Cieplne Maszyny Przepływowe. Temat 3 Zarys konstrukcji stopni osiowych. Część I Podstawy teorii Cieplnych Maszyn Przepływowych. 3.

Transkrypt

1 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 4 3. WSTĘP Metody konstrowania trbin, sprężarek i pomp zazwyzaj względniają wiele odrębnyh proesów. Poszkją kilka najważniejszyh parametrów gazodynamiznyh i za każdym wieńem łopatkowym, powinniśmy zastosować: - jednowymiarową analizę ih oblizania wzdłż promienia średniego (podziałowego), tzw. mean-line analyses - analizę kształtów trójkątów prędkośi na promieni średnim (podziałowym) Nierhome łopatki kierowniy wlotowej Nierhome łopatki kierowniy wylotowej R z R w ω Wirnik napędowy (pędnik) pompy (sprężarki). Rys. 3. Osiowa maszyna przepływowa pompa lb sprężarka

2 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 5 Element łopatki Powierzhnia obrotowa Rys. 3. Wyinek palisady pierśieniowej i obrotowa płaszzyzna Obdowa Linia prąd Rys Przekrój merydionalny przez wirnik maszyny. Piasta

3 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 6 Rys Obraz przepływ trójwymiarowego przez wienie wirnikowy trbiny

4 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 7 Rys. 3.5 Obraz przepływ trójwymiarowego przez wienie wirnikowy sprężarki osiowej Blade Wakes Ślad łopatkowy Hb Corner Vortex - Wir narożny przy piaśie End Wall Bomdary Layer- Warstwa przyśienna na śiane ogranizająej Seondary Flow przepływ wtórny Tip Clerane Flow Przepływ nadłopatkowy przez szzelinę Tip Corner Vortex - Wir narożny przy obdowie Blade Srfae Bondary Layer - Warstwa przyśienna na pow. łopatki Shok Srfae Powierzhnia derzeniowa Flow- Przepływ Unsteady Uniform Veloity Niestalona prędkość jednorodna (stała) Rotation Rh obrotowy

5 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh Maszyna wielostopniowa Dlazego w maszynie wielostopniowej obserwje się tendenje do zahowania: - stałego promienia - stałej prędkośi średniej wirowania łopatki - podobieństwo geometryznego łopatek wirnika - podobieństwo geometryzne łopatek stojana - zmiennego pole przekroj osiowego (zmienna wysokość łopatki przy przepływie przez maszynę. Praa wykonana przez jednostkę masy płyn ( h o ) i naprężenia w wirnik zależą głównie od; kwadrat obwodowej prędkośi łopatki, przy zym wysoka prędkośi łopatki jest: pożądana lez ogranizona powstająymi wówzas dżymi naprężeniami w łopate. Z potrzeby redkji poziom strat i kosztów projektowania wynika także aby wszystkie stopnie spełniały następjąe warnki: - zahowywały podobieństwo trójkątów prędkośi - miały zmienną wysokość łopatek ze zmianą gęstośi zynnika. Rys Wielostopniowa sprężarka osiowa

6 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 9 REGULOWANE ŁOPATKI KIEROWNICZE Rys Wielostopniowa sprężarka osiowa ze zmiennymi kształtami kanałów stojana - reglowanymi łopatkami kierownizymi. 3. Konstrkja stopnia 3.. Identyzność (powtarzalność) stopni. W stopniah powtarzalnyh trójkąty prędkośi dla każdego stopnia są takie same. Przeprowadzają analizę dla trbiny mamy: m onst. α 0 α

7 Teraz Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 0 mtgα i mtgα 30 Równanie pray obwodowej EULERA ma postać: Dla stopnia trbinowego: l ( ) ( tgα tg ) m α Dla stopnia sprężarkowego: l ( ) ( tgα tg ) m α Współzynnik spadk (wzrost ) entalpii (obiążenia wieńa) jest Gdzie: ϕ is l ψ m ( tgα tgα ) ϕ ( tgα tgα ) l ϕ jest współzynnikiem przepływ. m

8 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 3 KIEROWNICA w a a WIRNIK w Rys. 3.8 Profile łopatek i trójkąty prędkośi dla stopnia trbinowego Reakję (współzynnik reakji, reakyjność) wyznazamy ze wzor: R i s,wirnik i s,stopien i i Zmiana entalpii ałkowitej w stojanie (kierowniy) gdzie h h h 0 s,stator s,stopien h i +

9 stąd wię dlatego też Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh i + i + i z zego wynika, że Ale wiemy, że: h hstojan stojan i + m 0 stopnia 0 ( + ) ( ) m ( tg α tg α ) 3 zatem ; h stopnia ψ h + stopnia i stopnia Równanie określająe reakyjność będzie zatem miało postać: R m ( tg α tg α ) ψ

10 R Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh ( tg α tg α ) ϕ ψ 33 Eliminją z równania na reakyjność tangens kąta α otrzymamy: ψ ( R ϕtg ) 4 α Powyższe równanie: - obowiązje zarówno dla sprężarek jak i dla trbin, - ma bardzo dże znazenie. Wynika z niego: - dża reakyjność, która implikje niską wartość wskaźnik spadk (wzrost) entalpii (obiążenia) - przyrost wartośi współzynnika przepływ reakji i kąta α, powodje zmniejszenie współzynnika spadk (wzrost) entalpii. (obiążenia wieńa) Innymi słowy we wstępnym etapie konstrowania stopnia msimy dobrać: - współzynnik spadk (wzrost) entalpii (współzynnik obiążenia wieńa) - reakję R - współzynnik przepływ ϕ i kąt α, o jest zaleane nawet wówzas, kiedy nie mamy stopni geometryznie podobnyh (powtarzalnyh).

11 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh Współzynnik przepływ. Współzynnik przepływ definiowany jest jako: ϕ m Opisje on współzynnik prostokątnośi trójkątów prędkośi. KIEROWNICA w WIRNIK w Rys. 3.9 Dwa stopnie trbiny osiowej z reakją 0,5 i ψ,0 Ciągła linia φ 0,37 Linia kreskowa φ 0,53.

12 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh Wskaźnik izentropowego spadk (wzrost) entalpii (Współzynnik obiążenia wieńa). Wskaźnik spadk entalpii definiowany jest jako: ψ h Wpływa na pohylenie trójkątów prędkośi. 0 KIEROWNICA w WIRNIK w Rys. 3.0 Dwie trbiny osiowe z reakją 0,5 i φ 0,5. Linia iągła ψ 3,4; linia kreskowa ψ,0

13 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh Reakja Definiowana jako: h R h wirnik stopień Wpływa na asymetrię trójkątów prędkośi i kształt łopatek KIEROWNICA STATOR w w WIRNIK ROTOR w Rys. 3. Dwie trbiny osiowe z φ 0,37: Linia iągła R 0,5 ψ,0; Linia przerywana R 0,5 ψ 3,0.

14 Temat 3 Zarys konstrkji stopni osiowyh 37 Większość maszyn osiowyh posiada względnie dżą sprawność (typowe > 90%), wobe zego dp dp Tds dh dh ρ ρ A wię taka reakja, opisje również; zmianę iśnienia w poprzek stopnia jak również zmianę entalpii. 3.3 Podsmowanie Proes projektowania stopnia wymaga przyjęia wartośi ψ, φ i R dla pnkt konstrkyjnego Współzynnik przepływ ϕ m wpływa na prostokątność trójkątów prędkośi. Współzynnik obiążenia Reakyjność h R h wirnik stopień ψ h wpływa na: - asymetrię trójkątów prędkośi/kształt łopatek - zmiany iśnienia w poprzek wirnika patrz: stopnia. 0 definije kośność trójkątów prędkośi.