Газодинамические основы теории динамических нагнетателей
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИНАМИЧЕСКОГО 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 |
||
|
u –переносная скорость w – относительная скорость c – абсолютная скорость c2 > c1 w2 w1
|
|
Основные геометрические размеры ступени нагнетателя: Диаметры D1, D2, D3 и D4 определяют вход и выход потока в межлопаточных каналах рабочего колеса и диффузора; b1, b2, b3 и b4 - ширина канала в этих сечениях; ß1л и ß2л - 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 t1, t2, t3), a - длина хорды сечения лопатки, ā - густота решетки лопаток отношение хорды к соответствующему шагу ā = a/t. Величина, обратная густоте решетки, называется относительным шагом t==t/a. |
||
|
||
Принцип действия осевого нагнетателя |
||
|
Ступень осевого нагнетателя состоит из входного патрубка 1, рабочего колеса 2, закрепленного на валу 5, лопаточного неподвижного диффузора 3 и выходного патрубка 4, |
|
Основное уравнение, определяющее принцип проектирования и конструирования турбонагнетателей. Уравнение эйлера
Для анализа процессов в элементах ступени турбонагнетателя необходимо оценить взаимодействие между потоком газа, движущимся в проточной части, и ограничивающими его движение стенками канала. Это взаимодействие определяет затрату работы в ступени нагнетателя и показывает характерные особенности каждого процесса.
Схема взаимодействия потока газа с элементами проточной части рабочего колеса
Подвод энергии в ступени нагнетателя вызывает изменение абсолютной с, относительной w и окружной u скоростей.
Анализ взаимодействия в проточной части ступени нагнетателя приведем при следующих допущениях:
вязкость рабочего тела не принимается во внимание;
поток в межлопаточных каналах рабочего колеса осесимметричен, т.е. все струи совершенно одинаковы геометрически и кинематически;
линии тока частиц рабочего тела в каналах эквидистантны профилю лопаток.
Сила воздействия на поток рабочего тела со стороны лопаток определяется их профилем и разностью давлений и может быть найдена из рассмотрения закона о моменте количества движения.
Изменение скорости элементарной массы dm в течение времени τ от с1 до с2 вызвано действием силы Р, приложенной к рассматриваемой массе, т.е.
Для нахождения составляющей силы, воздействующей на поток в направлении окружной скорости Рu (окружное усилие), воспользуемся проекциями скоростей на направление окружной скорости:
Формула выражает теорему Эйлера об изменении количества движения. Векторы скоростей, входящие в формулу, определяются из входного и выходного треугольников скоростей и, следовательно, связаны с параметрами ступени.
Рассматривая момент силы Рu, действующей со стороны лопаток на элементарную массу газа, получаем
Элементарная работа, переданная газу,
| Интегрируя это уравнение в пределах между сечениями 1 и 2 и, переходя к 1 кг рабочего тела, тогда
Уравнение носит название уравнения Эйлера или основного уравнения турбонагнетателей.