Расчет и проектирование осевого нагнетателя
Покупка
Тематика:
Теплоэнергетика. Теплотехника
Автор:
Леонов Виктор Павлович
Год издания: 2019
Кол-во страниц: 20
Дополнительно
Вид издания:
Учебно-методическая литература
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-5097-8
Артикул: 812158.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Представлены методики расчета осевого нагнетателя, работающего в составе турбохолодильного агрегата системы кондиционирования воздуха летательных аппаратов, а также профилирования лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата. Для студентов, изучающих дисциплину «Турбомашины низкотемпературной техники»
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 15.03.03: Прикладная механика
- ВО - Специалитет
- 24.05.06: Системы управления летательными аппаратами
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Расчет и проектирование осевого нагнетателя Учебно-методическое пособие В.П. Леонов Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
УДК 621.5 ББК 31.363 Л47 Издание доступно в электронном виде по адресу ebooks.bmstu.press/catalog/57/book1962.html Факультет «Энергомашиностроение» Кафедра «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения» Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия Леонов, В. П. Расчет и проектирование осевого нагнетателя : учебно- методическое пособие / В. П. Леонов. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2019. — 17, [3] с. : ил. ISBN 978-5-7038-5097-8 Представлены методики расчета осевого нагнетателя, работающего в составе турбохолодильного агрегата системы кондиционирования воздуха летательных аппаратов, а также профилирования лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата. Для студентов, изучающих дисциплину «Турбомашины низкотемпературной техники». УДК 621.5 ББК 31.363 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 Оформление. Издательство ISBN 978-5-7038-5097-8 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2019 Л47
Предисловие Учебно-методическое пособие предназначено для освоения методики расчета и проектирования осевого нагнетателя при выполнении домашнего задания. В теоретической части приведены схемы систем кондиционирования воздуха самолетов, в которых одним из основных элементов является турбохолодильник. Осевой нагнетатель присутствует во всех конструкциях турбохолодильников. Представлен также алгоритм расчета основных параметров нагнетателя. Практическая часть посвящена профилированию лопаток рабочего колеса с выполнением графического построения. В заключение представлены контрольно-оценочные средства и вопросы для самоконтроля. Проведенные расчеты и рекомендации по проектированию позволят перейти к выполнению графической части домашнего задания. Цель учебно-методического пособия — овладение методикой расчета и проектирования осевого нагнетателя. Данные расчеты являются необходимым этапом проектирования турбомашин при изучении дисциплин «Системы кондиционирования воздуха», «Системы вентиляции» и «Системы жизнеобеспечения» в рамках курса «Турбомашины низкотемпературной техники». Закреплению теоретического материала способствуют вопросы для самоконтроля. Текущий контроль знаний позволяет оценить знания, умения и навыки, дающие возможность студентам уверенно ориентироваться в вопросах расчета и проектирования турбомашин, к которым относится и осевой нагнетатель. Основным критерием правильности расчета нагнетателя является получение всех основных его параметров в рекомендуемых пределах. Материал учебно-методического пособия позволяет изучить и грамотно пользоваться терминологией и основными понятиями при проектировании турбомашин. Полученные студентами умения и навыки могут быть применимы без каких-либо ограничений при дальнейшем изучении на старших курсах циклов холодильных и криогенных установок, циклов систем кондиционирования воздуха самолетов и т. п.
1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Расчет основных параметров осевого нагнетателя В авиационных системах кондиционирования воздуха (СКВ) (рис. 1.1) воздух отбирается от 7…12 ступеней компрессора двигателя (в зависимости от высоты полета) и, пройдя блок теплообменных аппаратов 5, 6, подается на турбину 4 турбохолодильника. Энергия, выработанная турбиной, по валу передается компрессору 3 и осевому нагнетателю (вентилятору) 1. Рис. 1.1. Схема СКВ самолета: 1 — вентилятор; 2 — направление потока; 3 — компрессор; 4 — турбина; 5 — подводящий патрубок; 6–9 — теплообменники Рабочий воздух, предварительно охлажденный в блоке возду- хо-воздушных теплообменников 8 и 9, компрессором подается в кабину и салон самолета. Охлаждающий наружный воздух прокачивается по этим теплообменникам нагнетателем 1. Внешний вид турбохолодильника с осевым нагнетателем и его конструктивная схема приведены на рис. 1.2 и 1.3 соответственно.
Рис. 1.2. Внешний вид турбохолодильника с осевым нагнетателем
Рис. 1.3. Конструктивная схема турбохолодильника с осевым нагнетателем
В соответствии с техническим заданием на проектирование осевого нагнетателя, входящего в состав авиационного турбохолодильника, могут быть следующие параметры: рабочее тело — воздух; мощность (Вт), подаваемая на нагнетатель, н т N N к п, N N где т к п , , N N N — мощность, соответственно вырабатываемая турбиной, потребляемая компрессором (в случае трех- или четырехколесной машины) и теряемая в подшипниках; частота вращения ротора n (об/мин); расход m (кг/с) или напор (Па) H = к н ; p p начальные параметры — давление н p и температура н. T Если задан расход воздуха, расчет проводят в следующей последовательности: определяют объемный расход н н , V m где н — плотность воздуха по начальным параметрам. Тогда напор, обеспечиваемый нагнетателем, находят по мощности н н г η , N HV т. е. н г н η , H N V где г η — гидравлический КПД нагнетателя; для крупных машин составляет 0,93…0,95, для малых — 0,85…0,90. Напор осевого нагнетателя 2 2 с вт н в ,8 ξ ρ . 0 H z k u Здесь сz — число ступеней (в турбохолодильниках обычно с 1); z вт в вт ξ , d d принимается равным 0,6…0,8; в d — внешний диаметр рабочего колеса нагнетателя; вт d — диаметр втулки; φ вт , a k c u обычно принимается равным 0,5…1,0; ac — осевая составляющая абсолютной скорости; вт u — окружная скорость на диаметре втулки; в u — окружная скорость на внешнем диаметре. Таким образом, в 2 вт φ н 0,8ξ ρ H u k и в в 60 . u d n Внешний диаметр можно также определить в соответствии с рекомендациями профессора Ф.М. Чистякова по значению расхода: н 3 в 0 φ , V d k nk где 3 0 2 вт вт 1 2,9 . ξ 1 ξ k
Среднеквадратичный диаметр на выходе из турбины 2 вт с в 1 ξ . 2 d d Диаметр втулки вт вт в. ξ d d Диаметр втулки согласовывается с диаметром вала. Высота рабочих и спрямляющих лопастей в вт . 2 d d l Хорда профиля лопатки 0,8...1,0 b l при больших значени- ях вт ξ . Скорость в выходном устройстве и трубопроводе н 0 2 в 4 . π V c d Осевая скорость в проточной части 0 2 вт . 1 ξ a c c Поскольку в общем случае степень реактивности ступени ст может изменяться по высоте лопастей, ее определяют на среднем квадратичном диаметре с: d 1 2 ст с ρ 1 . 2 u u c c u Окружная скорость на среднеквадратичном диаметре сu в с в . u d d Значение степени реактивности ст ρ 0,5 целесообразно применять при больших значениях окружных скоростей в 240...250 u м/с и при работе нагнетателя на воздухе.
Если 1 3 a a c c и 1 3 c c , что характерно для большинства ступеней осевого нагнетателя, то треугольники скоростей рабочих и направляющих лопаток симметричны, а профили их одинаковы (рис. 1.4, а). Рис. 1.4. Профили лопаток и треугольники скоростей осевого нагнетателя Тогда из треугольников скоростей следует, что 1 2 . u u с c c u Поскольку 1 1 ; u c u w u c 2 2 , u c u w u c 1 2 u u c w и 2 1 ; u u c w т 2 1 н с , u u H c c u а 1 2 , u u с c c u то т н 2 2 с с u H u u c и 1 2 u с u c u c . Теоретический напор ступени осевого нагнетателя т г η . H H Ступень с осевым входом и осевым выходом (см. рис. 1.4, б ), характеризуется отсутствием закручивания потока перед ступенью и за ней, т. е. 1 3 u u c c . Степень реактивности таких ступеней ст ρ 0,5...0,8. Данные ступени применяют при умеренных значениях окружных скоростей в 200...250 u м/с и числах Маха 1 М 0,9...0,95, где 1 1 н М , a c a н н. a kRT
В ступенях со степенью реактивности ст 1 2 , ρ 1 u u c c т. е. поток закручивается перед рабочим колесом в сторону, противоположную направлению вращения ротора (рис. 1.4, в). Такие ступени более высоконапорные, чем ступени с меньшей степенью реактивности и их целесообразно применять при малых окружных скоростях в 160...220 u м/с. Влияние степени реактивности на эффективность ступени иллюстрирует рис. 1.5. Рис. 1.5. Зависимость гидравлического КПД г от приведенной скорости 1 u c при различных значениях степени реактивности ст ρ Углы лопаток на входе и выходе определяют по следующим формулам: 1 1л с 1 tgβ ; a u c u c 2 2л с 2 tgβ , a u c u c где 1 2 . a a a c c c Угол изгиба профиля л 1л 2л желательно обеспечить равным 40…50°, а угол лопатки на выходе 2л обычно 90°.
Доступ онлайн
В корзину