Что такое многоступенчатый осевой компрессор

Компрессор. Схема мно­гоступенчатого осевого комп­рессора изображена на рис. 2.1. Его основными составны­ми частями являются: ротор 2 с закрепленными на нем рабочими лопатками 5, корпус 7 (ци­линдр), к которому крепятся направляющие лопатки 6 и концевые уплотнения 2, и подшипники 3. Совокупность одного ряда вращаю­щихся рабочих лопаток и одного ряда расположенных за ними непод­вижных направляющих лопаток называется ступенью компрессора. Засасываемый компрессором воздух последовательно проходит через следующие элементы компрессора, показанные на рис. 2.5: входной патрубок 1, входной направляющий аппарат 4, группу сту­пеней 5, 6, спрямляющий аппарат 8, диффузор 9 и выходной патру­бок 10.

Рис. 2.1 Схема многоступенчатого осевого компрессора:

1-входной патрубок; 2-концевые уплотнения; 3-подшипники; 4-входной направляющий аппарат; 5-рабочие лопатки; 6-направляющие лопатки; 7-корпус 8-спрямляющий аппарат; 9-диффузор; 10-выходной патрубок; 11-ротор

Рассмотрим назначение этих элементов. Входной патрубок предназначен для равномерного подвода воз­духа из атмосферы к входному направляющему аппарату, который должен придать необходимое направление потоку перед входом в первую степень. В ступенях воздух сжимается за счет передачи механической энергии потоку воздуха от вращающихся лопа­ток. Из последней ступени воздух поступает в спрямляющий аппарат, предназначенный для придания потоку осевого направления перед входом в диффузор. В диффузоре продол­жается сжатие газа за счет понижения его кинетической энергии. Выходной патрубок предназначен для подачи воздуха от диффузора к перепуск­ному трубопроводу.

Лопатки компрессора 1 (рис. 2.2) образуют ряд рас­ширяющихся каналов (диффузо­ров). При вращении ротора воздух входит в межлопаточные каналы с большой относительной скоростью (скорость движения воздуха, наблюдаемая с движущихся лопаток). При движении воздуха по этим ка­налам его давление повышает­ся в результате уменьшения относительной скорости. В расширяющихся каналах, обра­зованных не-подвижными направляющими лопатками 2, про­исходит дальнейшее повышение давления воздуха, сопровождающееся соответствующим уменьшением его кинетической энергии. Таким образом, преобразование энергии в ступени компрессора происходит по сравнению с турбиной ступенью в обратном направлении.

Рис. 2.2 Схема ступени осевого компрессора

Выбор числа каскадов компрессора

Разработка одновального осевого компрессора на степени повыше­ния давления (π_к) более семи связана с преодолением двух основных про­блем:

— чрезмерно высокой быстроходности первых и низкой – последних ступеней из-за многократно уменьшающегося удельного объема вдоль проточной части при единой частоте вращения ротора; возникают неоптимальные условия для обеспечения высоких адиабатических КПД первых и последних ступеней;

— сильного рассогласования первых ступеней при запуске и частичных нагрузках, срывного обтекания с высокими динамическими напряжениями в лопаточном аппарате.

В авиадвигателестроении задача повышения π_к была решена путем разработки многокаскадных компрессоров, когда механически соединены роторы компрессоров и турбин соответствующих давлений: ТНД вращает КНД, а ТВД — КВД. Эти группы турбомашин и называют каскадами. Для сохранения прямоточности и компактности двигателя вал, соединяющий КНД с ТНД, расположен концентрично внутри ротора КВД — ТВД. Ком­прессор на большую общую π_к и турбина с высокой π_т образованы турбо-машинами с малыми или умеренными (2,5 — 4,5) степенями повышения (понижения) давления, при этом каждый каскад имеет оптимальные быст­роходности. Газодинамическая и прочностная проблемы здесь заменены сложным конструктивно-технологическим исполнением. Для транспортно­го двигателя с плотной компоновкой узлов при большой серийности про­изводства дополнительное усложнение оправдано, тем более что другие способы повышения КПД (путем усложнения цикла) повлекли бы за собой рост удельной массы ГТД и его габаритов. При оптимальном конструиро­вании такое исполнение обеспечивает и меньшую удельную массу ГТД.

В стационарном газотурбостроении ГТУ с многокаскадным ком­прессором нашли ограниченное применение. Для машин большего ресур­са их главным недостатком является усложнение ремонта на месте экс­плуатации при большой стоимости транспортировки тяжелых узлов на за­вод или в ремонтный центр.

Достижение высоких π_к в простом цикле стационарных ГТУ задер­жалось.

Сначала была решена задача управления однокаскадным компрессо­ром при частичных режимах и на запуске — введением одного (РВНА), а затем и нескольких рядов регулируемых направляющих аппаратов (ПНА). Затем удалось оптимизировать проточную часть осевых компрессоров со­вмещением последних низконапорных ступеней с первыми, выполняя их трансзвуковыми. В начале 70-х годов в России и США были разработаны компрессоры с трансзвуковыми ступенями для энергетических ГТУ с по­стоянной частотой вращения (ЛМЗ, г. Ленинград, Дженерал Электрик). К концу 70-х годов созданы отечественные приводные ГТУ с трансзвуковы­ми компрессорами ( ГТН-16 ТМЗ). С середины 80-х годов этот подход на­шел применение в приводных ГТУ зарубежных фирм (ГТУ Тип 10, АББ-Зульцер; «Марс» Солар — США; ПЖТ -10, Нуово Пиньоне, Италия).

Консерватизм стационарного газотурбостроения в части применения трансзвуковых компрессоров имел основания. В 60-х годах были разрабо­таны (за рубежом и в России) изолированные дозвуковые ступени и мало­ступенчатые компрессоры, у которых адиабатический КПД при испытани­ях достиг величины 95 — 94%. Трансзвуковые ступени обеспечивали тогда 83 — 85% при крутой газодинамической характеристике. Отрыв погранич­ного слоя в области скачков уплотнений был главным препятствием в дос­тижении высокого КПД. Однако экспериментальные исследования последних 15 лет позволили повысить КПД трансзвуковых ступеней до 88 и даже 91%. Однокаскадный осевой компрессор стал конкурентоспособ­ным с многокаскадным, а при умеренных (12 — 14) общих π_к обеспечил бо­лее высокий интегральный КПД в связи с отсутствием промежуточных патрубков. Конструктивно-технологический облик ГТУ с однокаскадным компрессором обеспечивает существенно большую простоту изготовле­ния, эксплуатации и, особенно, ремонта. При однокаскадном исполнении упрощается конструкция турбины, приводящей компрессор. Последнее относится к подшипникам, уплотнениям, системе охлаждения ротора. В однокаскадных компрессорах с большой степенью повышения давления (π_к) из-за общей высокой быстроходности ротор нередко получается «гибким», т.е. его рабочая частота вращения находится выше или между критическими частотами системы (ротор — масляный слой подшипников -статор). Современные методы расчета, дополненные экспериментами на прототипах, позволяют качественно решать задачу на этапе конструирова­ния машины без проблем для ее будущей эксплуатации.

В многовальном газогенераторе отдельные роторы турбомашин мо­гут быть «жесткими». Но валопровод, образуемый при соединении роторов компрессоров и турбин соответствующих каскадов длинными промежу­точными валами, может иметь несколько собственных частот в рабочем диапазоне режимов. Обеспечение малого уровня вибрации и стабильности во времени такой системы является достаточно сложной расчетно-экспериментальной задачей.

На каждом этапе научно-технического развития многовальный га­зогенератор позволяет создать ГТУ (ГТД) с существенно большей сте­пенью повышения давления в цикле (π_к), и только при такой поста­новке задачи имеет смысл его разработка. К концу 90-х годов при π_к в однокаскадных компрессорах 12-18 многокаскадные обеспечивают ее зна­чения 25-36 и более. Разработка стационарных ГТУ с многовальным газо­генератором не исключена, но требует изысканий оригинальных техниче­ских решений. Прямое копирование конструкций транспортных ГТД для машин с на порядок большей массой узлов, малой серийностью приводит к отрицательному результату — к суммированию недостатков ГТУ двух разных назначений. Большинство газотурбостроительных фирм продолжа­ет создание стационарных ГТУ как приводных, так тем более энергетиче­ских исключительно с одновальными газогенераторами. (Фирма АББ, Швейцария, разработала энергетическую ГТ-26 мощностью 240 МВт с π_к=30 в однокаскадном компрессоре.)

На каком-то этапе выполнение нескольких рядов направляющих ло­паток поворотными представлялось специалистам значительным усложне­нием компрессора. Однако разработка рациональной конструкции, осна­щение производства перевели эту проблему в ряд обычных инженерных задач.

Видео:Центробежный компрессорСкачать

Осевой компрессор

Осевой, как и центробежный компрессор, относится к классу динамических машин или турбокомпрессоров.

Видео:Многоступенчатый центробежный компрессорСкачать

Устройство и принцип работы осевого компрессора

Степень сжатия газа на одном осевом рабочем колесе, не превышает 1,3, поэтому центробежные турбокомпрессоры, как правило, изготавливаются многоступенчатыми. Число ступеней в осевых машинах может достигать 20.

Под ступенью осевого компрессора понимают совокупность ряда рабочих лопаток и последующий направляющий аппарат, если он имеется.

Схема осевого турбокомпрессора показана на рисунке.

Воздух или другой газ поступает в компрессор через всасывающий патрубок. Через входной направляющий аппарат он поступает на лопатки первой ступени. В результате воздействия лопаток на частицы газа, скорость потока увеличивается, через направляющий аппарат он поступает на вход последующей ступени, и так далее. После прохождения всех ступеней сжатый воздух, или другой газ поступает в напорную магистраль.

Рабочие лопатки

Рабочие лопатки воздействуют на поток газа, передавая ему энергию, они являются важнейшим элементом турбокомпрессора. Создание направляющих и рабочих лопаток оптимального профиля позволяет обеспечить высокий КПД осевого турбокомпрессора.

Рабочие лопатки могут изготавливаться совместно с промежуточным телом, или отдельно от него. Во втором случае следует обеспечить надежное крепление лопаток на вращающемся теле, т.к лопатки будут подвержены значительным нагрузкам, а наличие зазоров в соединении может привести к появлению вибрации.

Читайте также: Обзор компрессоров высокого давления

Направляющие лопатки

Направляющие лопатки крепятся на неподвижной части осевого компрессора, они не подвержены воздействию центробежных сил. Направляющий аппарат позволяет достичь оптимальных характеристик потока на входе последующей ступени сжатия.

Входной направляющий аппарат

На входе осевого компрессора может быть установлен направляющий аппарат, который представляет из себя набор лопаток, закручивающих поток, в сторону вращения рабочего колеса, или в противоположную сторону в зависимости от конструктивных особенностей компрессора.

Видео:Как работаетй осевой компрессор или вентиляторСкачать

Комбинированный центробежно-осевой компрессор

Комбинированным называют многоступенчатый лопастной компрессор, у которого первые ступени сжатия являются осевыми, а последняя — центробежной. Комбинированный компрессор, позволяет обеспечить большую, чем при использовании осевой машины, степнь сжатия, сохраняя высокий КПД.

Схема комбинированного центробежно-осевого компрессора показана на рисунке.

Газ подводится к всасывающему патрубку и поступает на осевые лопатки первой ступени, после которых установлен направляющий аппарат, затем газ поступает на следующую осевую ступень, где степень сжатия газа увеличивается. После прохождения всех осевых лопаток газ поступает в центральную часть центробежного колеса. В результате взаимодействия с лопатками центробежного рабочего колеса, газ под действием центробежной силы поступает в отводящее устройство и направляется в напорную магистраль.

Видео:Действующая модель осевого компрессора | РЭП Холдинг | Газовый форумСкачать

Применение осевых компрессоров

Осевые компрессоры используют в доменном производстве на металлургических предприятиях, в газотурбинных установках, авиационных реактивных двигателях, для обеспечения наддува двигателей внутреннего сгорания.

Видео:Как работает центробежный газовый компрессорСкачать

Лопастные компрессоры, осевые компрессоры

Компания в России Интех ГмбХ / LLC Intech GmbH на рынке инжиниринговых услуг с 1997 года, официальный дистрибьютор различных производителей промышленного оборудования, предлагает Вашему вниманию широкий ассортимент лопастных компрессоров, осевых компрессоров.

Компрессоры лопастного типа представляют собой машины динамического действия, рабочие органы которых – лопатки, усиливают давление газа в непрерывном потоке. При вращении лопатки передают газу кинетическую энергию, которая затем переходит в потенциальную. Приращение энергий, кинетической и потенциальной, перекачиваемого газа происходит следующим образом: газ, взаимодействуя с вращающейся решеткой, в которой размещены лопатки рабочего колеса (одна из них вращается, а другая находится в неподвижном положении), создаёт соответствующее постоянное давление, не создавая при этом пульсаций. Это есть характерная особенность в работе компрессоров данного типа. Покидая рабочее колесо, газ уходит в отводящее устройство. Увеличение энергии потока газа в проточной части компрессора влечет за собой сжатие газа, не изменяя термодинамическое состояние.

Существуют следующие виды лопастных компрессоров или, как их ещё называют, турбокомпрессоров:

• центробежные (радиальные),
• радиально-осевые (диагональные),
• осевые,
• вихревые,
• струйные

Существует функциональная зависимость между всеми элементами проточной части компрессора. Это означает, что если, например, рабочее колесо имеет хорошие аэродинамические характеристики, то не обязательно будет обеспечен необходимый КПД установки.

Ступень компрессора данного типа включает:

• подводящее устройство;
• рабочее колесо;
• отвод.

Представим себе работу промежуточной ступени на примере центробежного компрессора. В роли подводящего устройства ступени выступает обратный направляющий аппарат и входной направляющий аппарат, которые и создают необходимую турбулентность потока на входе в рабочее колесо. Рабочее колесо (в данном случае закрытого типа) неподвижно закреплено на валу. Покидая колесо, газ поступает в безлопаточный кольцевой диффузор, затем проходит в обратный направляющий аппарат следующей ступени.

Чтобы минимизировать перетекания газа между вращающимся колесом и неподвижной системой статора, между ступенями используют лабиринтные уплотнения. Это помогает создать высокий КПД ступени и влияет на энергетические характеристики самой ступени.

Составные части ступени можно условно разграничить с помощью контрольных сечений и их газодинамические параметры будут отражать процесс протекания газовой среды в проточной части ступени компрессора. Воронка на входе рабочего колеса имеет радиальное сечение, которое определяет параметры потока при его попадании в рабочее колесо. Попадание потока газа на лопатки также характеризуется определенным сечением, расположенным параллельно входной кромке лопасти. На входе и выходе отвода также выбираются сечения, которые размещаются параллельно оси вращения ротора. Для компрессоров центробежного типа отвод может быть выполнен в виде спиральной камеры кольцевого безлопаточного диффузора или отвода с лопатками. В месте соединения вала и корпуса компрессора монтируются концевые уплотнения.

Лопастные компрессоры наряду с другими объёмными компрессорами наиболее широко используют в ДВС для наддува.

Лопастные компрессоры представляют собой устройства, в которых газ перемещается из зоны низкого давления в зону высокого давления при непрерывном воздействии лопаток на поток, вызывая тем самым сжатие и повышение кинетической энергии газа. Полученная газом кинетическая энергия превращается в давление в диффузоре, находящимся следующим, после рабочего колеса.

Лопастные компрессоры были выбраны для своего применения в сферах промышленности с низким или средним давлениями и высокой производительностью. Через колесо в компрессоре проходят не жидкости, а газы, и из-за изменения плотности газа при изменениях его давлений процесс сжатия усложняется. Однако, так как разница давлений внутри колеса невелика, то все расчеты компрессора ведутся, исходя из удельной плотности газа. Чем с большей окружной скоростью выходит газ из колеса, тем больший напор создает компрессор и тем прочнее должен быть материал рабочего колеса. Колесо из легированной стали может обеспечить степень сжатия ξ = 1,25. 1,5.

При необходимости получения более высоких степеней сжатия сжимать газ нужно последовательно в нескольких колесах. Скорость газа на выходе из рабочих колес очень высокая – может достигать 160. 170 метров в секунду, что говорит о высокой кинетической энергии газа.

Если газовая среда в рабочем колесе перемещается под действием центробежных сил радиально, то это центробежный компрессор лопастного типа (радиальный). Если же движение газовой среды идет вдоль или параллельно оси рабочего колеса, то это осевой компрессор лопастного типа. Оба вида лопастных компрессоров напоминают по принципу устройства насосы одноименных типов, однако у компрессоров имеются конструктивные особенности, которые связаны с сильным уменьшением объема газа и повышением температуры.

Рассмотрим некоторые варианты конструктивного исполнения компрессоров лопастного типа:

1) Центробежный компрессор. Основным узлом данного компрессора является набор лопастей, имеющих сложную форму и расположенных на равном расстоянии друг от друга на ободе диска. Лопасти (см. рисунок ниже) засасывают поступающий воздух, разгоняя его к выходной трубе. Под действием центробежной силы происходит сжатие воздуха. Перед выходом воздух можно прогонять дополнительно через диффузор, предназначенный для снижения потерь давления.

Мощность компрессора не полностью расходуется на сжатие газа – как и в любом механизме, компрессор имеет потери энергии. При движении газа в проточной части газодинамические потери влекут за собой снижение напора, это означает, что фактический напор у компрессора всегда меньше расчетного. На преодоление этих потерь идёт часть мощности компрессора. По аналогии – полезная производительность рабочих колёс всегда меньше расчетной.

В процессе работы компрессора вращающиеся детали (рабочее колесо, валы) трутся о перекачиваемый газ и немного изнашиваются. Также трению подвергаются подшипники и концевые уплотнения компрессора. Чтобы преодолевать это трение, требуются дополнительные затраты мощности, поэтому, чтобы рассчитать полезную мощность, необходимо из потребляемой мощности вычесть затраты, идущие на преодоление потерь. Сложное конструктивное исполнение проточной части компрессора затрудняет оценку потерь, однако использование компьютера позволяет довольно точно подсчитать потери, связанные с затратами мощности на трение в компрессоре. Все потери в ступенях компрессора суммируют.

В ступенях компрессора имеют место:

а) газодинамические потери, связанные с изменением скорости потока и направления его в проточной части;
б) дополнительные потери, связанные с ударным натеканием потока на лопатки, с отрывами потока и вихреобразованием газового потока;
в) потери в рабочем колесе;
г) объемные потери (протечки газа);
д) механические потери: внутренние механические потери от трения наружных вращающихся элементов о перекачиваемый газ и внешние механические потери вследствие трения в подшипниках и концевых уплотнениях компрессора.

Для компрессоров центробежного типа справедливо будет принять следующее уравнение:

где
Ws — входная мощность на валу,
u — скорость конца лопастей,
C_θ — касательные составляющие скоростей потока, который отскакивает от лопастей, на входе и выходе, соответственно.

В качестве привода для компрессорных машин центробежного типа используются:

• электрические двигатели стандартного исполнения с простой схемой запуска и удобными в эксплуатации характеристиками;
• турбины газовые с хорошей автономностью, более высокой, чем у электродвигателя обычного назначения, с частотой вращения 5500 — 6000 об/мин и возможностью экономичной системы регулирования;
• турбины паровые, воздушные (для холодильных компрессорных аппаратов) с высокой частотой вращения, до 100 000 об/мин.

Читайте также: Компрессор для гаража хендай

К главным недостаткам центробежного компрессора следует отнести то, что для работы ему необходима очень высокая скорость вращения крыльчатки. Создаваемое компрессором давление равняется квадрату скорости крыльчатки, в связи с этим, базовая скорость компрессора составляет минимум 40 000 об /мин., однако может достичь и 200 000 об/мин. Это приводит к очень высокой скорости вращения ремня приводного механизма, что вызывает сильный шум при работе, и быстрый износ деталей компрессора. Проблему шума устраняют иногда с помощью установки дополнительного устройства, мультипликатора, теряя при этом часть КПД компрессора.

На малых оборотах эффективность такого компрессора очень мала, однако при увеличении числа оборотов происходит довольно быстрое увеличение мощности. По этой причине центробежный компрессор устанавливают на машины, где необходима высокая мощность и скорость и не принимается во внимание низкая интенсивность разгона.

Плюсы компрессоров центробежного типа: низкая цена, простота установки. Благодаря этому центробежные компрессоры стали популярны в автомобилестроении.

В случае уменьшения расхода центробежного компрессора и размера лопаток снижение КПД этих компрессоров не так значительно, поэтому основной областью применения центробежных компрессоров можно считать газотурбинные установки с незначительными расходами рабочей среды и параметрами степеней сжатия. В этой области применения центробежные компрессорные установки превосходят осевые по КПД и массе, имея одинаковую степень сжатия.

К явным достоинствам центробежных компрессоров относятся простота конструкции, небольшое количество комплектующих деталей, лучшие характеристики процесса перекачивания, невысокая чувствительность к эксплуатационным условиям.

Недостатком этого типа компрессоров считается меньший уровень КПД, по сравнению с осевыми, из-за сложности исполнения многоступенчатого сжатия. При простом конструктивном исполнении центробежного компрессора его размеры растут в прямо пропорциональной зависимости от расхода воздуха, проходящего через него. К недостаткам также можно отнести и пониженную лобовую производительность.

Главное достоинство центробежного компрессора по сравнению с осевым состоит в его возможности получать более высокие показания по степени сжатия за одну ступень – она превышает 5…6, а в перспективных авиационных компрессорах может достигать и 12. КПД у ступени центробежного компрессора может достигать 0,85, что меньше, чем у осевого компрессора. Значения КПД, близкие к выше названной величине, типичны для компрессоров авиационных газотурбинных двигателей, имеющих относительно высокую производительность.

2) Роторный или роторно-лопастной компрессор. В данном компрессоре процесс сжатия осуществляется при помощи массивного круглого ротора, который эксцентрично вращается в специальном круглом корпусе. В роторе имеются пазы или прорези, в которые вставляются лопасти прямоугольной формы. За счет центробежной силы лопасти при вращении отжимаются к стенками.

При работе компрессоров с двух-, трехлопастными роторами газ засасывается полостью, поступает в зону между лопастями и корпусом, поступает в нагнетательную полость и затем полностью вытесняется через нагнетательный патрубок. Образующие лопастей, как правило, выполняются в виде винта, что обеспечивает непрерывную подачу газа и является одним из достоинств данного компрессора. Эти компрессоры обычно компактные, однако сложность кинематической системы данного вида компрессоров является недостатком и усложняет конструктивное исполнение в целом, что ограничивает широкое их применение. По этой причине существует задача расширить функциональные возможности для практического использования. Данная задача может быть решена за счет того, что в корпусе роторно-лопастного компрессора устанавливаются на одной оси вращения две лопасти и связываются кинематически с помощью центральных шестерен, соединенных с венцами сателлита. Сателлит оснащается водилом, содержащим дополнительную планетарную передачу, оснащенную центральной шестернёй и неподвижным центральным колесом. Водило при наличии фиксатора или стопора имеет возможность торможения, сам же сателлит связан зубчатой передачей со стойкой. Характерно то, что и венцы сателлита, и центральные шестерни имеют не круглую форму, а, например, форму эллипса.

Использование в описываемом компрессоре некруглых венцов сателлитов и центральных шестерен неслучайно, поскольку оно исключает осевое воздействие на стенки корпуса и позволяет тем самым использовать бесконтактные уплотнения, отказавшись от применения множества подшипников, клапанов на входе и выходе и уплотнений. Это позволяет расширить функциональные возможности применения компрессоров роторно-лопастного типа, например, использовать их в холодильных машинах.

Рабочие процессы роторно-лопастного компрессора протекают аналогично процессам в поршневых компрессорах, что позволяет вести расчёты, опираясь на теоретические расчетные данные, используемые для классического расчета поршневых компрессоров. При этом не следует забывать об особенных конструктивных характеристиках компрессора роторно-лопастного типа. Особого изучения здесь требуют потери, возникающие из-за перетекания рабочей среды в самом компрессоре, которые влияют на его производительность. Они обусловлены перепадом давления между близкорасположенными рабочими камерами в роторно-лопастном компрессоре, разделёнными подвижными лопастями.

Говоря о преимуществах компрессоров данного типа, следует упомянуть следующее:

Мощные компрессоры, широко используемые благодаря низкой стоимости и очень высокой надежности. Низкая стоимость обусловлена простотой изготовления, а высокая надежность – особенностями конструктивного исполнения: роторы не контактируют друг с другом, а их синхронизация достигается синхронизирующими шестернями, передаточное отношение которых равно единице. Это обеспечивает низкую загруженность устройства, что даёт экономичность: ресурс шестерён определяет рабочий ресурс компрессора. Подобные компрессоры используются в сферах промышленности с большими расходами, и малыми давлениями, обеспечивая при этом длительный срок службы и очень надежный режим работы, почти не чувствуют запыленности всасываемого воздуха в отличие от компрессоров, в камере сжатия которых имеются пары трения. Роторно-лопастные компрессоры обладают довольно широким диапазоном производительности, в них исключены потери масла (в случае масляного компрессора) благодаря системе возврата масла. Выпускаемый газ фильтруется установленным на выходе фильтром, исключается попадание масла обратно в систему благодаря оснащению воздухозаборника обратным клапаном.

Разнообразие использования компрессоров данного типа велико: они применимы для аэрации очистных сооружений и водоёмов; в пищевой промышленности; при производстве вакуумных упаковок; в текстильной промышленности; в автомобилестроении; в системах центрального отопления; в химии, лазерном производстве и фармацевтике; в металлургическом производстве и машиностроении, а также в областях научных исследований.

3) Осевые компрессоры. Они представляют собой одну из разновидностей турбокомпрессоров. По принципу действия компрессор осевого типа напоминает осевой насос – газ движется, в основном, вдоль оси вращения, и в отличие от турбокомпрессоров или динамических компрессоров, сжатие воздуха в осевом компрессоре происходит, как и движение самой газовой среды, вдоль оси вала. Частицы газового потока имеют траектории, близкие к цилиндрическим или коническим плоскостям.

Принцип действия осевого компрессора

Конструктивно осевые компрессоры подразделяют на одно- и многоступенчатые.

Осевой компрессор состоит из ротора с чередующимися подвижными решетками с лопатками, которые закрепляются на валу и называются рабочими колёсами, и статора с неподвижными лопаточными решётками, называемыми направляющими аппаратами. Роторный вал соединяется с валом турбины и опирается на шариковые и роликовые подшипники. Цилиндрический блок корпуса представляет собой множество цилиндрических секций, которые состыкованы между собой по оси с помощью болтовых соединений. Корпус может состоять из двух элементов, также соединенных по оси болтами. Такое исполнение обеспечивает расположение корпуса компрессора вокруг ротора.

Ступень компрессора состоит из рабочего колеса и направляющего аппарата.

Свободное место между соседними лопатками рабочего колеса и направляющим аппаратом занимает так называемый межлопаточный канал. Межлопаточный канал увеличивается при увеличении диаметра рабочей окружности.

При прохождении рабочего колеса воздух совершает сложное движение, состоящее из нескольких движений разного вида:

а) абсолютное движение, то есть частицы воздуха движутся относительно оси двигателя;
б) относительное движение, то есть частицы воздуха движутся относительно лопаток рабочего колеса;
в) переносное движение представляет собой вращение колеса относительно оси двигателя.

При попадании частиц воздуха с определенной скоростью в рабочее колесо, лопатки воздействуют на них, передавая им переносную скорость. Так как межлопаточный канал расширяется, то при прохождении потока через рабочее колесо на выходе из него происходит уменьшение переносной скорости.

При выходе из рабочего колеса частицы воздуха по-прежнему находятся под действием лопаток – лопатки придают им переносную скорость. Покидая рабочее колесо, в котором растет полное давление воздуха, воздух попадает в направляющий аппарат. Расширение межлопаточного канала способствует торможению потока, и соответственно, росту статического давления. Кривизна межлопаточного канала способствует повороту потока воздуха, необходимого для достижения более эффективного угла при входе воздушного потока в следующее рабочее колесо. Так, ступень за ступенью, давление воздуха повышается, скорость потока в рабочем колесе увеличивается, а в направляющем аппарате снижается, однако ступени компрессора и весь компрессор в целом конструктивно выполняют таким образом, чтобы конструкция способствовала уменьшению скорости потока. При прохождении через компрессор увеличивается и температура воздуха, что считается отрицательным побочным эффектом.

Читайте также: От чего зависит давление нагнетания компрессора

Газодинамическая характеристика лопастных компрессоров обладает чрезмерной инертностью, из-за того, что компрессор достаточно медленно набирает обороты в процессе работы. Лопастные компрессоры обычно приводят в движение турбины. Сами турбины довольно медленно снижают свои обороты, поэтому турбокомпрессорам нужно немало времени для перехода на другой режим работы. Проблему удалось решить с помощью деления компрессоров на:

а) компрессор низкого давления, оснащенный своей отдельной турбиной, которая устанавливается на валу,
б) компрессор высокого давления со своей отдельной турбиной.

Такие устройства называют двухвальными. Такое решение проблемы улучшило работу компрессоров при переходе с режима на режим, а также повысило их газодинамическую характеристику и обеспечило её устойчивость.

Компрессоры осевого типа отличаются друг от друга по типу лопаток, и находят широкое применение в авиастроении; в промышленных процессах, где нужны очень большие производительности и небольшие давления; в составе комбинированного компрессора в качестве начальной ступени.

Как правило, осевые компрессоры проектируются многоступенчатыми. Конструктивная возможность создания многоступенчатых осевых компрессоров, скоростью потока воздуха в которых можно управлять, снижает потери компрессора и увеличивает КПД, а значит, уменьшает расход топлива. В этом состоит преимущество перед центробежными компрессорами, в работе которых таких условий почти невозможно добиться.

Ступень компрессора осевого типа конструктивно отличается от ступени центробежного своим менее сложным исполнением. Лопатки можно закреплять на рабочем колесе неподвижно, или возможен их разворот на определенный угол, но только при остановленном компрессоре. Лопатки на направляющем аппарате также можно смонтировать неподвижными или же с возможностью их разворота как на остановленном, так и на функционирующем компрессоре.

Ниже см. внешний вид лопатки осевого компрессора:

Достоинства осевых компрессоров:

• простота изготовления узлов (за исключением лопаток);
• компактное исполнение;
• реверсивность;
• позволяют достигать более высоких показателей КПД (в идеальных конструкциях – 90-94 %) и высоких значений подачи при невысоком давлении;
• обладают большой производительностью;
• ротор осевого компрессора имеет высокую частоту вращения, согласованную с частотой вращения ГТ;

К недостаткам осевых компрессоров стоит отнести сложности изготовления большого количества лопаток, склонность к их загрязнению, выход из строя лопаток, при попадании взвешенных частиц, воды и других инородных тел в проточную часть.

Осевые компрессоры используются, как правило, в воздушно-реактивных двигателях для самолётов и вертолётов.

Из производителей осевых компрессоров можно выделить таких, как Siemens, Elliott.

4) Осецентробежные компрессоры. Иногда в газотурбинных аппаратах, где расходы рабочей среды не так велики, в целях увеличения КПД компрессора могут использоваться осецентробежные многоступенчатые компрессоры. Они являются комбинацией из осевых и центробежных ступеней, причем центробежная ступень всегда последняя. Она устанавливается вместо нескольких осевых ступеней, рабочие лопатки которых имеют очень малую высоту. Такие лопатки очень резко реагируют на влияние радиальных зазоров и вторичных течений. Компрессоры такого комбинированного типа, несмотря на незначительную потерю КПД, имеют значительно меньшие линейные размеры и вес, если сравнивать их с осевым компрессором с теми же значениями степени сжатия.

Данный тип компрессоров сегодня находится на стадии разработок.

5) Диагональные компрессоры (радиально-осевые). По принципу действия и конструктивным показателям диагональный компрессор почти не отличается от радиальных компрессоров и является промежуточным типом. Это подтверждается направлением выхода нагнетаемой среды – под некоторым углом в радиально-осевом направлении.

Компрессоры лопастного типа могут различаться по количеству роторных устройств:

• однороторный турбокомпрессор, оснащенный только одним ротором;
• многороторный турбокомпрессор, имеет два или более роторов (двух-, трёхроторный и т.д.).

По количеству корпусов лопастные компрессоры делятся на:

• однокорпусные компрессоры, конструктивно реализованные в одном корпусе;
• многокорпусные компрессоры могут быть двух-, трёхкорпусные и т.д.

По типу потока лопастные компрессоры делятся на:

• центростремительные компрессоры, представляющие собой компрессор радиального типа, в котором при вращении лопаточных решеток в меридиональной плоскости поток рабочей среды стремится от периферии к центру;
• вихревые компрессоры, которые являются центробежными компрессорами, в которых многократно циркулирует сжимаемый газ через вращающуюся лопаточную решетку;
• струйные компрессоры – это компрессоры динамического действия, в которых на поток сжимаемого газа идет воздействие потока, имеющего большую удельную энергию;
• центробежно-центростремительные компрессоры – это комбинированный тип турбокомпрессоров, имеющий ступени центробежного и центростремительного типов.

В дополнение хочется выделить ещё раз все преимущества компрессорного оборудования лопастного типа, которые проявляются при сжатии большого количества газа:

а) вал компрессора соединён с валом двигателя напрямую, без каких-либо промежуточных устройств преобразования частоты вращения;
б) подача рабочей среды равномерная и непрерывная, поэтому нет нужды в установке больших ёмкостей со стороны нагнетания;
в) силы инерции минимальны, поэтому можно использовать более легкий фундамент;
г) нет всасывающих или нагнетательных клапанов, что повышает надежность установки;
д) газ при подаче не загрязняется смазочными средствами от рабочих элементов.

Несколько слов следует сказать относительно выбора компрессорной установки. Наиболее важный аспект при выборе компрессора – это характеристика его производительности. Единицы её измерения: л/мин, либо м3/мин, если он обладает достаточными мощностными характеристиками. Рассчитывать этот показатель следует при учете всех технических параметров пневматических устройств.

В нижеследующей таблице содержатся расчетные формулы для характеристик лопастных компрессоров:

Пересчет характеристик лопастных компрессоров:

Большое значение при выборе компрессорной установки имеет определённость с источником питания. Обычно используется однофазная сеть, однако крупным производствам необходимы три фазы. Если режим работы удалённый, то есть установка расположена далеко от энергосетей, то необходима компрессорная установка, оснащённая автономным бензиновым или дизельным двигателем.

Есть определённые исходные данные, которые необходимо рассматривать при выборе компрессора:

1) объёмный расход входящего газа;
2) необходимое конечное давление установки;
3) температура, давление на всасывании, относительная влажность входящего газа;
4) молярный состав, загрязнённость перекачиваемого газа, его вредность, способность к полимеризации;
5) приводы (тип, требования);
6) специальный перечень требований (не должно быть смазки в газовом тракте, ограниченный вес оборудования, требования к размерам, к вибрациям, уровню шума, уплотнениям для обеспечения герметичности).

Основными же показателями изготовленного компрессора являются конечное давление (Рк) и объёмный расход входящего газа (Vн). Они и определяют тип и марку компрессора.

Некоторые справочные сведения по средним характеристикам лопастных компрессоров приведены в следующей таблице:

Средние характеристики лопастных компрессоров

Правильность выбора того или иного типа компрессора определяет срок его службы. При покупке компрессора необходимо предусматривать запас по производительности и интенсивности работы.

Срок службы любого компрессора связан с различными факторами:

• окружающая температура: большинство типов компрессоров эксплуатируются в диапазоне температур воздуха + 5 до + 45 градусов. Температура ниже этих значений вызывает повышение вязкости компрессорного масла, что увеличивает нагрузку на компрессор; температура выше указанных значений способствует разжижению масла, что ведет к износу рабочих плоскостей;
• помещение, компрессор и поступающий воздух должны быть чистыми, что способствует лучшему охлаждению. В чистоте легче контролировать и находить неисправности и утечки;
• перепады в напряжении, пропадание или перекос фаз отрицательно влияют на состояние компрессора, понижают его ресурс;
• своевременное и качественное обслуживание необходимо любому компрессору, нерегулярное и некачественное профилактическое обслуживание сокращает срок службы компрессора.

Персонал компании Интех ГмбХ (Intech GmbH) всегда готов предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемым лопастным компрессорам, осевым компрессорам.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/chto-takoe-mnogostupenchatyy-osevoy-kompressor

  💡 Видео

  Лекция 3 Основы рабочего процесса ВРД. Часть 1 Работа ступени осевого компрессораСкачать

  

  Пятиступенчатые центробежные компрессоры Dresser RandСкачать

  

  Все о компрессорахСкачать

  

  Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

  

  9. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ТЕРМОДИНАМИКА КОМПРЕССОРОВ. Работа компрессора. Вредный объём.Скачать

  

  Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать

  

  Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать

  

  Как работает торцевое уплотнение? / Центробежный насосСкачать

  

  Курс ""Турбомашины". Раздел 7.8 Зачем и как регулировать многоступенчатые компрессоры (Батурин О.В.)Скачать

  

  Центробежный насос многоступенчатыйСкачать

  

  Устройство и особенности насосов ЦНССкачать

  

  Осевой насос - устройство и принцип работыСкачать

  

  Как работает центробежный насос? Основные типы конструкций центробежных насосовСкачать

  

  Осевые усилияСкачать

  

  Вихревые насосы. Устройство и принцип работыСкачать