Экспериментальный стенд для изучения характеристик малоразмерного центробежного компрессора

щелевой диффузор и выбрасывается в атмосферу через регулируемые выпускные окна (рис. 2 и 3). Их площадь может изменяться с помощью диска-дросселя, который перемещается шаговым двигателем. За счет этого регулируется расход воздуха через компрессор Gв. Дроссель оборудован датчиком обратной связи, который сигнализирует о положениях диска, соответствующих определенным площадям выпускных окон. Гео- метрия проточной части выходной области исследуемого компрессора приведена на рис. 4. Компрессор приводится во вращение с помощью воздушной микротурбины, рабочее колесо которой установлено на одном валу с РК компрессора. Турбина приводится в действие сжатым воздухом, который поступает из пневматической системы университета и предварительно проходит через фильтр и кран-регулятор.

Рис. 1. Лабораторная установка для изучения рабочего процесса и снятия характеристик центробежного микрокомпрессора [1]

Рис. 3. Внешний вид исследуемого компрессора [1]: 1 - входной направляющий аппарат; 2 - рабочее колесо; 3 - выпускные окна

Рис. 4. Размеры проточной части выходной системы компрессора

Рис. 2. Схема лабораторного стенда по исследованию компрессора [1]

В ходе проведения эксперимента на описанном стенде измеряются следующие параметры, необходимые построения характеристик компрессора при изучении его рабочего процесса:

• 1.    Атмосферные давление р н и температура t _н в лабораторном помещении. При обработке результатов полагается, что потери тепла в расходомере незначительны и параметры на входе в компрессор равны атмосферным.

• 2.    Избыточное (манометрическое) давление на выходе из компрессора р к м . Давление за компрессором передается на первичный преобразователь через отверстие в корпусе с помощью импульсной трубки. Отборное отверстие расположено перпендикулярно направлению движения потока. Таким образом, за компрессором фактически измеряется статическое давление (рис. 6).

• 3.    Частота вращения РК компрессора n , мин ^- 1 , измеряется фотоэлектрическим датчиком.

• 4.    Объемный расход воздуха через компрессор Q В . С помощью данной величины при известных атмосферных условиях, программа стенда в автоматическом режиме вычисляет массовый расход рабочего тела через компрессор G .

• 5.    Полное избыточное давление на входе в приводную микротурбину р _тм. Опираясь на

Рис.6. Отбор давления на преобразователь давления: 1 - рабочее колесо; 2 - отверстие выхода потока; 3 - отверстие отбора давления для преобразователя; стрелкой указано преимущественное направление движение воздуха

данную величину, а также частоту вращения РК, управляющая программа стенда в автоматическом режиме по заложенным в нее тарировоч-ным зависимостям определяет величину крутящего момента на выходном валу турбины М кр . При обработке результатов полагается, что данный момент без потерь передается на компрессор. Утечки рабочего тела из проточной части не регистрируются и при обработке результатов не учитываются.

Измерения производятся посредством первичных преобразователей. Они преобразуют измеряемые параметры в электрические сигналы, которые обрабатываются автоматизированной системой управления стенда и отображаются на мониторе компьютера в специальной программе (рис. 7). Расчет и построение характеристик микрокомпрессора по экспериментальным данным осуществляются автоматически. Результаты, полученные в ходе эксперимента, выводятся на печать.

Рис. 7. Внешний вид окна программы управления стендом и отображения результатов [1]

Основным результатом исследования являются зависимости л _к ∗_, Л _к∗₌ / (G _в ) , полученные при фиксированных частотах вращения ротора. Экспериментальное значение степени сжатия π к вычисляется как отношение статического давления за компрессором к атмосферному давлению на входе в компрессор. КПД компрессора η к определяется как отношение полезной работы к затраченному напору:

*

к

L к S

Н 2 ^.

лп Дж

Н = М т---- —

Н ^{2 = М} кр Т G в ∙3000^, кг ^.

В настоящее время на нашей кафедре накоплен большой объем экспериментальных данных о рабочем процессе описанного выше компрессора. Некоторые из них в виде протоколов приведены на рис. 8. Они могут быть использованы для верификации расчётных моделей.

Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки) на основании Постановления Правительства РФ №218.

Изоэнтропическая работа вычисляется по известному соотношению:

L к S

■   к-1

л к ^к

-

Л. Дж .

кг

где С р = ^h^R = 1005 Дж / кг ∙ К – теплоемкость воздуха; k – показатель изоэнтропы воздуха k=1,4 .

Затраченный напор вычисляется по крутящему моменту турбины: