ проточная часть компрессора.

Рисунок 3.1 – Схема проточной части компрессора

На рисунках 3.2-3.4 показаны распределения параметров по ступеням компрессора.

Рисунок 3.2 – Изменение коэффициента расхода и затраченного напора по ступеням

Рисунок 3.3 – Изменение КПД и ρ_к по ступеням

Рисунок 3.4 – Изменение параметров С, Т*, Т, Р*, Р по ступеням

На рисунке 3.5 -3.11 представлены планы скоростей компрессора для восемнадцати ступеней.

Рисунок 3.5-Треугольник скоростей 1-й ступени КНД

Рисунок 3.6 – Треугольники скоростей для 2-4 ступеней КНД

Рисунок 3.7 – Треугольники скоростей для 5-8 ступеней КНД

Рисунок 3.8 – Треугольник скоростей для 9 ступеней КНД

Рисунок 3.9 – Треугольники скоростей для 1,2 ступеней КВД

Рисунок 3.10 – Треугольники скоростей для 3-6 ступеней КВД

Рисунок 3.11 – Треугольники скоростей для 7-9 ступеней КВД

Проведенный расчёт компрессора с использованием ЭВМ позволил получить: геометрические параметры лопаточных венцов проточной части компрессора, изменения Р, Р^*, Т, Т^* на среднем радиусе каждой ступени, а также работу и степень повышения давления каждой ступени. Кроме того, были уточнены окончательные размеры проточной части.

Все эти данные используются при проектировании решёток профилей многоступенчатого компрессора.

Степень повышения давления _к^*: ^*_{к кнд}=4,533, ^*_{к квд} =4,301, ^*_{к } =19,3;

Частота вращения: n_кнд=11495,3 об/мин, n_квд=14451,6 об/мин;

Число ступеней : Z_кнд=9, Z_квд=9;

Работа компрессора: L^*_к =447460 Дж/кг;

КПД компрессора: _к^*= 0,8475.

Расчетные параметры не выходят за установленные пределы:

- угол входа потока

- относительный втулочный диаметр на выходе из компрессора высокого давления