А. В. КИСТОЙЧЕВ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ ГТУ Учебное пособие Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. <...> Кистойчев ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ ГТУ Рекомендовано методическим советом УрФУ в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению подготовки 141100 – Энергетическое машиностроение Екатеринбург Издательство Уральского университета 2014 УДК 621.438:62-226.1 (075.8) ББК 31.363-02я73 К44 Рецензенты: А. Н. Михайлов, главный конструктор ОАО «Уралтурбо»; В. Ю. Чан-фун-тен, технический директор ЗАО «Уральский завод гражданской авиации» Научный редактор – канд. техн. наук, доц. <...> К44 Проектирование лопаточного аппарата осевых компрессоров ГТУ : учебное пособие / А. В. Кистойчев. <...> Основные термодинамические параметры ступени осевого компрессора . <...> ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА . <...> ФОРМЫ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ И ИЗМЕНЕНИЕ ОСЕВОЙ СКОРОСТИ ПО ТРАКТУ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА . <...> СРЫВНЫЕ И НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА . <...> СРЫВНЫЕ И НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ . <...> РАБОТА КОМПРЕССОРА ПРИ ВПРЫСКЕ ОБЕССОЛЕННОЙ ВОДЫ В ПРОТОЧНУЮ ЧАСТЬ . <...> ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПРЕССОРА НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ . <...> 3D-РАСЧЕТ ВЯЗКОГО ТЕЧЕНИЯ В ЛОПАТОЧНЫХ ВЕНЦАХ . <...> 119 4 ВВЕДЕНИЕ Компрессор (от лат. compressio – сжатие) – это энергетическая машина, предназначенная для сжатия газов (паров) и перемещения их из области низкого в область высокого давления. <...> Компрессоры получили широкое распространение в различных технологических процессах, таких как: вентиляция; охлаждение элементов машин и теплоносителей (аппараты воздушного охлаждения газа или масла); транспорт природного газа; технологические процессы; сжатие рабочего тела в тепловых двигателях (часть ГТУ и ГТД, турбонаддув в двигателях внутреннего <...>
Проектирование_лопаточного_апппарата_осевых_компрессоров_ГТУ.pdf
УДК 621.438:62-226.1 (075.8)
ББК 31.363-02я73
К44
Рецензенты:
А. Н. Михайлов, главный конструктор ОАО «Уралтурбо»;
В. Ю. Чан-фун-тен, технический директор ЗАО «Уральский завод
гражданской авиации»
Научный редактор – канд. техн. наук, доц. О. В. Комаров
Кистойчев, А. В.
К44 Проектирование лопаточного аппарата осевых компрессоров
ГТУ : учебное пособие / А. В. Кистойчев. – Екатеринбург : Издво
Урал. ун-та, 2014. – 120 с.
ISBN 978-5-7996-1102-6
В пособии изложены основы теории работы ступени осевого
компрессора, рассмотрены особенности совместной работы ступеней
осевого компрессора, вопросы регулирования осевых компрессоров и
их работы на переменных режимах, а также приводятся основы аэродинамического
проектирования компрессоров.
Библиогр.: 11 назв. Рис. 57. Табл. 2.
УДК 621.438:62-226.1 (075.8)
ББК 31.363-2я73
ISBN 978-5-7996-1102-6
2
© Уральский федеральный
университет, 2014
Стр.3
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................ 5
1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ГАЗОВОГО ПОТОКА
В ЛОПАТОЧНЫХ МАШИНАХ .............................................................. 7
1.1. УРАВНЕНИЕ НЕРАЗРЫВНОСТИ ................................................. 7
1.2. УРАВНЕНИЕ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ ....................................... 8
1.3. УРАВНЕНИЕ ПЕРВОГО ЗАКОНА ТЕРМОДИНАМИКИ ................. 9
1.4. ОБОБЩЕННОЕ УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ .................................. 10
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ .................................................... 12
2. ТЕОРИЯ СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ................ 13
2.1. РАБОТА СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА. ОСНОВНЫЕ
ПАРАМЕТРЫ СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА .................................. 13
2.1.1. Кинематические параметры .......................................... 14
2.1.2. Основные термодинамические параметры ступени
осевого компрессора ......................................................................... 19
2.1.3. Геометрические параметры ступени ............................ 23
2.2. СТУПЕНИ С РАЗЛИЧНОЙ СТЕПЕНЬЮ РЕАКТИВНОСТИ ........... 28
2.3. УСИЛИЯ НА ЛОПАТКАХ И РАБОТА ВРАЩЕНИЯ КОЛЕСА
СТУПЕНИ ................................................................................................. 30
2.4. УСЛОВИЯ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СТУПЕНЕЙ,
РАСПОЛОЖЕННЫХ НА РАЗНЫХ РАДИУСАХ ........................................... 33
2.4.1. Ступень осевого компрессора с постоянной
циркуляцией ....................................................................................... 37
2.4.2. Ступень с постоянной реактивностью ......................... 41
2.5. ОСНОВЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СТУПЕНИ
ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ........................................................................ 43
2.6. ПОТЕРИ В ЛОПАТОЧНОМ ВЕНЦЕ ............................................ 45
2.7. НАЗНАЧЕНИЕ, ОСОБЕННОСТИ И РАБОТА СВЕРХ- И
ТРАНСЗВУКОВЫХ СТУПЕНЕЙ ................................................................. 52
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ .................................................... 58
3. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ОСЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ ........ 59
3.1. СВЯЗЬ МЕЖДУ ПАРАМЕТРАМИ СТУПЕНИ И КОМПРЕССОРА.. 59
3.2. ФОРМЫ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ И ИЗМЕНЕНИЕ ОСЕВОЙ
СКОРОСТИ ПО ТРАКТУ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА .................................. 61
3.3. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ СЖАТИЯ ПО СТУПЕНЯМ
КОМПРЕССОРА ........................................................................................ 64
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ .................................................... 67
3
Стр.4
4. ПЕРЕМЕННЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ ОСЕВЫХ
КОМПРЕССОРОВ ................................................................................... 68
4.1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ........................................................................ 68
4.2. ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ К ТЕЧЕНИЮ ГАЗА
В КОМПРЕССОРЕ ..................................................................................... 72
4.3. ПРИВЕДЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА 73
4.4. СРЫВНЫЕ И НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ СТУПЕНИ
ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ........................................................................ 75
4.5. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА СТУПЕНЕЙ НЕРЕГУЛИРУЕМОГО
ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ........................................................................ 78
4.6. СРЫВНЫЕ И НЕУСТОЙЧИВЫЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ
МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ ................................. 82
4.7. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
ПОМПАЖА ............................................................................................... 87
4.8. РЕГУЛИРОВАНИЕ КОМПРЕССОРОВ ......................................... 89
4.8.1. Перепуск воздуха ........................................................... 90
4.8.2. Применение поворотных направляющих лопаток ..... 93
4.8.3. Применение
многокаскадных
осевых
компрессоров ..................................................................................... 97
4.9. РАБОТА КОМПРЕССОРА ПРИ ВПРЫСКЕ ОБЕССОЛЕННОЙ ВОДЫ
В ПРОТОЧНУЮ ЧАСТЬ ........................................................................... 100
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ .................................................. 101
5. МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРОВ ........... 102
5.1. МЕТОД ПОЛНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ................................... 104
5.2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОМПРЕССОРА НА ОСНОВЕ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ .............................................. 107
5.2.1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО ПАРАМЕТРАМ НА СРЕДНЕМ
ДИАМЕТРЕ ............................................................................................. 108
5.2.2. РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПРЕССОРА......................... 112
5.2.3. РАСЧЕТ НА БАЗЕ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ МОДЕЛИ
(ДВУМЕРНЫЙ РАСЧЕТ).......................................................................... 113
5.2.4. 3D-РАСЧЕТ ВЯЗКОГО ТЕЧЕНИЯ В ЛОПАТОЧНЫХ
ВЕНЦАХ ................................................................................................. 116
5.2.5. ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ .................................................. 117
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ .................................................. 118
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ......................................... 119
4
Стр.5