Выходные устройства

 

Выходные устройства (ВУ) служат для сбора газа на выходе из ступени и отвода его в нагнетательный патрубок к потребителю. Выходные устройства бывают выполнены в виде улиток и сборных камер.

Улитка представляет собой спиралевидный канал с переменным по углу разворота радиусом наружной или внутренней поверхности.

По расположению проходного сечения относительно оси симметрии канала в меридиональной плоскости они подразделяются на симметричные (рис. 12.16) и несимметричные (рис. 12.17). Симметричные улитки имеют переменный по углу разворота наружный радиус, а несимметричные – внутренний. Применяются следующие формы проходного сечения улиток: круглые, грушевидные, трапециевидные и прямоугольные (рис. 12.16).

При конструировании центробежных компрессоров обычно принимают один из двух законов профилирования улиток:

1) закон постоянства циркуляции ;

2) закон постоянства средней окружной скорости .

Течение газа в улитках отличается от течения в других элементах проточной части тем, что расходной скоростью в них является окружная скорость (рис. 12.18). Траектория движения частиц газа проходит в радиальной плоскости и имеет форму логарифмической спирали (как в БЛД). В целом, картина течения в улитке имеет сложный характер, зависящий от конструктивных особенностй улитки. Рассмотрим особенности течения вмеридиональной и радиальной плоскостях.

а) б) в) г)

Рис. 12.16. Симметричные формы улиток: а) трапециевидная; б) круглая;

в) грушевидная; г) прямоугольная

а) б) в) д)

Рис. 12.17. Несимметричные формы улиток: а), б) прямоугольные;

в) круглая; д) комбинированная

Рис. 12.18. Конструктивные параметры улитки в меридиональной
и радиальной плоскостях.

Опыты А.А. Мифтахова [6] показали, что в симметричных улитках могут существовать парные вихри, а в несимметричных – один вихревой шнур (рис. 12.19). Поэтому с точки зрения потерь на вихреобразование предпочтительней несоосные улитки. Кроме того, несоосные улитки снижают обратное влияние улитки на поток за рабочим колесом и снижают габариты компрессора.

Рис. 12.9. Течение в улитках в меридиональной плоскости

 

 

Соединение спиральной части улитки с нагнетательным патрубком образует «язык» (рис. 12.18). Наличие «языка» в улитках приводит, особенно на нерасчетных режимах, к ухудшению структуры потока в диффузоре и колесе, причем такое влияние тем сильнее, чем ближе улитка расположена к колесу. Чтобы ослабить это влияние иногда используют «укороченный язык». Это увеличивает пропускную способность улитки на больших расходах, т.к. часть газа из-за больших углов α;₇ проскакивает непосредственно из колеса в патрубок, разгружая улитку (рис. 12.20б). Однако на малых расходах это приводит к снижению эффективности из-за циркуляции присоединенных масс газа
(рис. 12.20в).

Если улитка расположена непосредственно за колесом - так называемая бездиффузорная улитка, то отмеченное выше негативное влияние «языка» на структуру потока в колесе резко усиливается.

 

а) б) в)

Рис. 12.20. Схема течения в улитке и БЛД в радиальной плоскости:
а) расчетный режим φ;₂= φ;_2расч; б) пониженный расход φ;₂< φ;_2расч;
в) повышенный расход φ;₂> φ;_2расч

Задача расчета улиток сводится к тому, чтобы по известной объемной производительности в сечении 7-7, на входе в улитку Q ₇, определить необходимые проходные сечения, т.е. зависимость .

При расчете улиток предполагают, что расход газа в улитке меняется пропорционально углу θ;, т.е.

, (12.21)

.

Применяя закон проектирования улитки , имеем

,

;

, (12.22)

где .

Значение интеграла I определяют графоаналитическим способом по номограммам для наиболее часто используемых форм сечения улиток или задают закон изменения и вычисляют аналитически.

В качестве примера определения размеров улитки рассмотрим улитку трапециевидного сечения, расчетная схема которой показана на рис. 12.21.

а) б)

Рис. 12.21. Расчетная схема расчета улитки: а) трапециевидной;
б) прямоугольной

 

Объемный расход на входе в улитку

,

Подставив в (12.21) и с учетом (12.22)

,

упрощая это уравнение ,

где .

Обозначим , тогда .

Определим функциональную зависимость ширины канала b от радиуса R (рис. 12.21):

и вычислим интеграл I

Выразим отношение из уравнения

,

обозначим , тогда последнее уравнение преобразуется

. (12.23)

Решение уравнения (12.23) производится численными методами, либо графически для различных углов разворота поперечного сечения улитки при заданных R_вн, b_вн, α;₇ и угле раскрытия улитки n_ул £ (50-60°) [15-17].

Для улитки прямоугольного сечения (рис. 12.21 б) задача отыскания упрощается, т.к. b=const

,

, .

 

Сборные камеры имеют постоянное по углу разворота меридиональное сечение и тангенциальный нагнетательный патрубок.

На расчетном режиме потери в сборных камерах выше, чем в улитках, но они оказывают меньшее влияние на течение в диффузоре при различных режимах, проще в изготовлении и компактны.

Конструкция сборной камеры показана на рис. 12.22, а формы поперечного сечения в меридиональной плоскости аналогичны формам несимметричных улиток (рис. 12.17).

Коэффициенты потерь в выходных устройствах (улитках или сборных камерах) находятся в пределах z _4-к = 0,25 – 0,6, причем большие значения характерны для кольцевых сборных камер [10].

Потери КПД в выходных устройствах

.

 

Рис. 12.22. Схема кольцевой сборной камеры прямоугольного сечения