Metody obliczeń parametrów kolektora stosowane w projekcie koncepcyjnym sprężarki promieniowej

• Autorzy: Antas S.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rm.2016.22

Warianty tytułu

EN

Methods for calculation of collector parameters applied to the conceptual design of radial compressor

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W wielu konstrukcjach jednostopniowych sprężarek odśrodkowych oraz osiowo-promieniowych lotniczych silników śmigłowych i śmigłowcowych w celu zmniejszenia prędkości oraz zwiększenia ciśnienia statycznego strumienia powietrza stosuje się odpowiednio ukształtowany kolektor umieszczony za bezłopatkowym lub łopatkowym dyfuzorem. Dyfuzor spiralny jest jednym z zasadniczych typów dyfuzorów. Kolektor stanowi kanał o różnie ukształtowanych przekrojach poprzecznych, rozszerzający się stopniowo w kierunku obrotu wirnika i obejmujący poprzedzający dyfuzor walcowym otworem wlotowym. W celu zapewnienia prawidłowej pracy dyfuzora spiralnego jego parametry geometryczne winny być odpowiednio dobrane. W pracy przedstawiono dwie zasadnicze metody obliczeń parametrów geometrycznych dyfuzora spiralnego: stałej cyrkulacji oraz prędkości średniej. Wymienione metody (zalecane do stosowania w projekcie koncepcyjnym sprężarki) oparto na równaniu zachowania energii - równaniu energetycznym przepływu, równaniu ciągłości, pierwszej zasadzie termodynamiki, równaniu momentu ilości ruchu Eulera, funkcjach gazodynamicznych oraz definicjach stosowanych w teorii maszyn wirnikowych. Przeprowadzono szczegółową analizę parametrów geometrycznych kolektorów różnych rodzajów konstrukcyjnych. Zaprezentowano także przegląd wyników badań eksperymentalnych współczynnika strat przepływu w kolektorze oraz propozycję sposobu wyznaczania parametrów strumienia na wylocie spirali zbiorczej.

EN

In many constructions of one-stage radial and axial-centrifugal compressors of the turboprop and turboshaft aviation engines, a properly formed collector placed after vaneless or vane radial diffuser in order to decrease velocity and to increase air stream static pressure is applied. The spiral diffuser is one of the fundamental diffuser type. A volute is a channel with a different form of traverse sections that gradually expands in a direction of rotor rotational speed and encloses previous diffuser with a cylindrical intake hole. Its geometrical parameters should be properly selected to ensure the correct operation of the scroll. This paper presents two fundamental methods of calculation of geometrical parameters of the spiral diffuser: free vortex design (constant angular momentum principle) and constant mean velocity design. Mentioned methods (for conceptual design of a compressor) are based on energy equation - steady flow energy equation, equation of continuity, first law of thermodynamics, Euler’s moment of momentum equation, gas dynamics functions and definitions used in theory of turbomachinery. Detailed analysis of geometrical parameters of different types of collectors was conducted. This paper also provides a review of experimental research results of total pressure loss coefficient in the volute and proposed method of determining air stream parameters at volute outlet.

Słowa kluczowe

PL

silnik turbinowy; sprężarka; kolektor

EN

turbine engine; compressor; collector

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Mechanika
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 88 [293], nr 4
• Strony: 273--298
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Antas S.

• Politechnika Rzeszowska, al. Powstańców Warszawy 8, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• 1. Abdurasziłow S.A. [i in.]: Nasosy i kompriessory, Niedra, Moskwa 1974.
• 2. Antas S.: Ocena wpływu wybranych metod modyfikacji maszyn wirnikowych turbinowych silników śmigłowych i śmigłowcowych na zapas statecznej pracy sprężarki. OW Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 2006.
• 3. Aungier R.H.: Centrifugal Compressors, ASME Press, New York 2000.
• 4. Balje O.E.: Turbomachines. A Guide to Design. Selection and Theory, Wiley and Sons, New York 1981.
• 5. Biełousow A.N., Musatkin N.F., Radko W.M.: Teorija i rasczot awiacionnych łopatocznych maszyn, Samarskij Gos. Aerokosm. Inst., Samara 2003.
• 6. Cholscewnikow K.W.: Teorija i rasczot awiacyonnych łopatocznych maszin, Maszinostrostrojenije, Moskwa 1970.
• 7. Cumpsty N.A.: Compressor aerodynamics, Longman Scientifics and Technical, Singapore 1989.
• 8. Dmitriewskij W.I.: Gazodinamiczeskij rasczot i profilirowanije stupieni centrobieżnowo kompresora, Techniczeskij otczet No. 137, CiAM, Moskwa 1960.
• 9. Eckert B.: Sprężarki osiowe i promieniowe. Zastosowanie, teoria, obliczanie, PWT, Warszawa 1959.
• 10. Hariharan C., Govardhan M.: Effect of inlet clearance on the aerodynamic performance of centrifugal blower, Int. J. Turbo Jet Engines, 33 (2015) 215-228.
• 11. Japikse D.: Centrifugal Compressor Design and Performance, Concepts ETI, Inc., 1996.
• 12. Japikse D.: Centrifugal Compressor Design and Performance, Concepts ETI, Inc. Norwich, Vermont, Course held at Borsing GmbH Berlin, Germany, September 1990.
• 13. Pan D., Whitfield A., Wilson M.: Design considerations for the volutes of centrifugal fans and compressors, IMechE Paper C06997, 213 (1999) 401-410.
• 14. Podobujew Ju.S., Selezniew K.P.: Teorija i rasczot osiewnych i centrobieżnych kompriessorow, Maszgiz, Moskwa-Leningrad 1957.
• 15. Reunanen A.: Experimental and numerical analysis of different volutes in a centrifugal compressor, D.Sc. Thesis, Lappeemranta University of Technology 2001.
• 16. Ris W.F.: Centrobieżnye kompressornye maszyny, Maszgis, Leningrad, 1951.
• 17. Tuliszka E.: Sprężarki, dmuchawy i wentylatory, WNT, Warszawa 1976.
• 18. Van den Braembusshe R.A., Hände B.M.: Experimental and theoretical study of the swirling flow in centrifugal compressor volutes, Trans. ASME, J. Turbomachinery, 112 (1990) 38-43.
• 19. Walczak J.: Sprężarki i dmuchawy promieniowe. Teoria, badania i optymalizacja stopnia sprężającego, Wydawnictwo Poznańskiego Towarzystwa Przyjaciół Nauk, Poznań 1999.
• 20. Witkowski A.: Sprężarki wirnikowe. Teoria, konstrukcja, eksploatacja, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2004.
• 21. Yahya S.M.: Turbines compressors and fans, Fourth edition, Tata McGraw Hill Education Private Limited, New Delhi 2012.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).