книги / Методы исследования центробежных компрессорных машин

Изменение к. п. д. и отношения давлений представляется в виде зависимости от объемной производительности VH в м3/сек,

При определении характеристик следует иметь в виду, что условия испытаний не всегда могут соответствовать условиям работы компрессора. Например, воздушные компрессоры общего назначения рассчитываются для работы при так называемых нормальных условиях Тн = 293° К, рн = 1,033 а т а . В момент испытаний и в условиях эксплуатации атмосферные условия часто не совпадают с нормальными.

Это значит, что испытание натурного компрессора следует вести при скорости вращения (если влияние Re несущественно)

Уравнение (53а) справедливо при испытании модели компрес сора, выполненной в натуральную величину. При этом произво­ дительность компрессора при различных входных условиях свя­ зана соотношениями

Результаты испытаний, позволяющие оценить соответствие машины требованиям эксплуатации, следует представлять в виде

Стационарные компрессоры, как правило, работают с постоян­ ной скоростью вращения. Изменение давления газа на входе компрессора влияет практически только на весовую производи­ тельность, так как плотность газа пропорциональна давлению.

температуры от расчетной критерий Mw изменяется в соответствии с выражением ___

7 . С е к ц и я , с т у п е н ь

При создании ц. к. методом подобия критерии эффективности

у модели и натуры. Желательно также, чтобы эти критерии были удобными для расчетов. Этим условиям отвечает адиабатный к. п. д. по полным параметрам, подсчитанный по внутренней мощности,

В большинстве случаев при исследовании ступеней и секций стационарных ц. к. теплообмен с окружающей средой пренебре­ жимо мало влияет на изменение температуры газа в проточной части. Тогда уравнение (55) может быть записано в виде

По аналогии с к. п. д. напорность ступени или секции должна характеризоваться коэффициентом адиабатного напора по полным параметрам

g

В качестве параметра режима работы целесообразно исполь­ зовать коэффициент расхода

Выбрав по характеристике модели значение Ф для расчетного режима, имея заданную производительность натурного компрес­ сора и окружную скорость, из (57) легко получить

Эксперимент значительно упрощается в тех случаях, когда при пренебрежимо малом теплообмене и достаточной разности температур может быть применено измерение внутреннего напора по повышению полной температуры газа

(62а)

Уравнение (62а) очень часто используется при определении hi9 поэтому обычно для вычисления внутреннего к. п. д. измеряют

рн, р*н, Т*н, р*к и Т*к, а Тн и Тк находят по формулам, графикам или таблицам газодинамических функций, представляющим зави-

симости -^г = / (М) и = / (М).

Разность кинетических энергий газа на входе и выходе часто невелика по сравнению с политропной работой сжатия. Если эту разность не принимать во внимание, то выражение для к. п. д. упрощается

Выбранному к. п. д. должны соответствовать коэффициент напора, например

ИЛИ

(63а)

g

Для характеристики режима работы ступени в этом случае целесообразно пользоваться коэффициентом расхода на выходе из колеса

Коэффициент реакции в работе [74 ] определяется как отноше­ ние внутренней работы за вычетом динамического напора за ко-

С/9 лесом 2^- к внутренней работе, сообщенной газу:

При отсутствии теплообмена

Коэффициент реакции р удобен для расчетов при определении параметров потока за колесом. В уравнение для Ц входит раз­

Со2- * ?

ность — которая обычно близка к динамическому напору,

преобразуемому в статический в диффузоре. Поэтому Ц точнее оценивает, какая доля статического напора ступени получается в рабочем колесе и в диффузоре.

Степень реактивности

часто применяющаяся при теоретическом рассмотрении идеализи­ рованных схем турбокомпрессоров, неудобна для анализа экспе­ риментальных данных, так как теоретический напор не может быть непосредственно измерен.

Для правильной оценки газодинамического совершенства к. п. д.

и коэффициент напора определяются по уравнениям, аналогичным (58), (59), (63).

Только при условии, что сечение «вход» расположено в месте,

определена в зависимости от отношения давления и г]аа по гра­ фику, приведенному на рис. 18 [74]. В области оптимальных режимов к. п. д. колеса равен 0,85—0,95, поэтому даже при высоком для стендовых опытов отношении давлений около двух разность между цп и цад составляет не более 1%. Степень реак­ тивности колес всегда меньше единицы, что сокращает разность

расчетных, т. е. при низких к. п. д. Таким образом, цад. к и фад. к

но более удобны для расчетов. Поэтому в качестве характеристик колеса рекомендуются зависимости Цад. к> %д. к, 9 или Ц =

= î (ф0Оценка потерь в колесе по результатам замеров в относитель­

ном движении может быть сделана с помощью особого вида к. п. д.

Известно видоизменение уравнения Бернулли для определения энергии относительного движения идеального газа

2

н

где н и 2 — номера произвольных сечений, ограничивающих струйки тока, проходящие через колесо.

Рис. 18. Зависимость разности между политропным и адиабатным к. п. д. от Над и отношения давлений л при к = 1,4

Если выбрать сечение н в месте w = и = 0, то

(70а)

где w и и — относительная и переносная скорости на произ­ вольном радиусе.

Из (70а) следует, что работа, сообщенная колесом газу в отно-

и2 сительном движении, равна 2g ■

При течении с потерями

откуда для к. п. д., оценивающего потери энергии в относительном движении, имеем

Приняв за полезную не политропную, а адиабатную работу сжатия, получим очень удобное для расчетов видоизменение

лению, замеренному прибором, вращающимся вместе с колесом. Критерий пригоден как для оценки процесса течения в отно­ сительном движении до любой точки в межлопаточном канале, так и для оценки эффективности всего колеса. Для определения \d w достаточно знать р*0 и TJ, полное давление в относительном движении и окружную скорость в сечении, принятом за выходное. В заключение приведем примеры вспомогательных характе­

ристик.

1. Коэффициент внутреннего напора (безразмерная характе­ ристика потребляемой мощности)

Эта характеристика может быть полезна также и при иссле­ довании ступени.

2. Зависимость угла потока на выходе из колеса от коэффи­ циента расхода

а 2 = /Чфг)-

Эта характеристика важна для анализа выходного треугольника скоростей и работы следующих за колесом неподвижных элементов.

3. Коэффициент уменьшения теоретического напора

v- = - ~ ~ = : f(<p«).

Эта зависимость нужна для проверки применимости различ­ ных расчетных формул для определения теоретического напора.

4. Зависимость относительных потерь на протечки и трение от параметра, характеризующего производительность ступени,

Относительные потери на протечки и трение дисков на спе­ циальных экспериментальных моделях могут быть найдены путем

В соответствии с задачами эксперимента вспомогательные характеристики могут быть представлены в самом разнообразном виде. Желательно, чтобы были использованы безразмерные пара­ метры.

9 . Д и ф ф у з о р

При поэлементном исследовании ступеней критерии для оценки эффективности диффузоров целесообразно представить в зависи­ мости от коэффициента расхода ср2. Это позволит сравнить поло­ жение оптимальных режимов колеса и диффузора, т. е. оценить степень согласованности работы этих элементов. Однако такое представление характеристик диффузоров затруднит обобщение результатов испытаний и их перенос на диффузоры другой формы.

Одной из основных задач при проектировании диффузоров следует считать нахождение конструкции, оптимальный режим которой соответствует заданному. Опыт показывает, что для лопаточных и канальных диффузоров оптимальные режимы до­ стигаются при углах атаки, близких к нулю, что легко объяс­

у канальных диффузоров. Для облегчения анализа целесообразно представлять критерии эффективности канальных и лопаточных диффузоров в зависимости от угла атаки.

У безлопаточных диффузоров (бл. д.) заданной формы при определенных Мс2, Re^2, k, турбулентности и структуре потока на входе соотношение между различными видами потерь, а значит и положение оптимального режима зависят от направления потока на входе, характеризуемого углом а 2. Опыты показывают, однако, что у разных бл. д. при работе с разными колесами или при разных Ми и Re оптимальные режимы соответствуют суще­