Файл: Агрегаты воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания..pdf

лопаток и осевой протяженности изогнутой части лопаток л;тах, является диффузорность межлопаточного канала в его входном сечении.

Рассмотрим входной участок межлопаточного канала в ци­ линдрическом сечении (см. рис. 19). Предположим, что началь­ ный участок выпуклой поверхности лопаток очерчен отрезком параболы 2-го порядка. Из точки А пересечения линии спинки с линией MN — фронтом решетки — проведем нормаль к линии спинки. Из точки В пересечения линии вогнутой поверхности ко­ рыта лопатки с фронтом решетки проведем линию BD, нормаль­ ную к линии спинки соседней лопатки, и продолжим ее до пере­ сечения с нормалью ОА (в точке О). Если угол лопатки А образован касательными к линиям спинки и корыта в точках пересечения этих линий с фронтом решетки, то углом диффузорности канала во входном сечении BD будет разность углов Ö= Ѳ'— А.

Расстояние между точками А и В равно t —б*гаах, где t — шаг лопаток, а 6*тах—толщина входных кромок в окружном направ­

Отрезок OA определится, если принять дугу AD за дугу окружности постоянного радиуса, равного радиусу кривизны па­ раболы в точке А. Воспользуемся формулой для вычисления ра­ диуса кривизны кривой

39

риферийного и корневого сечений вращающихся направляющих аппаратов (ВНА) или колес компрессоров для наддува дизелей, выпускаемых Коломенским тепловозостроительным заводом им. В. В. Куйбышева.

Из рассмотрения рис. 21 следует, что при полном числе лопа­ ток большинство ВНА, изготовленных фрезерованием, имеют

тайные по формуле (27)

угол диффузорности Ѳ7= 5 -ь 7°. У цельнолитых колес в связи с возможностью осуществления параболы большой осевой про­ тяженности углы диффузорности Ѳ7, как правило, меньше и рав­ няются 3—4°.

При вырезке лопаток через одну углы Ѳ7 возрастают у фрезе­ рованных ВНА до 12—15°, у цельнолитых колес до 6—7°.

Необходимо заметить, что фактические углы диффузорности Ѳ будут мало отличаться от углов Ѳ7, так как наличие угла А ло­ патки (см. рис. 19), равного 1—2°, вызывает уменьшение угла Ѳ по сравнению с Ѳ7, в то же время замена параболы окружностью

40

на участке AD лопатки, как это принято при выводе формулы (27), несколько увеличивает угол Ѳ по сравнению с Ѳ', т. е. ком­ пенсирует влияние угла А.

Эксперименты показывают, что к. п. д. и напор компрессора с литым колесом, с полным и уменьшенным вдвое числом лопа­ ток в его входной части остаются практически одинаковыми (рис. 22). Это свидетельствует о том, что увеличение диффузорности от 3—4° до 6—7° и увеличение нагрузки на лопатки в на­ чальной части канала практически не влияет на максимальные

Рис. 22. Характеристики компрессора ТК-34 с безлопаточным диффузором:

1 — с колесом, у которого лопатки во входной части выре­ заны через одну; 2 — с колесом, имеющим полное число

лопаток

значения к. п. д. и коэффициента напора компрессора (в то же время наблюдается увеличение пропускной способности колеса при уменьшении числа лопаток вдвое). Диффузорность межло­ паточного канала в начальной части колеса или ВНА имеет большое значение, так как скорость потока на этом участке наи­ большая. В то же время для оценки всего канала имеет значе­ ние средняя диффузорность канала от его входного сечения до выходного. Величина среднего угла диффузорности цилиндри­ ческого сечения канала может быть получена, как и для любого плоского диффузора, из выражения

41

Ширина канала на входе может быть принята

ZK

Длину канала определяют как длину дуги средней линии ка­

Р

и, следовательно,

+ X 2 d x .

Интегрируя последнее выражение по частям, получим

Подставляя пределы интегрирования и значение параметра параболы из выражения (24), после преобразований находим

Формула (28) с учетом выражений (29), (30) и (31) прини­ мает вид

Расчеты по формуле (32) показывают, что основное влияние на величину Ѳср оказывает осевая протяженность лопаток ВНА и их число, а также угол Ріл (который для ВНА колес с диамет­ ром D2 = 230 -т- 400 мм колеблется в пределах 26—36°) и закон изменения толщины лопаток в осевом направлении. Обычно на периферии ВНА угол ѲСр колеблется в пределах 8—15°, а в кор-

42

невых сечениях он близок к нулю и может быть отрицательным из-за быстрого увеличения толщины лопаток вдоль канала. По­ следнее определяется соображениями прочности лопаток.

Недостатком профилирования выходных участков по парабо­ ле является возрастание кривизны лопаток с уменьшением ко­ ординаты X. Если ВНА изготовляется отдельно от колеса, то в месте стыкования его лопаток с прямолинейными лопатками колеса появляется скачкообразное изменение кривизны до нуля, что способствует резкому торможению потока вблизи поверхно­ сти лопатки и может приводить к отрыву пограничного слоя.

Во избежание этого применяется профилирование выпуклой стороны (спинки) лопаток ВНА по двум кривым: параболы 2-го порядка в начальной части лопатки и лемнискаты вблизи колеса. Могут применяться комбинации и других кривых. При сопряже­ нии двух кривых исходят из того, что в точке сопряжения коор­ динаты угол наклона кривых к оси х, т. е. первые производные от у по X, и радиусы кривизны должны быть одинаковы. Однако такая комбинация параболы с лемнискатой при очерчивании профиля выпуклой стороны лопаток увеличивает осевую протя­ женность ВНА.

ПРОФИЛИРОВАНИЕ МЕРИДИОНАЛЬНОГО КОНТУРА КОЛЕСА

Поток в рабочем колесе имеет пространственный характер. Общее решение уравнений движения в каналах колеса вязкого сжимаемого газа весьма затруднительно. Поэтому задачу опре­ деления скоростей в межлопаточных каналах сводят к задаче определения распределения осредненной скорости газа на неко­ торой средней поверхности межлопаточного канала, по форме совпадающей со средней поверхностью лопатки. Тем самым пред­ полагают наличие бесконечно большого количества бесконечно тонких лопаток. При этом основные уравнения движения не бу­ дут отличаться от осредненных уравнений движения, а загро­ мождение канала реальными лопатками может быть учтено вве­ дением в уравнение расхода коэффициента загромождения Хк < 1 [34, 43, 47]. При выводе уравнений и расчете газ считают идеальным, сжимаемым, а потери энергии при его течении вдоль каналов колеса учитывают введением коэффициента изоэнтро-

V ср — си ) ’

пни из-за тепла трения при движении газа от начального сечения до рассматриваемого; ср, сѵ— теплоемкости при постоянных давлении и объеме. При этом закон изменения а вдоль каждой струйки тока считается известным [34]. Наличие потерь в колесе также может быть учтено принятием политропического закона изменения параметров вдоль канала колеса с постоянными по­ казателями политропы я [43, 47].

43