Материал: 2120

ρо – плотность воздуха (при 20 оС), равна 1,2 кг/м3,

R = 287 Дж /(кг· К).

Рис. 1.2. Схема проточной части центробежного компрессора:

1 – рабочее колесо; 2 – диффузор; 3 – улитка

Площадь сечения патрубка (м2) зависит от внутреннего диаметра (Dо вх= 36 мм или 0,034 м) и определяется по формуле

Fвх = π D2о вх /4.

При входе в колесо (сечение 1) скорость С1 увеличивается по причине уменьшения площади (из-за наличия лопаток, площади вала

иступицы). Давление и температура незначительно снижаются. Между сечениями 1 и 2 происходит работа над газом (воздухом)

иего уплотнение. Скорость С2, температура Т2 и давление Р2 резко

46

возрастают. В результате расширения каналов диффузора (сечение 2 и 3) и улитки скорость воздуха снижается.

Рис. 1.3. Изменение скорости С в различных сечениях турбокомпрессора

Расчет ступени компрессора начинают с определения массового секундного расхода воздуха, проходящего через его каналы. Проточной частью компрессора или турбины называют систему устройств, по которым движется газ. Скорость газа в проточной части установок изменяется путем геометрического воздействия – изменением площади поперечного сечения потока по его длине. В компрессоре энергия к воздуху подводится в рабочем колесе (подвод технической или располагаемой работы путем вращения колеса), в других каналах она только преобразуется.

Зная подачу воздуха компрессором и поперечное сечение каналов компрессора, находим среднюю скорость воздуха (при необходимости потери энергии). В результате торможения потока газа в расширяющихся каналах молекулы воздуха сближаются и температура повышается. По изменению температуры определяют давление и плотность газа.

3. Зная массовую подачу воздуха компрессором, находим его параметры на входе в колесо [3]:

Мk Fвх.к С1 1,

здесь Fвх.к – площадь поперечного сечения на входе в колесо компрессора, м2; ρ1– плотность воздуха (при 20 оС); С1 – скорость воздуха на входе в колесо компрессора;

47

4. Значение площади на входе в колесо (м2) находим из выраже-

ния

Fвх.к = F1 – F0 ,

где F1 = π D21 / 4; F0 = π D20 / 4 (D1 = 34 мм или 0,034 м; D0 =13 мм или 0,013 м).

5. Определяем окружную скорость на выходе из колеса компрессора (касательная к окружности колеса или перпендикулярная к радиусу вращения):

где Lад – адиабатная работа сжатия; ηнап – напорный адиабатный КПД (0,6 − 0,75), характеризует способность колеса создавать напор.

Для подачи воздуха в цилиндры двигателя необходимо осуществить его впуск в компрессор, сжатие и нагнетание. Принимаем, что процесс сжатия происходит без подвода и отвода теплоты (процесс адиабатный).

6. Общую удельную работу (Дж/кг) при адиабатическом сжатии определяем из выражения

где ср = 1005 Дж/(кг·К) – удельная массовая изобарная теплоемкость воздуха; Та= 293 К – температура на входе в компрессор; k 1,4 – показатель адиабаты для воздуха; πк – степень повышения давления.

Если для четырехтактного двигателя известна эффективная мощность

Ne Pe Vh i n, 120

где Vh – рабочий объем цилиндра, л ; i – число цилиндров; n – частота вращения коленчатого вала, мин-1; Ре – среднее эффективное давле-

48

ние, МПа, то среднее эффективное давление в цилиндре двигателя находят из выражения

Величина давления воздуха на выходе из компрессора и сте-

пень повышения давления для четырехтактных двигателей определяется из соотношений

где Ро – атмосферное давление.

7. Зная окружную скорость и диаметр колеса, находим частоту вращения вала колеса компрессора (nk) из формулы

8. Относительную скорость воздуха на выходе из колеса компрессора W2 определяем из выражений

0,8 − 0,9, учитывающий наличие лопаток на колесе, что уменьшает площадь на выходе; b2 0,05 0,1 D2К − ширина лопаток на выходе из колеса. Малоразмерный компрессор имеет максимальное значение КПД при числе лопаток 10 − 12.

49

10. По значениям U2 и W2 определяем абсолютную скорость на выходе из колеса (рис. 1.4):

C2 U22 W22 .

Рис. 1.4. Окружная U2, относительная W2 и абсолютная С2 скорости на выходе из колеса компрессора

При вращении колеса за счет центробежных сил молекулы воздуха перемещаются от центра к периферии. На выходе из колеса скорость молекул достигает значения C2 (см. рис. 1.4). В межлопаточных каналах за счет их расширения кинетическая энергия переходит в энергию давления. Дополнительно скорость воздуха уменьшается в диффузоре и улитке (спиральной камере). В результате этого температура Т, давление Р и плотность повышаются.

11. Турбокомпрессоры имеют лопаточные или щелевые диф-

фузоры. В диффузоре энергия к потоку газа не подводится. За счет торможения потока в расширяющих каналах происходит преобразование кинетической энергии в энергию давления. Наружный диаметр диффузора D3 выбирается из соотношения (1,3 − 1,5)D2К. Величина наружного диаметра диффузора в нашей работе известна: D3 = 96 мм.

50