Обработка результатов эксперимента. о лабораторных работах

ОТЧЕТ

 

о лабораторных работах

по дисциплине «Холодильные турбомашины»

(итоговый)

 

 

Руководитель,

ст. преподаватель ___________________ (Г. Ф. Воронов)

^{(подпись с указанием даты подписания)}

 

 

Исполнитель,

студентка группы 2381-16 ____________________ (К.Р. Деваев)

^{(подпись с указанием даты подписания)}

 

Казань 2011

ИЗМЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТУРБОКОМПРЕССОРА ПУТЕМ

ИЗМЕНЕНИЯ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РОТОРА

Цель работы: ознакомление с методом изменения характеристик центробежного компрессора путем варьирования частоты вращения ротора.

 

Экспериментальная установка

В данной работе исследуется изменение напорной характеристики, влияние частоты вращения ротора на напорную характеристику, производится определение напорной характеристики и характеристики экономичности центробежного компрессора типа ЦТК-56. Воздух всасывается компрессором через всасывающую сеть, на входе в которую установлена аэродинамическая труба. Из компрессора сжатый воздух подается в нагнетательную сеть и, пройдя задвижку, выбрасывается в атмосферу.

Определение расхода воздуха через компрессор произво­дится путем измерения статического давления Dh _т в контрольном сечении аэро­динамической трубы. При этом в качестве реги­стри­рующего прибора выбран вертикальный U - образный диф­манометр, заполненный водой. Статическое давление на входе и на выходе из компрессора измеря­ется соответственно в сечениях Н - Н и К - К (см. рисунок 1). Разреже­ние в сечении Н - Н реги­ст­ри­руется U - образным дифманомет­ром Dh_н, а избыточное дав­ле­­ние в сечении К - К образцовым манометром Dр_к. Темпе­ра­тура потока на входе в аэродинамическую трубу из­меряется ртут­­ным термометром t_m с ценой деления 0,1° С. Разность темпе­ратур на входе и выходе из компрессора (между сечениями Н - Н и К - К) определяется по термоЭДС многоточечных дифферен­ци­альных тер­мопар.

Для контроля величины давления масла в системе установлен манометр . Контроль температуры подшипников скольжения ведется по термометрам .

1 – аэродинамическая труба;

2 – задвижка на всасывающей сети;

3 – компрессор ЦТК-56;

4 – задвижка на нагнетательной сети;

5 – зубчатая муфта;

6 – мультипликатор;

7 – упругая муфта;

8 – электродвигатель постоянного тока;

9 – вспомогательный маслонасос;

10 – теплообменник для охлаждения масла.

Рисунок 1 - Схема экспериментальной установки

Выполнение эксперимента

Результаты испытаний занесены в протоколы испытаний (см. та­блицы ­1 и 2).

 

Таблица 1

Измеряемая величина	Размерность	№ режима
tт
Dhт
Dhн
Dрк				8,5		27,5	34,5			40,5
В

Таблица 2

Измеряемая величина	Размерность	№ режима
tт
Dhт
Dhн
Dрк		3,5	6,5			28,5	29,5
В

Обработка результатов эксперимента

Алгоритм расчета заключался в следующем:

1.3.1 Разность между барометрическим давлением и статическим давлением в контрольном сечении аэродинамической трубы:

Dр_т = 9,81 × Dh_т, Па

1.3.2 Статическое давление и плотность воздуха в контрольном сечении аэродинамической трубы:

р_т = 133,3 × В - Dр_т, Па;

r_т = р_т /(R× Т_т), кг/м³,

где R = 287 Дж/(кг × К) - газовая постоянная сухого воздуха;

Т_т = (273 + t_т), К – температура.

Знак “ - ” в формуле для р_т обусловлен тем, что на линии всасывания статическое давление меньше барометрического.

1.3.3 Массовый расход воздуха через компрессор:

m = С_т × f_т × r_т = f_{т ,} кг/с,

где С_т - средняя скорость воздуха в сечении аэродинамической трубы,

f_т = 0,0118 м² - площадь поперечного сечения трубы,

- динамическое давление в контрольном сечении трубы.

1.3.4 Статическое давление на входе из компрессора (сечение ):

р_н = 133,3 × В - 9,81 ×D h_н, Па

1.3.5 Статическое давление на выходе из компрессора (сечение ):

р_к = 133,3 × В + 9,81 ×Dр_к × l_дел ×10⁴, Па

где l_дел=0,01ати/дел

1.3.5 Степень повышения давления компрессора:

p_к = р_к / р_н

1.3.6 Плотность воздуха и скорость потока на входе в компрессор:

r_н = р_н /(R × Т_т), кг/м³

с_н = m /(r_н × f_н), м/с,

где f_н = 0,0373 м² - площадь проходного сечения Н-Н;

Т_н - при­нять равной полной температуре потока Т_т.

1.3.7 Термодинамическая температура потока на входе в компрессор:

, К

где С_р = 1005 Дж/(кг×К) - теплоемкость воздуха при давлении 0,1 МПа.

1.3.8 Разность температур потока на входе и выходе из компрессора:

DТ_изм = DЕ/(j × a), К

где DЕ - измеренная разность ЭДС, мВ;

j = 5 - число последо­ва­тельно соединенных термопар;

a - коэффициент термо-ЭДС, рав­ный для хромель-копелевой пары 0,0682 мВ/К

1.3.9 Термодинамическая температура на выходе приближенно:

Т^’_к = Т_н + DТ_изм

1.3.10 Плотность воздуха и скорость потока в выходном сечении компрессора:

r_к = р_к /(R × Т ^’ _к), кг/м³

с_к = m /(r_к × f_к), м/с,

где f_к = 0,023 м² - площадь сечения К – К

1.3.11 Термодинамическая температура потока на выходе из компрессора:

, К,

где j = 0,92 - тарировочный коэффициент термоприемника

1.3.12 Политропный КПД турбокомпрессора:

где к = 1,4 - показатель адиабаты воздуха.

Результаты расчета всех режимов сведены в протокол обработки экспериментальных данных (см. таблицы 3 и 4).

Таблица 3

Вычисляемая величина	Размерность	№ режима
Dрт	Па	1245,87	1236,06	1187,01	912,33	637,65
рт	Па		100693,8	100742,8	101017,5	101292,2
Тm	К
rт	кг/м3	1,21	1,21	1,20	1,21	1,21
m	кг/с	0,65	0,64	0,63	0,55	0,46
рн	Па	100046,3	100085,5	100183,6	100566,2	100948,8
рк	Па	102910,8	105853,8	110268,3	122530,8	128907,3
pк	-	1,03	1,06	1,10	1,22	1,28
rн	кг/м3	1,21	1,21	1,20	1,21	1,21
Вычисляемая величина	Размерность	№ режима
Dрт	Па	372,78	225,63	137,34	78,48
рт	Па		101704,2	101792,5	101851,3
Тm	К
rт	кг/м3	1,21	1,22	1,22	1,22
m	кг/с	0,35	0,28	0,22	0,16
рн	Па	101341,2		101694,4	101782,7
рк	Па	135774,3	139207,8	141169,8	141660,3
pк	-	1,03	1,06	1,10	1,22
rн	кг/м3	1,21	1,21	1,20	1,21

Таблица 4

Вычисляемая величина	Размерность	№ режима
Dрт	Па	1020,24	941,76	686,7	264,87	137,34	68,67
рт	Па	100909,6	100988,1	101243,1		101792,5	101861,2
Тm	К
rт	кг/м3	1,20	1,20	1,20	1,21	1,21	1,21
m	кг/с	0,58	0,56	0,48	0,30	0,22	0,15
рн	Па	100428,9		100909,6	101498,2	101684,6	101802,3
рк	Па	105363,3	108306,3	117625,8	126454,8	129888,3	130869,3
pк	-	1,05	1,08	1,17	1,25	1,28	1,29
rн	кг/м3	1,20	1,20	1,20	1,21	1,21	1,21

 

1.3.13 По результатам расчетов построена напорная характеристика турбокомпрессора π_к - m при частотах вращения ротора 1800 и 2100 об/мин (см. рисунок 2)

m, кг/с

πк

Рисунок 2 - Напорная характеристика компрессора при частоте вращения ротора 1800 и 2100 об/мин