В последнее время проявляется большой интерес к центробежным компрессорам. Возможность достижения в них высоких степеней повышения давления при небольшой осевой протяженности и массе компрессора и двигателя отодвинула на второй план такой недостаток центробежного компрессора, как более низкий КПД, по сравнению с осевым компрессором [1-5].
Принцип действия центробежного компрессора сопоставим с принципом действия осевого компрессора, но с одним существенным различием: в центробежном компрессоре поток воздуха входит в рабочее колесо вдоль оси двигателя, а в рабочем колесе происходит поворот потока в радиальном направлении. Таким образом, в рабочем колесе за счёт центробежной силы создаётся дополнительный рост полного давления. То есть частицы рабочего тела получают дополнительную кинетическую энергию.
Рабочее колесо центробежного компрессора представляет собой диск или же сложное тело вращения, на котором установлены лопатки, расходящиеся от центра к краям диска. Межлопаточный канал в центробежном рабочем колесе, так же, как и в осевом — диффузорный. По типу используемых лопаток рабочие колеса классифицируются на радиальные (профиль лопатки ровный) и реактивные (профиль лопатки изогнутый). Реактивные рабочие колеса обладают более высокими КПД и степенью повышения давления, но сложнее в изготовлении, и, как следствие – дороже. Поток газа попадает в рабочее колесо центробежного компрессора, где частицам газа передаётся кинетическая энергия вращающегося колеса, диффузорный межлопаточный канал производит торможение движения частиц газа относительно вращающегося колеса, центробежная сила придаёт дополнительную кинетическую энергию частицам рабочего тела и направляет их в радиальном направлении. После выхода из рабочего колеса частицы рабочего тела попадают в диффузор, где происходит их последующее торможение, с преобразованием их кинетической энергии во внутреннюю.
На рис. 1-3 представлен стенд для испытания центробежного компрессора. Стенд имеет два управляющих фактора: частоту вращения и расход воздуха.
Основные технические характеристики стенда.
1. Расход воздуха, л/с (кг/с) 50 (0,063)
2. Степень повышения давления 1,5
3. Эффективный КПД 0,75
4. Габаритные размеры, мм
длина 1000
ширина 500
высота 1750
На рис. 1 приведено изображение рабочего колеса центробежного компрессора.
Рис. 1. Испытательный стенд
Рис. 2. Рабочее колесо
|
Рис. 3. Схема стенда для испытаний центробежного компрессора |
Методика расчета центробежного компрессора реализована в разработанной авторами системе моделирования COMPRESSOR. Модель компрессора (рис. 4) была идентифицирована в системе. Результаты расчета приведены на рис. 5-6.
Рис. 4. Схема центробежного компрессора в системе моделирования
Рис. 5. Проточная часть центробежного компрессора
Рис. 6. Треугольник скоростей
По результатам расчета можно судить, что они соответствуют реальной картине.
Выводы
Таким образом, в разработанной авторами системе моделирования COMPRESSOR можно рассчитывать центробежный компрессор (включая рабочее колесо, лопаточный и безлопаточный диффузоры), проводить построение меридионального сечения проточной части, а также строить треугольники скоростей. Полученные результаты подтвердили адекватность системы.
Литература
2. Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф., Радько В.М., Кузьмичёв В.С. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин; Самар. гос. аэрокосм. ун-т, 2006. – 316 с.
4. Ахмедзянов Д.А., Козловская А.Б., Кривошеев И.А. /Система моделирования компрессоров авиационных ГТД (COMPRESSOR)/ Свидетельство об официальной регисрации № 2009612688 , Роспатент, Москва. – 2009.
5. Холщевников К.В. Методика расчета центробежного компрессора (пособие для курсового проектирования). – М.: Стеклография МАИ, 1950. – 43 с.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ.
