Определение переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений, действующих на рабочее колесо центробежного компрессора

• Автор: Футин, Виктор Александрович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 185 с. : ил.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Физическая картина потока в областях, непосредственно примыкающих к рабочему колесу
1.2. Нестационарность потока, определяемая окружной неравномерностью давления около дисков рабочего колеса
1.3. Методы определения переменных аэродинамических нагрузок и динамических напряжений, действующих

на рабочие колеса

И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ПОТОКА ПО ОКРУЖНОСТИ И РАДИУСУ ОКОЛО ДИСКОВ РАБОЧЕГО КОЛЕСА

2.1. Объекты исследования и экспериментальный стенд

2.2. Программа испытаний, методы измерений и обработки опытных данных

2.3. Погрешность определения основных величин

2.4. Результаты экспериментального исследования неравномерности потока

2.4.1. Ступени центробежного компрессора с безлопаточными диффузорами
2.4.2. Определение частоты воздействия переменных давлений на основе гармонического анализа для
ступеней с безлопаточными диффузорами
2.4.3. Ступени центробежного компрессора с лопаточными диффузорами
III. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕМЕННЫХ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА РАБОЧЕЕ КОЛЕСО
3.1. Определение переменных давлений на диски рабочего
колеса, действующих с внешней стороны
3.2. Определение давлений на диски и лопатки рабочего колеса, действующих со стороны потока
в межлопаточных каналах
3.3. Алгоритм задания поля давлений на диски и лопатки рабочего колеса с учетом нестационарности потока для последующего расчета динамических напряжений с помощью метода конечных элементов

IV. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ И ДИНАМИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В РАБОЧИХ КОЛЕСАХ В ПРОЦЕССЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ С ПОМОЩЬЮ
ПРОГРАММНОГО ПАКЕТА ANSYS
4.1. Построение конечно-элементной модели рабочих колес и ее согласование с экспериментальными данными
по собственным частотам и формам колебаний
4.2. Определение собственных частот и форм колебаний рабочих колес разных типов с учетом предварительного напряженного состояния
4.3. Определение резонансных режимов работы рабочих колес
4.4. Определение резонансных динамических напряжений
с учетом граничных условий по возбуждающим аэродинамическим силам для трех характерных типов рабочих колес, используемых в реальных центробежных компрессорах
ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
а - скорость звука
Ь - ширина каналов
С - скорость потока в абсолютном движении
О, с1 - диаметры
Е - модуль упругости
в - массовый расход, модуль сдвига
р - давление
V - объемный расход
Я, г - радиус, радиальное направление
б - боковой зазор
Т - температура абсолютная
и - окружная скорость, окружное направление, перемещение
5 - толщина, зазор
¥ - скорость потока в относительном движении
]Ь - длина лопатки
М - число Маха
т - масса
N - мощность
п - частота вращения
Л - кпд
р - коэффициент Пуассона
л - степень повышения давления (отношение давлений)
р - плотность
а - напряжение, интенсивность напряжения
т - коэффициент стеснения потока лопатками
г - осевое направление, осевой размер, число лопаток, число
гребней в уплотнении Р„ - углы лопаток
Р - углы потока в относительном движении
а - угол потока в абсолютном движении
Е, - коэффициент потерь
Ф<) - условный коэффициент расхода
ср2 - коэффициент расхода
е - деформация, интенсивность деформации
ср - угловая координата
|/ - коэффициент напора, характеристика свойств материала
- степень реактивности рабочего колеса со - угловая скорость

Относительная погрешность равна
М = Щ00% = ±2Д00% й
Абсолютная и относительная погрешности коэффициента полезного действия рассчитываются с использованием выражения (2.1) и (2.2), Исходное уравнение для определения погрешностей

■ 1п

V 1II У
После дифференцирования (без учета погрешности определения к) этого выражения получим:

I иол
ЛІ V
1 /Р,
V ^.,п V
V / 'і к

т ы{Ур
1н у / хн

к-гЧа,
■ДІ Т,9

0,0023
1,1.52 1,4
^304,85л V 291,55 у у

291,5 1п(1,152)
304,8 ’ 1,4 (304,85
1,4 — 1 291,55 )
л 0,0024
= ±0,013
где Д
( р У
д.,
(ДР

4дР У (
V
V1..
0,001755
1,154
V2 (

0,001755 00207

= ±0,0023
- абсолютная погрешность отношения давлений;

ґт л __>
уТ„
V Т,
'ДТ Л'

V Д.
0,5

, ч 304,85 у

0,5

291,55
= ±0,0024
- абсолютная погрешность отношения температур.