Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


ассовый расход должен быть одинаковым во всех контрольных сечениях (условие неразрывности потока).




Следовательно, в сечении 1 возникает движение в направлении оси z со скоростью . У рабочих колес осевых компрессоров произведение rf в сечениях перед, и за лопатками примерно одинаково и для простоты анализа общепринято считать сz1 = сz2 = сz.

В сечении 1 движение газа возникает под действием разрежения, создаваемого лопатками колеса, отбрасывающими газ в направлении z и u. Давление р1 становится меньше давления перед компрессором, в данном случае меньше атмосферного давления ра. Под действием разности давлений ра1 осуществляется процесс непрерывного подвода газа к рабочему колесу через входной патрубок.

В компрессоре, показанном на рис.9, разность давлений заставляет газ двигаться в осевом направлении, т.е. с1 = сz1 = сz и перед рабочим колесом газ закрутки не имеет. Очевидно, что скорость газа при прохождении через рабочее колесо увеличивается, т.е. с21 и при с1 = сz разность кинетических энергий единицы массы газа после и перед колесом равна 0,5 (с2212) = 0,5 сu22. На ускорение потока в колесе тратится часть мощности двигателя NТ, в данном случае весьма значительная. Другая часть идет на повышение давления и преодоление сопротивления движению газа в колесе.

Отметим, что повышение давления в компрессоре может происходить только тогда, когда в конечном сечении К сопротивление сети создает некоторое противодавление Dр = рк - ра. Если бы выходной патрубок не был соединен с сетью, а связывал проточную часть с атмосферой, то при Dр = 0 вся мощность двигателя затрачивалась бы на разгон газа и преодоление сопротивления движению газа в проточной части. Но при обычном рк > pa за рабочим колесом устанавливается некоторое давление р2 > ра > р1. Перемещение газа из области меньшего давления р1 в область большего р2 с одновременным его сжатием осуществляется в результате действия силы Pа' на газ со стороны лопаток.

Таким образом, рабочее колесо является основным, обязательным элементом компрессора. Оно передает газу механическую работу от двигателя, и тогда создается непрерывный поток газа, в котором давление газа возрастает. Избыточная же кинетическая энергия в колесе (при cu1 = 0 она равна 0,5с2u) является неизбежным следствием работы колеса, но сама по себе не нужна: для перемещения газа из области низкого р1, в область высокого давления р2 и далее по проточной части достаточна расходная скорость сz. Сохранение закрутки потока после РК только увеличило бы потери трения о стенки проточной части.

Известно, что кинетическая энергия газа переходит в энергию давления, если скорость снижается в каналах специальной формы – диффузорах. У рассматриваемой ступени диффузоры образованы поверхностями соседних неподвижных лопаток направляющего аппарата (сечения 2, 3 на рис.9). Соответствующая плоская решетка показана на рис.11-б.

Лопатки направляющего аппарата изогнуты таким образом, что входящий в межлопаточные каналы со скоростью с2 поток отклоняется к осевому направлению, его закрутка уменьшается и на выходе скорость с3 становится равной расходной составляющей сz, а давление возрастает р3 > р2. Следовательно, в сечениях 1 и 3 скорости с1 = с3 = сz равны и в пределах ступени РК+НА кинетическая энергия не меняется. Благодаря направляющему аппарату поток выходит из ступени не только с той же величиной скорости, но и с тем же направлением, как на входе. Это позволяет в случае необходимости поставить вслед за первой вторую, третью и т.д. ступени.

У современных осевых компрессоров число последовательно устанавливаемых ступеней достигает 15 – 25 и более. В результате конечное давление рк может превышать начальное рн в десять – тридцать (и более) раз при обычном для одной ступени .

Выходное устройство (сечения 3 – К) отводит газ от ступени (от последней ступени в случае многоступенчатого компрессора) к трубопроводу сети. Скорость в трубопроводе не может быть большой, иначе по пути к потребителю будет потеряна большая часть давления. Поэтому выходное устройство состоит из осесимметричного кольцевого диффузора (сечение 3 – коническое сечение 4) и патрубка (сечения 4 – К), собирающего газ по окружности выхода из диффузора и направляющего его в нагнетательный трубопровод.

Итак, проточная часть осевого компрессора состоит из следующих элементов (см. рис.9):

- входного патрубка (сечения Н – 1), в который газ засасывается и где он разгоняется до скорости с1, благодаря разрежению, создаваемому рабочим колесом;

- одной или нескольких ступеней (сечения 1 – 3), состоящих из рабочего колеса и направляющего аппарата;

- выходного диффузора (сечения 3 – 4);

- выходного патрубка (сечения 4 – К).

 

На рис.12 – Слайд 5 показана схема одноступенчатого центробежного компрессора, аналогичного по принципу действия рассматриваемому выше осевому компрессору. Лопатки 1 рабочего колеса расположены не на цилиндрической поверхности ротора, как у осевого, а на радиальной поверхности основного диска 2 рабочего колеса. Высота лопаток меньше, чем у осевого компрессора, поэтому протечки через зазор между неподвижным корпусом и открытыми торцами лопаток, как у ОК, были бы слишком велики. Поэтому торцы лопаток закрыты покрывающим диском 3. Лопатки 1 и диски 2 и 3 образуют центробежное рабочее колесо закрытого типа. Иногда покрывающий диск не делают, тогда колесо называют полуоткрытым.

При вращении колеса его лопатки закручивают поток, т.е. придают ему окружную составляющую скорости сu и перемещают газ в направлении от оси машины к периферии, чем объясняется название машины – центробежный компрессор. При движении газа через межлопаточные каналы колеса и потом через неподвижные лопатки следующего элемента ступени, лопаточного диффузора 4, за поверхности тока можно приближенно принять радиальные плоскости. На рис.12-б показано сечение центробежной ступени радиальной плоскостью. Пересечение этой плоскости с лопатками колеса и лопаточного диффузора образует соответствующие элементарные круговые решетки, форма которых ясна из рис.12-б.

Характер взаимодействия лопаток колеса с потоком такой же, как у осевого компрессора. Аэродинамическая сила Ра создает на лопатках колеса момент, для преодоления которого необходим приводной двигатель. Сила Ра', действующая на газ со стороны лопаток, заставляет газ двигаться со скоростью c в направлениях u и r. Составляющая скорости cu – «закрутка», составляющая cr – расходная скорость. Возникающее перед лопатками разрежение заставляет газ непрерывно двигаться к колесу, сначала в осевом направлении, а потом – в радиальном (рис.12-а). Лопатки диффузора 4 сделаны так, что скорость на его выходе с4 меньше, чем с2, как за счет радиальной, так и за счёт окружной составляющей. Выходное устройство – улитка 5– собирает газ по окружности лопаточного диффузора 4 и выводит его из проточной части. Обычно скорость ск < с4, т.е. улитка – это дополнительный диффузор.

 

Рис.12. Схема одноступенчатого центробежного компрессора

а) – меридиональная плоскость, б) – радиальная плоскость

Показанная на рис.12 схема соответствует одноступенчатому компрессору. Если для получения большого конечного давления требуется последовательное сжатие в нескольких ступенях, вместо улитки применяют обратно-направляющий аппарат. Форма этого элемента ясна из рис.13 – Слайде 6, где показана схема многоступенчатого центробежного компрессора.

 

Рис.13. Схема двухступенчатого центробежного компрессора

В основном элементе центробежной ступени – рабочем колесе – в меридиональной плоскости газ движется от центра к периферии, чем объясняется название этого типа турбокомпрессоров («центробежный»). Более общее и реже применяемое название – радиальный компрессор. Дело в том, что иногда требуется осуществлять процесс сжатия при обратном направлении движения газа в РК – от периферии к центру. Это неэффективно с позиций организации рабочего процесса, но может быть целесообразно по конструктивным соображениям у некоторых нетипичных компрессоров.

Классификация турбокомпрессоров

Классификация ТК призвана облегчить ориентировку в многообразии машин этого класса. Как и любая другая классификация ТК условна и не общепринята.

Наиболее бесспорно деление ТК по характеру движения газа в проточной части - осевые и центробежные компрессоры. Узкое применение находят диагональные компрессоры, в рабочих колесах которых меридиональная проекция скорости cm направлена примерно под углом 450 к оси ротора. По конструкции и характеру движения газа эти обычно одноступенчатые машины ближе к форсированным центробежным компрессорам и применяются для получения очень больших отношений давления (5 – 8) в одной ступени.

Осецентробежные компрессоры представляют собой комбинацию осевых и центробежных ступеней. Рациональность их применения связана с тем, что осевые ступени способны пропускать большие объемные расходы, а центробежные могут быть эффективны при меньших объемных расходах. По мере сжатия объемный расход в ТК уменьшается от ступени к ступени, поэтому в конце проточной части применение центробежных ступеней оправдано (есть и другие соображения в пользу осецентробежных машин).

Одноступенчатые и многоступенчатые ТК – смысл классификации очевиден.

Однопоточные и многопоточные. Для увеличения массового расхода при ограниченных какими-либо соображениями радиальных размерах РК газ в проточной части может двигаться параллельно двумя (изредка более чем двумя) потоками.

Транспортные и промышленные ТК (последние иногда именуются стационарные) – классификация по области применения. Транспортные ТК – это машины в составе газотурбинных двигателей и ДВС. Для них очень важны массогабаритные показатели. Применяются высокие окружные скорости, что уменьшает радиальные размеры и количество ступеней. Используются околозвуковые и сверхзвуковые ступени. В некоторых контрольных сечениях таких ступеней воздух движется с околозвуковой (близкой к скорости звука) или сверхзвуковой скоростью. У транспортных ЦК применяются рабочие колеса с большими выходными углами лопаток (высокие коэффициенты теоретического напора). Все перечисленное приводит к несколько пониженному КПД, сравнительно узкой зоне работы, ограниченному ресурсу, особо высоким требованиям к материалу рабочих колес транспортных ТК. У промышленных ТК первостепенное значение придается максимальному КПД, широкой зоне работы, долговечности (эти машины эксплуатируются десятки лет), технологичности производства и стоимости материалов. В результате и газодинамические параметры и конструкция двух категорий ТК сильно разнятся.

Одновальные и многовальные ТК. При большом отношении давлений целесообразно повышать частоту вращения РК последних ступеней с пониженным массовым расходом. Наиболее современные ТК, как транспортные, так и промышленные, имеют два – три (ОК, ЦК) и до пяти роторов (ЦК), вращающихся с разной скоростью.

Однокорпусные и многокорпусные ОК и ЦК. При большом количестве ступеней их невозможно расположить в одном корпусе. Многокорпусные машины – это последовательно работающие компрессора, объединенные общим приводом, системами, фундаментом.

По отношению давлений. В этой классификации нет единого подхода. Для воздушных ЦК часто выделяют упомянутые выше вентиляторы с отношением давлений до 1.2, нагнетатели – машины без промежуточного охлаждения и компрессоры – машины с промежуточным охлаждением. Крупные машины с небольшим отношением давлений называют воздуходувками и газодувками.

По конечному давлению ЦК делят на компрессоры низкого давления (до 5 МПа), высокого давления (до 35 МПа) и сверхвысокого давления. Первые два из упомянутых не следует путать с названиям корпусов сжатия (корпуса низкого, среднего, высокого давления) многокорпусных ЦК и ОК, которые носят такие же названия независимо от уровня давлений.

По сжимаемому газу - воздушные, газовые, а так же кислородные, водородные, хлорные и т.п.

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2017-02-11; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 403 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Студенческая общага - это место, где меня научили готовить 20 блюд из макарон и 40 из доширака. А майонез - это вообще десерт. © Неизвестно
==> читать все изречения...

2434 - | 2395 -


© 2015-2025 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.011 с.