Характеристика центробежного компрессора это зависимость

Центробежным называют радиальный компрессор, в котором поток газа во вращающихся решетках лопаток направлен от центра к периферии.

Центробежный компрессор относится к классу динамических лопастных машин, которые называют турбокомпрессорами.

Видео:Как работает центробежный газовый компрессорСкачать

Типы центробежных компрессоров

В зависимости от особенностей конструкции можно выделить несколько разновидностей центробежных компрессоров.

• с полуоткрытым рабочим колесом
• с закрытым рабочим колесом

По типу отводящего аппарата:

• с лопаточным диффузором
• с безлопаточным диффузором

Одноступенчатый центробежный компрессор

Схема одноступенчатого центробежного компрессора авиационного типа показана на рисунке.

Рабочее колесо с двухсторонним отводом установлено в корпусе насоса, воздух из атмосферы через входной направляющий аппарат подводится к центральной части рабочего колеса. При вращении колеса лопатки воздействуют на частицы воздуха, передавая им энергию. В результате взаимодействия с лопатками разогнанные частицы воздуха под действием центробежной силы переносятся к периферии рабочего колеса, попадая в выходной направляющий аппарат (или спиральный отвод), где часть кинетической энергии газа переводится в потенциальную.

Одноступенчатые компрессоры можно применять не только для получения сжатого воздуха, но и для нагнетания других газов.

Многоступенчатый центробежный турбокомпрессор

На рисунке показана схема многоступенчатого центробежного компрессора.

При вращении рабочего колеса центробежного компрессора за счет воздействия центробежных сил частицы газа отбрасываются от центра к периферии, затем поток через охладитель, диффузор или направляющий аппарат на вход последующей ступени. Степень повышения давления на каждой ступени зависит от возрастания скорости движения газа. На выходе последней ступени установлен отвод, который позволяет часть кинетической энергии преобразовать в потенциальную, а значит повысить давление газа.

Многоступенчатые турбокомпрессоры способны обеспечить значительно большую степень сжатия воздуха, они получили более широкое распространение, чем одноступенчатые.

Рабочие колеса центробежных компрессоров

Лопатки рабочего колеса воздействуют на частицы газа в компрессоре, профилирование лопаток, правильный выбор геометрии колеса позволяет повысить КПД компрессора и получить нужные характеристики.

Закрытое рабочее колесо

Закрытое рабочее колесо центробежного компрессора состоит из базового диска, лопаток, и переднего покрывающего диска.

С целью увеличения КПД насоса лопатки выполняют загнутыми назад. Колеса закрытого типа применяются в том случае, если окружная скорость не превышает 300 м/с. Как правило закрытые колеса используют в многоступенчатых компрессорах.

Полуоткрытое рабочее колесо

В полуоткрытых колесах отсутствует передний покрывающий диск, внешний вид колеса полуоткрытого типа показан на рисунке.

Полуоткрытые рабочие колеса применяют при окружных скоростях на выходе колеса превышающих 300 м/с, в том числе и в одноступенчатых центробежных компрессорах авиационного типа.

Входной направляющий аппарат

Направляющие лопатки, установленные на входе компрессора предварительно закручивают поток газа в сторону вращения рабочего колеса. Это позволяет снизить относительную скорость, таким образом, чтобы число Маха не превышало 0,9. Кроме того, направляющие лопатки на входе центробежных компрессоров позволяет снизить потери во входном устройстве.

Применение направляющих лопаток позволяет увеличить КПД центробежного компрессора.

Отводящее устройство

Отводящее устройство или направляющий аппарат в центробежном компрессоре предназначено для направления потока газа в нагнетательный трубопровод или на вход последующей ступени сжатия. В отводящем устройстве кинетическая энергия потока газа преобразовывается в потенциальную, в результате чего скорость движения частиц падает, а давление возрастает.

Безлопаточный отвод

Безлопаточным отводом считают кольцевой канал в корпусе компрессора, в которой поступает газ от рабочего колеса.

Безлопаточный отвод может быть кольцевым или спиральным. Диаметр проходного сечения в кольцевом отводе по ходу движения потока газа не изменяется.

Спиральный отвод

В спиральном отводе или безлопаточном диффузоре диаметр проходного сечения по ходу движения газа увеличивается. Отвод представляет собой расширяющийся патрубок с переменным, относительно оси вращения колеса, диаметром. Для снижения скорости газа в отводе в 2 раза, его диаметр также должен быть увеличен в 2 раза.

Лопаточный отвод

Если в отводе имеются лопатки, то его называют лопаточным диффузором. Использование лопаток, направляющих поток, позволяет снизить скорость движения потока сжатого газа, и уменьшить габаритные размеры отвода.

Форма и расположение лопаток зависят от особенностей компрессора. Например в многоступенчатых центробежных компрессорах часто используют лопатки одинаковой формы, образующих радиальную решетку.

Видео:Напорная характеристика насоса.Скачать

Применение центробежных турбокомпрессоров

Центробежные машины используют на компрессорных станциях металлургических заводов, машиностроительных предприятий, в горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, для транспортировки больших объемов газа.

Читайте также: Вода в компрессоре при покраске

Видео:Центробежный компрессорСкачать

Характеристики центробежных компрессоров

Все параметры компрессора, в том числе треугольники скоростей, определяются на расчетном режиме при оптимальном их соотношении, обеспечивающем безударное и безотрывное обтекание лопаток воздухом. В условиях эксплуатации, как уже отмечалось, изменяется режим работы двигателя и газовой турбины, а следовательно, и режим работы компрессора. На нерасчетных режимах у компрессора, как и у турбины, возрастают потери, обтекание становится ударным, снижается к.п.д.

Характеристиками компрессора называют зависимость его основных показателей от параметров, характеризующих режим работы.

Характеристики компрессора аналитически представляются функциональными зависимостями типа

Взаимозависимость параметров функций (8.29) вявном виде выразить трудно, поэтому характеристики, как правило, получают опытным путем, на экспериментальных стендах, и представляют их в виде графиков. Как и у турбин, различают нормальные и универсальные характеристики компрессоров.

Нормальные характеристики представляют собой зависимости и к.п.д. от расхода воздуха и числа оборотов при неизменных условиях на входе в компрессор. Такие характеристики часто назы­вают расходными, или напорными.

Универсальные характеристики представляют собой зависимость π_к и к.п.д. от параметров, определяющих подобные режимы работы компрессора. Все сказанное относительно подобных режимов работы турбин справедливо и для компрессоров. Подобие потоков в проточной части компрессора обеспечивается подобием треугольников скоростей и равенством чисел Маха на входе в колесо. При работе компрессора на подобных режимах отношения давлений, температур и скоростей воздуха на входе и выходе сохраняются одинаковыми, независимо от изменения числа оборотов, расхода воздуха и условий на входе в компрессор. На подобных режимах сохраняется также равенство параметров подобия и неизменность величин π_к и к.п.д. компрессора, которые зависят от отношений температур и давлений.

На рис. 8.7, а представлена расходная характеристика центробежного компрессора ТКР-14. По оси ординат отложена степень повышения давления π_к по оси абсцисс — весовой секундный расход воздуха G_B. Каждая ветвь характеристики соответствует определенному постоянному числу оборотов компрессора. Штриховкой отмечена граница помпажа. На характеристику нанесены также кривые постоянных к.п.д. компрессора.

Из рассмотрения характеристики можно сделать следующие выводы: 1) при сохранении постоянства числа оборотов и уменьшении расхода воздуха величина π_к сначала увеличивается, а затем, достигнув максимальной величины, начинает снижаться; 2) чем больше число оборотов компрессора, тем больше степень повышения давления.

На рис. 8.7, б показан вид универсальной характеристики

при разных значениях параметра оборотов . По универсальным характеристикам можно определить эксплуатационные качества компрессора при любых условиях на входе. Уменьшение параметра расхода при неизменной величине параметра оборотов вызывает сначала увеличение, а затем, как и у расходной характеристики, уменьшение π_к. Если при постоянном числе оборотов уменьшать расход, то при некотором малом его значении работа компрессора станет неустойчивой.

Неустойчивость работы выражается в появлении вибраций лопаток и всего компрессора, усилении шума и возникновении пульсаций воздуха; в некоторых случаях наблюдается выброс воздуха во всасывающий патрубок. Все эти явления, характеризующие неустойчивую работу компрессора, принято называть помпажем. Границу помпажа, или границу устойчивой работы компрессора можно получить, определив для каждого числа оборотов режим, когда появляется помпаж, и соединив точки, характеризующие эти режимы, плавной кривой. Рабочие режимы компрессора располагаются вправо от границы помпажа; слева от нее устойчивая работа компрессора невозможна. Таким образом, граница помпажа устанавливает допустимую область эксплуатационных режимов работы компрессора.

Необходимо выяснить, хотя бы в общих чертах, причины, которые вызывают неустойчивую работу компрессора. Установлено, что явление помпажа обусловлено особенностями обтекания воздухом проточной части компрессора. Помпаж является следствием воздействия периодических срывов потока с передних кромок лопаток рабочего колеса и диффузора, сопровождающихся расширяющейся областью вихреобразования. Срыв потока объясняется тем, что на нерасчетных режимах работы компрессора направление относительной скорости воздуха не совпадает с направлением передних кромок лопатки. Однако не всякий срыв потока приводит к помпажу.

Чтобы выяснить условия появления помпажа, рассмотрим три характерных случая работы компрессора при постоянном числе оборотов (п = const, а следовательно, и и = const): 1) объемный расход воздуха равен расчетному (Q_B = Q_BP); 2) объемный расход воздуха больше расчетного ,(Q_В > Q_BP); 3) объемный расход воздуха меньше расчетного (Q_B

Читайте также: Завод компрессоров в пензе

При уменьшении расхода воздуха ниже определенной величины срывы потоков приводят к периодически повторяющимся «закупоркам» проточной части, сопровождающимся явлениями обратного выброса воздуха из компрессора. Работа становится неустойчивой, происходит периодическая пульсация давлений и скоростей воздуха. Воздействие переменных давлений приводит к вибрации лопаток и корпуса компрессора, т.е. появляются признаки ненормальной работы, которые характеризуют помпаж. Наступление помпажа зависит также от режима работы дизеля; например, опасность помпажа возрастает при неравномерном распределении нагрузки по цилиндрам.

Видео:Многоступенчатый центробежный компрессорСкачать

Характеристики центробежных компрессоров и сети. Режимы работы компрессоров

В условиях эксплуатации компрессоров широкое применение имеют характеристики компрессоров и сетей, представляющие графические зависимости необходимых параметров от подачи компрессора. Подача обычно приводится к условиям всасывания (Q₁). Эти характеристики позволяют выяснить, каким образом ведет себя компрессор в системе.

Характеристикой центробежного компрессора называется зависимость конечного давления Р₂, мощности N и к.п.д. от подачи на входе в компрессор Q₁. Характеристика снимается экспериментально при постоянных параметрах газа на входе (Р₁, Т₁, v₁) и постоянном числе оборотов (n = const).

Иногда вместо Р₂ принимается степень сжатия ε или удельная работа (напор) компрессора 1. Вместо N и η строят соответствующие кривые N_пол, η_пол от Q₁. Выбор переменных зависит от конкретных условий и удобства расчетов. Характеристика P₂-Q₁ является основной и называется напорной.

На рис. 4 представлена типичная характеристика центробежного компрессора, имеющая сходство с соответствующей характеристикой ЦБН. Однако есть и существенные различия.

Характеристика имеет три зоны. Основная рабочая зона II имеет максимум к.п.д. Желательно эксплуатировать компрессор в этой зоне. Зона III соответствует низким значениям к.п.д, поэтому эксплуатация компрессора в этом диапазоне Q₂ нежелательна. Снижается также устойчивая работа в этой зоне. Зона I называется зоной помпажа (левее точки К). В этой зоне компрессор работает неустойчиво. Возникает низкочастотный колебательный процесс подачи и давления, называемый помпажем. Точка К называется точкой помпажа.

Характеристикой сети называется графическая зависимость между давлением в сети Р_с и расходом газа в ней Q₁ (по закону неразрывности в устойчивых режимах подача компрессора равна расходу в сети).

Существует три вида характеристик сети (рис. 5.5 (a), (в), (с)):

Уравнение характеристики в обшей форме имеет вид

где Р_ст — постоянное статическое давление в сети, зависящее от давления в сборной емкости; слагаемое определяет гидравлические потери в сети.

При малых расходах сети и наличии аккумулирующих емкостей член мал, и характеристика сети практически становится постоянной: Р_с≈const (рис. 5.5 (a)). Такую характеристику имеют сети компрессоров, применяемых на химических, нефтеперерабатывающих заводах.

Для магистральных газопроводов, по которым перекачивается газ на сотни километров, составляющая гидравлических потерь является доминирующей. В этом случае характерной кривой Р_с является характеристика, представленная на рис. 5.5 (в).

Для случая потребления газа с постоянным конечным давлением (перекачка на большое расстояние в емкость, имеющую статическое давление Р_с) имеем характеристику, представленную на рис 5.5 (c) (комбинированная характеристика).

Точка пересечения характеристики компрессора Р₂ = f₁Q₁ и характеристики системы Р_с = f₂ Q₁ называется рабочей точкой компрессорной установки (станции), а соответствующий режим называется рабочим режимом (точка А, рис. 5.6).

Как видно, компрессор работает на указанную сеть в режиме Q_А, Р_А, η_А. Данный вариант соответствует случаю работы магистрального газопровода.

В случае необходимости изучить работу на сеть серии подобных компрессоров характеристику их следует представить в безразмерном виде. Напорная характеристика компрессоров будет иметь координатыψ-φ, характеристика мощности — v-φ, к.п.д. – η-φ. Эти характеристики будут едиными для всех подобных машин. Характеристику сети также следует представить в безразмерном виде в соответствии с (39):

На рис. 5.7 представлена безразмерная характеристика серии подобных компрессоров и сети. Форма ее близка к рис. 5.6.

Существуют и другие координаты для изображения характеристик, но они относятся к многоступенчатым или сверхзвуковым компрессорам. В данном пособии они не рассматриваются.

Помпаж, неустойчивая работа центробежного или осевого компрессора, — явление, характерное для этих машин.

Помпаж возможен на нисходящей ветви характеристики компрессора, где ∂Р_к/∂Q>0 (рис.5.5), когда в сети имеется достаточно большой статический напор (аккумулирующие емкости). Он приводит к неустойчивой работе системы. Режим компрессора, подключенного к какой-либо сети, называется неустойчивым, если после малого возмущения равновесного состояния не будет восстанавливаться первоначальный режим. И наоборот, режим называется устойчивым, если после исчезновения возмущения происходит восстановление первоначального режима.

Читайте также: Рено логан 2017 компрессор кондиционера

В первой зоне помпажа ВК гидродинамические режимы движения газа в проточной части компрессора далеки от расчетных. В точке К происходит срыв потока с поверхности лопаток (отрыв пограничного слоя). Срыв этот имеет периодический колебательный характер. Особенно это характерно для компрессоров, имеющих большие числа Маха. Срыв наблюдается на входных кромках рабочего колеса, лопаточного диффузора.

Неустойчивость пограничного слоя в компрессоре является первопричиной возникновения низкочастотного колебательного процесса масс газа между компрессором и сетью. Частота (около 1 Гц) и интенсивность этих колебаний зависят от давления газа, его плотности, размеров и конструкции машины, сборной емкости, куда компрессор подает газ.

Помпаж проявляется в форме вибрации и периодических толчков, которые могут привести машину к аварии, и сопровождается акустическими явлениями (свистом, шумом).

Схематически, упрощенно колебательный процесс в системе компрессор-сеть можно представить следующим образом (рис. 5.8).

Рассмотрим сначала рабочий режим в устойчивой зоне характеристики компрессора, точка А, где Р_к/∂Q 0. Прикрывая дроссель, перейдем по характеристике компрессора в точку С₁, где потенциальная энергия в компрессоре ниже, чем в сети (она останется в сети примерно на уровне Р_С). Избытка потенциальной энергии в компрессоре уже нет, нет также и избытка подачи (кинетической энергии), так как расход в сети будет несколько больше, чем в компрессоре (точка С₂, по характеристике сети). По этой причине давление и подача в системе будут уменьшаться, а рабочая точка будет стремиться к точке В.

Так как расход в сети Q_в , больше подачи компрессора (Q_в , >Q_в), давление в системе должно уменьшаться. По характеристике компрессора это невозможно; незначительное уменьшение давления в системе приводит к переходу работы компрессора из режима в точке В в режим в точке D.

Теперь компрессор будет подавать значительно большее количество газа, давление в системе будет расти, и рабочий режим уйдет влево в точку К. Процесс, таким образом, циклически будет повторяться, что приведет к низкочастотным колебаниям давления и подачи в компрессоре и начальном участке нагнетательного трубопровода.

Неустойчивая зона напорной характеристики газовых компрессоров значительно шире, чем у насосов, главным образом, за счет применения больших углов β₂, приводящих к большим напорам.

Устранение помпажа может быть достигнуто сдвигом рабочей точки системы компрессор-сеть в область устойчивых режимов или смещением границы помпажа в область меньших расходов.

Первое мероприятие решается путем изменения характеристики сети, уменьшением сопротивления в ней (смещение рабочей точки в область больших подач).

Эта задача выполняется, в частности, с помощью установки антипомпажного устройства, обеспечивающего сброс части потока газа из сети во всасывание компрессора 1 (рис. 5.9), — байпасирование.

В этом случае из-за уменьшения Q_c сопротивление в ней падает и рабочая точка смещается влево:

На байпасной линии установлен дроссельный регулятор (измерительная шайба 3), соединенный сервоприводом с антипомпажным клапаном 2. Когда потребление в сети уменьшается до Q_K (точка помпажа), по перепаду давления на дросселе включается регулятор, открывающий клапан 2, и часть потока сбрасывается во всасывание.

Смещение границы помпажа может быть достигнуто за счет конструктивных изменений в гидродинамической части компрессора. Это делают путем изменения угла установок лопаток диффузорного отвода или изменения угла атаки на входе в рабочее колесо (установка входного направляющего аппарата). Эти мероприятия усложняют конструкцию компрессора.

Более удобным методом смещения границы помпажа является регулирование частотой вращения вала. Смысл этого метода можно уяснить из рис. 5.10.

При изменении частоты вращения точки помпажа К₁, К₂, К₃, соответствующие оборотам n₁, n₂, n₃, смещаются по параболе подобия влево, сужая зону помпажа. На рисунке заштрихована неустойчивая зона. Пере­строение напорных ха­рактеристик производит­ся в соответствии с частными формулами подобия (5.43), давление Р₂ меняется пропорцио­нально квадрату, а пода­ча — линейно от оборотов.

Последнее изменение этой страницы: 2017-03-15; Просмотров: 1481; Нарушение авторского права страницы

• 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/harakteristika-tsentrobezhnogo-kompressora-eto-zavisimost

  🌟 Видео

  Как работает центробежный насос? Основные типы конструкций центробежных насосовСкачать

  

  Курс ""Турбомашины" Глава 3.2 Рабочий процесс центробежного компрессора. ч. 1 (лектор Батурин О.В.)Скачать

  

  Центробежный компрессорСкачать

  

  Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

  

  Как работаетй осевой компрессор или вентиляторСкачать

  

  Пятиступенчатые центробежные компрессоры Dresser RandСкачать

  

  Курс ""Турбомашины". Раздел 5.1.1. Характеристика компрессора лекция №1 (лектор Батурин О.В.)Скачать

  

  Анохин В. Г. Компрессор ТРД. ПомпажСкачать

  

  Все о компрессорахСкачать

  

  Суперчарджер. Приводной компрессор | Science Garage На РусскомСкачать

  

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

  

  Производство центробежных компрессоров DENAIRСкачать

  

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

  

  Видеоурок "Классификация компрессоров"Скачать

  

  Центробежные компрессоры SeAH в РоссииСкачать

  

  Пересчет характеристик центробежных насосов на вязкие среды. Видеозапись вебинараСкачать