Показатели состояния воздуха на выходе из диффузора

Температура воздуха на выходе из безлопаточного диффузора , а при наличии лопаточного диффузора , где - изобарная теплоёмкость.

Для расчета давления воздуха на выходе из диффузоров необходимо иметь значение показателя политропы сжатия (изменения состояния) в диффузорах . Его определяют используя основное уравнение движения воздуха, устанавливающее равенство между кинетической энергией и суммой работ всех внешних и внутренних сил. В диффузорах энергия воздуху не сообщается. Считая, что теплообмен между воздухом в компрессоре и окружающей средой отсутствует, получим, что вся работа трения воздуха о стенки, превращается в теплоту, идущую на подогрев воздуха. Тогда для выхода из лопаточного диффузора можно записать равенство

.

(6.28)

Для учета трения Б. С. Стечкиным предложена зависимость , где  - коэффициент сопротивления диффузоров. С учетом этого уравнение движения воздуха применительно к диффузорам можно записать в виде

,                          (6.29)

а значение показателя политропы в диффузорах вычислять по уравнению

.                        (6.30)

Коэффициент потерь в диффузоре принимается:   =0,33..0,45 – для коротких безлопаточных диффузоров, =0,22..0,35 – для длинных и лопаточных диффузоров. При указанных значениях коэффициента  показатель политропы находится в пределах 1,8...2,1.

Показатель процесса повышения давления воздуха в диффузорах можно определить также по зависимости       ,

где  – политропный КПД диффузора.

Для коротких безлопатоных диффузоров, предшествующих лопаточному, принимают  = 0,55...0,67, а для длинных безлопаточных диффузоров  = 0,65…0,78. Повышенные значения КПД соответствуют меньшим числам M₂, большим относительным  и значениям угла  до 35°, а также диффузорам, суженным до .

При наличии только безлопаточного диффузора давление на выходе из него вычисляют по уравнению     .

Для контроля за режимом течения воздуха (величиной абсолютной скорости) на каждом участке компрессора используется число . Должно быть .

За лопаточным диффузором температура и давление воздуха вычисляются по уравнениям:

и .

Лопаточный диффузор выполняют шириной  или со стенками, расходящимися под углом . Расширение диффузора в меридиональной плоскости особенно желательно, когда велика доля потерь трения (малые , малые абсолютные размеры колеса). Для определения числа лопаток диффузора из условия оптимального относительного шага используют зависимость (см. рис. 6.11) , где  - углы наклона лопаток на входе и выходе.

Воздухосборники (улитки).

Из диффузора центробежного компрессора воздух поступает в воздухосборник, выполняемый обычно в виде улитки с переменной по углу разворота площадью поперечного сечения (рис.6.12). Форма сечений: грушевидная, круглая, квадратная, симметричная и несимметричная, наклоненная в сторону всасываемого патрубка компрессора или в противоположную сторону. Наибольший КПД имеет ступень с несимметричной круглой улиткой. При отсутствии лопаточного диффузора для торможения потока воздуха применяют симметричные улитки грушевидного сечения. При работе компрессора с таким диффузором на нерасчетном режиме возникает неравномерное в окрестном направлении поле давлений. При наличии лопаточного диффузора этого не происходит.

Изменение площади поперечного сечения улиток должно обеспечивать заданную скорость воздуха на входе во впускной трубопровод поршневого двигателя.

Рис. 6.12. Схема воздухосборника (улитки)

При проектировании улитки принимается, что через неё в сечении А-А, отстоящем от начала улитки на угол  , проходит количество воздуха равное , а скорость воздуха изменяется по радиусу по тому же закону, что и в щелевом диффузоре, то есть . Значение  можно определить на выходе из диффузора  или принять по величине средней скорости м/с на выходе из улитки при угле (см. рис. 6.12). Плотность воздуха в улитке считают постоянной и равной . Тогда при средней скорости  в выходном сечении улитки объёмный расход воздуха равен .

Количество преобразованной кинетической энергии воздуха в потенциальную энергию давления в улитке определяется разностью удельной кинетической энергии потока на входе , выходе  и потерями в ней . Повышение напора равно , где скорость  , площадь выходного сечения , а плотность воздуха принимается .

Скорость   находится в диапазоне . Потери в улитке возникают вследствие внезапного расширения тракта (улитка – трубпровод) и трения. Снижение напора при этом составляет 2…4%, а КПД улитки находится в пределах .