II. Расчет осевого компрессора и турбины

 

Порядок расчета осевого компрессора

 

Расчет излагается в порядке выполнения программы на алгоритмическом языке FORTRAN версии Visual Fortran. Обозначения переменных (идентификаторов) выбраны максимально приближенными к физическим, принятым при изложении курса дисциплины. Идентификаторы в тексте приводятся в скобках.

 

1. Задано: расход воздуха ;  начальная температура в ;
– начальное давление МПа; степень повышения давления в компрессоре. Идентификаторы (Gv, Th, ph, pik). Параметры окружающего воздуха принимаются в соответствии с данными стандартной атмосферы (СА) Th - 288 К; ph - 0,101325 МПа.

2. Задано также число оборотов компрессора  (n) по умолчанию. Предусмотрена возможность изменения n по требованию пользователя программы. Изменение числа оборотов компрессора производится при введении по запросу признака логической константы 0 (ноль) или 1 (единица) в диалоговом режиме.

3. В расчетах принято: показатель изоэнтропы сжатия для воздуха  (kv); газовая постоянная  Дж/(кг.град) (Rv); молекулярная масса  кг/кмоль (myv).

Расходом воздуха на охлаждение пренебрегаем

 

Предварительный расчет компрессора

 

4. Задаемся в предварительном расчете осевой скоростью на входе в первую ступень  равной 100 . Это нужно для оценки потерь давления во входном устройстве. Значения осевых скоростей по ступеням компрессора обозначены элементами массива Cz(i), номера элементов динамического массива i соответствуют номерам ступеней, размерность массива (число i) определяется в ходе выполнения программы. В дальнейшем имеется возможность корректировки значений Cz(i) по желанию пользователя программы.

5. Скорость потока на входе в первую ступень равна , что соответствует углу поворота потока во входном направляющем аппарате на 35 градусов.

6. Задаемся коэффициентом потерь кинетической энергии во входном устройстве  (dzeta=10 %)

7. Определяем теплоемкость воздуха при  К.

Для определения теплоемкости воздуха при различных температурах рекомендуется пользоваться следующим аппроксимирующим полиномом Чебышева третьего порядка, полученным обобщением опытных данных:

 

.

 

Данная аппроксимация справедлива в интервале  К, размерность рассчитанной теплоемкости в кДж/(кг град).

8. Температура воздуха на входе в первую ступень. . Размерность С _р в данном соотношении имеет размерность Дж/(кг К). Определяемое по аппроксимационной формуле (п.7) значение С _р в кДж/(кг К), по этой причине в предыдущем соотношении второе слагаемое необходимо принять как . Ввиду того, что имеется рекурсивная (взаимная) зависимость между температурой и теплоемкостью [ Т ₁(C_p) и C _p(Т₁)], а также ввиду того, что значение Т ₁ заранее не известно, на компьютерах определение температуры решается итеративным методом.

9. Давление потока на входе в первую ступень РК (р1)

 

,

 

где коэффициент гидравлических потерь давления по скорости (кинетической энергии)во входном устройстве и ВНА  принимается в диапазоне 0,05…0,2.

10. Плотность воздуха (ро1)

 

.

 

Размерность давления р ₁ в этом соотношении следует  принимать в Па.

11. Давление заторможенного потока (p1z)

 

 

12. Полное давление на выходе из компрессора (p2z)

 

 

В печать выводятся значения параметров  (po1, p1, p1z, t1, p2z)

13. Предварительно задаемся относительным втулочным диаметром первой ступени

 

,

 

а также коэффициентом загромождения (экранирования) проходного сечения потока (ометаемой площади) .

14. Наружный диаметр первой ступени (DH1)

 

 

15. Окружная скорость на внешнем радиусе (U)

 

 

16. Печатается рекомендуемое и расчетное значение окружных скоростей, в диалоговом режиме предлагается альтернативные варианты изменения, либо оставить без изменения значение U. Если принято решение об изменении окружной скорости, необходимо ввести новое значение числа оборотов. В этом случае происходит уточнение значений U, D _H1, D вт1, которые выводятся на экран ПК.

17. Высота лопаток первой ступени (lr1)

 

 

18. Ширина лопаток первой ступени (br1)

 

,

 

значение относительной длины лопаток первой ступени  принято равным 2,6.

19. Окружная скорость на среднем диаметре РК первой ступени (Ucr1)

 

 

20. Число Маха на входе в РК первой ступени (M1)

 

 

21. Температура заторможенного потока на входе в РК первой ступени (T1z)

 

.

 

Размерность C p, как и в п. 8, необходимо принимать в Дж/кг град.

22. Адиабатическая (изоэнтропическая)работа сжатия в компрессоре (Had)

 

 

23. Выбираем среднее значение показателя политропического сжатия воздуха. Изменение (np) выбрано в виде линейной зависимости показателя политропного процесса в интервале ;  при ; . Тогда

 

 

24. Осредненный изоэнтропический КПД компрессора (kpdadk)

 

 

Выводятся в экран значения параметров

DH1, Dвт1, lрк1, Cz1, M1, , Haд,

(DH1, Dvt1, Lr1, Cz(1), M1, T1z, Had, kpdadk)

25. Задаемся средним значением коэффициента затраты энергии в ступени компрессора (alfact) . Тогда приближенно коэффициент затраты энергии в компрессоре равен a = za_ст. Поскольку число ступеней компрессора определяется ниже при выполнении п. 28, организовано итеративное уточнение его значения.

26. Работа, затраченная в компрессоре

 

 

27. Осредненная адиабатическая (изоэнтропическая) работа в ступени (cth), (аппроксимирована следующей линейной зависимостью)

 

 

28. Число ступеней (zct)

 

,

 

которое округляется до ближайшего целого значения

29 Вывод в печать результатов промежуточных расчетов

Н_К, h_{ст из}, z, nct (Hk, cth, zct, nct),

где nct - округленное до целого число ступеней компрессора.

30. Распределяем адиабатическую работу компрессора по ступеням в следующей последовательности:

- организуем одномерный динамический массив работ в ступенях hct(i));

- определяем среднюю работу ступени (hcp) ;

- назначаем работу в ступенях компрессора hct(i) следующим образом: для первых трех ступеней принимаем: hct(1)=0,5* ; hct(2)=0,78* ; hct(3)=0,91* ; работа в последней ступени hct(nct)=0,91* ; в остальных ступенях hct(i)=1,2* , где .

Предусмотрен останов выполнения программы (pause ‘prov1’) с тем, чтобы успеть записать нужную информацию. Программный останов будет происходить неоднократно. Продолжение выполнения программы в этих случаях происходит при нажатии клавиши ENTER.

С данной позиции в программе начинается выполнение расчетов по ступеням.