Проектирование центробежного компрессора

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Калужский филиал

Факультет: Конструкторско-механический (КМК)

Кафедра: "тепловые двигатели и теплофизика" (К1-КФ)

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: Лопаточные машины

на тему: Проектирование центробежного компрессора

Калуга 2009г.

Содержание

Описание центробежного компрессора

Газодинамический расчет

Профилирование элементов ЦБК

Расчет рабочего колеса на прочность

Список литературы

1.Описание центробежного компрессора

Центробежный компрессор в транспортном газотурбинном двигателе служит для подачи воздуха с заданными параметрами в камеру сгорания, с целью обеспечения образования рабочей смеси. Компрессор сжимает рабочее тело за счет энергии привода, т. е. турбины.

Спроектированный компрессор имеет степень повышения давления , расход воздуха .

В качестве прототипа для конструкции разрабатываемого компрессора выбран двигатель 9И-56.

Корпус компрессора спроектирован составным, отдельные его части крепятся между собой при помощи фланцевых соединений. Передняя часть корпуса изготовляется из листа силумина АЛ4, а задняя изготовляется из стали.

Подшипники устанавливаются в крышку, расположенную внутри силовой фермы, служащей для упрочнения корпуса. Смазка подшипников принудительная, и производится при помощи масляного насоса. Охлаждение масла производится в масляном радиаторе. Отвод масла от подшипников производится по каналам, выполненным на стакане подшипников и ферме. Слив масла производится через сливную трубку. Подшипники является опорно – упорными и жестко закреплены в крышке при помощи втулки. Осевая нагрузка на вал направлена влево, - в сторону забора воздуха. Другие подшипники является опорным. Их установка предусматривает восприятия тепловых расширений вала при работе компрессора. Для исключения контакта корпуса с рабочим колесом предусмотрены радиальные зазоры между корпусом и колесом, которые составляют 0,5 мм.

Ротор, несущий рабочее колесо, является двух опорным ступенчатым и изготавливается полым, с целью уменьшения веса, из стали 18ХНВА. Для компенсации переменных осевых усилий, возникающих при работе двигателя, в стакан между подшипниками установлена жесткая пружина. Воздушные лабиринтные уплотнения необходимы для предотвращения утечек масла в проточную часть.

Передача крутящего момента от вала компрессора ко втулке рабочего колеса осуществляется при помощи шлицевого соединения. Посадка колеса на втулку выполнена с натягом и усилена четырьмя штифтами. Фиксация колеса производится гайкой со специальной стопорной шайбой

Рабочее колесо из-за сложных условий эксплуатации (запыленности и влажности воздуха), изготавливается из титанового сплава ВТ22. Активное рабочее колесо являются полузакрытым и получаются путем фрезерования титановых заготовок. Полученные лопатки затем полируются.

Радиальные лопаточные диффузоры состоят из 24 лопаток, получаемых фрезерованием из стали 2Х13 и приваренных к корпусу.

Газодинамический расчет компрессора, профилирование его элементов и прочностной расчет рабочего колеса представлены ниже.

2.Расчет компрессора

Исходными данными для расчета компрессора являются:

=5 - расход воздуха;

=11 - степень повышения давления;

=0,8 - кпд компрессора;

=900 - лопаточный угол на выходе из рабочего колеса;

=101300 Па; -давление атмосферного воздуха.

=288К–температура атмосферного воздуха.

1. Адиабатная и действительные работы компрессора

2. Задаемся величиной согласно таблице 1(методичка)

таблица 1

Внимание! Полученное значение коэффициента адиабатического напора является предварительным и подлежит уточнению в дальнейшем.

3. Окружная скорость на диаметре :

4. Задаемся и с помощью таблицы 2 определяем оптимальное значение параметра

=

Величина зависит от типа входного устройства ():

- осевой вход; задаемся

5. Площадь входного сечения рабочего колеса:

- коэффициент, учитывающий загромождение пограничным слоем и зависит от типа входного устройства и расхода воздуха.

- для осевого входного устройства;

Для нахождения необходимо определить закон закрутки по высоте лопатки перед колесом.

При выборе величины относительного диаметра втулки следует руководствоваться конструктивными соображениями, ориентируясь на . Задаемся законом закрутки и , тогда

о

Критическая скорость

По таблице газодинамических функций

Задаваясь и , получим

Периферийный диаметр колеса на входе:

Максимальный диаметр колеса:

8. Диаметр втулки колеса на входе:

Если полученный диаметр втулки мал, то следует задаться такой величиной , чтобы получился не менее 0,06м.

9. Частота вращения

10. Параметры потока на входе в колесо:

Таким образом, значение угла получилось равным . Однако, значение углов , представленные в таблице 2, являются ориентировочными, т.к. достоверных данных по отношению коэффициентов потерь , от которого в основном зависит величина , нет.

В выполненных конструкциях величина угла находится в пределах 30-40о.

Для рассматриваемого примера считаем полученное значение приемлемым. По таблицам газодинамических функций определяем:

11. Параметры потока на выходе из колеса

Кпд колеса в зависимости от относительной скорости определяется по рис. 1.

Рис. 1. Зависимость от относительной скорости в относительном движении .(При ).

При .

В связи с этим рекомендуется принимать

(или )

Величина должна быть тем больше, чем выше окружная скорость.

Задаем

.

Число лопаток Z=24.

Определяем коэффициент мощности по формуле Казанджана:

где

По таблице газодинамических функций

12. Уточнение величины коэффициента адиабатического напора .

Определяем коэффициент дисковых потерь.

Безразмерный коэффициент b есть функция числа Рейнольдса, учитывающий одновременно потери мощности от перетекании

- для полузакрытых колец;

Так как уточненное значение отличается от принятого ранее больше, чем на 0,005 необходимо повторить расчет с п.3, приняв полученное значение как окончательное.

13. Окончательный расчет параметров потока на входе и геометрических параметров входного сечения рабочего колеса.

Значение принимаем полученным в п.10.

Совпадение и полученного хорошее.

14. Окончательный расчет параметров потока на выходе и геометрических параметров выходного сечения рабочего колеса.

В виду незначительного изменения и соответственно , величины остаются теми же.

Величина =0,901 не пересчитывается.

Величины

=0,045, и =0,765

можно не уточнять.

По таблицам газодинамических функций

=1,05- коэффициент, учитывающий загромождение выходного сечения поперечным слоем,