Просмотров: 4585

Приращение кинетической и потенциальной энергии перекачиваемой газовой среды происходит в результате взаимодействия потока среды с вращающейся решеткой лопаток рабочего колеса. После рабочего колеса газ попадает в отводящее устройство, в котором происходит преобразование кинетической энергии потока газа в энергию давления. Приращение энергии газового потока в проточной части компрессора обусловливает сжатие газа при непрерывном изменении термодинамических параметров состояния.

 

В радиальном компрессоре поток поступает в рабочее колесо, двигаясь параллельно оси, поворачивается в нем на 90° и выходит из колеса перпендикулярно оси ротора. В диагональном компрессоре поток выходит из рабочего колеса под углом у к оси ротора. В осевом компрессоре поток в зоне рабочего колеса движется параллельно оси вращения ротора. Лопастные компрессоры в зависимости от развиваемого давления делятся на: вентиляторы; нагнетатели(газодувки); компрессоры. Получив приращение энергии в рабочем колесе, газ поступает в отводящее устройство и направляется в нагнетательный патрубок или к последующей ступени компрессора.

 

Для центробежных компрессоров отводящее устройство (отвод) может выполняться в виде спиральной камеры, безлопаточного кольцевого диффузора или лопаточного отвода. В местах выхода вала из корпуса предусмотрены концевые уплотнения. Рабочее колесо осевого компрессора представляет собой вращающуюся втулку, на которой закреплены профилированные лопатки. Отводом осевого компрессора служит выправляющий аппарат, который представляет собой круговую решетку неподвижных профилированных лопаток. Для дополнительного преобразования кинетической энергии в энергию давления за выправляющим аппаратом может быть выполнен кольцевой диффузор.

 

КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЛОПАСТНОГО КОМПРЕССОРА

Проточная часть компрессора состоит из двух основных элементов: вращающихся каналов рабочего колеса, неподвижных каналов подводящего и отводящего устройств, переводных каналов и выходных устройств. Элементы проточной части имеют различное конструктивное исполнение и выполняют разные функции.

 

РАБОТА СТУПЕНИ ЛОПАСТНОГО КОМПРЕССОРА

Работа всех элементов проточной части компрессора взаимосвязана. Можно создать, например, рабочее колесо с высокими аэродинамическими качествами, но при работе в ступени оно не обеспечит требуемый КПД. В общем случае ступень включает в себя: подводящее устройство, рабочее колесо и отвод. Рассмотрим условия работы промежуточной ступени центробежного компрессора. Подводящим устройством ступени служит обратный направляющий аппарат и входной направляющий аппарат для обеспечения требуемой закрутки потока на входе в рабочее колесо. Рабочее колесо закрытого типа установлено на валу по неподвижной посадке. После колеса газ поступает в безлопаточный кольцевой диффузор, затем по переводному каналу направляется в обратный направляющий аппарат последующей ступени. Для уменьшения перетечек газа между вращающимся колесом и неподвижными статорными деталями предусмотрены переднее и межступенное уплотнения лабиринтного типа. Через уплотнения рабочего колеса протекает определенное количество газа, которое оказывает влияние на объемный КПД ступени и на характер движения газа в пространстве между рабочим колесом и корпусом, что, в свою очередь, влияет на энергетические характеристики ступени. Элементы ступени условно разграничивают контрольными сечениями, газодинамические параметры потока в которых характеризуют процессы протекания газа в проточной части ступени. Радиальное сечение во входной воронке рабочего колеса определяет параметры потока при поступлении в рабочее колесо. Сечение соответствует входу потока на лопатки и выбирается в непосредственной близости параллельно входной кромке лопасти. Сечение располагается параллельно оси вращения ротора по ширине рабочего колеса непосредственно за выходной кромкой лопатки. Параллельные оси вращения ротора сечения соответствуют входному и выходному сечениям отвода, а сечения — входу и выходу в каналы обратного направляющего аппарата. Индексы сечений присваиваются геометрическим, термодинамическим и газодинамическим параметрам элементов проточной части ступени.

 

СХЕМЫ МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Конструктивное исполнение ступени осевого компрессора отличается меньшей сложностью, чем центробежного. Лопасти рабочего колеса могут крепиться на втулке неподвижно либо их можно разворачивать на определенный угол при остановленном компрессоре. Лопатки направляющего аппарата также могут быть неподвижными или поворотными. Поворот лопаток может осуществляться как при остановленном, так и работающем компрессоре. Выбор контрольных сечений в осевой ступени осуществляется аналогично с центробежной ступенью. Направляющий аппарат, его выходные элементы частично выполняют роль обратного направляющего аппарата для последующей ступени. Основные элементы компрессора: вращающийся ротор, представляющий собой полый барабан с закрепленными на нем пространственными лопастями, и неподвижный корпус с пространственными лопатками направляющих аппаратов. Комплект лопастей ротора (рабочее колесо) и комплект лопаток корпуса (направляющий аппарат), лежащий в плоскостях, перпендикулярных оси вращения, составляют ступень компрессора. При необходимости предварительной закрутки газового потока перед поступлением в рабочее колесо первой ступени устанавливается входной направляющий аппарат иногда с поворотными лопатками. Передаваемая через вал ротора энергия привода в межлопастных каналах рабочих колес преобразуется в потенциальную и кинетическую энергию газового потока. В направляющих аппаратах кинетическая энергия газа частично преобразуется в потенциальную. Напор (давление) газового потока последовательно растет от ступени к ступени компрессора. Перед поступлением газа в выходной патрубок газ попадает в безлопаточный диффузорный участок, обеспечивающий минимально необходимую выходную скорость газового потока. Осевая скорость газового потока от ступени к ступени обычно изменяется незначительно, что приводит к уменьшению площади поперечного сечения проточной части так как плотность газа растет с повышением давления. В осевых компрессорах используются схемы проточной части.

 

ОСНОВЫ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА И ПРОФИЛИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ

Основные технические характеристики компрессора указываются в техническом задании или определяются из условий работы машины в системе. Для расчета компрессора необходимо знать массовую т или объемную производительность и отношение давлений е компрессора. Кроме того, должны быть заданы плотность, температура и давление газа на входе в компрессор. Для расчета может быть задана частота вращения вала компрессора, которая в значительной степени определяет число ступеней, размеры и массу компрессора. Ограничением для выбора больших значений может быть число, прочность и вибрация, аэродинамические шумы. Выбором определяется тип приводного двигателя. Из анализа термодинамических условий сжатия газа в процессе предварительной проработки схемы компрессора решается вопрос о целесообразности промежуточного водяного охлаждения. Рабочее колесо является важнейшим элементом центробежного компрессора, от качества его проектирования и изготовления существенно зависит экономичность и надежность работы компрессора в целом. В настоящее время разработаны газодинамические методы расчетов проточной части рабочего колеса с использованием ЭВМ, учитывающие пространственную форму потока, влияние вторичных течений в проточной части. В последующем поставлена цель ознакомления с приближенными методами определения размеров рабочего колеса для производства поверочных расчетов и ориентировочного профилирования лопастей. Расчет подводящих устройств Основное назначение подводов состоит в обеспечении входа газа в межлопастные каналы рабочего колеса с определенным моментом скорости при минимальных потерях. В связи с этим рабочим поверхностям подводов стремятся придать форму, близкую к траекториям движения газовых струй. Кольцевой подвод не обеспечивает равномерного распределения на входе в рабочее колесо из-за разного направления частичек газа и образования мертвой зоны за валом при его обтекании. Для уменьшения неравномерности распределения скоростей применяют увеличенные, площади поперечных сечений подвода. Полуспиральный подвод более сложен в изготовлении, чем кольце-вой, однако обеспечивает более равномерную структуру потока на входе в рабочее колесо и создает определенный момент к скорости в направлении вращения рабочего колеса, что приводит к уменьшению скорости, т. е. снижению потерь на входе в колесо. Наряду с двухзаходными применяются однозаходные полуспиральные подводы. Язык спирали обычно располагается под углом 45° против вращения колеса к направлению потока во входном патрубке. Форма радиальных сечений спиральной камеры определяется конфигурацией боковых стенок, которую выбирают при конструктивной проработке компрессора. В многоступенчатых компрессорах целесообразно уменьшать осевые размеры камеры за счет увеличения радиальных.

 

ПЕРЕВОДНЫЕ КАНАЛЫ И ПАТРУБКИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

В некоторых конструкциях многоступенчатых компрессоров группы ступеней соединяются между собой в определенной последовательности с помощью переводных каналов (труб). Часть переводного канала выполняется в корпусе компрессора, другая — снаружи. Участки представляют собой соответственно элементы отвода и подвода.

 

БАЛАНС ЭНЕРГИИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Мощность, отбираемая компрессором от привода, не вся расходуется на компримирование газа. Как и в любой машине, в компрессоре имеют место потери энергии. При движении газа по проточной части из-за газодинамических потерь происходит снижение напора, т. е. действительный напор компрессора всегда будет меньше теоретического. На преодоление этих потерь затрачивается часть мощности компрессора. Через уплотнения рабочих колес, концевые уплотнения и разгрузку компрессора протекает суммарное количество газа, которое проходит через рабочие колеса. Расчетная производительность колеса больше полезной. На перекачивание количества газа необходимо затрачивать мощность. При работе компрессора имеет место трение вращающихся деталей (рабочие колеса, вал и др.) о перекачиваемый газ. Трение возникает в подшипниках и концевых уплотнениях компрессора. Наличие трения требует дополнительной затраты мощности на его преодоление. Таким образом, полезную мощность можно получить, если из потребляемой вычесть составляющие, затрачиваемые на преодоление потерь. Из-за сложного характера явлений, происходящих в проточной части компрессора, аналитическое определение составляющих потерь связано с большими трудностями. Однако использование ЭВМ дает возможность довольно точно подсчитать потери в компрессоре. На основании составленных математических моделей ЛПИ разработан метод поэлементного определения потерь в компрессоре и предложен способ расчета проточной части из условия обеспечения минимума потерь. Для предварительной оценки энергетических свойств компрессора используются приближенные способы определения составляющих потерь, которые обычно характеризуются составляющими КПД.

 

Потери в компрессоре в целом получают суммированием потерь в ступенях. Рассмотрим способы определения потерь в ступени. Газодинамические потери: При движении реального газа через проточную часть компрессора возникают потери на трение газа в пристенном слое, вызванные изменением скорости и направления потока в проточной части. При работе компрессора на не расчетных режимах добавляются потери, связанные с ударным натеканием потока на лопатки элементов проточной части, с отрывами потока и вихре образованием. Учесть эти дополнительные потери сложно. Для приближенной оценки определим газодинамические потери на расчетном (оптимальном) режиме. Потери в рабочем колесе Объемные потери Внутри компрессора между вращающимся рабочим колесом и неподвижными статорными деталями неизбежны зазоры, через которые под действием перепада давления возникают внутренние протечки газа. Для уменьшения протечек выполняются лабиринтные уплотнения. Лабиринтное уплотнение состоит из гребней, закрепленных кольцами в рабочем колесе. В неподвижном уплотняющем кольце выполнены кольцевые канавки, в которые заходят концы гребней. При прохождении газа через уплотнение происходит дросселирование давления. Количество газа, протекающего через уплотнение, зависит от площади щели, количества и формы лабиринтов, состояния газа в зоне уплотнения, физических свойств газа и др. Механические потери Механические потери в компрессоре принято подразделять на две категории: внутренние механические потери от трения наружных поверхностей дисков рабочих колес и других вращающихся деталей о перекачиваемый газ; внешние механические потери от трения в подшипниках и концевых уплотнениях компрессора.

 

Основную часть внутренних механических потерь составляют потери на трение дисков рабочих колес. Газ, находящийся в зазоре между рабочим колесом и корпусом, захватывается наружными стенками дисков колеса и вращается вместе с ним; при этом в потоке газа возникают завихрения. Мощность трения вала и других вращающихся деталей о газ значительно меньше мощности трения дисков, и в расчетах ее обычно не принимают во внимание. Отдельные потери принято характеризовать составляющими полного КПД компрессора. В осевых компрессорах разница между политропным и адиабатным КПД невелика, особенно при малых степенях сжатия, поэтому их считают одинаковыми. Полученные значения КПД отдельной ступени сравнивают с первоначально принятыми, и при значительном расхождении расчет повторяют до сближения результатов.


Вы находитесь:    ГлавнаяОбзорыНаучная литература

О нас

ООО "Мой компрессор"

юр.адрес: РБ, г. Минск, ул. Тростенецкая, д.6

Зарегистрирован в торговом реестре с 21 июля 2014г.

Контактная информация

worldmap

Мобильный телефон МТС:  +375 33 3003999
Мобильный телефон Velcom: +375 29 3033999