Tytuł pozycji:
Calculation methods for volute parameters used in the conceptual design of radial and axial-centrifugal compressors
In many designs of a single-stage radial and axial-centrifugal compressors of the turboprop and turboshaft aviation engines, a properly formed collector placed after a vaneless or vaned radial diffuser, is used to decrease velocity and to increase static pressure of an air stream. The spiral diffuser is one of the main diffuser types. A volute is a channel with a different form of transverse sections that gradually expands in the direction of rotor rotation and includes preceding diffuser with a cylindrical inlet hole. Its geometrical parameters should be properly selected to ensure the correct operation of the scroll. This paper presents two main methods of calculation of geometrical parameters of the spiral diffuser: free vortex design (constant angular momentum principle) and constant mean velocity design. Mentioned methods (recommended for use in the conceptual design of a compressor) are based on energy equation - steady flow energy equation, equation of continuity, first law of thermodynamics, Euler’s moment of momentum equation, gas dynamics functions and definitions used in theory of turbomachinery. A detailed analysis of geometrical parameters of different types of collectors were conducted. This paper also provides a review of experimental research results of total pressure loss coefficient in the volute and proposed method of determining air stream parameters at volute outlet.
W wielu projektach jednostopniowych sprężarek promieniowych i osiowo-odśrodkowych silników lotniczych turbośmigłowych i turbowałowych, odpowiednio uformowany kolektor umieszczony za bezłopatkowym lub łopatkowym dyfuzorem promieniowym, jest stosowany do zmniejszenia prędkości i zwiększenia ciśnienia statycznego strumienia powietrza. Dyfuzor spiralny jest jednym z głównych typów dyfuzorów. Spirala to kanał o zmiennym przekroju poprzecznym, który stopniowo rozszerza się w kierunku obrotu wirnika i obejmuje poprzedzający go dyfuzor z cylindrycznym otworem wlotowym. Jego parametry geometryczne powinny być odpowiednio dobrane, tak aby zapewnić prawidłową pracę spirali. W artykule przedstawiono dwie główne metody obliczania parametrów geometrycznych dyfuzora spiralnego: projektowanie swobodnego wiru (zasada stałego momentu pędu) i projektowanie według stałej średniej prędkości. Wymienione metody (zalecane do stosowania w projektowaniu koncepcyjnym sprężarki) opierają się na równaniu energii - równaniu energii przepływu ustalonego, równaniu ciągłości, pierwszej zasadzie termodynamiki, równaniu momentu pędu Eulera, funkcjach dynamiki gazów i definicjach stosowanych w teorii maszyn wirnikowych. Przeprowadzono szczegółową analizę parametrów geometrycznych różnych typów kolektorów. W artykule przedstawiono również przegląd wyników badań eksperymentalnych współczynnika strat ciśnienia całkowitego w spirali oraz zaproponowano metodę określania parametrów strumienia powietrza na wylocie spirali.
Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).
