Metody obliczeń parametrów kolektora stosowane w projekcie koncepcyjnym sprężarki promieniowej

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.

Pełny tekst (pdf)

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.