Раздел 2 Газодинамические основы теории динамических нагнетателей.

2.1 Принцип действия центробежного нагнетателя.

Основным элементом нагнетателя является ступень, в состав которой входит рабочее колесо, диффузор, входные и выходные участки (подводы и отводы). Несколько ступеней, соединенные между собой последовательно, образуют многоступенчатый на­гнетатель.

Принцип действия радиальной (центробежной) ступени рас­смотрим на примере нагнетателя, изображенного на рис. 2.1, а.

Рабочее тело поступает через входной кольцевой участок между валом и входным патрубком в рабочее колесо, где после изменения направления от осевого на радиальное попадает в каналы, образованные основным и покрывным дисками и рабо­чими лопатками.

Движение рабочего тела в межлопаточных каналах рабочего колеса - сложное, состоящее из переносного (скорость и) и относительного (скорость w), в совокупности составляющих абсолютное движение (скорость с). Связь между скоростями для конкретных углов характеризуется соответственно входным и выходным треугольниками скоростей (показанными на рис. 2.1,б).

В каналах колеса рабочему телу передается энергия от сте­нок, результатом чего является повышение его кинетической энергии в абсолютном движении (скорость с растет и > ,). Из­менение кинетической энергии в относительном движении оп­ределяется формой межлопаточных каналов; чаще всего сече­ние канала от входа к выходу несколько увеличивается, относи­тельная скорость падает, что приводит к росту статического давления в рабочем канале. Следует отметить, что значитель­ное увеличение сечения и уменьшение скорости w приводит к потерям, поэтому в итоге форма канала должна изменяться так, чтобы соблюдалось .

Изменение окружной скорости от до (соответственно на радиусах и ) вызывает дополнительное повышение дав­ления вследствие действия центробежных сил.

После выхода из рабочего колеса рабочее тело попадает в диффузор, в котором происходит торможение потока и даль­нейшее повышение давления. Увеличение проходного сечения рабочего тела в диффузоре достигается либо за счет увеличе­ния радиуса диффузора (щелевой или без лопаточный диффу­зор), либо за счет формы межлопаточных каналов (лопаточный диффузор).

Рис.2.1. Ступень центробежного нагнетателя

Основные геометрические размеры ступени нагнетателя по­казаны в схеме, представленной на рис. 2.1, для характерных сечений 1-1, 2-2 и 3-3. Диаметры и определяют вход и выход потока в межлопаточных каналах рабочего колеса и диффузора; соответственно и  ширина канала в этих сечениях; (  конструктивные углы соответственно между касательными ко входной и выходной кромкам лопаток и касательной в точке их пересечения с дугами окружностей, определяющих вход и выход; t- шаг лопастей, измеряемый рас­стоянием между сходственными точками сечений лопатки (характерные значения шага ); а  длина хорды сечения лопатки, густота решетки лопаток  отношение хорды к соот­ветствующему шагу

.

Величина, обратная густоте решетки, называется относительным шагом

На рис. 2.2 для характерных сечений  (вход в колесо), (выход из колеса) и (выход из диффузора) показано изменение основ­ных параметров ступени  скорости, давления и температуры. Принято, что в зазоре между выходом из рабочего колеса и вхо­дом в диффузор изменение параметров не происходит.

Рис. 2.2. Изменение параметров рабочего тела в характерных сечениях ступени

Как будет показано ниже, развиваемое ступенью нагнетате­ля давление ограничено допустимой по условиям прочности окружной скоростью , поэтому для получения более высоких давлений используется последовательно несколько ступеней.

Подвод рабочего тела к последующей ступени осуществляется с помощью поворотного и об­ратного направляющих каналов. Как входное устройство, так и каналы перехода в следующую ступень могут быть лопаточ­ными и без лопаточными, в без лопаточных каналах поток вхо­дит в следующие каналы с его естественным направлением, с помощью лопаток ему может быть придана необходимая за­крутка.