Схема работы осевого компрессора

Работа осевого компрессора основывается на том же принципе, что и центробежного – он преобразовывает кинетическую энергию в энергию давления (потенциальную). Однако способ преобразования другой.

Осевой компрессор, показанный на рис. 3.2, состоит из нескольких рядов вращающихся (роторных) лопаток аэродинамической формы, перемежающихся рядами неподвижных (статорных) диффузорных лопаток, также имеющих аэродинамический профиль.

Ступень состоит из одного ряда роторных лопаток, закрепленных на дисках барабана ротора, и следующего ряда статорных лопаток, закрепленных на внешнем корпусе компрессора.

У ротора и статора межлопаточное пространство формирует расширяющиеся каналы.

Турбина вращает с высокой постоянной скоростью ротор компрессора, происходит преобразование добавочной механической энергии в кинетическую (скорость) и потенциальную (давление).

В статоре давление увеличивается за счет преобразования кинетической энергии в потенциальную. Этот процесс показан на рис. 3.2.

Простыми словами, ступень ротора выполняет ту же работу, что и крыльчатка центробежного компрессора, а статорную ступень можно сравнить с диффузором центробежного компрессора. Степень повышения давления в каждой отдельной ступени весьма мала: от 1,1 до 1,2:1. Это означает, что первая ступень может повысить давление только на 3 psi. Вследствие этого, для получения высоких степеней сжатия, требуемых для современных авиационных двигателей, в одном каскаде могут использоваться много ступеней (рис. 3.3), и двигателей может иметь до трех каскадов. Этот метод весьма эффективен, например, в двигателе RB 211 можно получить степени повышения давления до 35:1. У данного двигателя величина повышения давления в последней ступени может достигать 80psi. Высокие давления могут приводить к повышению температуры на выходе компрессора до 600°C.

Рис. 3.2. Изменения давления и скорости по тракту осевого компрессора

В настоящее время в некоторых двигателях применяется комбинация осевого и центробежного компрессора.

Рис. 3.3. Однокаскадный компрессор

Поддержание осевой скорости воздушного потока

Пространство между барабаном ротора и внешним корпусом компрессора называется кольцевым воздушным каналом. Для поддержания осевой скорости воздуха при сжатии до меньшего объема кольцевой канал должен сужаться.

Это постепенное сужение получается с помощью придания конической формы либо внешнему корпусу компрессора, либо барабану ротора, а в некоторых случаях и комбинации этих методов. Это показано на рис. 3.3.

Управление расходом воздуха

Увеличение степени повышения давления компрессора прогрессивно усложняет обеспечение его эффективной работы во всем диапазоне частот. Это обусловлено фактом, что степень повышения давления в двигателе падает при падении частоты вращения компрессора. Поэтому при замедлении двигателя, объем поглощаемого воздуха увеличивается, т.к. он не сжимается с прежней силой.

Увеличенный объем воздуха в секции КВД осложняет его прохождение через доступное пространство, скорость потока снижается, и в некоторых случаях может вызвать запирание и турбулентность.

Такое снижение скорости происходит по всей длине компрессора и может вызвать феномен под названием срыв потока, который, в случае несвоевременного выявления, может усугубиться и перерасти в помпаж, ситуацию, когда, в худшем случае, поток воздуха в двигателе мгновенно меняет направление на обратное.

Читайте также: Tirefit с компрессором для накачивания шин что это

Срыв потока

Угол атаки лопатки компрессора складывается из осевой скорости воздуха, огибающего лопатку, и скорости ее вращения.

Эти две скорости складываются и образуют вектор, который дает фактический угол атаки воздушного потока на лопатке.

Срыв потока компрессора можно описать как дисбаланс между двумя скоростями, который может произойти по разным причинам, ниже перечислены некоторые из них:

a) Чрезмерный расход топлива, вызванный резким разгоном двигателя (осевая скорость понижается из-за увеличения обратного давления в камере сгорания).

b) Работа двигателя выше или ниже расчетных параметров RPM (увеличение или уменьшение скорости вращения лопатки компрессора).

c) Турбулентность или нарушение воздушного потока в воздухозаборнике (уменьшается осевая скорость).

d) Загрязненные или поврежденные компоненты компрессора (снижение осевой скорости из-за снижения степени повышения давления).

e) Загрязненная или поврежденная турбина (потеря мощности на привод компрессора вызывает снижение осевой скорости из-за снижения степени повышения давления).

f) Слишком бедная топливно-воздушная смесь из-за резкого замедления двигателя (осевая скорость увеличивается из-за уменьшения обратного давления в камере сгорания).

Любое из перечисленных выше условий может привести к срыву потока в компрессоре, а когда это произойдет, возникнет частичное обрушение воздушного потока в двигателе.

Индикаторами срыва потока в компрессоре является увеличение уровня вибрации двигателя и повышение температуры выхлопных газов (EGT).

Последний эффект (увеличение EGT) вызывает факт уменьшения поступления воздуха в камеры сгорания, соответственно, уменьшение количество воздуха на охлаждение продуктов сгорания, выхлопных газов.

Срыв потока компрессора является прогрессирующим феноменом, и теоретически может начаться на одной лопатке, ухудшая работу всей ступени, а затем, если не принять своевременных мер по локализации, охватывает весь двигатель.

Прогрессивное ухудшение ситуации приведет к полному обрушению потока в двигателе, называемому помпаж. В некоторых случаях это может вызвать мгновенное реверсирование газов в двигателе с вырыванием воздуха из воздухозаборника, сопровождаемым громким хлопком. При возникновении помпажа дроссель соответствующего двигателя нужно закрывать медленно.

Такую ситуацию наиболее часто вызывают неисправности или недостатки обслуживания топливной системы, а в чрезвычайных ситуациях могут прикладываться настолько высокие изгибные нагрузки на лопатки ротора компрессора, что они входят в зацепление с лопатками статора с потенциальными катастрофическими последствиями.

Помимо громкого шума, обычно сопровождающего помпаж, существует большой рост EGT, а результирующая потеря тяги может вызвать рыскание самолета.

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

Осевой компрессор

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

Видео: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.

Читайте также: Как часто нужно менять масло в компрессоре ремеза

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.

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:Осевой насос - устройство и принцип работыСкачать

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

Устройство и принцип действия осевого компрессора

Осевые компрессоры нашли распространение в ГТУ благодаря возможности получения большой подачи.

На Рис.32 представлена конструкция осевого компрессора.

Рис. 32. Схема осевого компрессора

1 — передний обтекатель; 2 — воздухозаборник; 3 — передняя силовая стойка; 4 — входной направляющий аппарат; 5 — рабочая лопатка первой ступени; 6 — направляющая лопатка первой ступени; 7 — секция ротораж; 8 — стяжной болт; 9 — выходной спрямляющий аппарат; 10 — задняя силовая стойка; 11 — диффузор;

12 — опорный подшипник; 13 — опорно-упорный подшипник.

Аэродинамический тракт компрессора состоит из входного уст­ройства, проточной части и выходного устройства. Ряд рабочих лопа­ток и расположенный за ним ряд направляющих лопаток образуют ступень. Совокупность всех ступеней называется проточной частью компрессора.

Читайте также: Промывка системы отопления компрессором своими руками

При вращении ротора воздух в рабочих лопатках движется с большой относительной скоростью, постепенно тормозится, при этом в результате уменьшения относительной скорости давление его повышается. В направляющих лопатках торможение воздуха продолжается, вместе с тем давление его повышается. Таким образом, в компрессоре происходит процесс превращения механической энергии вращения ротора сначала в кинетическую, а затем в потенциальную энергию сжатого воздуха. Этот процесс заканчивается в диффузоре 11.

Входное устройство предназначено для обеспечения заданных условий входа потока на рабочие лопатки первой ступени. В его со­став входит воздухозаборник, передний обтекатель, силовые стойки, входной направляющий аппарат.

Выходное устройство предназначено для придания потоку требуемого направления и для дальнейшего повышения давления за счет уменьшения скорости потока. В его состав входят спрямляющий аппарат, силовые стойки и выходной кольцевой диффузор.

В компрессорах тяжелых ГТД входной патрубок выполняется в виде улитки. Подобным же образом выполнен выходной патрубок в установках с регенерацией.

В процессе взаимодействия вращающихся рабочих лопаток с потоком воздуха часть механической энергии расходуется на повыше­ние давления воздуха, а часть — на увеличение его кинетической энергии. В направляющем аппарате происходит дальнейшее повышение давления за счет уменьшения кинетической энергии потока.

Видео:Все о компрессорахСкачать

Устройство и принцип действия центробежного компрессора

Воздух, заполняющий пространство между рабочими лопатками, вовлекается во вращательное движение и под действием центробежной силы перемещается от центра к периферии колеса.

Конструктивная схема центробежного компрессора приведена на Рис. 33, там же даны наименования основных элементов.

При движении воздуха к периферии колеса повышается его давление и кинематическая энергия, которая в значительной мере преобразуется в потенциальный в лопаточном диффузоре. Между рабочим колесом и лопаточным диффузором расположен безлопаточный диффузор, служащий главным образом для выравнивания поля скоростей потока. Чтобы обеспечивался безударный вход потока на рабочие лопатки, их входные кромки изогнуты в сторону вращения. Загнутые, концы лопаток называют воздухозаборником или вращающимся направляющим аппаратом.

Рис. 33. Конструктивная схема центробежного компрессора

1 — вал компрессора; 2 — рабочие лопатки; 3 — диск; 4 — входное устройство; 5 — корпус;

6 — лопаточные диффузоры; 7 — безлопаточный диффузор; 8 — выходной патрубок;

9 — входные кромки рабочих лопаток.

После рабочего колеса воздух поступает в диффузор, который может быть как безлопаточным, так и с лопатками. Безлопаточный диффузор имеет вид кольцевой щели с параллельными или наклон­ными стенками. Лопатки раскручивают поток, уменьшая окружную составляющую его скорости значительно больше, чем в беэлопаточном диффузоре. В современных центробежных компрессорах, как правило, применяет лопаточные диффузоры. Между рабочим колесом и лопатками диффузора обычно оставляют зазор равный 20. 30мм, являющийся, по существу, коротким безлопаточным диффузором, в котором происходит выравнивание потока после выхода из рабочего колеса.

• 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
  • Правообладателям
  • Политика конфиденциальности

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/shema-raboty-osevogo-kompressora

  📺 Видео

  Принцип работы спиральных компрессоровСкачать

  

  Работа винтового компрессора, его принцип действия и устройство.Скачать

  

  Как работает торцевое уплотнение? / Центробежный насосСкачать

  

  Многоступенчатый центробежный компрессорСкачать

  

  Осевые усилияСкачать

  

  Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать

  

  Рабочий процесс в осевой ступени турбиныСкачать

  

  Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

  

  Схема работы компрессора Atlas CopcoСкачать

  

  Пятиступенчатые центробежные компрессоры Dresser RandСкачать

  

  ГАЗОВАЯ ТУРБИНА || ⏱ Что это? Зачем это?Скачать

  

  Холодильный компрессор | Как это устроено? | DiscoveryСкачать

  

  Действующая модель осевого компрессора | РЭП Холдинг | Газовый форумСкачать

  

  Учебный фильм "Трубопроводный транспорт газа" - Часть 2Скачать