Эффективность и особенности процессов в лопаточных диффузорах холодильных центробежных компрессоров

• Автор: Лаврищев, Эдуард Васильевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 163 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1 ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЛОПАТОЧНЫХ ДИФФУЗОРОВ В
ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРАХ
Глава 2 ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ДО- И ТРАНСЗВУКОВОГО ТЕЧЕНИЯ РАБОЧЕГО ВЕЩЕСТВА ЧЕРЕЗ РЕШЕТКУ ЛОПАТОЧНОГО ДИФФУЗОРА ПРИ ПЕРЕМЕННЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
2.1. Уравнения движения сжимаемого газа в канатах пере
менного сечения
2.2. Уравнения одномерного течения реального сжимаемого газа через решетку лопаточного диффузо

2.3. Метод условных температур для идеализированного

2.4. Уравнения одномерного течения идеализированного
газа через каналы переменного сечения
2.5. Расчетная схема канала диффузора
2.6. Численный эксперимент при переменных режимах работы
2.6.1. Процедура интегрирования системы обыкновенных дифференциальных уравнений
2.6.2. Процедура интерполирования функций
2.6.3. Исследование влияния изменения расхода

2.6.4. Расчет трансзвуковых течении
Глава 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЛОПАТОЧНЫХ ДИФФУЗОРОВ ХОЛОДИЛЬНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ
3.1. Стенд для экспериментальных исследований
3.2. Модельный компрессор
3.3.Система измерений
3.3.1. Выбор контрольных сечений
3.3.2. Размещение приборов в контрольных сечениях и измеряемые параметры
3.3.3. Измерение давлений
3.3.4. Измерение температур, числа оборотов и расхода рабочего тела
3.3.5. Приборы регистрации
3.4. Методика проведения испытаний
3.5. Обработка результатов эксперимента
3.5.1 Расчёт термодинамических свойств рабочего вещества
3.5.2.Определение энтальпии, энтропии и скорости звука в рабочем веществе
3.6. Расчёт характеристик ступени и элементов проточной
части по опытным данным
3.7.Критерии оценки работы ступеней и отдельных элементов проточной части
3.8. Методика расчёта скорости вдоль канала диффузора по измерениям статического давления
3.9. Результаты экспериментального исследования
Заключение
Литература
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Развитие химической, нефтеперерабатывающей, пищевой и ряда других отраслей промышленности, в которых все шире применяются холодильные центробежные компрессоры [126], требует дальнейшего повышения холодильной мощности компрессоров, снижения их габаритов и металлоемкости, повышения экономичности и надежности.
Существенным резервом повышения холодильной мощности и снижения числа ступеней центробежных компрессорных машин (ЦКМ), работающих на высокомолекулярных веществах, является переход к большим окружным скоростям. В настоящее время предельные прочностные характеристики допускают работу фреоновых ЦКМ при числах Ми =1,4 1,9 [56]. Переход к
таким числам Ми с уровня Ми =0,8-5-1,2, свойственного большинству стационарных фреоновых ЦКМ, определяется наличием экспериментальных данных, подтверждающих возможность их экономичной работы в области высоких Ми и пригодных для использования при проектировании. Однако уже для М„ >1,0 опытных данных пока еще имеется недостаточно [56,126]. Это делает необходимым экспериментальные исследования проточных частей и их отдельных элементов при относительно высоких числах Ми.
Важным направлением экспериментальных исследований является совершенствование неподвижных элементов, а именно диффузорно-улиточной части ступеней. Это позволит повысить экономичность холодильных ЦКМ, спроектированных для работы на принятом ныне уровне чисел Ми и будет хорошим резервом при переходе к более высоким Ми.
Ступени с лопаточным диффузором в области расчетной производительности обладают более высоким КПД, чем с безлопаточным (в среднем на 2-^5% абсолютных)[42,101].
Относительно простые изменения в геометрии лопаточного диффузора позволяют существенно смещать область критической и оптимальной производительности [42,1011. Это является весьма важным для унификации проточ-

Кривые на рис.1.7 показывают, что в области /3 > 0 влияние чисел Мс2 при Мс2 < 0,68 незначительно. В области больших углов аз при ц « -5° и Мс2 — 0,55, согласно [42], происходило запирание каналов диффузора. Влиянию чисел Рейнольдса и Маха на работу диффузорной решётки посвящены также работы [15,86].
Условия возникновения и качественная картина развития трансзвуковых явлений в горлах каналов, приводящих к запиранию ЛД на режимах больше расчетного, рассматривались в работах [5,6,41,66,123].
Наличие запирания лопаточного диффузора на таких режимах подтверждается скачкообразным изменением давления в области горла канала (рис.1.8 и 1.9 по данным [5]).
Влияние шероховатости на работу диффузора рассмотрены в [75,83].
Диапазон устойчивой работы компрессора зависит от конструкции его проточной части и уровня условных чисел Маха Ми, при которых скорости потока близки к скорости звука в рабочем веществе. При высоких условных числах Маха, характерных для фреоновых турбокомпрессоров, максимальная объёмная производительность Ктах определяется условиями «запирания» колеса или лопаточного диффузора, для ступени с безлопаточным диффузором -условиями «запирания» колеса. Поэтому, если колесо не заперто, наибольшей протяжённостью по расходу обладают газодинамические характеристики ступеней с БЛД. В этом случае диапазон изменения расхода вдоль характеристик, соответствующих постоянной скорости вращения ротора, может достигать 35-45% от номинального расхода, тогда как у ступеней с лопаточным диффузором неизменной геометрией этот диапазон при тех же условиях меньше [21]. Однако и ступени с БЛД не могут удовлетворить требованиям, предъявляемым к холодильным турбоагрегатам (ХТА), при работе на переменных режимах. Для расширения диапазона устойчивой работы ХТА в проточную часть турбокомпрессоров приходится вводить дополнительные устройства, например, входные регулирующие аппараты (ВРА). Для ступеней с БЛД такой способ является, по существу, единственным, обеспечивающим, наряду с достаточной