Ступень центробежного компрессора это (5 видео)

Ступень центробежного компрессора , показанная на рис. 8.8, имеет рабочее колесо, представляющее собой вращающуюся лопаточную систему. Сжимаемый газ поступает в рабочее колесо из камеры всасывания. Давление при этом падает, так как скорость газа на пути 01 возрастает при постоянстве полного давления. В рабочем колесе ( участок 12) под действием центробежных сил происходит повышение давления и кинетической энергии газа. На выходе из рабочего колеса абсолютная скорость газа достигает максимального значения в проточной части компрессора. [1]

Ступень центробежного компрессора ( рис. 6.1) состоит из входного устройства а, колеса б, диффузора в и выходного устройства г. Основной рабочей частью ступени является рабочее колесо ( крыльчатка), снабженное лопатками. [3]

Проточная часть ступени центробежного компрессора состоит из подводящего канала, рабочего колеса, устройства для преобразования скоростного напора, полученного в колесе, в энергию давления, и отводящего канала. [4]

Для сравнения ступеней центробежных компрессоров различных конструкций пользуются безразмерными характеристиками. [7]

Экспериментальное изучение работы ступени центробежного компрессора с помощью малоинерционных приборов показывает, что поток в отдельных элементах проточной части является пульсирующим и при установившихся режимах. Для исследования качественных особенностей нестационарного потока за рабочим колесом и неустановившихся режимов в безлопаточном диффузоре при малой производительности в лаборатории компрессоростроения ЛПИ был применен зонд пульсаций полного давления ( ЗППД) с чувствительным элементом из цилиндрической ( jt-l) 0 пьезокерамики. [8]

Главным принципом построения модели ступени центробежного компрессора является модульность, состоящая в том, что каждая модель элемента проточной части должна быть представлена в виде одной или нескольких самостоятельных процедур. Только в этом случае можно свести расчеты для каждого элемента к простому вызову этих процедур на нужное место в программе, а саму программу сократить до предела, сделать наглядной и легко читаемой. [9]

Модели элементов проточной части ступени центробежного компрессора реализованы в виде процедур, каждая из которых или решает систему уравнений, или проводит вычисления по ряду последовательно записанных формул, определяя нужные термогазодинамические параметры потока. Исходные уравнения представлены в условных температурах, так как это позволяет формально записать их в том же виде, что и для идеального газа. [10]

Удельная работа, обеспечиваемая одной ступенью центробежного компрессора , как правило, недостаточна для обеспечения термодинамического цикла паровой холодильной машины. [12]

На рис. 4.20 показана в разрезе ступень центробежного компрессора . Находящемуся между лопатками газу при вращении рабочего колеса сообщается вращательное движение, в результате чего газ под действием центробежной силы движется к периферии колеса. Затем газ попадает в диффузор, площадь которого увеличивается с увеличением радиуса, скорость частичек газа при этом снижается, а давление возрастает. [14]

Видео:Пятиступенчатые центробежные компрессоры Dresser RandСкачать

Читайте также: Компрессор кондиционера 2123 delphi

Рабочий процесс в ступени центробежного компрессора.

Рисунок 5. Характерные сечения ступени центробежного компрессора.

Для более подробного пояснения принципа действия ступени центробежного компрессора рассмотрим движение газа в его элементах. Обозначим характерные сечения ступени центробежного компрессора (см. рисунок 5).

Н—Н — сечениена входе в центробежную машину. Параметры газа в этом сечении: давление Р_н, температура Т_н и скорость С_н ;

1—1 —сечение на входе в рабочее колесо. Параметры газа в этом сечении: давление Р₁, температура Т₁ и скорость С₁;

2—2 — выход из рабочего колеса. Параметры газа в этом сечении: давление Р₂, температура Т₂ и скорость С₂;

3—3 — выход из диффузора. Параметры газа в этом сечении: давление Р₃, температура Т₃ и скорость С₃;

4—4 — сечение на выходе из компрессора. Параметры газа в этом сечении: давление Р₄, температура Т₄ и скорость С₄.

Рассмотрим процесс течения газа вдоль цилиндрической поверхности А-А (см. рисунок 6).

Видео:Центробежный компрессорСкачать

Рисунок 6. Схема ступени центробежного компрессора

Для этого рассечем ступень центробежного компрессора цилиндрической поверхностью диаметром D_1, ось которой совпадает с осью колеса. Развернув эту поверхность на плоскость, получим плоскостное сечение.

Плоскостное сечение рабочего колеса представлено на рисунке 7. Колесо вращается с угловой скоростью ω (радиан /сек) :

где n — число оборотов колеса, мин -1

и окружной скоростью U (м / сек) на диаметре D₁:

Газ поступает на вход в рабочее колесо с абсолютной скоростью С_1. Струйки газа подхватываются лопатками колеса и начинают вращаться вместе с колесом с окружной (переносной) скоростью U₁. В результате поток движется в межлопаточных каналах колеса со скоростью W₁ называемой относительной скоростью и равной геометрической разности абсолютной C₁ и окружной U₁ скоростей:

Относительной скоростью W₁ называют скорость потока газа, измеренную в неподвижной относительно межлопаточного канала системе координат, одна из осей которой совпадает с направлением движения потока.

В соответствии с данным уравнением по правилу сложения векторов строится параллелограмм скоростей на входе газа в рабочее колесо (см. рисунок 8). В теории лопаточных машин вместо параллелограмма скоростей принято использовать треугольник скоростей (см. рисунок 7, 8).

Рисунок 7. Плоскостное сечение рабочего колеса центробежного компрессора.

Рисунок 8. Параллелограмм и треугольник скоростей при радиальном (безударном) входе газа в рабочее колесо.

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

С целью обеспечения безударного входа потока в рабочее колесо необходимо, чтобы вектор относительной скорости W₁ совпадал с направлением передних кромок лопаток рабочего колеса, т. е. должно соблюдаться равенство:

где β₁ – угол между вектором окружной скорости U₁ и вектором относительной скорости W₁ ;

Читайте также: Центробежные компрессоры имеют степень сжатия

β_1л – конструкторский угол установки лопаток на диске на входе в рабочее колесо.

Разница между углами β₁ и β_1л называется углом атаки i.

Угол α между вектором окружной скорости U₁ и вектором абсолютной скорости С₁ называется расчетный (рабочий угол). При осесимметричном входе газа в ступень

При отклонении от расчетного режима работы центробежного компрессора угол β₁ изменяется (см. рисунок 9). Увеличение или уменьшение расхода газа через ступень приводит к соответствующему изменению абсолютной скорости C₁, а окружная скорость U₁ сохраняется неизменной (угол сохраняется α₁=90 0 , так как поток в рабочее колесо входит осесимметрично). Следовательно, вектор относительной скорости W₁ изменяется по величине и направлению, изменяется угол β₁. При этом угол атаки i может принять как отрицательное значение (недогруженный режим при угле β₁ // ), так и положительное значение (перегруженный режим при угле β₁ / ).

Рисунок 9. Изменение треугольника скоростей на входе газа в рабочее колеса при отклонении от расчетного режима работы

При движении в межлопаточном канале рабочего колеса струйки газа под действием центробежных сил стремятся сохранить радиальное движение вдоль канала. Кроме того, струйки газа подвергаются силовому воздействию от лопаток рабочего колеса, вращающегося с окружной скоростью U. В результате на выходе из канала струйки газа покидают рабочее колесо с абсолютной скоростью C₂, которая складывается из окружной (переносной) скорости U₂, направленной по касательной к окружности колеса, и относительной скорости W₂, отклоненной от радиального направления (на угол 90- β₂) из-за неравномерности распределения давлений и скоростей внутри канала (см. рисунок 10).

Рисунок 10. Параллелограмм и треугольник скоростей на выходе газа из рабочего колеса и эпюры распределения давлений Р и относительной скорости W в межлопаточном канале.

Видео:Центробежные компрессоры SeAH в РоссииСкачать

Эпюры распределения давлений Р и относительной скорости W в межлопаточном канале приведены на рисунке 10. На стороне лопатки, направленной в сторону вращения, давление больше (знак «+»), чем на противоположной стороне (знак «—»). Там, где больше давление, меньше скорость и наоборот.

В результате неравномерности распределения скоростей в межлопаточном канале струйка газа как бы перемещается против вращения рабочего колеса (проскальзывает относительно диска) со скоростью W₂_U (окружная составляющая относительной скорости W₂). Величина W₂_U зависит от числа лопаток Z_К на рабочем колесе. Скорость W₂_U тем меньше, чем больше число лопаток Z_К (при увеличении количества лопаток снижается неравномерность распределения давлений и скоростей внутри канала). Угол между вектором окружной скорости U₂ и вектором относительной скорости W₂ равен β_2.

Согласно законам газовой динамики, при течении газа в длинных каналах происходит упорядочение потока. Поэтому в межлопаточном канале рабочего колеса на некотором расстоянии от входа поток начинает течь параллельно стенкам канала, т.е. на выходе из рабочего колеса угол β₂ будет равен конструкторскому углу установки лопаток β_2л (в том числе и при отклонении от расчетного режима работы).

Читайте также: Холодопроизводительность компрессора s3 900

Из параллелограмма и треугольника скоростей (см. рисунок 9) видно, что окружная составляющая абсолютной скорости С₂_U определяется как геометрическая разность окружной (переносной) скорости U₂ и окружной составляющей относительной скорости W₂_U :

Скорость С₂_U характеризует величину закрутки, полученной потоком в рабочем колесе, а радиальная составляющая абсолютной скорости С₂_r определяет величину расхода газа через рабочее колесо. Выгодно, чтобы при заданных окружной скорости U₂ и абсолютной скорости С₂, величина С_2г, была как можно большей. Максимальная величина С₂_r будет при бесконечно большом числе лопатокZ_K,так как при этом не будет отклонения относительной скорости от радиального направления, т. е.

В реальных условиях применять такое рабочее колесо невозможно, так как в этом случае межлопаточные каналы будут очень узкие, и вследствие вязкости газа, в них будет значительное газодинамическое трение и потери энергии. Поэтому на практике используют центробежные нагнетатели с конечным числом лопаток Z_K = 18…40.

Оптимальное конечное количества лопаток может быть произведено по формуле:

где β_2л – конструкторский угол установки лопаток на диске на выходе из рабочего колеса.

Величина закрутки потока газа на выходе из рабочего колеса оценивается коэффициентом закрутки (циркуляции) μ, равном:

При Zк → ∞ значение коэффициента μ = 1.

Видео:Как работает центробежный газовый компрессорСкачать

У существующих центробежных компрессоров и нагнетателей при числе лопаток на рабочем колесе Z_к = 18…40 коэффициент закрутки составляет μ = 0,9…0,95.

При отклонении от расчетного режима работы изменяется величина радиальной составляющей абсолютной скорости С₂_r и величина окружной (переносной) скорости U₂. Соответственно, изменяется направление и величина вектора абсолютной скорости С_2. Треугольник скоростей на выходе газа из рабочего колеса представлен на рисунке 11.

Рисунок 11. Изменение треугольника скоростей на выходе газа из рабочего колеса при отклонении от расчетного режима работы

В результате поток из рабочего колеса (вектор абсолютной скорости С₂) входит в диффузорную систему (лопаточный и безлопаточный диффузоры) под нерасчетным рабочим углом α₂ / или α₂ // . На входе в лопаточный диффузор образуются ударные течения газа, что вызывает потери энергии.

Как отмечалось ранее, в диффузорной системе происходит снижение скорости и повышение статического давления. Снижение абсолютной скорости в диффузоре определяется отношением входной и выходной площадей:

где С₂ и С₃ — скорости на входе и выходе из диффузора;

F₂ и F₃ — площади на входе и выходе из диффузора.

При постоянной по радиусу ширине щели отношение площадей равно отношению диаметров:

В безлопаточном диффузоре отношение диаметров на выходе и входе обычно составляет: = 1,65 …2.

В лопаточном диффузоре отношение диаметров на выходе и входе обычно составляет:

источники:

Видео:Многоступенчатый центробежный компрессорСкачать