Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ПО ОКРУЖНОСТИ ОКОЛО ДИСКОВ ЗАКРЫТЫХ РАБОЧИХ КОЛЕС СТУПЕНЕЙ КОНЦЕВОГО ТИПА ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ

Неравномерность распределения давлений и скоростей по окружности около дисков и за рабочим колесом (РК) центробежного компрессора (ЦК) является одним из основных источников нестационарности для вращающегося РК [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7]. Знание закономерностей распределения этих давлений и скоростей, особенно в широко применяемых концевых ступенях с безлопаточным диффузором (БЛД) и внутренней улиткой (ВУ), позволяет определить максимальные аэродинамические нагрузки на межлопаточные отсеки и произвести оценку динамической прочности РК. Спектральный анализ закономерностей быстроменяющихся давлений и скоростей на периферии РК дает возможность выявить наиболее опасные (резонансные) номера гармоник их воздействия на РК.

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование распределения давлений по окружности и радиусу около дисков РК и непосредственно за РК на стенках БЛД.

В качестве объекта использовались две модельные ступени (D2=300мм) с осесимметричным радиальным входом, БЛД и ВУ в форме кольцевой камеры (КК) с направляющим ребром на выходе, используемые в ЦК высокого давления. Первая ступень (№1) имела РК с углом лопаток на выходе, относительной шириной РК, а вторая (№2) – РК с,. В ступени №2 с целью унификации использована КК от ступени №1. Статические давления по окружности на радиусах ; 0,8; 0,95; 1,0 и 1,05 измерялись на стенках в 12 точках со стороны покрывного и основного дисков.

Схема ступени и расположение контрольных сечений и точек отбора статических давлений в зазорах около дисков РК показаны на рисунках 1 и 2. Полные, статические давления и углы потока по ширине b3 на радиусе измерялись в четырех точках по окружности с помощью ориентируемых трехканальных зондов, установленных в координатники. Исследования выполнены при числах Маха Mu=0,50,7.


Распределение безразмерного статического давления, отнесенного к, по окружности около покрывного диска и за РК в виде кривых для двух испытанных ступеней приведено на рисунках 3 и 4. Из них видно, что зависимость наиболее неравномерна на и при максимальном расходе для ступени №1, - №2 ( ,, - расчетный коэффициент расхода). С приближением к уплотнению дисков РК изменение этого давления становится более равномерным.




Для более подробного анализа использованы экспериментальные данные полученные ранее в ЗАО "НИИтурбокомпрессор" [2, 8] для концевых ступеней, имеющих и , Центральном котлотурбинном институте им. Ползунова (ЦКТИ) [9, 10] для аналогичной ступени с и и на Невском заводе им. Ленина (НЗЛ) (ныне АО "Невский завод") [11, 12] для ступени с и.


Анализ распределения давления по окружности на показывает общую для всех упомянутых ступеней тенденцию снижения среднего давления между покрывным и основным дисками в интервале , далее его незначительное изменение при и последующий постепенный рост давления в промежутке . Максимальное давление достигается при .

Закономерности изменения по окружности на статических давлений около покрывного и основного дисков РК являются одинаковыми. В то же время изменение давления по окружности около основного диска является более плавным, а отличие менее значительным. Значения давлений около покрывного и основного дисков отличаются между собой. Максимальное отличие составляет 1015% и возрастает до 25% с приближением к угловой координате выходного патрубка улитки ( ).

На основе гармонического анализа по методике [13] опытных зависимостей (разложения в ряд Фурье) за РК на определены опасные частоты воздействия переменных давлений. За основную частоту принимали частоту вращения РК. Частоту k-ой гармоники определяли по формуле. Результаты гармонического анализа в виде зависимости, где - амплитуда k-ой гармоники, представлены на рисунках 5,6 и 7. Из рисунков видно, что наиболее вероятными гармониками с максимальными амплитудами являются 15 гармоники. Гармоники 6 и выше имеют незначительные амплитуды.



Таким образом, выявленные закономерности изменения давлений позволяют конструктору определить внешние газовые нагрузки на межлопаточные отсеки РК, а также рассчитать радиальные силы, действующие на РК данных ступеней при разных режимах работы.

Труды XIII международной научно-технической конференции по компрессоростроению. Сумы 2004

Экспертиза

на главную