流體機械-課程設(shè)計

流體機械課程設(shè)計——離心壓縮機熱力設(shè)計班級：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u一、設(shè)計任務(wù)： -一、設(shè)計任務(wù)：設(shè)計參數(shù)：pp工質(zhì)為干空氣，取R=29.27kg?m/kg?K設(shè)計方法：效率法。二、設(shè)計參數(shù)整理與計算：氣體的物性參數(shù)工質(zhì)氣體的氣體常數(shù)R和定熵指數(shù)k分別為R=29.27kg?m/κ=1.4流量進口狀態(tài)下的體積流量qV,inq考慮到壓縮機存在外漏氣，壓縮機的進口流量應(yīng)取得比設(shè)計任務(wù)中提出的流量大一些。現(xiàn)選取qV,in,計=1.02qq壓力比由給定的壓縮機進、出口壓力，計算壓力比ppε=為使壓縮機性能不低于設(shè)計任務(wù)要求，將升壓Δp提高2%，確定設(shè)計計算的壓力比εΔε三、設(shè)計方案計算：中間冷卻及分段根據(jù)計算壓比的數(shù)值，參考壓縮機的分段數(shù)N與省功比?W的關(guān)系曲線，選擇中間冷卻次數(shù)Z=2進行段壓力比的計算和設(shè)計。各段進口溫度：TTT取各段的多變效率η則各段系數(shù)為YY取整機平均壓力損失比λ可得各段計算壓力比為εεε為滿足各級設(shè)計上的合理性，對上述各段的計算壓力比作適當(dāng)調(diào)整，把第一、二段的壓力比升高一些，把第三段的壓力比降低一些。調(diào)整后的各段壓力比和進、出口壓力如下表：表31調(diào)整后的各段壓力比和進出口壓力名稱單位第Ⅰ段第Ⅱ段第Ⅲ段備注調(diào)整前的計算壓力比ε--2.48032.05371.8812調(diào)整后的計算壓力比ε--2.59012.13861.7427調(diào)整前后的壓力比偏差e--4.4%4.1%-7.4%容許段的進口壓力pMPa0.09600.24470.5128段的出口壓力pMPa0.24970.52330.9142冷卻器壓力損失比λMPa0.98000.9799平均0.段的進口溫度TK309309校核段壓比：ε=各段進口體積流量qV,in與多變壓縮功Wpol的計算各段進口體積流量qV第一段進口體積流量q第二段進口體積流量q第三段進口體積流量q各段多變壓縮功Wpol的各段的指數(shù)系數(shù)σσσσ各段的多變壓縮功WWWW各段基本參數(shù)的選取及各段級數(shù)i和圓周速度u2的初步計算下表給出了一組各段基本參數(shù)選取及段的級數(shù)i和圓周速度u2表32各段基本參數(shù)選取及段的級數(shù)i和圓周速度u_2的初步計算名稱單位段數(shù)備注ⅠⅡⅢ葉輪葉片出口角β°906045選取流量系數(shù)φ--0.330.290.25選取葉輪葉片數(shù)Z片242424選取周速系數(shù)φ0.86910.71340.6274輪阻與漏氣損失系數(shù)β--0.0180.0240.030選取多變效率η--0.830.810.79選取流動效率η--0.84490.82940.8137能量頭系數(shù)ψ--0.73430.59170.5105初步選取圓周速度um/s260250230選取段的多變壓縮功WkJ/kg96.9176.1954.52計算級數(shù)i'--1.95232.06022.0189圓整后的級數(shù)i--222選取圓整后的圓周速度um/s256.88253.74231.08壓縮機轉(zhuǎn)速n的確定及各段葉輪寬度b2和平均軸徑比dZmD第一級葉輪轉(zhuǎn)速的計算參考截面：第一段進口；計算截面：第一級葉輪出口。選取第一級葉輪相對寬度b2D2第一級的轉(zhuǎn)速：n=33.9=33.9式中：ctanαcW=0.83×?K圓整轉(zhuǎn)速n=8150r/min重新核算：bb2/D2末級葉輪b2/D參考截面：第三段進口；計算截面：末級葉輪出口。選取阻塞系數(shù)τctanαc?Kbb2/D2仍落在0.02~0.065的校核τ第一級取δ=6mm，δDτ末級取δ=6mm，δDτ校核結(jié)果與原取數(shù)值相符合，所以第一級和末級的結(jié)果如下：第一級：b2/D末級：b2/D轉(zhuǎn)速：n=8150r/min。各段各級葉輪相對寬度b2/D上述結(jié)果表明，第一級與末級的b2/D2都在0.02~0.065之間，符合要求，因此轉(zhuǎn)速n=8150r/min是合理的。現(xiàn)將在轉(zhuǎn)速n=8150r/min時表33各段各級葉輪相對寬度b2/名稱單位第一段第二段第三段備注第1級第2級第1級第2級第1級第2級入口容積流量Qm6.8--2.7478--1.3112--葉輪出口阻塞系數(shù)τ--0.91500.91500.91100.91100.90070.9007選取葉輪圓周速度um/s256.88256.88253.74253.74231.08231.08各級葉輪出口角度β°909060604545流量系數(shù)φ--0.330.330.290.290.250.25選取葉片數(shù)Z片242424242424選取輪阻與漏氣損失β--0.0180.0180.0230.0250.0290.031選取多變效率η--0.8300.8250.8150.8050.7950.785選取指數(shù)系數(shù)σ--2.9052.8872.8522.8172.7822.747周速系數(shù)φ--0.86910.86910.71340.71340.62740.6274葉輪出口徑向分速度cm/s84.77084.77073.58573.58557.77057.770葉輪出口氣流方向角α°20.79220.79222.12222.12224.05124.051葉輪出口氣流速度cm238.81238.81195.40195.40141.75141.75多變壓縮功WkJ48.45797.05138.29577.34327.40654.562?℃29.74988.77127.78776.78424.33059.225K--1.19741.64091.17291.49671.14461.3584相對寬度b--0.06410.04710.03140.02490.02380.0201校核葉輪直徑Dm602602595595541541葉輪葉片出口寬度bm38.5928.3518.6814.8112.8810.87葉輪葉片厚度δm666666葉片出口計算厚度δmm666666葉輪出口阻塞系數(shù)τ0.91500.91500.91100.91100.90070.90070.9150校核各級分配壓比ε--1.67311.54811.49531.43021.34071.2998平均軸徑比dZmD壓縮機轉(zhuǎn)子采用柔軸結(jié)構(gòu)，按照轉(zhuǎn)速避開共振區(qū)的要求，取第一臨界轉(zhuǎn)速n取Kd=0.023，且轉(zhuǎn)子平均直徑為：d平均軸徑比為：d四、逐級詳細(xì)計算現(xiàn)選取離心式壓縮機的第二段進行詳細(xì)計算，計算參數(shù)如下。該段的設(shè)計參數(shù)第二段的設(shè)計參數(shù)如下表所示：表41第二段的設(shè)計參數(shù)名稱單位參數(shù)進口溫度TK309進口壓力pMPa0.2447進口體積流量Qm2.7478進口空氣密度ρkg/2.7607進口質(zhì)量流量Qkg/s7.5859排出壓力pMPa0.5233轉(zhuǎn)速nr/min8150經(jīng)方案計算后設(shè)計參數(shù)經(jīng)方案設(shè)計后，第二段的設(shè)計參數(shù)選取如下表：表42選取的設(shè)計參數(shù)名稱單位第1級第2級葉片出口安裝角β°6060流量系數(shù)φ--0.290.29進出口葉片數(shù)Z片/片24/2424/241+--1.0231.025級多變效率η--0.8150.805定熵指數(shù)κ--1.41.4葉輪外徑Dmm595595葉輪圓周速度um/s253.74253.74第二段進口法蘭截面處參數(shù)段進口法蘭截面處氣流參數(shù)：p段進口法蘭截面尺寸：D段進口法蘭截面處氣流速度：c逐級各截面熱力參數(shù)以第二段進口為參考截面，逐級各截面熱力參數(shù)計算如下表：表43逐級各截面熱力參數(shù)序號名稱單位第1級第2級備注01輪轂比d/--0.330.33選取02輪轂直徑dmm196196由1計算03速度系數(shù)k--1.061.08選取04直徑比k--1.031.03選取05葉片進口阻塞系數(shù)τ--0.72310.7029選取06葉片出口阻塞系數(shù)τ--0.91100.9110選取07葉輪進口比容比k--0.99261.2663選取08葉輪出口比容比k--1.17331.4824選取09葉輪進口直徑Dmm32130910葉輪進口面積Am0.05100.044811葉輪進口氣流速度cm/s54.287148.448112?t℃-1.229545.285013葉輪進口比容比k--0.99261.2663校核714指數(shù)系數(shù)σ--2.85252.817515葉片進口直徑Dmm33131816um/s141.3069135.798317進葉片前速度cm/s57.544352.323918進入葉片后速度cm/s79.580074.440119葉片進口氣流角β°29.378028.730120葉片進口安裝角β°3029選取21沖角i°0.61300.269922葉片厚度δmm6.06.023葉片進口阻塞系數(shù)τ--0.72320.7029校核524?t℃-2.915843.694325葉片進口比容比k--0.98251.256926葉片進口寬度bmm46.741.827葉輪進口相對速度wm/s162.1747154.862828葉輪進口溫度TK306.1352.729葉片進口馬赫數(shù)Ma--0.46260.411530周速系數(shù)φ--0.71340.713431葉輪出口相對速度wm/s105.2703105.270332葉輪出口圓周速度um/s253.9061253.906133葉輪擴壓度k--1.54061.471134葉片出口氣流角α°22.806922.806935葉輪出口絕對速度cm/s196.3800196.380036絕對速度切向分速度cm/s181.0264181.026437絕對速度徑向分速度cm/s76.122076.122038葉輪加給氣體總能量hkJ/kg46.990147.082039?t℃27.836474.732740葉輪出口比容比k--1.17331.4824校核841葉輪出口溫度TK336.8364383.732742葉輪出口馬赫數(shù)Ma--0.53390.500343葉輪出口厚度δmm6.06.0選取44葉輪出口寬度bmm18.114.345葉輪出口相對寬度b--0.03040.024046級反動度ρ--0.64910.640547輪蓋傾角θ°12.251011.235848葉輪出口壓比ε--1.27901.841049葉輪出口壓力pMPa0.31300.450550葉片圓弧曲率半徑Rm5.69523.295951葉片圓弧圓心半徑Rm5.55243.157752輪蓋進口半徑rmm28.025.1取r/53葉片出口阻塞系數(shù)τ--0.91100.9110校核654無葉擴壓器進口直徑Dmm618618取D55無葉擴壓器進口寬度bmm17.914.1取b=0.2mm56無葉擴壓器進口氣流角α°23.035723.096757無葉擴壓器出口直徑Dmm954954取D58無葉擴壓器出口寬度bmm17.914.159無葉擴壓器出口氣流角α°23.035723.096760無葉擴壓器出口比容比k--1.26421.5802選取61無葉擴壓器出口氣流速度cm/s103.7032104.869462?t℃41.687088.462063無葉擴壓器出口比容比k--1.26421.5802校核6064無葉擴壓器出口壓比ε--1.43482.032665無葉擴壓器出口溫度TK350.6870397.462066無葉擴壓器出口壓力pMPa0.35110.497467c--95.434096.463668c--40.579441.138569回流器進口直徑Dmm95470回流器進口寬度bmm17.971回流器入口氣流角α°32.5303取K=1.572回流器葉片入口安裝角β°32選取73彎道轉(zhuǎn)彎內(nèi)半徑Rmm29.974回流器葉片數(shù)Z片16選取75回流器葉片厚度δmm6選取76回流器葉片計算厚度δmm677回流器葉片進口阻塞系數(shù)τ--0.939678回流器葉片出口阻塞系數(shù)τ--0.9045取β79下級進口速度比k--1.06選取80回流器出口速度cm/s51.214281?t℃45.736682回流器出口比容比k--1.291483回流器出口直徑Dmm320選取84回流器出口寬度bmm45.690985回流器出口氣流角β°90選取86各級內(nèi)功率PkW356.4622357.159187總內(nèi)功率PkW713.6213五、第二段吸氣室和蝸殼的設(shè)計吸氣室設(shè)計選擇雙支撐軸承所采用的徑向吸氣室，如下圖所示：圖51雙支撐軸承徑向吸氣室第二段進口參數(shù)如下：TD取ck?tkF取Dk=0.40m螺旋通道即由F180°截面到Fk截面一段各截面N1N2可認(rèn)為螺旋通道中氣體比重及速度均不變，即c=c螺旋室任意θ角截面上流量Qθ=Qin又Fθ=12由此得各截面M1N1表51各截面M1N1名稱單位數(shù)值θ°102030405060Mmm32.5965.1897.77130.36162.94195.53θ°708090100110120Mmm228.12260.71293.30325.89358.48391.07θ°130140150160170180Mmm423.66456.24488.83521.42554.01586.60進氣通道：Fin截面F180°11取b=0.24m、a2環(huán)形收斂通道：Fin截面F0截面（吸氣室出口已選取Dk=轉(zhuǎn)彎半徑r=校核計算：進氣通道的收斂度K收斂通道的收斂度K相對轉(zhuǎn)彎半徑r相對轉(zhuǎn)彎半徑大于0.38，符合要求。蝸殼設(shè)計采用圓形對稱蝸殼，蝸殼型線按氣體自由流動的軌跡來設(shè)計，這樣蝸殼外壁與氣流之間沒有相互作用，氣體在蝸殼內(nèi)的流動規(guī)律便為動量矩不變規(guī)律——有此可得到不同φ角位置截面尺寸，從而做出蝸殼型線。依據(jù)以下公式：ρ=可得到不同φ角位置的蝸殼尺寸，其中ρ：圓截面半徑Rc：圓截面φ：位置角（度）其中系數(shù)：K=列表計算不同φ角位置的蝸殼尺寸：表51不同φ角位置的蝸殼尺寸計算表名稱單位數(shù)值位置角φ°102030405060圓截面半徑ρmm0.01280.01820.02240.02590.02910.0319圓截面中心與軸心距離Rmm0.48980.49520.49940.50290.50610.5089位置角φ°708090100110120圓截面半徑ρmm0.03460.03700.03940.04160.04370.0457圓截面中心與軸心距離Rmm0.51160.51400.51640.51860.52070.