Korelacja charakterystyk przepływowych stopnia dmuchawy promieniowej

(1)

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI Ś L Ą S K I E J - _______ 1985 Seria:' Energetyka z.

91

' ~ " ~ ~ Wr kol. 856

Ryszard PIĄTKOWSKI,

Instytut Techniki Cieplnej i Silników Spalinowych Politechniki Poznańskiej

KORELACJA CHARAKTERYSTYK PRZEPŁYWOWYCH STOPNIA DMUCHAWY PROMIENIOWEJ

Streszczenie; W pracy przedstawiono korelację wybranych charakterystyk przepływowych kilku przebadanych stopni dmuchawy promieniowej. Celem poszukiwania współzależności między charakterystykami stopnia oraz je

go elementami: wirnikiem i dyfuzorem jest zwiększenie pewności metod projektowania oraz sformułowanie zadania optymalizacyjnego.

Oznaczenia;

. *

^*

P i f Pf ~ odpowiednio, wylotowy i wlotowy kąt łopatkowy wirnika ,

Z - liczba łopatek wirnika , J3 ~ średnica,

U z - prędkość obwodowa na średnicy D

2

>

b - szerokość,

V - strumień objętości,

A ¿c - rzeczywisty całkowity przyrost entalpii,

^¿S,C - izentropowy przyrost entalpii całkowitej,

1,2,5 - indeksy przekroju wlotowego i wylotowego koła wirnikowego.

1

» w step

W przepływowych maszynach osiowych - dla których teoria palisad łopat

kowych jest bardziej rozwinięta niż dla maszyn promieniowych - zagadnienie optymalizacji układów łopatkowych doczekało się kilku różnych ujęć. Dla promieniowych maszyn sprężających prowadzone są liczne prace teoretyczne i eksperymentalne mające na celu wyjaśnienie fizyki zjawisk zachodzących w podstawowych elementach stopnia, mimo znacznej już wiedzy o przepływie w tych maszynach, zawartej dla potrzeb praktyki w metodach projektowania, niepewność projektowania jest duża. Przyczyną tego jest nie tylko nie w pełni rozpoznany i opisany przepływ-w każdym z elementów stopnia ale i ich współoddziaływanie. Dokładniejsza znajomość przepływu w promieniowym kole wirnikowym, dyfuzorze, kolektorze wylotowym i łopatkowych układach reguln- cyjnych oraz korelacja ich charakterystyk nie tylko zwiększa stopień pew

ności metod projektowania ale jest pierwszym krokiem do optymalizacji dy

namicznej tych maszyn.

2. Korelacja wybranych charakterystyk stopnia dmuchawy promieniowej W pracach [1,2,3>4] zawarte są badania czterech kół wirnikowych o ką

tach łopatkowych ( i * = 45O,60o ,75°i 90°. Każde z kół badane było przy pięciu względnych szerokościach ^ł2 ^ 2 =s ^ ”10,856. Inne wielkości

(2)

122 R . P ią t k o w s k i . geometryczne były następujące: liczba łopatek z^m

16

, stosunek średnic

D

1

/

0

2= 0,5, wlotowy kąt łopatkowy (&ą <* 30°, szerokość wlotowa b

1

równa wylotowej ,b¿*' Gpicrając się na badaniach opracowano metodę określania ' ilości przekazanej energii w wirniku [2,5] w ujęciu zaproponowanym prżez Susecanna i rozwiniętym przez c.Tuliszkę. W pracach [4,6]. bazując na tych samych badaniach przedstawiona została metoda określania strat przepływu

w kole wirnikowym. Teoria dyfuzorów łopatkowych i beziopatkowych przyjęta do analizy Całego stopnia przedstawiona jest odpowiednio w pracach [7,8]

i b ) .

Podjęto się w oparciu o powyższe prace poszukiwania korelacji charakte

rystyk przepływowych koła wirnikowego i dyfuzora bezłopatkowego z charak

terystykami całego stopnia .V pracach [

7

,

8

] pokazano, że dla przyjętego mo

delu przepływu straty w dyfuzorze bezłopatk-owym zależą głównie od czterech zmiennych początkowych,tj. liczby Reynoldsa Re^, względnej szerokości b2, .iyeaniego kąta napływu oc^ i stosunku promieni dyfuzora r = t-,J^t

ula ukreslonycn obrotów wirnika zmiana liczby Reynoldsa jest nieduża, z wymienionych wyżej zmiennych na pracę wirnika wpływ mają jeszcze dwie zmienne - tt,i Z ■wiązane są one z dwoma wskaźnikami powszechnie stoso

wanymi do opisu przepływu w wirniku,tj. ze wskaźnikiem pracy y

1

wskaź

nikiem 'wydajności «

Zachodzą następujące relacje między nimi A =* c t 3 Óiz =1/2 f p l ^ i r

„ Ü - W

V l r ■ ~ Ü ÍJ J / U Ł

Ra rysunku

1

przedstawiono charakterystyki 1_{/Z f p} » _f(<pJr)i yp = f ( \ ) dla zbadanych kół i względnej szerokości bg = 0,108. Obszar "a" -"b" obejmuje podstawowy zakres eksploatacyjny pokazanych charakterystyk. Największą trudność, w procesie projektowania sprawia określenie sprawności czy strat przepływu w kole wirnikowym i dyfuzorze oraz określenie położenia maksir muís sprawności ,czy minimum strat w funkcji na przykład .

ma analiz sprawnościowych wykorzystano funkcje:

- sprawność całego stopnia

^ • ł ' á ic , o - Z - względną stratę przepływu w wirniku

« ) ■ - względną cti'atę przepływu w dyfuzorze

n -

“ A i r - “ _C.o-z ( A ) względną energię wylotową dyfuzora

A b.O-i.

Zachodzi oczywiście relacja

m

(3)

Korelacja c h a r a k t e r y s t y k p rzep ły w o w y ch .» 123

Rya. 2. Względna atrate przepływu » funkcji i i f 2r

(4)

124 R. Piątkowski

Rys. 3« SSwląski *£p •> t(b2 , ) odpowiadające A ty

0_2

^{■ min}

By». 4« Korelacja wybranych charakterystyk stopnia dmuchawy promieniowej

(5)

Korelacja charaktery etyk przepływowych'.-.'. 125

? s .c .o -i ~ _{ - A * ? o - Z - & V i s <«>

Na rysunku, 2 pokazano zmienność ^,-j.dla' Wirnika o kącie łopatkowym

» 60° w funkcji f t r i, K . Z analizy takich charakterystyk dla wszystkich zbadanych kół określono wartości odpowiadające

minimom funkcji _{A f y - p} #

Porównując rysunki 1 i 2. widać, że ze wzroste® kąta i ze. spadkiem wartości *b, po.łożeaie _t przesuwa się w kierunku wyższych war

tości *'i|> a więc niższych wartości, «

Na rysunku 3 przedstawiono wybrane charakterystyki dla koła wirnikowego o kącie /$* « 60° 1 "b. * 0,04 dla dwóch Skrajnych wartości wielkości dy- fUzora 7 * 1,1 i r » 2,4. Widoczna jest wędrówka maksimów sprawności wzdłuż linii przerywanej.

Zaprezentowane korelacje wybitnych charakterystyk i irmyęb będących w toku opracowania wymagają głębszej interpretacji. Analiza zmienności poka

zanych charakterystyk prowadzi wprost do zagadnienia optymalizacji dyna

micznej, tj. s uwzględnieniem zmienności Charakterystyk poszczególnych elementów stopnia.

USBHAIOBAl

[1] Praca zespołowa: Badania przepływu przez wirujące -siedce łopatkowe i dy-

’ . fuzory* Etap VI.■ Badania kół wirnikowych /klasycz

nych/ D 0 ■ 800 mm ¿4*» 60° i 90°, Politechnika Poznańska, Instytut Techniki Cieplnej i Silników Spa

linowych /ITCiSSp/, Poznań 1976.

[

2

] Praca zespołowa: Badania przepływu przez wirujące wieńce łopatkowe i uy- Íozory. Etap VII. Badania Kół wirnikowych /klasycz

nych/ 0^ * 800 mm /3^= 45° i 75°, Politechnika Poznańska, ITCiSSp, Poznań 1976.

[

3

] Piątkowski R , B a d a n i a przepływu przez sprężarkowe, promieniowe koło wirnikowe, Dysertacja, Politechnika Poznańska, Poznań 1977.

[

4

] Praca zespołowa: Badanie przepływu przez wirujące wieńce łopatkowe i dyfuzory. Etap VII. Badanie kół wirnikowych klasycz

nych. Katoda wyznaczania Strat przepływu. Politech

nika Poznańska, ITCiSSp, Poznań 1976.

[

5

] Piątkowski R.: Metoda określania ilości energii przekazanej w promie

niowym kole wirnikowym /w przygotowaniu/ Poznań 1965.

[ó] Hora St., Valczak J.,

Organista W.s Straty przepływu w kołach wirnikowych promieniowych maszyn sprężających, Zeszyty Baukcwe Politechniki

(6)

H. Piątkowski Poznańskiej Nr 17. s. Maszyny Robocze i Pojazdy*

Poznań 1S78.

® Walczak J.: Ifetocte obliczania przepływu czynnika nieściśliwego w rói-moległotarczowyra dyfuzorze bezłopatkowym dla modelu z rozwiniętymi warstwami przyściennymi. S.Rozprawy, Politechnika Poznańska, Poznań 1978,

Piątkowski R.: Uogólnienie metody obliczeń równoległotarczowego dy

li alczak J. furora fcezłopatkowego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej si Energetyka /w druku/ 1985.

[sj. Tuliszka E., Sucharski Z.,

Walczak J., Rybarczyk J.i Sprężarki promieniowe. Zagadnienia przepły

wowa. Część 1. Teoria 1 badania przepływu przez pro

mieniowe dyfuzory łopatkowe. PAN Oddz. w Poznaniu,

£VS, 1983.

Recenzent! Prof. dr bab. ini. Tadeusz Chmielniak . Wpłynęło do redakcji maj 1985 r.

KOPPEJUUHS ASPOAHHAlOnBCKHX ZAPAKTEHäCTZK CXTREBR PAJUUkŁHOa BOWXCfcyBKH

P e a » * e

B paOoTB n p e A C T a M e a a soppexans* H e K o i o p m aspoAHHanEwecKHi lapaxiepH- axax HcnKTaKKKX p m m u m n aosxyxoxyaoK. Uezfc p adoxu — ospexexesxe B3aHMO—

x e Ä C T B M wexiy zapaxTepHCTincaiiH cryueHH Bceß BosxyxoxyBKJi e xap&xTxpHct kxaitz r a n z exeueEzoB icas pozopHoe soxeco ■ xaippysop x Bospacsaaze *owe o c t e m c t o— X O B spoeKTxpoB&aEE a dwpxyxspoBKs onTłimi aa u x oHHc ro aaxaaxa.

CQR R E U T IOg 0? T W * CHARACTERISTICS 0? THE RADIAL BLOWER

S u m m a r y

In this paper tbe correlation of flow characteristics, selected from a few investigated radial blowers, 1b presented, correlations between global characteristics of one stage blowers and characteristics of rotors and diffusers is researched for Increase reliability of design methods and for tbe formulation of tbe optimisation problem.