Принцип работы центробежный компрессор: Центробежный компрессор: устройство и принцип работы

Содержание

Центробежный компрессор: устройство и принцип работы

Центробежные компрессоры представляют собой оборудование, входящее в группу компрессоров динамического типа с радиальной конструкцией. Главным преимуществом установок данного типа является их высокая производительность, которая в разы превышает показатели компрессоров других видов. Благодаря этому, центробежные воздушные компрессоры, устройство которых позволяет использовать их при интенсивной эксплуатации, широко используются в промышленных масштабах – в нефтеперерабатывающей отрасли, металлообработке и других сферах деятельности.

Центробежные компрессоры – устройство и основные элементы

Компрессорные установки, состоящие в группе оборудования центробежного типа, представляют собой широкое разнообразие агрегатов, различных по своим характеристикам и техническому оснащению. Но при этом, центробежным компрессорам характерно общее стандартное оснащение. Так, оборудование данного типа включает в себя такие основные элементы, как:

  • корпус оборудования;
  • патрубки – входное и выходное устройства;
  • рабочие колеса;
  • диффузор;
  • привод – может быть различных типов (дизельный, электрический и другие).

Здесь Вы можете ознакомиться с каталогом компрессоров, реализуемых ООО ГК «ТехМаш». 


Конструкция центробежных установок может быть различной в зависимости от количества в оборудовании следующих элементов:

  • ступеней – одно- и многоступенчатые;
  • роторов – однороторные и многороторные.

Кроме того, устройство центробежных компрессоров также имеет классификацию и по типу корпуса:

  • Установки с разъемом корпуса горизонтального типа – в данном случае корпус имеет горизонтальное разделение на две части. Подобные особенности конструкции установки обеспечивают легкий доступ к ротору оборудования в случае необходимости. Используются агрегаты данного типа при необходимости получения давления с показателем ниже 60 атмосфер.

  • Оборудование с разъемом корпуса вертикального типа – данное оборудование устанавливается в специальный цилиндр и применяется в технологических процессах, где уровень давления доходит до 700 атмосфер. При этом цилиндр содержит такие же диафрагмы и ротор, как и оборудование, корпус которого имеет горизонтальный разъем.

  • Установки, оснащенные редуктором – данное оборудование, как правило, оснащено несколькими валами и редуктором, обеспечивающим передачу движения с мотора на вал. Применяются подобные компрессоры при необходимости получения давления с показателем ниже среднего.

Действие центробежных компрессоров

Устройство и принцип работы центробежных компрессоров основаны на динамическом сжатии газообразной среды. Основным элементом данного оборудования является ротор, оснащенный валом с рабочими колесами, расположение которых симметрично. В процессе работы оборудования, на частицы газа действует сила инерции, которая возникает благодаря наличию вращательного движения, совершаемого лопатками колеса. При этом происходит перемещение газа от центра компрессора к краю рабочего колеса и в результате газ сжимается и приобретает скорость.

Далее скорость газа снижается и последующее сжатие происходит в круговом диффузоре – кинетическая энергия переходит в потенциальную. На следующем этапе газ поступает в обратный направляющий канал и переходит в следующую ступень установки.

Важным отличием центробежных установок от оборудования другого типа является отсутствие контакта между маслом и газом. В случае с агрегатами данного типа требования к смазке рабочих элементов оборудования значительно ниже, нежели в установках объемного действия. При этом смазка полностью защищает от ржавчины элементы оборудования, а масло, имеющее слабое окисление, смазывает зубчатые колеса, уплотнения и подшипники максимально эффективно.

Так, работа компрессора центробежного имеет достаточно простой принцип действия и основывается на вращательном движении лопастей рабочего колеса, который является одним из главных рабочих элементов установок центробежной группы. При этом, данному оборудованию характерно быстрое повышение уровня давления и достижение его максимальной величины за короткий период работы агрегата.

Одна из главных особенностей установок данного типа заключается в зависимости потребляемой оборудованием мощности, давления сжимаемого газа и его коэффициента полезного действия от уровня производительности компрессора. Характер и степень данной зависимости указывается в рабочих характеристиках установок, при этом индивидуально для каждой модели оборудования.

Конструкция, а также принцип работы центробежных компрессоров являются достаточно простыми в сравнении с установками других типов. Данная особенность позволяет получить сразу несколько преимуществ – возможность длительного срока использования оборудования при его интенсивной эксплуатации и высоком уровне эффективности работы. При этом, данное оборудование на протяжении всего периода использования требует минимального технического обслуживания, а в случае необходимости, легко поддается ремонту при поломках различных типов.

Комплексные работы по оптимизации пневмосистем предприятий

Центробежные компрессоры принцип работы

Ранее мы с Вами уже рассматривали компрессоры как устройства, которое сжимает и нагнетает воздух. Говорили так же и о классификации компрессоров, их особенностях, как правильно подбирать компрессоры, оптимально отвечающие необходимым именно Вам требованиям, выдвинутым к оборудованию.

Сегодня мы остановимся на центробежных компрессорах более детально, рассмотрим принцип работы центробежного компрессора.


Центробежные компрессоры относят к динамическим компрессорам.  Состоит  центробежный компрессор из корпуса, ротора, который имеет вал, в котором симметрично размещены рабочие колеса (крыльчатки). Рабочие колеса выполнены в виде конуса, оснащенные лопастями. Именно от этой части центробежного компрессора  зависит эффективность работающего нагнетателя. Воздух проходит через небольшой канал и поступает на лопасти. После чего воздух отбрасывается к стенкам корпуса, где находиться диффузор. Далее воздух попадает в воздушный туннель. Воздушный туннель постепенно расширяется в диаметре. Это сделано специально так как, а начале воздух имеет большую скорость и небольшое давление, а на выходе наоборот. Поэтому и скорость самой крыльчатки достаточно большая.

Когда  воздух проходит через данный компрессор, при росте давления, растёт также и  его температура. Это  можно отнести к отрицательным побочным эффектам центробежного компрессора.

Как особенность центробежного компрессора можно выделить  зависимость давления сжатого газа, кпд от производительности, а также потребляемая мощность. Все эти особенности отражены в рабочих характеристиках каждой конкретной модели центробежного компрессора.

Работу данного вида компрессора можно отрегулировать различными способами такими, как корректировка частоты вращения ротора, модулированием производительности,  дросселированием газа и другие.

Центробежные компрессоры широко применяются на предприятиях с непрерывным циклом производства, где имеет место постоянное потребление большого количества сжатого воздуха.

 

Наши консультанты помогут Вам подобрать любой Центробежный компрессор

Центробежный компрессор — это.

.. Что такое Центробежный компрессор?

Лопаточный или лопастной компрессор — это разновидность компрессоров, предназначенная для повышения давления рабочего тела за счёт взаимодействия последнего с подвижными и неподвижными лопаточными решётками компрессора. Принцип действия лопаточных компрессоров — увеличение полного давления рабочего тела за счёт преобразования механической работы компрессора в кинетическую энергию рабочего тела с последующим преобразованием ее во внутреннюю энергию.

Осевой компрессор

Рисунок иллюстрирующий работу осевого компрессора

Отдельно взятая ступень компрессора.

В осевом компрессоре поток рабочего тела, как правило воздуха, движется условно вдоль оси вращения ротора компрессора.

Осевой компрессор состоит из чередующихся подвижных лопаточных решёток ротора, состоящих из лопаток закреплённых на валу и именуемых рабочими колёсами (РК), и неподвижных лопаточных решёток статора и именуемых направляющими аппаратами (НА).

Совокупность, состоящая из одного рабочего колеса и одного направляющего аппарата именуется ступенью.

Компрессорная лопатка
1 — передняя кромка,
2 — перо лопатки,
3 — задняя кромка,
4 — замок лопатки

Треугольники скоростей рабочего колеса иллюстрирующие сложное движение частиц воздуха. Видна диффузорность межлопаточного канала.

Пространство между соседними лопатками как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате именуется межлопаточным каналом. Межлопаточный канал в как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате диффузорный, то есть расширяющийся. Межлопаточный канал является расширяющимся, когда диаметр окружностей, вписанных в этот канал увеличивается при вписывании этих окружностей от передней кромки к задней.

При прохождении через рабочее колесо, воздух участвует в сложном движении.

Где абсолютное движение

— движение частиц воздуха относительно оси двигателя. (На рисунке обозначено буквой u).

Относительное движение — движение частиц воздуха относительно лопаток рабочего колеса. (На рисунке обозначено буквой w).

Переносное движение — вращение рабочего колеса относительно оси двигателя. (На рисунке обозначено буквой U).

Таким образом, когда частицы воздуха попадают в рабочее колесо со скоростью, обозначенной на рисунке вектором w1, лопатки воздействуют на частицы воздуха придавая им переносную скорость обозначенную на рисунке вектором U. По правилу сложения векторов абсолютная скорость частиц воздуха, в этот момент обозначена вектором u1.

При прохождении через рабочее колесо, за счет диффузорности межлопаточного канала, происходит уменьшение модуля переносной скорости на выходе из рабочего колеса

w2, за счёт кривизны межлопаточного канала происходит изменение направления вектора переносной скорости на выходе из рабочего колеса w2. На выходе из рабочего колеса на частицы воздуха продолжают действовать лопатки, придавая им переносную скорость обозначенную на рисунке вектором U. По правилу сложения векторов абсолютная скорость частиц воздуха, в этот момент обозначена вектором u2, который изменяет направление и увеличивается по модулю. Таким образом в рабочем колесе происходит рост полного давления воздуха.

После рабочего колеса воздух попадает в направляющий аппарат. За счёт диффузорности межлопаточного канала происходит торможение потока, что приводит к росту статического давления. Кривизна межлопаточного канала приводит к повороту потока для получения более эффективного угла входа потока воздуха в следующее рабочее колесо.

Таким образом, ступень за ступенью, происходит повышение давления воздуха. Скорость потока в рабочем колесе растет, в направляющем аппарате — падает. Но, ступени компрессора и весь компрессор проектируют таким образом, что бы скорость потока уменьшалась. При прохождении воздуха через компрессор растет и его температура, что является не задачей компрессора а отрицательным побочным эффектом. Перед входом в первое рабочее колесо может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА) который производит предварительный поворот потока воздуха на входе в компрессор.

Двухкаскадный осевой компрессор двигателя Rolls-Royce RB 199.

Достаточно высокая степень газодинамической инертности лопастных компрессоров является причиной того, что комперссор достаточно медленно набирает обороты, обладает низкой приемистостью. Лопастные компрессоры, как правило, приводятся в движение турбинами, которые, в свою очередь весьма долго снижают свои обороты, таким образом, смена режимов работы таких турбо-компрессоров занимает достаточно длительный промежуток времени. Решением данной проблемы стало разделение компрессоров на каскады. Часть ступеней компрессора стали крепить на одном валу, часть — на другом, каждую из частей, в этом случаи, приводит в движение своя турбина. Данное решение как улучшило работу компрессоров на переходных режимах, так и повысило их газодинамическую устойчитвость. Другим средством повышения газодинамической устойчивости осевых компрессоров стало применение поворачивающихся направляющих аппаратов, для изменния угла входа потока в рабочее колесо, в зависимости от режима работы двигателя.

Сверхзвуковые компрессоры. Частота вращения роторов современных компрессоров достигает десятков тысяч оборотов в минуту. Переносная скорость частицы воздуха в РК (U) зависит от радиуса вращения этой частицы относительно продольной оси двигателя. При достаточно длинном пере лопатки переносная скорость вырастает настолько, что абсолютная скорость движения частицы воздуха становится сверхзвуковой. В данной ситуации компрессор именуют сверхзвуковым, или же ступень компрессора именуют свехзвуковой, если такая ситуация возникает в определенной ступени компрессора.

Центробежный компрессор.

Препарированный ТРД General Electric J-31 с радиальным центробежным компрессором.

Схематическое изображение центробежного реактивного рабочего колеса.

Принцип действия центробежного компрессора в общем сопоставим с принципом действия осевого компрессора, но с одним существенным различием: в центробежном компрессоре поток воздуха входит в рабочее колесо вдоль оси двигателя, а в рабочем колесе происходит поворот потока в радиальном направлении. Таким образом, в рабочем колесе за счет центробежной силы создается дополнительный рост полного давления. То есть частицы рабочего тела получают дополнительную кинетическую энергию.

Рабочее колесо центробежного компрессора представляет собой диск или же сложное тело вращения, на котором установлены лопатки, расходящиеся от центра к краям диска. Межлопаточный канал в центробежном рабочем колесе, так же, как и в осевом — диффузорный. По типу используемых лопаток рабочие колеса квалифицируются на радиальные (профиль лопатки ровный) и реактивные (профиль лопатки изогнутый). Реактивные рабочие колеса обладают более высокими КПД и степенью сжатия, но сложнее в изготовлении, как следствие — дороже. Поток газа попадает в рабочее колесо центробежного компрессора, где частицам газа передается кинетическая энергия вращающегося колеса,диффузорный межлопаточный канал производит торможение движения частиц газа относительно вращающегося колеса, центробежная сила придает дополнительную кинетическую энернию частицам рабочего тела и направляет их в радиальном направлении. После выхода из рабочего колеса частицы рабочего тела попадают в диффузор, где происходит их последующее торможение, с преобразованием их кинетической энергии вв внутреннюю.

Краткое сравнение осевых и центробежных компрессоров

ТРД с осевым компрессором.

ТРД с центробежным компрессором

1. По степени сжатия (повышения давления) в ступени. Большую степень повышения давления обеспечтвают ступени центробежных компрессоров.

2. По реализации многоступенчатости. Многократный поворот воздушного потока в центробежном компрессоре приводит к сложности реализации многоступенчатости в нем.

3. По габаритам. Центробежные компрессоры, как правило обладают достаточно большим диаметром рабочего колеса. Многоступеснчатые осевые компрессоры — обладают меньшим диаметром, но длинее в осевом направлении.

Осевые компрессоры, в основном, используются в самолетных и вертолетных воздушнореактивных двигателях (ВРД). Центробежные в наземных газотурбиннвых двигателях (ГТД) и силовых установках, а так же в различных газоперекачивающих системах, системах вентиляции, всевозможных нагнетателях газа или воздуха.

Wikimedia Foundation. 2010.

Компрессоры центробежные принцип действия — Справочник химика 21

    ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ Принцип действия и устройство [c.186]

    Центробежные компрессоры по принципу действия и устройству подобны центробежным насосам, но имеют особенности, связанные со сжимаемостью перекачиваемой среды и высокими [c.186]

    К динамическим компрессорам помимо центробежных относятся двухроторные, осевые, струйные и другие устройства. Детальное рассмотрение работы и расчета таких компрессоров можно найти в ряде учебников и специальной литературе. В качестве примера ниже рассмотрены и охарактеризованы только двухроторные компрессоры их устройство, принцип действия и некоторые особенности. [c.367]


    ГЛАВА П. ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ 8. Принцип действия центробежных компрессоров [c. 35]

    Динамические компрессоры по принципу действия подразделяются на турбокомпрессоры (радиальные, осевые, вихревые) и струйные. Радиальные турбокомпрессоры часто называют центробежными. [c.11]

    Принцип действия центробежных компрессоров (на примере турбокомпрессора) следующий. Газ поступает в рабочее колесо по кольцевому проходу у вала 1 (рис. 97) и, изменив направление движения на 90°, попадает на лопатки 3. Лопатки работающего колеса машины придают газу вращательное движение. Возникающие при этом центробежные силы сжимают газ и перемещают его от центра к периферии. По выходе из рабочего колеса газ попадает в расширяющийся диффузор 9, расположенный в корпусе, в котором кинетическая энергия частично переходит в потенциальную, т. е. повышается давление газа. Величина повышения давления газа на одном рабочем колесе (степень сжатия) зависит от окружной скорости вращающегося колеса. Чтобы получить высокие давления, газ последовательно пропускают через несколько рабочих колес.[c.139]

    Сжатие й перемещение газов на НПЗ осуществляется с помощью компрессоров. По принципу действия компрессоры разделяются на поршневые, центробежные и винтовые, по назначению — на общепромышленные воздушные и специальные газовые, а по конструктивным особенностям — на бессмазочные и со смазкой маслом. Компрессоры разделяются также на нагнетательные, сжимающие газы от атмосферного давления до необходимого давления нагнетания и дожимающие. [c.275]

    Четвертая глава содержит сведения о лопастных компрессорах. Основное внимание уделено центробежным компрессорам. Приводится их классификация, принцип действия, рассматриваются гидродинамические и термодинамические процессы в них. Рассматривается баланс энергии, к п д, мощность центробежных компрессоров. Кратко приводятся сведения о теории подобия, рассматриваются характеристики Особое внимание уделено режимам работы центробежных компрессоров на сеть, включая явление помпажа. Приводятся данные об особенностях эксплуатации лопастных компрессоров.[c.3]

    Лопастные компрессоры по принципу действия относятся к классу динамических машин. Поступающий в компрессор газ получает энергию в результате воздействия на него вращающихся лопаток рабочего колеса. Лопатки гидродинамически взаимодействуют, образуя круговую (у центробежных компрессоров) или плоскую (у осевых компрессоров) гидродинамическую решетку. Первая представлена на рис. 4.1 (а), вторая — на рис. 4.1(в), [c.59]


    Сжатие газов может производиться в компрессорах объемного и центробежного типов, принципы действия которых аналогичны принципам действия объемных и центробежных насосов. Процесс сжатия газов имеет, однако, и существенное отличие от процесса повышения давления капельных жидкостей в насосах. Оно связано с тем, что газы и пары обладают свойством значительно уменьшать свой объем по мере повышения давления, тогда как у капельных жидкостей сжимаемость настолько мала, что в расчетах их удельный объем обычно считается постоянным.[c.161]

    Центробежные компрессоры. Принцип действия центробежного компрессора основан на том, что давление газа создается за счет центробежных сил, возникающих во вращающемся газовом потоке. Кинетическая энергия, сообщаемая газам рабочим колесом, превращается в энергию давления. Центробежные компрессоры получили значительное распространение на современных укрупненных установках нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Они имеют следующие преимущества по сравнению с поршневыми газ не загрязняется маслом, так как оно подается только в подшипники благодаря большой частоте вращения достигается высокая производительность плавный ход и отсутствие вибраций позволяют сооружать более легкие фундаменты в связи с равномерной подачей газа отпадает необходимость в ресиверах более легкие условия эксплуатации. [c.17]

    К компрессорным машинам относят также вентиляторы и газодувки, а также вакуум-насосы. По развиваемому давлению их разделяют на группы 1) низкого давления (до 0,01 МПа)— вентиляторы 2) среднего давления (от 0,01 до 0,3 МПа)—газодувки 3) высокого давления (от 0,3 МПа и выше) — компрессоры 4) вакуум-насосы — разрежение >0,05 МПа. Газодувки, вентиляторы и вакуум-насосы объединяет с компрессорами общий принцип действия, хотя их конструктивное оформление существенно отличается. Так, например, если для установки необходим центробежный вентилятор высокого давления, то для напора р Я 12 кПа можно использовать газодувку с другой стороны, если напор 18 кПа, то газодувку следует рассчитывать как компрессор. [c.104]

    Начиная с производительности около 25 м /с и выше наряду с центробежными применяют осевые компрессоры, принцип действия которых заключается в превращении половины кинетической энергии в энергию давления на лопатках ротора, а половины — на лопатках статора. Ряды статорных лопаток, характеризующие осевой компрессор, служат для увеличения кинетической энергии и давления, а также для направления потока сжимаемого газа на роторные лопатки. Преимуществами осевых компрессоров по сравнению с машинами с радиальным потоком являются более высокие к. п. д., меньшая масса и меньшие габариты. [c. 24]

    Для сжатия газов я их смесей используют компрессоры. По принципу действия компрессоры делятся на поршневые, ротационные, центробежные и осевые. В поршневых компрессорах газ сжимается в замкнутом объеме цилиндра посредством возвратно-поступательного движения поршня в ротационных — за счет вращательного движения поршня (ротора). В центробежных и осевых компрессорах давление газа повышается под действием центробежных сил, возникающих при вращении рабочих колес. Применение компрессоров той или иной конструкции определяется в основном производительностью и давлением, но при этом учитываются надежность и простота эксплуатации, а также необходимые энергетические затраты на сжатие. В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности широко распространены поршневые и центробежные турбокомпрессоры. Ротационные компрессоры имеют к. п. д. 0,8—0,9, но отличаются сложностью конструкции и обслуживания. [c.28]

    Для сжатия и перемещения газов под этим давлением в установках синтеза применяются специальные машины — компрессоры. По принципу действия компрессоры делятся на поршневые, ротационные, центробежные и осевые. [c.199]

    Центробежный компрессор ЦБК и центробежный насос ЦБН относятся к одному классу динамических машин. Принцип действия их одинаков, они также имеют, как это следует из предыдущего параграфа, конструктивное сходство. Уравнение Эйлера, используемое для ЦБН, применяется также для компрессоров. Для них также можно записать выражение теоретического напора. Используя теорему об изменении момента количества движения, можно записать [c.64]

    Сформулируйте принцип действия роторных, центробежных и осевых компрессоров. [c.208]

    На нефтегазоперерабатывающих заводах для перекачки жидкостей и газов применяют большое число насосов и компрессоров. Эти агрегаты по принципу действия разделяют на центробежные и поршневые, по роду привода — на паровые, с приводом от электродвигателя, паровой турбины или двигателя внутреннего сгорания. Группа оборудования, рассмотренная ниже, характеризуется большим разнообразием типоразмеров, сравнительно небольшими габаритными размерами и массой (обычно не более 10 т). [c.328]


    Компрессоры — мащины, предназначенные для перемещения и сжатия газов до избыточного давления более 0,2 МПа. По принципу действия компрессоры делятся на порщневые, центробежные и ротационные, В зависимости от давления нагнетания компрессоры подразделяются на три группы низкого давления (р = 0,2- 1,0 МПа) среднего давления (р= 1,0+10 МПа) высокого давления (р = 10 + 300 МПа). По развиваемой производительности различают малые компрессоры производительностью до 0,015 mV , средние компрессоры производительностью 1,5 м /с и выше. [c.32]

    По принципу действия компрессоры подразделяются на поршневые, ротационные и центробежные. [c.416]

    Компрессоры холодильных машин по принципу действия подразделяются на поршневые, мембранные, ротационные (пластинчатые и с катящимся ротором), центробежные (турбокомпрессоры) и винтовые (рис. 27). Во всех типах компрессоров (кроме центробежных) пар сжимается в результате уменьшения его объема при движении поршня, прогибе мембраны, вращении ротора или зацеплении двух винтов (зуб одного входит во впадину другого). [c.72]

    Скорость вращения коленчатого вала при номинальной нагрузке газомотокомпрессора обычно поддерживается на заданной величине регулятором центробежного типа. Принцип действия регуляторов этого типа заключается в том, что при увеличении числа оборотов имеющиеся у регулятора грузы расходятся, преодолевая сопротивление пружины, и через систему рычагов заставляют прикрыться газовый клапан, тем самым уменьшая количество газа, подаваемого в цилиндр. Вследствие этого мощность двигателя падает и число оборотов компрессора становится нормальным. Если число оборотов уменьшается ниже нормального, пружины, преодолевая центробежную силу, переместят грузы и заставят газовый клапан открыться больше. Мопщость двигателя возрастает, так как количество газа, поступившее в цилиндр, увеличится и число оборотов компрессора достигнет нормы.[c.236]

    По принципу действия компрессоры подразделяются на центробежные и поршневые. Центробежные Компрессоры применяются в основном для компримирования больших объемов газа до давления 3-10 Па (301 гс/см ) поршневые компрессоры — для создания более высоких давлений. [c.136]

    По принципу действия компрессоры подразделяются на центробежные и поршневые. Центробежные компрессоры применяются в основном для компримирования больших объемов газа [c.211]

    Центробежные компрессоры по принципу действия тождественны центробежным вентиляторам, но более мощны и работают на более высоких скоростях, благодаря чему развивают более высокие давления— до 1 атм на одну ступень. При соединении на одном валу двух или нескольких отдельных ступеней с выходными лопатками между ними, для превращения кинетической энергии можно получить еще более высокие давления многоступенчатые машины этого типа изготовляются для давлений до 10 ат. Такой многоступенчатый центробежный компрессор подобен турбине водяного пара как по принципу действия, так и по общей конструкции. Давление, приходящееся на ступень, зависит от размеров и скорости вращения обычно максимальное отношение давлений на ступень составляет около 1,2. Известны машины даже с 30 степенями. Преимуществами этого типа компрессора по сравнению с поршневьболее простое регулирование объема, 6) небольшие эксплоатационные расходы, 7) возможность непосредственного соединения с турбиной. [c.318]

    По принципу действия компрессоры, так же как и насосы, разделяются на центробежные, осевые, поршневые и ротационные. В отличие от насосов в компрессорах существенно изменяется термодинамическое состояние рабочей среды, поэтому рабочие характеристики компрессоров зависят от исходных [c.89]

    Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры) конструктивно и по принципу действия сходны с многоступенчатыми центробежными насосами. Отличие заключается в том, что рабочим телом является сжимаемый газ и поэтому имеют место [c.310]

    Компрессоры относятся к важнейшим машинам многих химических процессов, где требуется сжатие газа выше 0,4 МН/м (4 кгс/см ). По принципу действия их подразделяют на поршневые, ротационные и центробежные (турбокомпрессоры). [c.307]

    Центробежные компрессоры по принципу действия и устройству аналогичны центробежным насосам. Они состоят из одного или нескольких лопастных колес, при вращении которых развивается центробежная сила, сообщающая газу запас кинетической энергии, преобразующейся затем в энергию давления. В отличие от насосов рабочим телом в центробежном компрессоре является газ, сжатие которого сопровождается уменьшением объема. [c.147]

    Чтобы сохранить число оборотов постоянным, на газомоторных компрессорах обычно применяют центробежные регуляторы. Принцип действия регуляторов этого тина заключается в следующем. При увеличении числа оборотов грузы регулятора расходятся, преодолевая сопротивление пружины, и через систему рычагов прикрывают газовый клапан. Вследствие этого уменьшается количество газа, подаваемого в цилиндр, мощность двигателя падает и число оборотов компрессора становится нормальным. При уменьшении числа оборотов иружины, преодолевая центробежную силу, переместят грузы. В результате этого газовый клапан открывается больше, количество газа, поступающее в цилиндр, увеличивается, мощность двигателя возрастает и число оборотов компрессора становится нормапьпым. Описанная система регулирования называется качественной, так как количество воздуха, поступающего в цилиндр, все время остается неизменным, а регулируется только количество газа, т. е. качество смеси (смесь обедняется или обогащается или, другими словами, изменяется соотношение между количеством газа и воздуха, поступающих в цилиндр). [c.328]

    Все это вместе взятое и обусловливает то огромн1б наличие типов и конструкций машин, которые находят применение в современной технике перемещения, сжатия и разрежения газов. В зависимости от принципа действия, несмотря на большое разнообразие их, все машины для сжатия и перемещения газов можно объединить в основном в три группы, а именно 1) поршневые газовые насосы и компрессоры, 2) центробежные газовые насосы и турбокомпрессоры, 3) струйчатые газовые насосы и компрессоры.[c.119]

    Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры) по принципу действия и конструкции очень близки к турбовоздуходувкам. В турбокомпрессоре на валу смонтировано значительно большее 288 [c.288]

    Центробежные компрессоры по принципу действия аналогичны центробежным насосам. К ним относятся вентиляторы, турбогазо-дувки и турбокомпрессоры. [c.205]

    Машины для сжатия газов от нормального (и выше) до более высоких давлений называются компрессорами, а машины, всасывающие газы из разреженной среды и сжимающие их до нормального давления или несколько выше, — вакуум-насосами. Во всех случаях газу, как и капельной жидкости в насосах, сообщается определенное количество потенциальной (давление) и кинетической энергии. В одних машинах газу сообщается преимущественно потенциальная энергия (давление) путем сжатия его поршнем с возвратно-поступательным движением (поршневые компрессоры) или вращательным (ротационные компрессоры), в других — преимущественно кинетическая энергия, преобразующаяся затем в энергию давления (центробежные, осевые и струйные компрессоры). Отличаясь принципом действия и конструкцией, каждый из указанных типов машин имеет свой диапазон рабочих условий и определенную область наивыгоднейшего применения. [c.134]

    Машины для С. г. —компрессоры — по принципу действия делятся на поршневые, центробежные (или турбокомпрессоры), ротационные и струйные. Кроме того, их классифицируют по степени С. г. (по величине отношения давлений после и до сжатия, р /рх). По этой классификации при РУР1> > машины наз. компрессорами, при Рг/Рх = 1Д — 3— газодувками, при р р1отсасывания газов наз. эксгаустерами, компрессоры для разряжения газов — вакуумнасосами. Производительность компрессоров достигает десятков тысяч нм газа в час, рабочие давления — до 2000 атм. Компрессоры преим. приводятся в движение электродвигателями переменного тока. [c.423]

    В книге дана классификация гидравлических машин. Освещены вопрЬсы теории насосов, вентиляторов и компрессоров. Рассматриваются принципы действия поршневых, центробежных и осевых машин. Уделено внимание ротационным и струйным машинам. Изложены основы аэродинамического и гидравлического расчетов, а также принципы конструирования гидравлических машин.  [c.2]

    По принципу действия компрессоры подразделяются на центробежные и поршневые. Центробежные компрессоры п))11меняются в основиом для комнрнмирова-ния больших объемов газа при средней величине давления (до 30 атл1), для высоких давлений применяют поршневые компрессоры. [c.117]

    Компрессорные машины (компрессоры) предназначаются для пере.мещения и сжатия газов. По принципу действия они подразделяются на машины объемного и динамического сжатия. Машины объемного сжатия делятся в свою очередь на поршневые горизонтальные (односторонние, оппозитньге, угловые), поршневые вертикальные, роторные с обкатываемыми профилями (винтовые и типа руте ), роторные пластинчатые и роторные жидкостно-кольцевые. Динамические компрессоры (турбокомпрессоры) подразделяются на центробежные, осевые и диатомальные.[c.275]

    В плане изучения и описания сжатия газов в компрессорах наиболее важна классификация по принципу действия. Здесь существуют различные подходы. Согласно наиболее простому из них (и, вероятно, весьма удобному в плане рассмотрения в курсе ПАХТ), все компрессоры подразделяют на три фуппы порншевые, центробежные и остальные (обычно их именуют специальными). [c.324]

    Широкое применение получили пластинчатые вакуум-насосы, изготовляемые с двумя, четырьмя и реже с большим числом пластин по принципу действия они идентичны пластинчатым компрессорам. На рис. 111-20, а показан двухпластинчатый, а на рис. 111-20, б — четырехпластинчатый вакуум-насосы. Прн малых диаметрах ротора действия центробежной силы недостаточно [c.171]

    Аналогичен принцип действия во-доколъцевого роторного пластинчатого компрессора (рис. 1.80). Пластины 3 здесь прикреплены к ротору неподвижно, а их концы погружены в эксцентричное ротору водяное кольцо 4, которое образуется за счет центробежной силы, действующей на жидкость, приводимую во вращение концами лопастей. Как и в предыдущем типе компрессора, через всасывающий патрубок 5 газ входит в расширяющиеся секторы между пластинами, ротором и внутренней поверхностью жидкого кольца. Затем, после уменьшения объема секторов и сжатия в них газа, сжатый газ выводится через нагнетательный патрубок 6. [c.167]

    В памятке описаны конструкции и принципы действия центробежных компрессоров. Уделено вннманме приводам компрессоров, приведены сведения j o контрольно-измерительным приборам и автоматизации компрессорных установок, рассмотрены вопросы техники безопасности. [c.2]


Компрессор центробежный — Энциклопедия по машиностроению XXL

I — электрические генераторы легкие насосы, компрессоры центробежные и ротационные ленточные конвейеры станки токарные, сверлильные, шлифовальные веялки, сепараторы, легкие грохоты.  [c.498]

Показатель политропы охлаждаемого компрессора k > п > для неохлаждаемого компрессора (центробежные, осевые) п > k.[c.145]

Компрессорами называют машины, предназначенные для сжатия воздуха, а также других газов и паров. Широко применяемые в технике компрессоры делятся на лопаточные и объемные. В лопаточных компрессорах (центробежных и осевых) рабочее тело в результате вращения ротора разгоняется до значительных скоростей, а затем кинетическая энергия потока превращается в потенциальную энергию давления. При этом давление в вентиляторах возрастает до 0,01 МПа, в воздуходувных мащинах — до 0,3 МПа. В объемных компрессорах (поршневых и ротационных) газ сжимается за счет уменьшения замкнутого объема, в котором он находится.  [c.191]


Чтобы убедиться в этом, рассмотрим кратко устройство и принцип действия центробежного компрессора. Центробежный компрессор (нагнетатель) состоит из следующих основных частей (рис. 10-2) входного патрубка /, рабочего колеса 2, диффузора 3 и выходных патрубков 4.[c.360]

Ротор состоит из вала с дисками или барабана с полуосями, рабочих лопаток, упорного гребня, элементов наружных уплотнений и полумуфты (рис. 2.5). По назначению различают роторы активных турбин, реактивных турбин, компрессоров (центробежных и осевых) по конструкции — роторы дисковые, барабанные и смешанные (рис. 2.5) по тепловому режиму — неохлаждаемые и охлаждаемые по частоте вращения — жесткие и гибкие по способу изготовления — цельнокованые, сварные, с насадными дисками и наборные [13, 37].  [c.29]

I Небольшие вентиляторы и воздуходувки. Насосы и компрессоры центробежные и ротационные. Токарные, сверлильные и шлифовальные станки. Ленточные транспортеры До 120 Почти постоянная 1,0 0,9 0,8 0,9 0,8 0,7  [c.454]

Это выражение, лежащее в основе расчёта всех турбомашин (центробежных компрессоров, центробежных насосов и т. д.), носит название уравнения Эйлера.  [c.561]

Основными элементами всякого ТРД (рис. 5.2) являются входное устройство, компрессор (центробежный или осевой), камера сгорания, газовая турбина, реактивное сопло.  [c.195]

Особенности ГТД различных схем. Авиационные газотурбинные двигатели очень разнообразны по компоновочным схемам, которые отличаются рядом конструктивных признаков и элементов числом роторов турбокомпрессора (одно-, двух- или трех-вальные), наличием или отсутствием охлаждения турбины, типом компрессора (центробежный или осевой) и способом его регулирования (перепуск воздуха, поворотные статорные лопатки или разделение компрессора на каскады), схемой камеры сгорания (кольцевая, трубчато-кольцевая или индивидуальная), наличием или отсутствием форсажной камеры и т. д.  [c.12]

Станки с непрерывным процессом резания токарные, сверлильные, шлифовальные, легкие вентиляторы, насосы и компрессоры центробежные и ротационные, ленточные конвейеры, веялки, сепараторы, легкие грохоты, машины для очистки и погрузки зерна и др.[c.741]

Для повторного сжатия пара могут быть применены механические компрессоры (центробежные или ротационные) с приводом от паровой турбины или с электроприводом, а также пароструйные компрессоры. Несмотря на трудность каких-либо обоб-  [c.160]

Для заливки верхних половинок опорных подшипников паровых турбин, судовых и стационарных паровых машин мощностью до 1200 л. с., лесопильных рам, гидротурбин, электроприводов, электродвигателей, генераторов, компрессоров, центробежных насосов, вакуум-насосов, редукторов и шестеренных клетей прокатных станов, подъемных мащин мощностью до 18 00 л. с., дробилок  [c.161]


Какой компрессор — центробежный или осевой  [c.69]

Небольшие вентиляторы и воздуходувки Насосы и- компрессоры центробежные и ротационные  [c.469]

Компрессоры центробежные всасывание 18-23  [c. 626]

Компрессор центробежный (турбокомпрессор)  [c.274]

Устройство центробежного компрессора. Центробежные компрессоры, как правило, выполняются многоступенчатыми. Две или три последовательно включенные ступени составляют секцию (рис. 24.11), после которой газ обычно направляется в охладитель. Центробеж,ныс компрессоры выполняются двухсекционными с одним и трехсекциоп-пыми с двумя охладителями газа.  [c.232]

По характеру рабочего процесса различают активные и реактивные лопатки турбин и компрессоров (центробежных и осевых) по форме — лопатки с постоянным по длине и переменным профилем (закрученные или винтовые) по способу сопряжения друг с другом — лопатки с утолщ,енным хвостом и лопатки с промежуточными телами по роду рабочего тела — лопатки паровых турбин, газовых турбин и компрессоров по температурному режиму — лопатки неохлаждаемые и охлаждаемые по способу изготовления —  [c.27]

Компрессоры центробежные неохлаждаемые — Процесс сжатия 12 — 570 Конвейерно-кленльные прессы — Рабочее место — Организация 14 — 240 Конвейерные весы — см. Весы конвейерные Конвейерные дозаторы лопастные — см. Дозаторы конвейерные лопастные Конвейерные канатные дороги подвесные 9—1012  [c.108]

Радиально-осевые турбины, называемые также центростре.ми-тельными, применяются для газотурбинных установок малой мощности (до 500 кет) при небольшом тепловом перепаде. Турбину выполняют обычно одноступенчатой, компрессор — центробежным (рис. 142). Колесо турбины (слева) и крыльчатка компрессора примыкают к одному и тому же фланцу вала. В некоторых случаях оба колеса выполняют в виде одной детали из одной отливки или поковки.  [c.174]

При расчетном определении показателей мощных комбинированных установок принимались следующие основные данные температура рабочего тела перед соплами турбин = 750° С топливо — природный газ с Qн = = 8500 ккал1нм к. и. д. турбин 0,9 политропический к. п. д. осевых компрессоров 0,9, а компрессоров центробежного типа 0,8 механические к. и. д. для компрессоров 0,99 и для турбин о, 995 к. п. д. насосов 0,7 потери давления в камерах сгорания и при входе в компрессор низкого давления 1% потеря от неполноты сгорания 2%.  [c.97]

Газовый (топливный) компрессор центробежного типа, 10-ступенчатый, трехкорпусный. Число оборотов 16 300 в минуту. Производительность компрессора 3100 м 1ч. Давление на входе 3,5 ama, на выходе 22 ama. Мощность электродвигателя, от которого приводится компрессор, 2000 л. с.  [c.83]

Для использования значительной скорости за рабочим колесом установлен осевой и радиальный диффузоры. Компрессор для воздуха и компрессор для доменного газа размещены в общем корпусе. Общий ротор компрессоров показан на рис. 5-10. Он вращается также при 8500 об1мин. Воздушный компрессор одноступенчатый, с радиальными лопатками. Максимальная окружная скорость 385 м1сек. Газовый компрессор центробежного типа, четырехступенчатый, с радиальными лопатками и безлопаточным диффузором.  [c.161]

В 1895 — 1900 годах были изобретены торцовые уплотнения, которые начали применять в холодильных компрессорах, центробежных насосах и других машинах лишь в 20-х годах. В это же время появились роторные аксиальнопоршневые гидромашины с торцовыми шлицевыми уплотнениями — распределителями.  [c.5]

Станки с непрерывным процессом Спокойная. Мак-резания токарные, сверлильные, шли- симальная кратко-фовальные легкие вентиляторы на- временная нагрузка сосы и компрессоры центробежные и до 120 % от номи-ротационные ленточные конвейеры нальной веялки, сепараторы, легкие грохоты машины для очистки и погрузки зерна и др.  [c.113]

До 100 До 100 1 Св. 100 До 100 1 компрессоры, центробежные насосы, вентиляторы, элек-  [c.263]


Компрессоры авиационных ГТД. | АВИАЦИЯ, ПОНЯТНАЯ ВСЕМ.

Здравствуйте, уважаемые читатели!

Тема сегодня достаточно непростая из-за своей изначальной обширности и сложности теории осевого компрессора. По крайней мере для меня она всегда в определенных аспектах была таковой :-). Но исходя из политики сайта постараюсь ее сократить до основных понятий, упростить и втиснуть в одну статью. Что получится, не знаю… Увидим :-)…

При этом… Говоря о таких сложных устройствах, как авиационный газотурбинный двигатель, несмотря на постоянное стремление к простоте рассказа, приходится периодически обращаться к точным техническим наукам. Благо, что такое бывает не часто, не глубоко и обычно хватает школьного курса физики. Прямо, как сейчас :-).

Итак, чуть-чуть теории.

Тепловые машины уже упоминалось нами неоднократно. И, видимо термин этот появится еще не раз, потому что все двигатели, используемые на современных летательных аппаратах, представляют из себя именно тепловые машины (двигатели), то есть такие, принцип работы которых основан на превращении внутренней энергии (в том числе тепловой) рабочего тела (газа) в полезную работу в процессе его расширения.

Все используемые в настоящее время силовые установки на летательных аппаратах принадлежат к определенному виду — двигателям внутреннего сгорания (ДВС). Исходя из самого названия понятно, что процесс сгорания топлива у них происходит в специальных внутренних камерах.

Причем такие двигатели могут представлять из себя как поршневые машины (класс так называемых объемных расширительных машин), так и лопаточные машины (эти обычно относятся к динамическим расширительным машинам).

Нетрудно заключить, что представителями первых являются поршневые ДВС (как бензиновые, так и дизельные), а вторых – газотурбинные. Понятно, что коль скоро все темы у нас авиационные, то и двигатели имеются ввиду тоже авиационные :-).

Для любого теплового двигателя с точки зрения его практического применения самым важным термодинамическим процессом является процесс расширения рабочего тела, выливающийся в итоге в создание мощности на валу, а также реактивной тяги (для динамических расширительных машин). То есть ради этого такие двигатели собственно и применяются.

Однако начальный этап при формировании рабочего цикла любого ДВС – это сжатие. Уже после него в камере сгорания организуется подвод тепловой энергии к сжатому рабочему телу (газу). Делается это потому, что согласно законам термодинамики при одинаковом расширении нагретый газ совершает работу большую, нежели холодный.

То есть в итоге работа, полученная при расширении сжатого и затем нагретого газа в цикле теплового двигателя, больше работы чистого сжатия, что собственно и нужно для работоспособного двигателя, так как эта разница как раз и идет на благие цели, то есть вращает вал (а значит и винт), создает реактивную тягу или то и другое вместе.

Идеальный цикл ГТД. Цикл Брайтона.

Термодинамические циклы, принципиально описывающие рабочий процесс в двигателях,  применяемых для авиации это цикл Отто для поршневых двигателей и цикл Брайтона/Джоуля для газотурбинных двигателей. Показанные на рисунках – это циклы идеальные. Реальные процессы несколько отличаются от идеальных, однако позволяют производить общий технический расчет двигателя.

Идеальный цикл поршневого ДВС. Цикл Отто.

Процесс сжатия в целом очень важен для теплового двигателя. Чем выше давление в цикле, тем больше его работа, а значит и мощность. Давление подводимого воздуха определяет процессы горения в камере сгорания, напрямую влияя на полноту сгорания, а значит и экономичность ( а также эмиссионные выбросы).

Чем выше степень сжатия, тем ниже потребление топлива. Этот факт описывается таким физическим термином, как термический КПД цикла. Такой КПД характеризует совершенство превращения теплоты в механическую работу.

Формулы этого КПД как для поршневого двигателя, так и для ГТД (для идеальных циклов) выглядят красноречиво. В правой стороне этих формул в знаменателе только одна изменяемая величина – степень повышения давления π (для ГТД) или степень сжатия n (для поршневых двигателей).

Автомобилистам в этой области хорошо известно понятие «компрессия». Хотя этот термин не означает буквально степень сжатия в цилиндре, но напрямую с ним связан. Двигатель с малой компрессией будет плохо работать и потреблять много топлива.

Примерно то же самое в плане улучшения условий горения можно сказать и о газотурбинном двигателе. Однако влияние степени повышения давления в нем на тяговые характеристики не столь однозначно, потому что чем выше давление, тем больше мощность необходимая для его получения.

Несмотря на принципиальную одинаковость тепловых процессов в поршневом и газотурбинном двигателях, существует определенное отличие в организации их протекания. В поршневом двигателе все процессы протекают практически в одном и том же объеме – цилиндре. По этой причине они не могут быть непрерывными, то есть поршневой двигатель – это двигатель периодического действия.

В ГТД же все процессы термодинамического цикла идут непрерывно и постоянно, то есть это двигатель непрерывного действия. Этот факт – одна из причин того, что мощность газотурбинного двигателя при прочих равных условиях ощутимо выше.

Ведь в единицу времени через него проходит значительно большая масса воздуха, или точнее говоря рабочего тела.  А каждая единица массы рабочего тела – это источник полезной работы.

В итоге через такой двигатель ежесекундно прокачиваются большие массы воздуха (100-300 кг/с и более), которые к тому же сжимаются до больших величин (на современных двигателях давление может повышаться более чем в 35 раз). Столь важные и «нелегкие» функции в ГТД выполняет отдельный, очень важный агрегат — компрессор.

Немного истории.

Газотурбинные двигатели (как и их предшественники паротурбинные установки) изначально разрабатывались для получения механического привода различных промышленных машин.

Авиация, конечно, первоначально не входила в планируемую сферу применения подобного рода агрегатов хотя бы по той простой причине, что она сама появилась достаточно недавно. Идея применения ГТД в авиации впервые была сформулирована (по некоторым источникам) в 1890 году русским инженером В.Д. Кузьминским, а первые патенты на турбореактивные двигатели стали выдаваться в 1920-е годы.

Газовая турбина Джона Барбера.

История их создания охватывает достаточно большой период времени. Первый патент на газовую турбину (а точнее говоря все же газотурбинный двигатель) был выдан в 1791 году англичанину Джону Барберу.

В двигателе Барбера топливом служил горючий газ, получаемый при перегонке из угля, нефти, дерева и т.п. Он подавался поршневым компрессором в камеру сгорания, куда другим компрессором накачивался воздух. Продукты сгорания поступали на осевую турбину, которая с помощью механических передач (в т.ч. цепных) приводила указанные компрессоры.

По сути дела этот двигатель имел все необходимые компоненты реального ГТД. Имелась даже система водяного охлаждения турбины. Но конечно низкий уровень знаний создателя и отсутствие теории тепловых процессов в двигателе делало его примитивным и фактически неработоспособным.

Таковым положение оставалось вплоть до начала 20-го века. Интересно, что в 1902 году один из известных в те годы разработчиков паровых турбин Чарлз Парсонс (Charles Algernon Parsons) сказал буквально следующее: «Я думаю, что газовую турбину никогда создать не удастся. Об этом не может быть двух мнений.»

Сам Парсонс неоднократно пытался это сделать и в некоторых его патентах описывались полноценные модели ГТД, состоящих из компрессора, камеры сгорания и турбины, и работающих на жидком топливе.

Но для решения этой задачи, то есть создания работоспособной газовой турбины с высоким КПД равной или превосходящей паровую по экономичности и мощности, нужно было решить две непростые задачи. Первая – это обеспечение высокой температуры в начале процесса расширения, а вторая – создание высокоэффективного агрегата для сжатия воздуха, то есть компрессора.

Обе эти задачи к тому времени были практически неразрешимы. Первая из-за отсутствия специальных жаропрочных материалов, а вторая из-за неразвитости науки, в частности аэродинамики.

В паротурбинной установке рабочее тело сжимается после конденсации в жидком состоянии насосом, который является простым, экономичным и дешевым устройством. Да и сама работа сжатия в паро-водяном цикле незначительна.

В газотурбинном же двигателе сжимается воздух, причем работа сжатия, как уже упоминалось выше, достаточно велика. Обычно она бывает не меньше половины работы, которую производит турбина. Так как это значительно уменьшает полезную работу цикла двигателя, то требования как к мощности, так и к экономичности компрессора (то есть к его КПД) достаточно высоки.

На первых этапах создания полноценных газовых турбин (а по сути дела ГТД со своим компрессором) были попытки применить в качестве компрессоров обычные поршневые устройства, в начале 1930-х годов даже пробовались объемные винтовые компрессоры. Но ни один из подобного рода агрегатов не мог обеспечить требуемых характеристик сжатия (как мощность, так и КПД). И это была одна из причин столь категорического заявления Парсонса.

«Радикальную обработку» воздуха могли обеспечить только осевые или центробежные компрессоры. В 1930-х годах все чаще стали появляться проекты ГТД именно с такого рода компрессорами. Одним из первых, например, стал проект английского инженера Френка Уиттла (Sir Frank Whittle) от 16 января 1930 года.

Один из вариантов двигателя Уиттла.

В этом проекте был использован комбинированный компрессор, состоявший из нескольких осевых и центробежной ступеней. Однако, существовавший в то время уровень развития науки и техники не позволял полноценно использовать  осевой компрессор и в подавляющем большинстве тогдашних проектов и двигателей использовался только центробежный компрессор.

Турбореактивный двигатель W-1.

Уиттл тоже в дальнейшем использовал только двусторонние центробежные компрессоры, в которых воздух всасывался с двух сторон, а выходил радиально. По такой схеме был создан первый ТРД W-I (Уиттл -1). Он при массе 287 кг развивал тягу 388 кГ и был установлен на истребителе Gloster Е28/39. 15 мая 1941 года состоялся первый полет этого самолета с двигателем W-I.

Такое положение просуществовало практически до конца 1950-х годов. В дальнейшем на первый план все увереннее стал выходить более выгодный по многим параметрам осевой компрессор. Хотя центробежный не сошел со сцены и до сих пор используется на некоторых типах двигателей, часто в комбинации с осевым.

Принцип работы двигателя W-1 и размещение его в в самолете Gloster E28/39.

Экспериментальный истребитель Gloster E28-39 Pioneer.

На данный момент на подавляющем большинстве ГТД компрессор представляет из себя осевую многоступенчатую машину. Это один из самых дорогих и трудоемких в исполнении агрегатов двигателя, не идущий, конечно, ни в какое сравнение с насосами паротурбинных установок или другими поршневыми машинами, но отлично выполняющий работу, которая им не под силу.

Центробежные компрессоры ГТД.

В английском сentrifugal compressors (ЦК). Другое, менее употребимое название, – радиальный. Главный элемент центробежного компрессора – крыльчатка. Она представляет собой достаточно большой (в диаметре до 1 м) диск (или колесо), насаженный на вал турбины и приводимый ею во вращение.

С одной, а чаще с обеих сторон на диске имеются специальные криволинейные лопатки, расположенные от центра по радиусу и загнутые в сторону вращения. Их называют заборными (от понятия «забор воздуха»).

Центробежный компрессор двигателя РД-45.

Лопатки могут быть изогнуты как относительно двух пространственных осей (Х,У), это так называемый 2-D тип, так и относительно трех осей (X,Y,Z), это тип 3-D. А само колесо может быть как с открытыми лопатками, так и с закрытыми или полуоткрытыми. Второе его название импеллер.

Типы импеллеров центробежного компрессора.

Закрытые импеллеры чаще всего применяются в компрессорах наземных энергетических установок. Кроме того типичный закрытый импеллер – это крыльчатка обыкновенного бытового пылесоса.

В ТРД крыльчатка (или рабочее колесо) обычно располагается внутри корпуса, в котором организован вход для атмосферного воздуха (или два, если заборные лопатки с двух сторон) и выход для сжатого воздуха, перенаправляемого в камеру сгорания.

Схема принципа работы центробежного компрессора.

Двойной вход и заборные лопатки с двух сторон позволяют увеличить расход воздуха через двигатель и устраняют действие осевой силы на ротор. Скорость вращения колеса до 15000 об/мин, а окружная скорость на крайней точке обода до 500 м/с.

В каналах входа двигателя часто располагают неподвижные лопатки, именуемые входным направляющим аппаратом. Они имеют такую конфигурацию, что входящий воздух отклоняется и подкручивается перед входом в рабочее колесо. Относительная скорость колеса и лопаток становится меньше, и это позволяет увеличить скорость вращения крыльчатки, повышая сжатие и сохраняя устойчивую работу компрессора.

Механизм повышения давления в центробежном компрессоре достаточно прост и основан на двух источниках. Первый – это центробежная сила. Воздух, поступающий к рабочему колесу, захватывается и закручивается заборными лопатками с большой скоростью.

Обладая массой, вращающийся воздух отбрасывается от центра к периферии колеса с силой тем большей, чем он ближе к периферии (из-за возрастания окружной скорости). В итоге с крыльчатки «сходит» масса воздуха, сжатая центробежной силой.

Треугольники скоростей для крыльчатки центробежного компрессора.

Источник второй. Воздух, сошедший с крыльчатки за счет разгона в ней обладает линейными скоростями (окружная, абсолютная и относительная), превышающими скорости, с которыми он в нее входил (треугольник скоростей на рисунке).

Это означает, что его кинетическая энергия возросла. В этом случае имеет смысл преобразовать ее в потенциальную или, вспоминая уравнение Бернулли, преобразовать динамическое давление в статическое, то есть сжать выходящий воздух еще больше.

Это с успехом делается в устройстве, именуемом диффузор.

Схема работы диффузора центробежного компрессора.

Так как аэродинамические процессы с изменением давлений и скоростей газового потока – основа теории авиационных ТРД,

то диффузоры – это обязательная принадлежность таких двигателей. Обычно это расширяющийся в том или ином виде канал, в котором газовый поток теряет скорость с соответствующим увеличением давления.

Диффузор центробежного компрессора представляет из себя кольцеобразный канал, охватывающий крыльчатку по ее внешнему контуру. Воздух попадая туда из узких межлопаточных каналов тормозится с увеличением давления.

Изменение параметров по тракту ЦБ.

Такого рода диффузор может выполняться как без лопаток, так и со специально установленными лопатками, похожими по конфигурации на лопатки импеллера (2-D). Кроме того диффузор может быт комбинированным.

В этом случае безлопаточный диффузор называется щелевым и представляет собой щель шириной около 15-30 мм, опоясывающую крыльчатку. Далее за ним в диаметральном направлении следует лопаточный диффузор.

Сжатый воздух после прохождения диффузора попадает в камеру сгорания по каналам, конфигурация которых зависит от конструкции КС. Но в любом случае эти каналы имеют форму, близкую к Г-образной, что не лучшим образом сказывается на КПД компрессора, потому что неизбежно ведет за собой увеличение гидравлических потерь.

Основные элементы центробежного компрессора.

Центробежные компрессоры чаще всего одноступенчатые (то есть с одной крыльчаткой), бывает и несколько ступеней, но обычно не более 2-х, так как велики гидропотери между ступенями. В качестве примера современного применения ЦБ компрессора можно привести турбовинтовые двигатели семейства Garrett TPE331.

Турбовинтовой двигатель Garrett TPE331 с двухступенчатым центробежным компрессором.

Эти двигатели имеют двухступенчатый центробежный компрессор. Устанавливаются в основном на небольшие ближнемагистральные пассажирские, транспортные и спортивные самолеты. Например: Ан-38, Jetstream 41, Cessna 441 Conquest II и даже при ремоторизации нашего Ан-2 (новое название ТВС-2МС).

Самолет Ан-38-120.

Самолет Jetstream 41 с двигателями Garrett TPE331.

Самолет Cessna 441 Conquest II с двигателями Garrett TPE331.

Самолет ТВС-2МС. Ремоторизированный Ан-2 с двигателем Garrett TPE331.

Осевой компрессор ГТД.

В английском аxial compressor или axial-flow compressor (ОК). В этом компрессоре в отличие от центробежного воздух в процессе сжатия продвигается по оси (а не от центра к периферии), откуда и произошло такое название.

Осевой компрессор – типичная лопаточная машина. Согласно выдержки из Википедии «рабочий процесс в лопаточных машинах происходит в результате движения рабочего тела через системы неподвижных каналов и межлопаточных каналов вращающихся колес».

Совершенно точное определение. Конструкция и принцип действия ОК полностью ему соответствует. Этот компрессор состоит из ряда так называемых ступеней, количество которых может быть различным в зависимости от величины требуемой степени повышения давления (обозначается πк) и назначения: от одной-двух до 14 и больше.

Компрессор одновального ТРД.

Ступень состоит из двух рядов (их еще называют венцы) лопаток специального профиля. Первый ряд – это так называемое рабочее колесо, которое «сидит» на одной оси с турбиной и ею приводится во вращение. То есть лопатки эти подвижные. Второй ряд – так называемый направляющий аппарат (НА). Эти лопатки неподвижны и соединяются с корпусом компрессора.

Воздух, проходя по тракту осевого компрессора, участвует в сложном движении. Это в первую очередь абсолютное движение массы воздуха по тракту (скорость С), также движение относительно лопаток (скорость W) и движение, придаваемое массам воздуха вращающимся рабочим колесом (скорость вращения рабочего колеса U).

Повышение давления в осевом компрессоре тоже, как и в центробежном, имеет два источника и каждый венец лопаток вносит в это свой вклад. Лопатки рабочего колеса расположены и спрофилированы так, что промежутки между ними имеют вид расширяющихся каналов (диффузор). Естественным следствием этого является торможение воздушного потока в этих каналах с повышением статического давления.

Но при этом те же лопатки захватывают воздушные массы и, закручивая их в направлении вращения ротора, отбрасывают дальше по тракту компрессора, тем самым увеличивая их скорость, а значит и кинетическую энергию (или динамическое давление).

Эту энергию можно преобразовать в потенциальную (тот есть поднять статическое давление воздуха за счет уменьшения динамического) примерно тем же способом, как и для центробежного компрессора, то есть пропустить через диффузор.

Роль диффузора в этом случае играют лопатки направляющего аппарата. Они подобно рабочим лопаткам тоже формируют между собой расширяющиеся каналы, в которых воздух тормозится с повышением его давления. Кроме того НА разворачивает поток, формируя нужный угол его вхождения в следующую ступень.

Треугольники скоростей потока при входе в рабочее колесо и НА показаны на рисунке. Давление повышается в рабочем колесе за счет падения скорости от W1 до W2, а в НА от С2 до Свых. После выхода из ступени воздушный поток имеет абсолютную скорость, близкую к той, которая была до вхождения и, соответственно, повышенное давление (примерно на 25-30%).

Изменение скоростей потока при прохождении ступени осевого компрессора (со входным направляющим аппаратом).

Изменение параметров по тракту осевого компрессора.

Лопатки направляющего аппарата в осевых компрессорах на многих двигателях выполняет еще одну достаточно ценную функцию, опять же близкую по назначению к аналогичной фннкции подобных лопаток на ЦБ компрессорах. Такие лопатки называются ВНА – входной направляющий аппарат.

Они устанавливаются на входе в двигатель непосредственно перед первой ступенью и организуют предварительную «закрутку» воздуха, который входит в двигатель по его оси со скоростью С. ВНА отклоняет этот воздух, придавая ему скорость С1, тем самым улучшая углы обтекания рабочих лопаток и позволяя увеличить скорость вращения рабочего колеса, что увеличивает напорность ступени.

Поворотные лопатки ВНА двигателя АЛ-21Ф-3 (комплектация «С»). Самолет семейства Су-17М.

ВНА на некоторых двигателях делаются управляемыми. Своими торцами они расположены на поворотных осях и по командам автоматики управления двигателем могут менять угол своего расположения по отношению к потоку в зависимости от режима работы двигателя и внешних условий.

Диагональный компрессор ГТД.

В английском его называют mixed flow compressor или diagonal flow compressor (ДК). Почему «смешанный поток» ясно из его принципа действия. Он занимает промежуточное положение между ЦК и ОК. Это означает, что поток воздуха движется в нем как в радиальном, так и в осевом направлении, то есть в итоге имеет суммарное движение по диагонали.

Отличие диагонального компрессора (В) от осевого (А) и центробежного (Б).

Однако преобладает при этом обычно осевое направление. Конструктивно это выражается в том, что в таком компрессоре крыльчатка, унаследованная от ЦК, имеет ощутимо увеличенные осевые размеры. В некотором роде она может напоминать некий осевой мини-компрессор с одним рабочим колесом.

Примерный вид крыльчатки (ступени) диагонального компрессора.

Диагональный компрессор не требует для себя выходной диффузор большого диаметра, как у центробежного компрессора, но при этом по сравнению с ЦК имеет увеличенные осевые размеры (при прочих равных условиях). Крыльчатка ДК изготавливается на тех же принципах, как и крыльчатка ЦК.

Такие компрессоры в авиационных ГТД применяются очень мало, в основном на небольших или вспомогательных двигателях (ВСУ). Как пример можно привести двигатель Pratt & Whitney Canada PW610F. Это турбовентиляторный двигатель с одноступенчатым диагональным КВД. Двигатель сертифицирован к применению на самолете Eclipse 500. Самолет из раздела легких реактивных.

Двигатель PW610F с диагональным КВД.

Самолет Eclipse 500 с двигателями Pratt & Whitney Canada PW610F.

В последнее время ДК часто применяются в модельном конструировании турбореактивных двигателей.

Комбинированные компрессоры.

Помимо основных видов существуют также и комбинированные виды компрессоров. Это осецентробежные и оседиагональные. Наиболее часты в применении осецентробежные в различных конфигурациях. Обычно они устанавливаются на двигателях, где внешние диаметральные размеры не играют особой роли.

Это чаще всего турбовальные двигатели для вертолетов. В качестве примера можно привести вертолетные двигатели французской фирмы Turbomecа, такие как Makila 1A1 (вертолеты Eurocopter AS 332) или Arrius 2B2 (вертолеты Eurocopter EC 135).

Турбовальный двигатель MAKILA-1A1 с осецентобежным компрессором.

Турбовальный двигатель Makila 1A1.

Вертолет Eurocopter AS 332 Super Puma с 2-мя турбовальными двигателями Makila 1A1.

Турбовальный двигатель ARRIUS-2B1 с осецентробежным компрессором.

Турбовальный двигатель Arrius 2B2.

Вертолет Eurocopter EC 135Т1 с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2B1.

КПД и потери.

Помимо роста давления воздуха в компрессоре растет и его температура. На входе в камеру сгорания в зависимости от типа и конструкции компрессора она вможет достигать величины 300-400°С. Причина этому – физические условия работы ГТД.

То есть двигатель – реальный агрегат. Поэтому цикл его работы, как теплового двигателя, все же несколько отличается от идеального цикла Брайтона и представляет из себя реальный цикл, в котором учтены гидравлические потери. От них в реальной работе никуда не деться.

Реальный цикл Брайтона — сплошная линия. Идеальный — пунктир.

Именно поэтому существует понятие КПД, которое показывает, вся ли работа, переданная турбиной компрессору расходуется по назначению, то есть на повышение давления. На самом деле не вся. Часть ее расходуется на компенсацию потерь, которые по большей части относятся к гидравлическим.

Это профильные потери или потери на трение, потери на образование вихрей при турбулизации потока вокруг лопаток, потери при концевом перетекании воздуха на рабочих лопатках осевого компрессора.

Работа, затрачиваемая на преодоление сил трения, выделяется в виде тепла. В результате воздух нагревается. То есть в реальном рабочем цикле ГТД сжатие происходит по политропе, а не по адиабате, как в идеальном цикле, и конечная температура воздуха в конце реального (политропного) процесса выше, чем могла бы быть в адиабатном процессе без внешнего подвода тепла.

Достаточно большое влияние на эффективность осевых компрессоров оказывают потери энергии, возникающие из-за перетекания воздуха через радиальные зазоры рабочих лопаток.

Сами по себе лопатки осевого компрессора имеют определенный аэродинамический профиль. Верхняя, выпуклая сторона рабочей лопатки называется спинкой, а вогнутая — корытцем. При вращении рабочего колеса на корытце образуется зона поддавливания, а на спинке – разрежение.

Далее картина примерно та же, что и у самолетного крыла (описано здесь). То есть из-за разности давлений возникает явление перетекания воздуха из области повышенного давления в область пониженного с образованием сложного вихревого течения. В компрессоре к тому же рабочее колесо за счет вращения этому еще больше способствует, как бы «выдавливая» воздух через радиальные зазоры на спинки лопаток.

Для самолета подобное явление чревато увеличением сопротивления (индуктивное сопротивление), а для компрессора снижением эффективности, то есть меньшим повышением давления при той же затрате энергии на вращение компрессора или, говоря иначе, снижением напорности и КПД.

В целях предотвращения задевания верхней кромки лопатки за корпус во время работы (что чревато заклиниванием ротора) устанавливается определенный радиальный зазор, то есть зазор между верхней оконечностью лопатки и корпусом компрессора. В среднем его величина около 0,5-2,0мм. Она зависит от конструктивных размеров и режимов работы двигателя.

Лопатки во время работы подвергаются механической и температурной деформации (особенно лопатки последних ступеней). Иначе говоря, просто вытягиваются, потому как нагрузки при больших частотах вращения очень велики. Этот факт, а также производственные допуски  на точность изготовления обязательно учитывается при выборе радиального зазора во время проектирования.

С появлением высоконапорных компрессоров с большим показателем πк и, как следствие, более укроченными лопатками последних ступеней (или компрессора высокого давления – КВД), влияние перетекания усилилось. Поэтому появилась необходимость управления радиальными зазорами, особенно в высоконапорных ступенях КВД.

Способы такого управления условно делят на пассивные и активные. К первым относятся различные конструктивные мероприятия, которые стабилизируют величину радиальных зазоров по режимам работы двигателя.

Увеличиается жесткость всей конструкции, подбираются материалы, обеспечивающие одинаковое термическое расширение деталей роторов и сопрягаемых с ними деталей корпуса и деталей с уплотнителями.

Это позволяет уменьшить сам радиальный зазор и снизить выработку уплотнений. Над рабочими лопатками в корпусе располагают специальные уплотнители из материала более мягкого, истирающегося при соприкосновеии с лопаткой (например алюмографит, то есть смесь окиси алюминия с графитом).

Активное же управление обеспечивается за счет механического смещения вышеуказанных сопрягаемых деталей, либо же за счет принудительного охлаждения (воздухом) уплотняющих деталей (колец), упруго соединенных с корпусом компрессора или дисков рабочих колес. Подобного рода мероприятия, кстати, активно применяются также на турбинах современных и перспективных двигателей.

Такие меры позволяют повысить КПД двигателя на основных эксплуатационных режимах и снизить расход топлива на 1-3%.

Так как лопатки компрессора представляют собой аэродинамические поверхности, подобные профилю крыла, то вихреобразование, имеющее место при различных режимах обтекания, —  явление практически неизбежное.

Это различного вида и конфигурации спутные струи и зоны турбулентности, образующиеся при изменении углов атаки лопаток и срыва потока с их поверхности. Образование такого рода вихрей – один из источников энергетических потерь в компрессоре.

Сравнение формы лопаток 2-D и 3-D.

С целью максимального устранения возможности возникновения такого рода явлений проводится «облагораживание» воздушного тракта компрессоров. Это касается как качества и чистоты поверхности, так и тщательной отработки формы рабочих лопаток. На современных двигателях в осевых компрессорах все чаще находят применение лопатки, разработанные и изготовленные по так называемой 3-D технологии (двигатель SaM-146, CFM-56-7 и др.).

Такие лопатки от комля до верхней кромки имеют специально рассчитанные обводы, максимально приспособленные к обеспечению безотрывного обтекания.

Коэффициент полезного действия (политропический) современных осевых компрессоров достигает 92% (и даже выше). Аналогичные КПД центробежного компрессора около 83-85%, а для диагонального компрессора около 85-87%.

Однако, компрессор – это все-таки стабильная металлическая конструкция и ее, к сожалению, невозможно приспособить к абсолютно любым изменениям движения такой «нестабильной» среды, как воздух.

Срывные режимы работы компрессора. Помпаж.

Воздух при прохождении компрессора участвует, как уже указывалось выше, в сложном движении. Изменение величины скоростей С и U этого движения, зависящих, соответственно, от расхода воздуха и частоты вращения определяет углы обтекания лопаток.

При превышении этими углами критических значений происходит срыв и турбулизация потока воздуха. Например, как видно из треугольника скоростей, это может произойти при уменьшении расхода воздуха через двигатель. В этом случае уменьшается величина скорости потока С и растет угол атаки.

Принцип образования срыва на рабочих лопатках осевого компрессора.

То есть в межлопаточном пространстве появляется турбулентная зона. Она сразу нарушает работу ступени, так как в определенном смысле запирает (или дросселирует) ее, соответственно уменьшая напор и КПД.

Срывные турбулентные зоны образуются не на всех лопатках сразу из-за имеющихся в реальных условиях некоторых различий в их геометрии и асимметрии потока. Но такая зона в свою очередь может вызвать срыв в соседней ступени (например, дросселируя впереди стоящую) и таким образом увеличить область срыва вплоть до распространения ее по всему тракту.

Причем вихревые зоны могут формироваться как на спинках, так и на корытцах лопаток в зависимости от величины расхода и, соответственно, углов атаки лопаток. Иной раз этот процесс может происходить достаточно быстро, за сотые доли секунды.

Локальных срывных зон может быть несколько, и они могут занимать разное положение по высоте лопаток,  по периметру ступени и быть довольно развитыми по величине. Существует такое явление, как вращающийся срыв. Это область срыва, вращающаяся вокруг оси рабочего колеса в сторону его вращения, но с меньшей окружной скоростью.

В зависимости от условий и режима работы двигателя срывные зоны могут распространяться на несколько ступеней и существовать, не нарушая устойчивой работы компрессора в целом. При этом,однако, они очень опасны, потому что вызывают вибрацию лопаток вплоть до возможности их поломки, и поэтому абсолютно недопустимы.

При распространении зон  вращающегося срыва на весь компрессор происходит глобальная потеря устойчивости его работы. Падает напорность ступеней (особенно в области малых расходов воздуха), появляются колебания давления за компрессором, расхода воздуха, частоты вращения, возможен некоторый рост температуры газа за турбиной. Двигатель теряет эффективность, растет вибрация и опасность разрушения лопаток компрессора.

В эксплуатации наблюдается еще один неустойчивый режим работы компрессора, именуемый достаточно известным словом помпаж. Это название, впрочем, не придумано специально для авиационного ГТД. Оно относится к лопаточным компрессорам и насосам вообще и суть его для всех этих агрегатов одинакова.

Для ГТД помпаж является как бы следующей ступенью после формирования глобального срыва компрессора. И он затрагивает весь газовоздушный тракт двигателя от компрессора до  турбины, включая различные зазоры и каналы, по которым протекает газ во время работы, а также воздухозаборник двигателя, являющийся уже частью летательного аппарата, но определяющий работу двигателя.

Сам процесс заключается в следующем. После быстрого формирования глобального срыва компрессора и резкого падения его напорности и πк газ из тракта за компрессором (в т.ч. в КС и турбине), сохранивший высокое полное давление, начинает прорываться обратно, не встречая существенного противодавления.

Происходит обратный резкий проброс горячих газов высокого давления на вход в двигатель и воздухозаборник. То есть по сути дела имеет место явление, получившее в гидравлике название «гидроудар». Это действительно удар, могу это сказать исходя из собственного опыта :-).

Для сидящего в левом кресле самолета Су-24МР в закрытой, загерметизированной кабине с работающим двигателем на максимальных оборотах ощущения такие, как будто по борту снаружи с размаху ударили огромным тяжелым молотом так,что даже заглушили звук двигателя.

Самолет Су-24МР после посадки.

Двигатель, получив своеобразную «разрядку», продолжает работать, набирает давление и напор. Но. если условия работы и аэродинамика компрессора не изменилась, то условия для срыва в компрессоре и резкого падения напорности остаются. Весь процесс повторяется. То есть имеют место низкочастотные колебания потока (давления и расхода воздуха) по всему газовоздушному тракту двигателя и воздухозаборника. Это и есть суть помпажа.

Весь этот процесс сопровождается ростом температуры газов за турбиной, часто очень резким с большими забросами, в результате которых возможно разрушение деталей турбины. Источником роста температуры становится автоматика двигателя, которая штатно реагирует на падение мощности двигателя, а значит и частоты вращения увеличением подачи топлива.

Кроме того вся конструкция из-за резких пульсаций испытывает большие динамические и тепловые нагрузки по всему тракту, что при повторяющемся воздействии чревато их разрушением.

Что касается центробежного компрессора, то его аэродинамика более проста, и он менее подвержен срывным явлениям. Но, тем не менее при малых расходах воздуха, если направление входящего потока не соответвствует изгибу заборных лопаток, то появление вихревых зон в каналах этих лопаток возможно. В итоге из ЦК может выходить воздух с колебаниями давления и скорости потока.

Способы защиты и повышения запасов устойчивости.

Несмотря на сложность аэродинамики осевых компрессоров и наличие по этой причине повышенной возможности перехода их на неустойчивый режим работы, ряд их положительных качеств тем не менее обуславливают преимущественное их применение в современной авиации.

Но при этом конструкторам приходится применять специальные меры для повышения запасов устойчивости двигателей, в особенности с высоконапорными многоступенчатыми компрессорами.

При расчете такого компрессора согласование работы всех ступеней и выбор формы проточной части производится для одного исходного режима, который называется расчетным. На таком режиме все ступени от первой до последней работают согласованно при максимальном КПД и оптимальном соотношении скоростей С и U для каждой из них.

При этом площади их проходных сечений тоже оптимально соответствуют друг другу, то есть проточная часть вдоль тракта сужается в соответствии с ростом плотности воздуха (ведь расход воздуха должен быть постоянным) и тем значительнее, чем выше расчетная πк компрессора.

Однако, условия работы двигателя меняются и выход на нерасчетный режим так или иначе неизбежен. В этом случае степени сжатия (π) отдельных ступеней меняются, как следствие меняется плотность воздуха в них. Она становится отличной от расчетной и уже не соответствует расчетной площади проходного сечения в этих ступенях.

Это приводит к изменению распределения осевых скоростей воздуха по тракту, а следовательно, в соответствии с характериситками этих конкретных ступеней, к изменению углов атаки их рабочих лопаток. И это изменение в разных ступенях уже не согласовано друг с другом, как было на расчетном режиме.

Наступает рассогласование ступеней. Физически это объясняется появившимся несоответствием плотностей воздуха площадям проходных сечений, которые выбраны на условиях заданного распределения осевых скоростей С для расчетного режима.

То есть если, к примеру, уменьшается приведенная частота, то на первых ступенях многоступенчатого компрессора падают осевые скорости, значит растут углы атаки. Это значит, что запас устойчивости на этих ступенях падает (близко к срыву), а сами ступени требуют большей мощности для вращения, то есть «затяжеляются».

На последних же ступенях осевые скорости падают не так сильно, возможно даже растут. Это можно объяснить тем, что из-за падения степени повышения давления плотность здесь не соответствует расчетным проходным сечениям тракта.

Она ниже, и чтобы «протолкнуть» большие объемы воздуха через суженные (расчетные) каналы нужна скорость большая. Таким образом углы атаки на последних ступенях уменьшаются и становятся значительно ниже, чем на первых. Срывных явлений нет и ступени эти «облегчаются».

Рассогласование налицо. Ступени единого узла, то есть одного компрессора, «сидящие» на одном валу, на нерасчетном режиме могут работать совершенно несогласованно, лишь только усугубляя возможность неустойчивой работы двигателя. И это рассогласование  тем больше, чем больше πк (количество ступеней) компрессора.

Отсюда возник один из способов борьбы с рассогласованием ступеней многоступенчатого осевого компрессора, а значит и повышением запаса его устойчивой работы. Это многовальность двигателя.

То есть компрессор с высоким πк нужно (или можно :-)) разделить на два или несколько каскадов со значительно меньшими πк, что, соответственно, также значительно уменьшит возможность рассогласования ступеней внутри каскада.

Схема двухвального ТРД. 1 — КНД. 2 — КВД.

Например, одновальный компрессор со степенью повышения давления 25 можно преобразовать в двухвальный с двумя каскадами, имеющими степень повышения 5. Или же одновальный со степенью повышения давления 27 в трехвальный с πк для каждого равной 3.

Валы в многовальном двигателе располанаются один внутри другого и механически друг сдругом не связаны. Каждый каскад компрессора приводится соответственно своей турбиной.

Например в двухвальном ТРД так называемый компрессор низкого давления (КНД) приводится турбиной низкого давления (ТНД), а следующий за ним компрессор высокого давления турбиной высокого давления (ТВД). Частоты вращения на установившихся режимах обычно либо одинаковы, либо частота КВД выше.

Понятно, что рассогласование между ступенями в таких малонапорных каскадах будет минимальное. Достаточно просто уменьшается и рассогласование между ступенями соседних каскадов. Это происходит следующим образом.

Компрессор двухвального ТРД.

Если компрессор переходит на нерасчетный режим работы, когда углы атаки на передних ступенях (соответствует КНД) растут, а на задних (соответствует КВД) падают, то передние ступени «затяжеляются», а задние «облегчаются» (описано выше). В одновальном компрессоре это сопровождается перераспределением нагрузок на элементы конструкции и уменьшением его устойчивости.

В двухвальном же каждый каскад приводится своей турбиной. Поэтому частота вращения КНД падает, а частота вращения КВД растет. Изменения эти в общем случае равновелики и противоположны по воздействию на общий расход воздуха через двигатель. Поэтому он практически не меняется.

Компрессор трехвального ТРД (ТВРД).

Получается, что при одинаковом расходе воздуха частота вращения КНД падает, а это означает (из треугольника скоростей), что углы атаки лопаток уменьшаются. Для КВД же все наоборот, углы атаки здесь растут. То есть двигатель естественным образом возвращается к исходному устойчивому режиму работы.

Это так называемый эффект саморегулирования, значительно повышающий КПД и запасы устойчивости двигателя. Он применяется на очень многих современных двигателях (все ТРДД) и часто позволяет обойтись без использования других способов улучшения работы компрессора. Тем не менее такие способы есть.

Перепуск воздуха. Это один из наиболее простых способов повышения устойчивости с использованием механизации компрессора. Реализуется при пониженных режимах работы двигателя (вариант нерасчетного режима уже описан выше). Воздух из проточной части в районе средних ступеней (3-я, 4-я, 5-я) через специальный клапан перепускается в атмосферу или в затурбинное пространство.

В этом случае расход воздуха через передние ступени растет, то есть растут осевые скорости потока, а это означает уменьшение углов атаки (растущих при уменьшении приведенной частоты вращения) и устранение возможности срыва.

Схема перепуска воздуха в осевом компрессоре (лента перепуска).

Кроме того выпуск части воздуха из газовоздушного тракта ведет к падению мощности турбины, то есть к уменьшению частоты вращения. Автоматика двигателя поддерживает ее на необходимом уровне увеличением подачи топлива, а значит ростом температуры газа за турбиной.

Это, в свою очередь, вызывает уменьшение объемного расхода воздуха на последних ступенях компрессора, что влечет за собой рост углов атаки на этих ступенях. Таким образом углы атаки как на первых, так и на передних ступенях возвращаются к расчетным, запас устойчивости и КПД компрессора увеличиваются.

Клапана перепуска часто выполняются в виде металлических лент, опоясывающих корпус компрессора двигателя в районе средних ступеней. В этом случае употребляется название «лента перепуска». Управляет лентой перепуска топливная автоматика двигателя, учитывающая параметры и условия работы двигателя. Пример двигателя Р-15Б-300.

Щелевой перепуск над лопатками 1-ой ступени. Как уже говорилось, при рассогласовании  наиболее интенсивно углы атаки растут на первой ступени (всего компрессора или его каскада), причем именно на периферийной части лопаток, потому что на большем радиусе больше окружная скорость.

Чтобы избежать в этом месте срыва и распространения его на другие области применяется щелевой (или кольцевой) перепуск воздуха над рабочими лопатками. Кольцевая полость в корпусе компрессора выполняется так, что воздух в нее может поступать из сечения в середине пера лопатки и подаваться на вход в ступень.

Для этого должен существовать перепад между указанными областями. На расчетном режиме он незначителен и циркуляции практически нет. При повышении углов атаки перепад увеличивается и начинается циркуляция. Воздух поступает на вход в ступень, увеличивая тем самым осевую скорость и снижая углы атаки.

Щелевой перепуск воздуха над первой ступенью ОК. Слева — через перфорацию.

Таким образом устраняется (или оттягивается по режимам) возможность образования местных условий для образования срывных зон на периферийных участках лопаток, растет запас устойчивости как ступени, так и всего компрессора.

Кольцевые полости могут выполняться в виде сот. В них также могут устанавливаться небольшие профилированные лопатки для придания проходящему воздуху закрутки, также способствующей снижению углов атаки на периферии лопаток.

Регулировка установки лопаток осевого компрессора. Этот способ по своей сути самый простой, но по конструктивному исполнению самый сложный. Так как возможности срыва и, в конечном итоге, возникновения неустойчивых режимов работы зависит от углов установки лопаток по отношению к потоку, то вполне логично менять эти углы при изменении условий обтекания.

В принципе можно менять углы как рабочих лопаток ( в том числе и лопаток вентилятора в ТВРД – так называемые вентиляторы ВПЛ, близкие к турбовинтовентиляторным двигателям), так и лопаток НА. Последний способ наиболее употребим из-за более простого технического исполнения.

Транформация треугольника скоростей для поворотных НА.

Поворотные лопатки направляющего аппарата осевого компрессора.

При повороте лопаток НА меняется конфигурация треугольника скоростей (а значит углов атаки) для рабочих лопаток и устраняется возможность срывных явлений.

НА регулируются чаще всего группами. Обычно на первых ступенях и на последних. Например, на ТРДФ АЛ-21Ф-3 (14-ступенчатый компрессор) передняя регулируемая группа это ВНА и далее с нулевой по третью ступень. А задняя – с восьмой по двенадцатую ступень.

Одновальный ТРДФ АЛ-21Ф-3 (комплектация «С» — для самолетов Су-17М). На корпусе компрессора видны группы управляемых поворотных НА и гидроцилиндры управления (1 и 2).

Регулировка и перестановка углов осуществляется автоматически по сигналам, формируемым системой автоматического управления двигателем. Привод обычно гидромеханический. Эта же система для повышения запасов устойчивости управляет НА при стрельбе из бортового оружия на военных самолетах.

Что лучше и что хуже.

Как уже говорилось выше, в современной реактивной авиации подавляющее большинство двигателей оборудовано именно осевыми компрессорами. Понятно, что выбор этот делается на основании совокупности положительных и отрицательных качеств ОК и ЦК. Итак плюсы…

При прочих равных условиях. Осевой компрессор обладает большим проходным сечением. Для входа воздуха у ОК отводится до 80% площади поперечного сечения, тогда как у ЦК только около 30%.

Воздух попадающий на вход в ОК имеет большую скорость (в 1,5-2,0 раза). Все это обеспечивает значительно большие расходы воздуха для ОК, что обеспечивает более высокие тяговые характеристики для ТРД, и с увеличением диаметра двигателя расход растет значительно быстрее, чем у ЦК, который для большого расхода воздуха неизбежно требует больших радиальных размеров.

Таким образом ОК обладает меньшим удельным весом (по отношению к расходу воздуха) и при этом обеспечивает значительно большие степени повышения давления (в целом), которые в свою очередь делают ТРД с ОК более экономичным.

Одна ступень в ЦБ дает высокую степень повышения давления, до 10:1, две ступени до 15:1, но применение большего количества ступеней не практикуется из-за быстрого роста потерь давления. Гидравлические потери у ОК ниже, и в целом КПД такого компрессора выше.

Однако, есть и минусы. ОК имеет достаточно большой абсолютный вес (до 40% от общего для ТРД). Для начальной раскрутки ротора необходима достаточная мощность. ОК достаточно сложен в производстве. Аэродинамика компрессора очень непроста.

Он имеет склонность к переходу на неустановившиеся режимы при работе в нерасчетных условиях, что усложняет его конструкцию и эксплуатацию. Этот факт, кроме того, увеличивает склонность к вибрации элементов конструкции (лопаток).

Боевая живучесть ОК значительно ниже, чем у ЦБ. Попадание в проточную часть снаряда или его части однозначно вызывает разрушение лопаток, после чего работа двигателя становится практически невозможной.

Аналогично усложнет эксплуатацию осевых компрессоров попадание в двигатель любого посторонненго предмета.

Контроль проточной части.

Попадание посторонних предметов в двигатель – это вообще что называется «болезнь века» для авиационных ТРД (конечно с ОК). Вне зависимости от конкретного типа (ТРД или ТРДД) все они в той или иной степени имеют склонность «подбирать» предметы, по какой-то причине оказавшиеся на ВПП и отправлять их прямиком в компрессор. К этому конечно же относится и проблема попадания птиц в двигатель.

Частоты вращения ротора таковы, что при встрече с посторонним предметом, даже небольшим и непрочным по структуре, часто бвает неизбежно получение рабочей лопаткой забоины. В худшем случае она может и разрушиться.

Любая забоина – концентратор напряжений. Это означает, что при постоянном действии огромных центробежных сил во время работы компрессора в районе забоины материал лопатки будет испытывать увеличенные напряжения, и велика возможность ее обрыва. Чем это может грозить тайны ни для кого не составляет.

Конечно разрабатываются и существуют различные варианты защиты от попадания посторонних предметов в воздухозаборник и двигатель. Даже на на старом РД-45 на входе в его центробежный компрессор стоит металлическая сетка.

Двигатель RB41, предшественник ВК-1 (РД-45). Хорошо видна защитная сетка на входе в центробежный компрессор.

Однако, не везде возможна установка такого рода защиты, и она далеко не всегда бывает высокоэффективна. Кроме того существует определенная вероятность, так сказать, естественного разрушения деталей воздушного тракта компрессора в процессе эксплуатации. Поэтому для исключения различного рода «неожиданностей» должна быть возможность своевременного обнаружения и фиксации возникающих проблем.

Практически все современные ТРД обладают достаточно высоким уровнем контролепригодности. Это в первую очередь относится к компрессору. Приходится контролировать состояние всей его проточной части, рабочих лопаток и лопаток НА. Это делается как планово, так и в экстренных случаях.

Хорошая контролепригодность в этом случае означает возможность всестороннего контроля проточной части без снятия двигателя с самолета и его разборки. Конечно пару передних ступеней компрессора обычно можно осмотреть со стороны воздухозаборника.

Но для контоля остального тракта без современной бороскопии не обойтись. В настоящее время практически повсеместно при бороскопических инспекциях проточной части ТРД используются очень удобные видеобороскопы (видеоэндоскопы). Такие, например, как видеоэндоскопы японской фирмы RF System Lab.

Видеоэндоскоп VJ-Advance фирмы RF System Lab.

Такого рода приборы достаточно совершенны, обладают большим количеством функций и позволяют гарантированно обнаружить и всесторонне оценить любое повреждение в компрессоре практически в любой части его воздушного тракта.

Для того чтобы щуп видеоэндоскопа попал в проточную часть, в корпусе компрессора (обычно между лопатками НА) выполняются отверстия (порты) небольшого диаметра, закрывающиеся герметичными легкосъемными пробками. Ротор компрессора при этом вращается либо вручную (за лопатки) из воздухозаборника, либо с помощью специального приспособления (обычно большие двигатели на пилонах).

Немного о конструкции.

Роторы осевых компрессоров по конструктивному исполнению могут быть трех типов: барабанные, дисковые или диско-барабанные. При выборе типа конструкции учитываются различные параметры: масса, сложность, жесткость в сборе, несущая способность, окружные скорости ротора. Чаще применяются диско-барабанные конструкции. Диски в зависимости от параметров двигателя соединяются между собой и с валом сваркой, болтовыми соединениями, с помощью специальных шлицов.

Схемы конструкции ОК. 1 — барабанного типа, 2 — диско-барабанного типа, 3 — дискового типа.

Пример двигателя с компрессором диско-барабанной конструкции (Rolls-Royce RB.162-86).

На концах ободов диска закреплены лопатки. Способ крепления, типичный для компрессора – так называемый «ласточкин хвост» с индивидуальным гнездом для каждой лопатки. Лопатки также могут набираться в кольцевой паз на ободе диска. Это тоже «ласточкин хвост», но с кольцевыми рабочими поверхностями.

Лопатки ОК с хвостовиками «ласточкин хвост» различной конфигурации.

Гораздо реже применяется способ крепления с замком типа «елочка». Такой способ чаще применяется для крепления лопаток турбины.

Кроме того длинные лопатки (обычно передних ступеней) для уменьшения нагрузок на перо и устранения лишней вибрации могут закрепляться шарнино в кольцевых пазах обода диска с фиксацией специальными пальцами.

Такие лопатки под действием центробежной силы во ремя работы двигателя радиально ориентируются самостоятельно (двигатель АЛ-21Ф-3). Длинные лопатки передних ступеней для уменьшения вибрационных нагрузок могут иметь специальные сопрягаемые друг с другом бандажные полки (обычно в верхней половине пера лопатки или на нескольких уровнях).

Крепление лопаток осевого компрессора.

Двигатель PW4000 с двумя бандажными полками на вентиляторе.

Однако в современных ТРДД с большой степенью двухконтурности нашли применение широкохордные лопатки ( в ступенях вентилятора) без бандажных полок. Это позволяет повысить аэродинамическую эффективность вентилятор (до 6%), увеличить общий расход воздуха и повысить экономичность двигателя (до 4%). Кроме того снижается масса вентилятора и уровень его шума.

Бандажированные лопатки ОК.

Широкохордные лопатки изготавливаются с использованием новейших достижений техники. Используются специальные композитные материалы на основе полимеров (ПКМ), делаются пустотелые лопатки из титановых сплавов с сотовыми заполнителями а также лопатки из неполимерных композитных материалов (например борное волокно в алюминиевой матрице с титановой обшивкой).

Статор компрессора выполняется либо в виде цельных секций, либо собранных из двух половин (верх-низ). Лопатки направляющего аппарата крепятся в наружном корпусе, обычно в объединяющем кольце.

Лопатки вентилятора. Широкохордная и обычная с бандажной полкой.

В зависимости от нагрузок, вибрации и назначения они либо консольные, либо (что чаще) по внутреннему корпусу тоже объединены кольцом с уплотнениями (сотовые или легкоистираемые (например алюмографит – Al2O3 + 8-13% графита)). Встречные уплотнения (обычно гребешковые с лабиринтом) стоят в этом случае на роторе. Это позволяет предотвратить вредные перетекания воздуха на НА.

Материалы компрессора – сплавы алюминиевые, титановые, а также стали.

На некоторых современных двигателях нашли применение рабочие колеса компрессоров, выполненные по технологии “Blisk”(сокращенно от bladed disk), иначе еще называемой IBR (integrally bladed rotor). В этом случае рабочие лопатки и само тело диска выполнены как одно целое. Это один узел, чаще всего литой, или сварной и соответствующим образом обработанный.

Крепление лопаток НА осевого компрессора.

Такие конструкции ощутимо прочнее сборных дисков. В них значительно меньше концентраторов напряжений, таких например, которые неизбежно присутствуют при использовании крепления лопаток по принципу «ласточкин хвост». Кроме того масса всей конструкции меньше (до 25%).

Кроме того качество поверхности узла и его обтекаемость гораздо лучше, что способствует уменьшению гидравлических потерь и повышению КПД ступени с таким диском (вплоть до 8%). Есть, правда у «блисков» и существенный недостаток. В случае какого-либо повреждения лопатки замене подлежит весь диск, а это неизбежно влечет за собой разборку двигателя.

Диск с рабочими лопатками, изготовленный по технологии «Blisk».

В такой ситуации акутальным становится наряду с бороскопами использование специального оборудования (напрмер фирмы Richard Wolf GmbH) для зачистки забоин и местного устранения возникающих дефектов лопаток. Такого рода операции производятся с использованием все тех же смотровых окон, которые имеются практически на всех ступенях современных компрессоров.

Блиски устанавливаются чаще всего в КВД современных ТРДД. Примером может служить двигатель SaM146.

Можно и без компрессора.

Современный авиационный ГТД вкупе со всеми обеспечивающими его работу системами и узлами очень сложный и тонкий агрегат. Компрессор в этом плане пожалуй на первом месте (может быть делит его с турбиной :-)). Но обойтись без него невозможно.

Чтобы двигатель совершал работу должен быть аппрата для сжатия воздуха. Да к тому же нужно организовать поток в газовоздушном тракте пока двигатель на земле. В этих условиях компрессор авиационного ГТД ничем не отличается от компрессора наземной ГТУ.

Однако стоит самолету подняться в воздух и начать разгон, как условия меняются. Сжатие воздуха происходит ведь не только в компрессоре, но и во входном устройстве, то есть в воздухозаборнике. С ростом скорости оно может достичь и даже превзойти величину сжатия в компрессоре.

На очень больших скоростях (в несколько раз превышающих скорость звука) степень повышения давления достигает оптимального значения (соответствующего максимальным тяговым характеристикам или максимальным характеристикам экономичности). После этого компрессор, как и приводящая его турбина, становятся ненужными.

ТРД и ПВРД в сравнении.

Происходит так называемое «вырождение» компрессора или иначе «вырождение»ТРД, потому что двигатель перестает быть газотурбинным и, оставаясь в классе воздушно-реактивных, он уже должен быть прямоточным воздушно-реактивным двигателем.

Самолет МиГ-25РБ.

ТРДФ Р15Б-300.

Примером двигателя, находящегося, так сказать, на пути к вырождению компрессора является двигатель Р15Б-300, устанавливавшийся на самолеты МиГ-25 и изначально предназначенный для полетов с большими числами М. Этот двигатель имеет совсем «короткий» компрессор (5 ступеней) со степенью сжатия 4,75. Большая доля сжатия (в особенности на сверхзвуке) происходит в воздухозаборнике МиГ-25.

Однако, это уже темы для других статей.

Спасибо, что дочитали до конца.

До новых встреч.

Фотографии кликабельны.

В конце еще несколько картинок по теме, которые «не влезли» в текст……….

Треугольники скоростей для ступени осевого компрессора.

Гнезда для лопаток вентилятора по принципу «ласточкин хвост» CFM56.

Пример шарнирного крепления лопаток осевого компрессора.

Пустотелая титановая лопатка вентилятора с сотовым заполнителем.

Центробежные компрессоры. Принцип действия центробежного компрессора. Рабочее колесо центробежного компрессора. Треугольники скоростей

Лекция 1

ТЕМА: Центробежные компрессоры

1.1 Устройство центробежного компрессора.

На рис. 1.1 показана схема центробежной компрессорной ступени. Основными элементами ступени являются рабочее колесо А, безлопаточный диффузор Б и лопаточный диффузор В. Так же за лопаточным диффузором может быть установлен выходной канал или выходные патрубки, обеспечивающие поворот выходящего из диффузора потока в нужную сторону. Для уменьшения гидравлических потерь при повороте потока в выходном канале устанавливают дефлекторы Г, устройства для спрямления потока и смягчения его удара о стенку канала.

Рис. 1.1

Достоинства и недостатки центробежных компрессоров:

– центробежные компрессоры способны обеспечить высокую степень сжатия

(на данном этапе развития науки удается получить ).

– центробежные компрессоры имеют меньший КПД, чем осевые компрессоры ().

– центробежные компрессоры имеют меньшую лобовую производительность, чем осевые компрессоры.

– центробежные компрессоры имеют значительные радиальные габариты, что приводит к ухудшению аэродинамических качеств самолета.

Область применения центробежных компрессоров:

Центробежные компрессоры нашли широкое применение в малоразмерных ГТД, вспомогательных и газоперекачивающих установках. В авиации центробежные компрессоры не нашли широкого применения (Пример ВК – 1). Как правило, в авиации используют осецентробежные компрессоры. Схема такого компрессора приведена на рис. 1.2

Рис. 1.2

1.2 Классификация центробежных компрессоров.

Классифицировать центробежные компрессоры можно по нескольким принципам.

1.  Классификация по {Какой признак?}

—  вентиляторы

—  нагнетатели

—  собственно компрессоры

2.  Классификация по типу колес центробежных ступеней компрессоров осерадиального типа {Ранее не описано данных компрессоров}

—  Рабочие колеса открытого типа (Рис 1.3)

Рис. 1.3

Недостатками колес открытого типа являются большие потери и как следствие – низкий КПД.

Достоинством колес открытого типа является возможность работы с большими частотами вращения.

–   Рабочие колеса закрытого типа (Рис 1.4)

Рис. 1.4

Недостатком колес закрытого типа является малые частоты вращения из-за значительных центробежных сил.

Достоинствами колес закрытого типа являются малые потери и большие значения КПД.

– Рабочие колеса полузакрытого типа (Рис 1.5)

Рис. 1.5

Данный тип является компромиссным, так как позволяет достигать больших частот вращения, при этом значительно повышая КПД по сравнению с колесами открытого типа. Колеса данного типа имеют меньший КПД, чем колеса закрытого типа,     из-за потерь в радиальном зазоре.

Тип колес центробежных ступеней компрессоров осевого типа (Рис 1.6){Верная ли формулировка, рисунок?}

Рис. 1.6

Данные ступени применяются мало, т.к. имеют малый КПД (отсутствие осевой составляющей {чего?}), имеют меньшую степень повышения давления, по сравнению с компрессорами осерадиального типа.

1.3 Принцип действия центробежного компрессора.

Рассмотрим осерадиальную ступень. Для этого обозначим характерные сечения воздушного тракта – сечение 1-1 перед рабочим колесом, сечение 2-2 за ним и сечение 3-3 на выходе из диффузора (Рис. 1.7).

Рис. 1.7

Характеристика протекающих процессов:

Участок от сечения 1-1 до сечения 2-2 (рабочее колесо). На этом участке происходит подвод механической работы к газу, тем самым, увеличивая его кинетическую энергию. Кинетическая энергия, которой обладает тело начинает частично переходить в потенциальную энергию из-за диффузорной формы межлопаточных каналов, т.е. начинается процесс сжатия. Часть кинетической энергии расходуется на работу потерь (потери в радиальном зазоре, гидравлические потери, потери в скачках уплотнения {какие еще потери?}).

Участок от сечения 2-2 до сечения 3-3 (безлопаточный диффузор). На этом участке происходит переход кинетической энергии в потенциальную энергию и сглаживание вихрей от рабочего колеса, т.к. .

Установка лопаточного диффузора не обязательна, т.к. необходимая скорость газа может быть достигнута в безлопаточном диффузоре. В этом случае мы получим значительный диапазон режимов работы компрессора

Центробежный компрессор

: принцип, конструкция, работа, типы, преимущества, недостатки с его применением Центробежный компрессор

— это машина, в которой определенный газ или пар сжимается за счет радиального ускорения крыльчаткой с помощью окружающего корпуса. Затем его можно сделать многоступенчатым для большей степени сжатия. На сжатие в значительной степени влияет центробежный насос .

В этой статье мы рассмотрим каждый вопрос, связанный с центробежным компрессором, который иногда называют радиальным компрессором.

Итак, давайте начнем с принципа.

Центробежный компрессор:

Принцип:

Принцип сжатия центробежного компрессора существенно отличается от компрессора поршневого или роторного типа.

Когда воздух проходит через вращающееся рабочее колесо, он испытывает силу или работу, выполняемую центробежными силами. Вклад работы происходит в виде увеличения давления и скорости или скорости воздушного потока, проходящего через крыльчатку.После попадания в диффузорную секцию воздушный поток теряет свою скорость. Диффузор на самом деле является фиксированным или статическим элементом, который сопровождает воздушный поток, когда он выходит из рабочего колеса. Эта потеря скорости в конечном итоге приводит к дополнительному увеличению давления. На крыльчатку и диффузор приходится около 65% и 35% общего давления, развиваемого или производимого в компрессоре.

Конструкция:

Центробежный компрессор обычно состоит из четырех компонентов: вход, крыльчатка, диффузор и коллектор.

1.Корпус и вход.

Вышеупомянутые компоненты обычно защищены кожухом или корпусом. Корпус корпуса состоит из ряда подшипников, обеспечивающих радиальную и осевую поддержку ротора. Корпус также содержит форсунки вместе с впускными и выпускными патрубками для подачи и отвода потока из компрессора.

Оболочки бывают двух типов: —

a.) Горизонтально разделенный

b.) Вертикально разделенный

Корпус обычно изготавливается из чугуна или стали.

2. Рабочие колеса.

Рабочие колеса собираются или устанавливаются на стальном валу, и этот узел известен как ротор компрессора (в основном в многоступенчатых компрессорах). Ротор обеспечивает скорость газу с помощью лопастей, прикрепленных к вращающемуся диску. Эти лопасти могут быть наклонены вперед, радиально или назад в зависимости от желаемой производительности. В большинстве многоступенчатых компрессоров используются лопатки с обратным наклоном, поскольку они обеспечивают самый широкий диапазон КПД.

3. Диффузор.

Рабочее колесо вытягивает газ с большой скоростью в канал диффузора. Диффузор обычно имеет две стенки, которые образуют радиальный канал. Благодаря этим устройствам скорость газа уменьшается, а динамическое давление преобразуется в статическое. Проходы диффузора представляют собой небольшое пространство между соседними диафрагмами, которое обычно поворачивает поток газа на 180 °, чтобы направить его к следующей крыльчатке.

4.Коллекционер.

После рабочего колеса последней ступени газ должен собираться и подаваться на напорный фланец. Компонент, используемый для сбора газа, выходящего через диффузор, называется коллектором. Его также можно назвать спиральным или спиральным. Коллектор может также содержать клапаны и другие приборы для управления компрессором.

Типы:

Есть два типа компрессора: —

1. Одноступенчатый центробежный компрессор

2.Многоступенчатый центробежный компрессор

Оба этих компрессора работают по одному и тому же принципу, но имеют некоторые существенные различия в их конструкции и работе.

Итак, рассмотрим каждый из них по отдельности.

1. Одноступенчатый компрессор.

Одноступенчатые компрессоры состоят только из одного рабочего колеса и используются для перемещения воздуха или других газов со степенью сжатия до 3: 1 для давления или вакуума.Считается, что компрессоры этого типа имеют балочную конструкцию или консольное рабочее колесо. В этом типе конструкции крыльчатка находится на неприводном конце вала. Одним из основных преимуществ этого компрессора по сравнению с многоступенчатым компрессором является то, что он обеспечивает высокий КПД, а подаваемый газ полностью лишен масла и исключает помпаж.

2. Многоступенчатый компрессор.
Многоступенчатый компрессор состоит из 1-10 рабочих колес и может иметь различные конфигурации проточного тракта.Предполагается, что на каждой стадии температура и степень сжатия постоянны. Многоступенчатый компрессор может иметь прямоточную, составную и двухпоточную конфигурацию. Считается, что многоступенчатый компрессор также имеет балочную конструкцию, но рабочие колеса расположены между радиальными подшипниками .

Области применения центробежного компрессора:

1. Сжатый газ или воздух: Центробежный компрессор — один из самых простых и эффективных способов получения или производства сжатого воздуха.Они лучше всего подходят, когда потребность в воздухе или газе постоянная и чрезмерная.

2. Пищевая промышленность: Пищевая промышленность сильно зависит от этого типа компрессора, поскольку он может обеспечивать безмасляный сжатый воздух, который необходим для некоторых деликатных петиций.

3. Газовые турбины: В газовых турбинах используется либо осевой, либо центробежный компрессор, либо оба, для обеспечения необходимого сжатия.

Центробежные компрессоры в основном используются в газовых турбинах , таких как: —

a.) Турбовальный

b.) Турбовинтовой

c.) Микротурбины и

d.) Вспомогательные силовые установки

4.) Нефтеперерабатывающие, нефтехимические и химические заводы: Центробежные компрессоры, используемые для вышеуказанных целей, обычно имеют: корпус с горизонтальным разъемом и большинство из них являются многоступенчатыми компрессорами. Компрессоры этого типа обычно используются в паровых двигателях и газовых турбинах больших размеров.

5. Охлаждение и управление воздухом: Центробежные компрессоры поддерживают широкий спектр хладагентов и термодинамики, а также могут обеспечивать сжатие в циклах водяного охлаждения, из-за чего они пользуются большим спросом в холодильниках и кондиционерах.

Преимущества и недостатки:

Преимущества
  • a.) По сравнению с другими компрессорами он относительно маневренный и простой в изготовлении.
  • b.) Поскольку этот компрессор не требует специального фундамента, он очень энергоэффективен и надежен.
  • c.) Они состоят из небольшого количества трущихся частей и абсолютно не содержат масел.
  • d.) Он создает более высокую степень перепада давления на ступень, чем компрессор с осевым потоком.
Недостатки.
  • a.) Они создают ограниченное давление и не подходят для очень высокого сжатия.
  • б.) Поскольку они работают на относительно высокой скорости, требуется просвещенный или мирской монтаж.
  • c.) Они очень чувствительны к таким проблемам, как срыв и удушье.

Это все о принципе центробежного компрессора, работе, конструкции, типах, преимуществах, недостатках при его применении.Если у вас есть какие-либо вопросы относительно этой статьи, задавайте их в комментариях. Если вам понравилась эта статья, не забудьте поделиться ею в социальной сети. Подпишитесь на наш сайт для получения более информативных статей.

Как работает центробежный компрессор?

Знание того, «как работает центробежный компрессор», зависит от множества факторов, включая знание его компонентов и принципов работы. В этой статье Linquip мы хотим поделиться принципами работы простого центробежного компрессора, чтобы вы могли понять, как они работают.Итак, приступим.

Как работает центробежный компрессор?

Центробежные компрессоры считаются компрессорами динамического типа, имеющими радиальную конструкцию. Эти компрессоры работают с постоянным давлением, в отличие от компрессоров с постоянным расходом. К тому же любые изменения внешних условий влияют на работоспособность. Центробежные компрессоры были разработаны для использования различных ступеней сжатия и охлаждения воздуха путем преобразования энергии во время прохождения воздуха по всему агрегату.Эти машины сжимают конкретный пар или газ, используя радиальное ускорение с помощью крыльчатки и окружающего корпуса.

Знакомство с принципом работы центробежного компрессора

Простое объяснение «как работает центробежный компрессор?» состояло бы в том, что они преобразуют скорость и кинетическую энергию в диффузоре в энергию давления.

Внутри центробежных компрессоров находится вращающееся рабочее колесо с радиальными лопастями, и центр этого рабочего колеса принимает воздух, который под действием центробежной силы толкается к центру.Движение увеличивает давление и генерирует кинетическую энергию. Когда эта энергия проходит через спиральный корпус и диффузор, она преобразуется в давление.

Центробежный компрессор фактически увеличивает скорость воздуха, а вращение крыльчатки преобразует кинетическую энергию в желаемую форму давления. Скорость будет уменьшаться в воздушном потоке после того, как воздух войдет в секцию диффузора. Этот компонент (диффузор) является статическим или фиксированным, что помогает воздушному потоку покинуть рабочее колесо.Именно это уменьшение скорости увеличивает давление.

Избыточная влага удаляется между каждой ступенью сжатия, а воздух также охлаждается на этих ступенях, что повышает качество воздуха и его эффективность. Различные ступени вызывают повышение давления до желаемого уровня, и в результате они могут обслуживать разные промышленные предприятия в соответствии с их конкретными требованиями. Конструкторы могут расположить разное количество ступеней, чтобы добиться более высокого давления. Принцип работы центробежного компрессора очень прост.

Популярные центробежные компрессоры содержат от 2 до 4 ступеней для создания давления до 150 фунтов на квадратный дюйм. Между каждой стадией воздух будет охлаждаться для следующей стадии через промежуточный охладитель.

Различные части центробежных компрессоров, обеспечивающие общий процесс

Центробежные компрессоры обычно содержат эти четыре основные части: рабочее колесо, коллектор, впускной канал, диффузор.

Кожух и входное отверстие используются для защиты компонентов внутри. Этот корпус обычно изготавливается из чугуна или стали и бывает двух типов: с горизонтальным разъемом и с вертикальным разъемом.Подшипники в корпусе обеспечивают осевую и радиальную поддержку ротора. Другие блоки, которые находятся в корпусе, — это форсунки. Эти форсунки с впускными и выпускными патрубками используются для направления потока внутрь или из компрессора.

Рабочие колеса, установленные на валу, считаются ротором компрессора. Этот блок был разработан для обеспечения скорости. Лезвия, прикрепленные к его вращающемуся диску, располагаются в зависимости от желаемой производительности.

Другая часть — диффузор.Проход диффузора (крошечное пространство между соседними диафрагмами) принимает газ, отводимый крыльчаткой. Там поток газа поворачивается на 180 ° и направляется к следующей крыльчатке. Две стенки диффузора образуют радиальный канал, позволяющий уменьшить скорость газа, а также помогает преобразовывать динамическое давление в статическое.

Коллектор (также известный как спираль или спираль) — это последний элемент в наиболее важных частях, который позволяет вам понять ответ на вопрос «как работает центробежный компрессор».Коллектор иногда содержит клапаны для управления компрессором. Но их основная задача — собрать газ на последнем процессе. Затем коллектор подает собранный предмет к напорному фланцу.

Преимущества центробежного компрессора

У знания того, «как работает центробежный компрессор», есть и другая сторона. Знание конструкции и работы центробежного компрессора может помочь вам узнать больше о преимуществах этих компрессоров.

Интересно знать, что одно из преимуществ центробежного компрессора заключается в том, что его конструкция позволяет производить большое количество воздуха в небольшом корпусе.Они подходят для использования в штатах с общей мощностью более 200 лошадиных сил и подходят для работы с более высокими мощностями. Это из-за их непрерывного прохождения через разные стадии.

Еще одним преимуществом этих компрессоров является то, что с увеличением размера системы цена за HP снижается.

Применение центробежного компрессора

Теперь, когда вы знаете ответ на вопрос, как работает центробежный компрессор, вам может быть интересно вкратце узнать о его применении.Эти машины используются для различных целей, таких как производство или получение сжатого воздуха.

Еще одно применение центробежных компрессоров — в газовых турбинах для обеспечения требуемого сжатия.

Центробежные компрессоры также используются в пищевой промышленности. Они используются для создания сжатого воздуха, не содержащего масла, для использования в пищевой промышленности.

«Как работает центробежный компрессор» — теперь вы знаете ответ. Что вы думаете об этих динамических центробежных компрессорах? Прокомментируйте ниже и дайте нам знать свое мнение.Вы также можете зарегистрироваться на Linquip и поговорить с нашими экспертами, чтобы получить ответы на все свои вопросы.

Центробежные компрессоры VS Осевые компрессоры | Принцип работы | Разъяснение конструкции

Центробежные компрессоры VS Осевые компрессоры | Принцип работы | Разъяснение конструкции

Центробежные компрессоры

Этот тип компрессоров относится к динамическим компрессорам, которые зависят от передачи энергии от вращающегося рабочего колеса воздуху.

Центробежный компрессор имеет простой вращающийся элемент, установленный на валу, который обычно подсоединяется непосредственно к первичному двигателю.Компрессор разделен на четыре части: входная, центробежная крыльчатка, диффузор и коллектор.

Компрессор всасывает воздух или воздух, поступающий через входную часть, а затем центробежный компрессор увеличивает энергию рабочих газов / воздуха путем вращения набора лопастей. Отсюда скорость воздуха увеличивается перед движением к диффузору. Диффузор преобразует кинетическую энергию воздуха в энергию давления, постепенно уменьшая скорость воздуха, и таким образом воздух сжимается и собирается из коллектора.

компрессор центробежный

Одной из интересных характеристик центробежного компрессора является то, что по мере уменьшения скорости крыльчатки производительность компрессора увеличивается. Воздух всасывается в осевом направлении крыльчаткой, а лопасти передают дополнительную энергию, которая преобразуется в энергию давления диффузором. а затем легко доставлен из кожуха коллектора.

Этот тип компрессоров более эффективен, чем поршневые винтовые компрессоры, благодаря наличию в них многоступенчатых компрессоров.

Приложения

Эти типы компрессоров обычно используются для сжатия газа на нефтяных платформах.
При хранении и транспортировке сжиженного нефтяного газа.
Центробежные компрессоры используются в турбокомпрессорах дизельных двигателей.

Осевые компрессоры

Осевые компрессоры чем-то похожи на центробежные компрессоры. Это компрессор, который непрерывно сжимает воздух. Это компрессор с вращающимся профилем, в котором газ или воздух движутся параллельно оси вращения.

Есть набор вращающихся ножей и набор неподвижных ножей, которые выполняют разные операции.

Компрессоры с осевым потоком (на изображении показано, как вращаются лопасти)

Поскольку компрессор всасывает воздух в осевом направлении и увеличивает его уровень энергии, пропуская воздух через лопасти ротора, которые вращаются и создают крутящий момент в воздухе. Теперь неподвижные лопасти замедляют скорость жидкости и преобразуют окружную составляющую воздуха в воздух. Таким образом, воздух сжимается.

Осевой компрессор в своей очень простой форме, также известный как осевой вентилятор, который обычно используется в бытовых целях. Давление создается несколькими ступенями.

Приложения

Газовые турбины, такие как реактивные двигатели
Высокоскоростные судовые двигатели
На малых электростанциях
Доменный воздух
Воздухоразделительные установки


Речь идет о центробежных компрессорах и осевых компрессорах.Если вы хотите что-то добавить, не стесняйтесь комментировать.

Я обсуждал роторные компрессоры и их типы в прошлой статье.

А также Компрессоры поршневые и их виды.

Чтобы узнать о различных типах компрессоров, нажмите НАЗАД


Центробежные компрессоры

: конструкция, принцип действия, требования к работе и потери

В этой статье мы обсудим: — 1. Устройство и принцип работы центробежного компрессора 2.Диаграммы скоростей центробежного компрессора 3. Требуемая работа (работа Эйлера) 4. Коэффициент скольжения 5. Коэффициент сжатия 6. Влияние геометрии лопастей рабочего колеса 7. Влияние геометрии компрессора на производительность 8. Предварительное вращение 9. Потери.

Состав:

  1. Устройство и принцип работы центробежного компрессора
  2. Диаграммы скорости центробежного компрессора
  3. Требования к работе (работа Эйлера) для центробежного компрессора
  4. Коэффициент скольжения центробежных компрессоров
  5. Степень сжатия в центробежном компрессоре
  6. Влияние геометрии лопастей рабочего колеса на центробежный компрессор
  7. Влияние геометрии компрессора на производительность центробежного компрессора
  8. Pre-Whir в центробежном компрессоре
  9. Потери в центробежном компрессоре

1.Конструкция и принцип работы центробежного компрессора:

Это динамический компрессор. Сжатие и повышение давления воздуха достигается за счет динамического воздействия. Компрессор часто напрямую соединен с первичным двигателем и приводится в действие с высокой скоростью.

На рисунке 16.9 показана принципиальная схема центробежного компрессора. Он состоит из впускного (всасывающего) патрубка (1), рабочего колеса (ротора) с лопастями или лопатками (2), лопаточного или безлопаточного диффузора (3), спирального или спирального кожуха (4), выпускного или нагнетательного патрубка (5). ), вал (6) и уплотнение вала (7).Рабочее колесо прикреплено к валу шпонкой, а вращающийся узел динамически сбалансирован.

Термодинамический процесс сжатия и повышения давления над ротором и в диффузоре показан на диаграмме h-S на рис. 16.10.

Из-за вращения крыльчатки на ее ушке создается разрежение. Таким образом, воздух всасывается из окружающей среды при начальном давлении торможения p Io и температуре торможения T Io , представленных точкой на диаграмме h-S.

Статические условия окружающей среды представлены точкой o. Воздух во впускном патрубке несколько ускорен. Впускная труба впускает или направляет воздух для плавного и безударного попадания в проушину рабочего колеса. Во впускном патрубке изменяется направление и величина абсолютной скорости воздуха.

Из-за ускорения потока во впускной трубе скорость увеличивается с V 0 до V 1 , тем самым уменьшая давление и температуру воздуха. Процесс ускорения неизэнтропичен из-за трения и показан процессом 0 — 1 на диаграмме h-S.Следовательно, на входе в рабочее колесо давление и температура равны p 1 и T 1 соответственно.

Лопатки рабочего колеса могут иметь радиальную, обратную или прямую кривизну.

Воздух выходит из выпускного отверстия рабочего колеса с очень высокой абсолютной скоростью V 2 , которая далее преобразуется в давление в безлопаточном или лопастном диффузоре и спиральном (спиральном) корпусе. В безлопаточном диффузоре абсолютная скорость воздуха уменьшается с V 2 до V 3 , процесс 2-3 на диаграмме h-S.Он также стабилизирует поток, покидающий рабочие колеса с лопастями, для безударного входа в диффузор с лопатками. Скорость воздуха дополнительно уменьшается с V 3 до V 4 в лопаточном диффузоре для дальнейшего увеличения давления. Этот процесс представлен линией 3-4 на диаграмме h-S.

Лопаточный диффузор нагнетает воздух в спиральный (спиральный) кожух и, наконец, воздух выходит из выпускной трубы. Процесс 4 — e на диаграмме h-S представляет процесс в спиральном корпусе и выпускной трубе.Центробежные компрессоры, используемые в газотурбинных установках, имеют изгиб на 90 ° вместо спирального корпуса для направления воздуха в камеру сгорания, как показано на рис. 16.11. Наконец, на выходе из компрессора воздух имеет статическое давление и давление торможения p e и p eo . Если бы не было никаких потерь на трение, конечное давление было бы вместе, как представлено p eo (wl) .


2. Диаграммы скорости центробежного компрессора :

Рисунок 16.13 показаны диаграммы скорости на входе и выходе рабочего колеса, а также на входе и выходе диффузоров.

Номенклатура:

В дальнейшем для анализа энергии центробежного компрессора будут приняты следующие обозначения. Суффикс «1» обозначает параметры на входе и «2» на выходе.

β 1 = Угол лопасти ротора на входе

β 2 = Угол лопасти ротора на выходе

α 1 = Угол на входе воздуха или угол выхода направляющего полотна

α 2 = Угол выхода воздуха из лопасти ротора

V 1 и V 2 = Абсолютная скорость воздуха на входе и выходе из ротора, м / с

V r1 и V r2 = Относительная скорость воздуха на входе и выходе из ротора, м / с

V f1 и V f2 = скорость потока на входе и выходе ротора, м / с

V w1 и V w2 = Скорость завихрения на входе и выходе ротора, м / с

u 1 и u 2 = Средняя окружная скорость конца лопасти на входе и выходе, м / с

r 1 и r 2 = внутренний и внешний радиусы ротора, м

м = Массовый расход воздуха, кг / с

α 3 = угол входа лопаточного диффузора или угол выхода безлопаточного диффузора

На входе в ротор воздух поступает с абсолютной скоростью V 1 , составляя угол α 1 к направлению движения лопасти (обычно α 1 = 90 °), без какого-либо удара и его вихревой составляющей V ш1 = 0.

Входной треугольник скоростей теперь нарисован в масштабе V 1 в радиальном направлении, u 1 в тангенциальном направлении к входной периферии. Вектор, соединяющий конечные точки V 1 и u 1 , представляет относительную скорость V r1 на входе. Наконечник лопатки на входе имеет угол β 1 , т.е. его кривизна на входе лежит в направлении V r1 .

На выходе из ротора воздух выходит с относительной скоростью V r2 под углом β 2 к направлению движения.Теперь, когда известно u 2 , V 2 можно найти путем векторного сложения.

В безлопаточном диффузоре предполагается, что поток является логарифмической спиралью и свободным вихрем. Воздух поступает в лопаточный диффузор со скоростью V 3 под углом α 3 и покидает диффузор со скоростью.


3. Требования к работе (работа Эйлера) для центробежного компрессора

:

Требуемая работа на кг воздуха в ступени центробежного компрессора может быть найдена с помощью теоремы о моменте количества движения.

Согласно уравнению Ньютона, сила определяется скоростью изменения количества движения.

Точно так же скорость изменения момента количества движения относительно центра вращения дает вращающий момент.

Рассмотрим 1 кг воздуха, проходящего через рабочее колесо (ротор). Теоретический крутящий момент, создаваемый крыльчаткой,

Безразмерные параметры центробежных компрессоров:

Для проектирования и анализа производительности центробежного компрессора очень полезны несколько безразмерных параметров.

Они определены и объяснены ниже:


4. Коэффициент скольжения

центробежных компрессоров:

В идеальных условиях частицы жидкости движутся точно по той же траектории профиля лопатки, что относительная скорость на выходе рабочего колеса наклонена в тангенциальном направлении только под углом β 2 , независимо от массового расхода, скорости и т. Д.

Такой идеальный поток возможен, когда рабочее колесо имеет бесконечное количество лопастей любой толщины. На рисунке 16.14 показан треугольник скоростей для радиальных лопаток. Пунктирная диаграмма представляет идеальные условия, в то время как полная линия представляет фактические условия.

На практике, когда рабочее колесо имеет конечное количество лопастей, жидкость удерживается между лопастями рабочего колеса из-за своей инерции, и жидкость неохотно протекает через рабочее колесо.

Это вызывает перепад давления на лезвиях.На передней поверхности высокое давление, а на задней грани — низкое. Эта разница давлений порождает градиент относительной скорости и образование вихрей.

Таким образом, жидкость выпускается под определенным средним углом β ’ 2 , который меньше β 2 .

Следовательно, считается, что жидкость проскальзывала относительно рабочего колеса во время прохождения через него.

Коэффициент скольжения зависит от количества лопастей и обычно равен 0.9. Не снижает КПД, а только снижает развиваемый напор.


5. Степень сжатия в центробежном компрессоре

:

Коэффициент скольжения также определяется как отношение работы, необходимой в реальных условиях, к работе, необходимой в идеальных условиях.

Коэффициент скольжения µ и коэффициент потребляемой мощности Ѱ различны и не зависят друг от друга. В то время как коэффициент потребляемой мощности Ѱ означает увеличение требуемой потребляемой работы, которая теряется при преодолении трения.Эта потерянная энергия преобразуется в тепло и вызывает повышение температуры.

Повышение температуры сжатого воздуха часто не является потерей, поскольку в газотурбинных установках горячий сжатый воздух повышает температуру в камере сгорания без увеличения подачи топлива. Тем не менее, коэффициент потребляемой мощности должен быть низким, а сжатие в идеале должно быть изоэнтропическим.

Но коэффициент скольжения ограничивает производительность компрессора даже при изоэнтропической работе. Коэффициент скольжения должен быть как можно более высоким.Высокий коэффициент скольжения увеличивает V w2 . Когда V w2 = u 2 , трудозатраты максимальны, и их можно выгодно использовать.

Коэффициент скольжения увеличивается с увеличением количества лопаток, что, в свою очередь, уменьшает площадь прохождения потока воздуха. Часто требуется компромисс. В настоящее время используется около 20 лопаток, чтобы получить коэффициент скольжения 0,9. Эмпирическая формула, предложенная Станицем: —

.

Где, η = количество лопастей

Более высокая скорость наконечника увеличивает степень сжатия.

Максимальная скорость наконечника для обычных материалов ограничена 460 м / с.

Кроме того, снижение температуры на входе увеличивает степень сжатия для данной входной работы.


6. Влияние геометрии лопастей рабочего колеса

на центробежный компрессор:

Лопасти крыльчатки имеют различные формы, которые можно описать, исходя из угла наклона лопаток на выходе β 2 . В зависимости от величины лопасти имеют разную кривизну по сравнению с прямым направлением вращения крыльчатки.

Лезвия различной формы:

(i) Лопасти с загнутыми назад лопатками β 2 <90 °

(ii) радиальные лопасти; β 2 = 90 °

(iii) лопасти с загнутыми вперед лопатками; β 2 > 90 °

На рис. 16.15 показан треугольник скоростей для каждого из перечисленных выше случаев.

Во всех случаях скорость конца лопасти на выходе u 2 сохраняется.

Из рис. 16.15 видно, что для лопаток с загнутыми назад лопатками тангенциальный компонент V w2 является наименьшим по сравнению с таковыми в других случаях.Следовательно, для данной скорости работа, необходимая для рабочего колеса, мала, как указано в работе Эйлера (уравнение 6).

В случае лопаток с загнутыми вперед лопатками V w2 является максимальным, поэтому крыльчатке требуется максимальная рабочая нагрузка. Тоже самое значение V 2 .

А в случае радиальных лопаток, V w2 находится между ними, то есть лопатки с загнутыми назад и вперед загнутыми лопатками. Следовательно, лопасти с загнутыми назад лопатками лучше всего обеспечивают высокую эффективность.

Влияние геометрии лопасти также можно объяснить безразмерными параметрами следующим образом.Коэффициент напора — это безразмерный параметр, который используется для выражения работы, необходимой для каждой ступени центробежного компрессора.

Для рабочей жидкости, рассматриваемой как идеальный газ, изоэнтропическая эффективность η isent = 1. Так как коэффициент напора λ и коэффициент давления Ѱ одинаковы, то входная работа жидкости определяется как —


7. Влияние геометрии компрессора на производительность центробежного компрессора

:

Рисунок 16.20 (a) и (b) показано изменение реакции ступени Ω с коэффициентом давления Ѱ.


8. Предварительная выдержка в центробежном компрессоре

:

В газовых турбинах и реактивных двигателях используются центробежные компрессоры, работающие на высокой скорости. Часто существует возможность развития ударной волны в проточном канале. Этого можно избежать, если число Маха в любой точке проточного канала ограничено ниже единицы.

Максимальное значение числа Маха относительной скорости находится на входе.

Для заданного расхода, если V r1 и u 1 высокий для безударной работы компрессора, жидкость получает начальное предварительное вращение или предварительное завихрение с помощью неподвижных направляющих лопаток, прикрепленных к корпусу. на входе.

Входящий воздух, проходящий через неподвижные направляющие лопасти, предварительно завихряется. Таким образом, V r1 уменьшается без влияния на V f1 или массовый расход.


9. Потери в центробежном компрессоре

:

Потери на трение в центробежном компрессоре происходят в основном в двух местах, а именно.над крыльчаткой и в диффузоре.

I. Потери на крыльчатке :

Потери жидкости на трение по рабочему колесу указаны по формуле —

.

II. Потери в диффузоре :

Потери в диффузоре (с лопастями или без лопастей) возникают из-за необратимой инверсии силы трения в пограничном слое на поверхности диффузора.

Все эти потери приводят к уменьшению степени сжатия и увеличению требуемой работы, что снижает эффективность компрессора.


Физика работы центробежного компрессора | Ежегодное собрание PSIG

РЕЗЮМЕ

В этом документе объясняется физика работы центробежного компрессора, имеющая отношение к моделированию трубопроводов. Темы включают термодинамику сжатия газа, аэродинамику центробежных компрессоров, а также функции важных подсистем, таких как уплотнения и устройства защиты от помпажа. Объясняются механизмы управления центробежными компрессорами и обсуждается их влияние на характеристики производительности.Будут проанализированы свойства сжимаемого газа и его влияние на соответствующие рабочие параметры компрессора. Аэродинамические компоненты компрессоров анализируются с точки зрения их влияния на производительность компрессора. Объясняется связь между физикой потока в газовых компрессорах и результирующими картами производительности, которые представляют поведение моделируемого устройства.

ВВЕДЕНИЕ

Принципы работы центробежных газовых компрессоров можно понять, применив некоторые основные законы физики.Использование первого и второго закона термодинамики вместе с основными законами гидродинамики, такими как закон Бернулли и закон Эйлера, позволяет объяснить основные принципы работы и, в более широком смысле, может улучшить понимание рабочего поведения центробежных газовых компрессоров. Большинство описаний компрессоров в этой статье специально предназначены для трубопроводных систем. Обычно они также применимы к любому другому применению сжатия газа. Общее описание термодинамики сжатия газа применимо к любому типу компрессора, независимо от его подробных принципов работы.

ТЕРМОДИНАМИКА СЖАТИЯ ГАЗА

Для компрессора, принимающего газ при определенном давлении и температуре всасывания и подающего его при определенном давлении на выходе, изоэнтропический напор представляет собой подвод энергии, необходимый для обратимого, адиабатического (таким образом, изэнтропического) сжатия. Фактический компрессор потребует большего количества энергии, чем необходимо для идеального (изэнтропического) сжатия (Рисунок 1). В настоящее время важно прояснить некоторые свойства и, в частности, найти их связь с первым и вторым законами термодинамики, написанными для стационарных потоков жидкости.Использование политропного процесса (Beinecke and Luedtke, 1983) для сравнения работает в основном так же, как использование изэнтропического процесса для сравнения. Разница заключается в том, что политропный процесс использует ту же температуру нагнетания, что и реальный процесс, в то время как изэнтропический процесс имеет другую (более низкую) температуру нагнетания, чем фактический процесс для той же задачи сжатия. В частности, как изэнтропический, так и политропный процесс являются обратимыми (и адиабатическими) процессами.Чтобы полностью определить процесс изоэнтропического сжатия для данного газа, необходимо знать давление всасывания, температуру всасывания и давление нагнетания. Для определения политропного процесса дополнительно необходимо знать либо эффективность политропного сжатия, либо температуру нагнетания.

КОМПОНЕНТЫ ГАЗКОМПРЕССОРОВ

В приведенных выше термодинамических соображениях компрессор рассматривается как черный ящик. Теперь мы хотим представить основные компоненты центробежного компрессора, который выполняет указанные выше задачи (рис. 3).Газ, поступающий во входное сопло компрессора, направляется (часто с помощью направляющих лопаток) на вход крыльчатки.

Управление центробежным воздушным компрессором и основные сведения о его размерах

Тим Дуган, P.E. Президент, Compression Engineering Corporation

Более крупные воздушные компрессоры, обычно мощностью более 500 л.с., на нефтеперерабатывающих, целлюлозно-бумажных, химических и других перерабатывающих предприятиях часто имеют высокоскоростные многоступенчатые воздушные компрессоры, называемые «центробежными» воздушными компрессорами.Если смотреть с точки зрения всей системы, они не сильно отличаются от винтовых воздушных компрессоров. Они сжимают воздух до атмосферного давления и доставляют его в сушилку. Эти типы воздушных компрессоров не имеют внутренних изнашиваемых деталей, кроме подшипников и уплотнений, и очень надежны и эффективны при максимальной эффективности.

Скорость потока центробежного воздушного компрессора относительно постоянна при заданном давлении и температуре на входе при полной нагрузке. На обычном языке винтовых воздушных компрессоров они считаются «базовой нагрузкой», что означает, что они должны работать на полную мощность все время.Это упрощенный, но правильный взгляд на то, как следует рассматривать большинство применений центробежных воздушных компрессоров, если на самом деле есть правильно регулируемые винтовые воздушные компрессоры, используемые в качестве «подстройки», и их условия на входе относительно постоянны. Однако в большинстве современных систем с центробежными воздушными компрессорами они не работают с базовой нагрузкой, и условия на входе резко меняются в зависимости от сезона. Иногда центробежные воздушные компрессоры входят в состав только центробежных систем, где они имеют большой размер и низкую эффективность при частичной нагрузке, причем один работает, а другой — резервный.Или есть несколько агрегатов, работающих в разных частях большой воздушной системы завода, работающих независимо, иногда эффективно, а иногда нет. Или они находятся в смешанных винтовых / центробежных системах, где они работают параллельно с винтовыми воздушными компрессорами, также при частичной нагрузке. На наш взгляд, распространенной причиной таких неоптимальных применений является отсутствие знаний об управлении и обслуживании у большинства поставщиков, техников и инженеров, которые более знакомы с винтовыми воздушными компрессорами.

В этой статье я стремлюсь описать основной способ управления центробежным воздушным компрессором и его правильные размеры.Для этого мне нужно осветить некоторые основы, а именно:

  1. Описать основы центробежного воздушного компрессора.
  2. Опишите кривую центробежного воздушного компрессора.
  3. Опишите управление центробежным воздушным компрессором.
  4. Обсудите значение выбора размера воздушного компрессора.

Основные сведения о центробежном воздушном компрессоре

Центробежный воздушный компрессор создает давление, ускоряя газ от центра рабочего колеса через «рабочее колесо» за счет центробежной силы, а затем замедляя его в «диффузоре» за счет расширения.Энергия скорости преобразуется в энергию давления (по принципу Бернулли давление обратно пропорционально квадрату скорости). См. Рисунок 1.

Рис. 1. Базовая внутренняя структура центробежного воздушного компрессора.

Типичные центробежные воздушные компрессоры завода имеют три ступени, потому что они обычно могут сжимать от 2: 1 до 3: 1 на ступень, а для воздушной системы завода требуется повышение давления примерно на 8: 1. У них есть промежуточные охладители между ступенями и дополнительный охладитель после третьей ступени.Современные центробежные воздушные компрессоры надежны, эффективны и компактны. Они смонтированы на общем основании с интегрированным приводом, шестернями, охладителями, трубопроводами и органами управления. Современные средства управления позволяют управлять производительностью и надежностью воздушного компрессора при относительно постоянном давлении, что позволяет легко «настроить и забыть». См. Рисунок 2. Основные компоненты:

  1. Двигатель
  2. Зубчатая передача с шестернями для привода ступеней сжатия воздуха.
  3. Впускной дроссельный клапан или впускные направляющие лопатки (IGV)
  4. Первая ступень сжатия воздуха
  5. Интеркулер 1
  6. Вторая ступень сжатия воздуха
  7. Интеркулер 2
  8. Третья ступень сжатия воздуха
  9. Дополнительный охладитель
  10. Клапан продувочный
  11. Клапан обратный
  12. Панель управления

Рисунок 2.На этой диаграмме показаны основные внутренние процессы центробежного воздушного компрессора.

Кривые рабочих характеристик центробежного воздушного компрессора

Рис. 3. Типичная кривая одноступенчатого центробежного воздушного компрессора.

Так что же такое «всплеск » в любом случае ? Это аэродинамический термин, описывающий явления, когда поток уменьшается, а перепад давления на первой ступени становится слишком большим, и поток временно «восстанавливается».Это вызвано аэродинамическим «срывом» или «отрывом». С воздушной пленкой на самолете слишком большой угол атаки может вызвать отрыв пограничного слоя и срыв. Точно так же в центробежном воздушном компрессоре слишком низкий расход или слишком высокий перепад давления изменяют угол атаки внутри крыльчатки, создавая разделение и помпаж. Это вызывает нестабильность потока воздуха в компрессоре и удары подшипников и шестерен, а также нестабильность давления в системе. В типичном воздушном компрессоре центробежной установки это обычно вызвано плотностью на входе и падением потока из-за избыточного дросселирования, горячего воздуха, засорения впускного фильтра или их комбинации.Ты не хочешь туда идти.

Регуляторы центробежного воздушного компрессора должны быть настроены консервативно, чтобы избежать помпажа. В более новых воздушных компрессорах линия контроля помпажа разработана на основе «политропного напора», значения давления, нормированного на температуру. Квалифицированный техник «проверяет» воздушный компрессор и вводит пределы контроля помпажа в «футах». Затем вводится смещение от значения. Если политропный напор достигает значения смещения, контроллер воздушного компрессора начинает открывать продувочный клапан, чтобы избежать помпажа.В более старых воздушных компрессорах выполняется импульсное испытание для определения тока двигателя, приведшего к выбросу (ток двигателя падает при дросселировании входа), а также вводится значение тока смещения. Если ток упадет до этого уровня Amp, запустится такая же защита от скачков напряжения. Однако ток двигателя может быть неточным определителем скачка напряжения, особенно если испытание на скачок напряжения проводилось в прохладный день. Центробежный воздушный компрессор в жаркий день нагнетается «раньше» (в амперах), чем в холодный.

Доставляемый поток центробежного воздушного компрессора или «производительность» зависит от плотности на входе.Если плотность падает из-за более высокой температуры на входе, объемный расход фактически уменьшается. Меньший массовый расход снижает способность рабочего колеса первой ступени развивать скорость за счет количества движения, и объемный расход на входе (в кубических футах в минуту или м3 / час) падает. Этим они отличаются от объемных воздушных компрессоров, в которых объемный расход на входе не зависит от плотности на входе. Доставляемый массовый расход, относящийся к стандартным условиям (scfm или нм3 / час), всегда падает линейно с плотностью на входе, даже если объем на входе был постоянным.Таким образом, снижение плотности на входе из-за повышенной температуры на входе создает «двойную опасность» для центробежных воздушных компрессоров, снижая как icfm, так и scfm. Рисунки 4 и 5, фактические кривые идентичного воздушного компрессора при 50 и 90 ° F на входе, показывают это. Соотношение доставленного потока 1 — 4342/4798 = 9,5%. Если бы поток на входе был постоянным, падение было бы только из-за температуры на входе, 1 — (460 + 50) / (460 + 90) = 7,3%. Объемный расход на входе снизился на 2,2%.

Повышение температуры на входе также приводит к понижению «головы» кривой и эффективному «уменьшению» воздушного компрессора.Регулировка давления — это доступный диапазон дроссельной заслонки центробежного воздушного компрессора без продувки. Естественное повышение до помпажа (без дросселирования) падает со 150 до 140 фунтов на кв. Дюйм, когда температура на входе повышается с 50 до 90 ° F. Падение вызывает снижение эффективного отклонения от 2100 стандартных кубических футов в минуту (4800 — 2700) до 1600 кубических футов в минуту. (4300 — 2700). Этот диапазон регулирования довольно хорош по сравнению с типичными центробежными воздушными компрессорами (от 37% до 43%). Это происходит из-за высокого «разгона» этого воздушного компрессора. Если было выбрано другое рабочее колесо, одно с оптимальным КПД при полной нагрузке и давлении, это могло бы привести к меньшему увеличению выброса на естественной кривой и меньшему отклонению на впускном дросселе.Но из-за слишком большого подъема для помпажа воздушный компрессор становится немного менее эффективным. Сбалансированный выбор аэродинамики обеспечивает как хорошую эффективность при полной нагрузке, так и хороший диапазон регулирования.

Реально органы управления воздушного компрессора не позволяют дросселированию без продувки происходить вплоть до теоретической линии помпажа. Основываясь на опыте, я использую консервативное смещение 25%. То есть, я предполагаю, что возможность регулирования расхода воздушного компрессора составляет только 75% от идеального отклонения кривой, 1575 стандартных кубических футов в минуту при 50 ° F на входе (33%) и 1200 стандартных кубических футов в минуту при 90F (28%).

На мощность также влияет температура на входе. Он падает на 7,3% при том же повышении температуры, как и при падении icfm. Таким образом, на удельную производительность (л.с. / куб. Футов в минуту) влияет не температура, а только чистая мощность и расход. Также обратите внимание, что дросселирование на IGV обеспечивает меньшую мощность, чем на впускном дроссельном клапане (IBV). Это связано с более эффективным снижением давления и предварительным завихрением с IGV по сравнению с более турбулентным дросселированием IBV.

Рис. 4. Типичная кривая многоступенчатого заводского воздушного центробежного компрессора, вход 50
° F.

Рис. 5. Типичная кривая многоступенчатого заводского воздушного центробежного компрессора, вход 90
° F.

Управление центробежным воздушным компрессором

Для читателей, знакомых со старыми системами управления винтовыми воздушными компрессорами, средства управления центробежными воздушными компрессорами представляют собой усовершенствованную версию модуляции и разгрузки верхнего диапазона с минимальным пределом дроссельной заслонки, как показано ниже:

  1. Давление — это основная независимая регулирующая переменная при управлении центробежным воздушным компрессором.Давление обычно регулирует впускной клапан или IGV, регулируя производительность воздушного компрессора для стабилизации в соответствии с требованиями системы. Режим управления — «пропорционально-интегрально-производная» или «ПИД». По сути, он пытается нацелить и удерживать давление на заданном уровне плюс или минус доли фунта на квадратный дюйм. В некоторых центробежных воздушных компрессорах, особенно газовых, частичная нагрузка регулируется рециркуляционным клапаном. В этой статье мы описываем заводские воздушные компрессоры. Обычно они не используют контроль рециркуляции.
  2. На самом деле, он попадает на смещение от линии помпажа, и иногда давлению позволяют подняться и управлять продувочным клапаном с IGV в минимальном положении. В других контроллерах оба клапана срабатывают одновременно, когда воздушный компрессор приближается к линии помпажа, и давление поддерживается постоянным.
  3. Существует два основных режима управления: «, непрерывная работа, » и «, низкая потребность, » или другой термин, означающий то же самое, например « с двойным управлением, ». В «непрерывном режиме» воздушный компрессор будет продолжать работать в режиме частичной продувки бесконечно.
  4. В режиме с низкой потребляемой мощностью воздушный компрессор может «разгрузиться» или перейти в «автономный режим» после того, как продувка превысит определенный уровень в течение определенного периода времени. Впускной клапан или IGV полностью закрывается, а выпускной клапан полностью открывается. Через некоторое время без нагрузки воздушный компрессор отключается.
  5. В некоторых менее чем оптимальных сценариях управления давление регулируется исключительно продувочным клапаном, а не впускным клапаном. Это очень расточительно, что приводит к постоянной мощности на всех уровнях мощности.Это могло произойти из-за ручной регулировки воздушного компрессора или из-за регуляторов помпажа, не позволяющих воздушному компрессору модулироваться.

Значение для выбора размера воздушного компрессора

Четыре основных момента, влияющих на выбор размера центробежного воздушного компрессора:

  1. Получите точный профиль потока вашей системы с помощью массового расходомера, прежде чем определять размер нового воздушного компрессора.
  2. См. №2.
  3. Выберите воздушный компрессор с достаточным диапазоном регулирования, без продувки, чтобы соответствовать вашему изменению нагрузки.Если нагрузка часто падает до 50% от пикового значения, у вас не будет другого выбора, кроме как разрешить некоторую продувку, если вы подбираете для своей системы один центробежный воздушный компрессор. Рассмотрим систему с несколькими воздушными компрессорами, если нагрузка сильно меняется.
  4. Убедитесь, что у вас достаточно большой двигатель, чтобы обеспечить полную мощность в самый холодный день.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с Тимом Дуганом, тел .: (503) 520-0700, электронная почта: [email protected] или посетите http://compression-engineering.com.

Чтобы прочитать аналогичные статьи Air Compressor Technology , посетите сайт www.airbestpractices.com/technology.

Центробежный компрессор — PetroWiki

В центробежном компрессоре энергия передается газу от набора вращающихся лопастей рабочего колеса. Обозначение «центробежный» означает, что поток газа является радиальным, а передача энергии обусловлена ​​изменением центробежных сил, действующих на газ.Центробежные компрессоры обеспечивают высокую пропускную способность на единицу установленного пространства и веса, обладают хорошей надежностью и требуют значительно меньшего технического обслуживания, чем поршневые компрессоры. Однако рабочие характеристики центробежных компрессоров легче подвержены влиянию изменений газовых условий, чем рабочие характеристики поршневых компрессоров. На этой странице представлена ​​кривая рабочих характеристик с упором на управление производительностью путем изменения скорости, дросселирования всасывания или регулируемых направляющих лопаток на входе.Также рассматривается управление технологическим процессом, чтобы избежать работы в условиях разрушительного перенапряжения.

Обзор

Физический размер (диаметр) центробежного компрессора определяется объемным расходом на входе. Степень сжатия (или напор) определяет количество ступеней (длину). Скорость вращения центробежного компрессора является обратной функцией диаметра, чтобы поддерживать желаемую окружную скорость на внешнем диаметре крыльчатки независимо от физического размера компрессора.Компрессоры с очень большим (т. Е. С большим объемом) расходом могут работать на скоростях до 3000 об / мин. И наоборот, компрессоры с низким расходом могут работать со скоростью до 30 000 об / мин. Требуемая мощность зависит от массового расхода, напора и эффективности. В зависимости от конкретного применения мощность центробежного компрессора может варьироваться от 500 л.с. (400 кВт) до более 50 000 л.с. (40 МВт).

При низких объемных расходах ширина газовых каналов в центробежном компрессоре становится узкой, и эффекты трения становятся значительными, что приводит к снижению эффективности.По этой причине поршневые компрессоры часто более подходят для приложений с низким расходом. Для дальнейшего обсуждения этого вопроса см. Раздел ниже, посвященный выбору компрессора.

API разработал отраслевой стандарт API Standard 617, который часто используется при проектировании и производстве центробежных компрессоров. Типичный центробежный компрессорный агрегат показан на Рис. 1 . Показанный компрессор установлен на единой опорной плите и приводится в действие электродвигателем.

  • Рис. 1 — Двухкорпусный центробежный компрессорный агрегат (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Многоступенчатые и одноступенчатые центробежные компрессоры

Компрессоры центробежные многоступенчатые

Многоступенчатые центробежные компрессоры могут иметь различные конфигурации проточного тракта с использованием от одной до десяти рабочих колес, в зависимости от напора, необходимого для рабочего процесса. Когда промежуточное охлаждение не требуется, обычно используется прямоточная (линейная) конфигурация.Для применений, требующих промежуточного охлаждения, полученный двухсекционный компрессор может быть сконфигурирован как в линейном (составном), так и в последовательном расположении. Для приложений с высоким расходом / низким напором иногда используется двухпоточная конфигурация. В двухпоточной системе половина потока поступает в компрессор через впускное соединение на каждом конце корпуса и выходит из корпуса через общий выпускной патрубок в центре. Все описанные конфигурации представляют собой конструкции балочного типа, в которых рабочие колеса расположены между радиальными подшипниками.

Одноступенчатые центробежные компрессоры

Одноступенчатые центробежные компрессоры могут быть выполнены в виде балки или с консольной крыльчаткой. В консольной конфигурации рабочее колесо расположено на неприводном конце вала (за пределами радиального подшипника неприводного конца).

Основные компоненты

Основные компоненты различных конфигураций проточного тракта центробежного компрессора показаны на рис. , рис. 2, с по , рис. 5, .В этом разделе описаны основные элементы центробежных компрессоров.

  • Рис. 2 — Поперечное сечение прямоточного (линейного) центробежного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 3 — Поперечное сечение встроенного (составного) центробежного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 4 — Поперечное сечение центробежного компрессора, расположенного спина к спине (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 5 — Сечение двухпоточного центробежного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Корпус (кожух или корпус)

Корпус (кожух или корпус) является компонентом компрессора, работающим под давлением. В корпусе находятся стационарные внутренние компоненты и ротор компрессора. Подшипники прикреплены к корпусу для обеспечения как радиальной, так и осевой поддержки ротора. В корпусе также имеются форсунки с впускным и выпускным фланцевыми соединениями для ввода и вывода потока из компрессора.Размер фланцевых соединений должен быть надлежащим, чтобы при необходимости ограничить скорость газа. Корпус изготавливается одного из двух основных типов:

  • по горизонтали
  • Вертикальный разъем

Конструкция может быть чугунной или стальной, кованной или сварной.

Корпус с горизонтальным (осевым) разъемом

Корпус с горизонтальным разъемом разделен параллельно оси ротора. Верхняя половина корпуса прикручивается болтами к нижней половине.Благодаря этой конструкции корпуса облегчается доступ к внутренним частям компрессора для осмотра и обслуживания (особенно, когда соединения технологических трубопроводов расположены в нижней половине корпуса). Конструкция с горизонтальным разъемом по своей природе ограничена давлением для предотвращения утечки газа через разъемное соединение корпуса.

Корпус с вертикальным (радиальным) разъемом

Корпус разрезан перпендикулярно оси ротора. Головки (торцевые крышки) устанавливаются с обоих концов для сдерживания давления.Конфигурация корпуса с вертикальным разъемом способна выдерживать более высокие давления, чем корпус с горизонтальным разъемом. Ротор и стационарные внутренние детали собраны в виде цилиндрического внутреннего пучка, который вставляется в осевом направлении через один конец корпуса. Осмотр и обслуживание центробежного компрессора с радиальным разъемом требуют снятия внутреннего узла для разборки. Для удаления внутреннего пучка необходимо, чтобы в компоновке компрессорной установки было предусмотрено достаточно места.

Ротор в сборе

Ротор компрессора по сути представляет собой набор крыльчаток, установленных на стальном валу.Дополнительные компоненты ротора включают различное оборудование, такое как:

  • Барабан уравновешивания тяги (уравновешивающий поршень)
  • Проставка рабочего колеса
  • Манжеты уплотнительные
  • Диск упорный
  • Одна или две муфты

Типичный ротор компрессора изображен на Рис. 6 .

  • Рис. 6 — Пример сборки ротора компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Рабочие колеса сообщают скорость газу с помощью лопастей, прикрепленных к вращающемуся диску.Лопасти рабочего колеса наклонены вперед, радиально или назад (по отношению к направлению вращения) в зависимости от желаемой кривой рабочих характеристик. Лопасти с обратным наклоном, как правило, обеспечивают самый широкий рабочий диапазон с хорошей эффективностью. Это наиболее часто используемая форма лезвия. Правильный размер каналов потока рабочего колеса определяется объемным расходом для управления скоростью газа через рабочее колесо. Это означает, что в многоступенчатом компрессоре рабочие колеса должны иметь соответствующий размер для достижения максимальной производительности и должным образом согласованы с учетом уменьшения объемного расхода через компрессор.Рабочие колеса могут быть открытого типа без крышки или закрытого типа с крышкой, прикрепленной к лопастям. В большинстве многоступенчатых компрессоров используется конструкция крыльчатки закрытого типа. Конструкция рабочего колеса может быть:

  • Заклепка
  • Пайка
  • Электронно-лучевая сварка
  • Сваренный обычным способом

В большинстве случаев в качестве материала рабочего колеса выбирается высокопрочная легированная сталь. Нержавеющая сталь часто является предпочтительным материалом для использования в агрессивных средах.Поскольку рабочие колеса вращаются с высокой скоростью, центробежные напряжения являются важным фактором при проектировании, и для материала рабочего колеса требуются высокопрочные стали. Для газов, содержащих сероводород, необходимо ограничить твердость материала рабочего колеса (и, следовательно, прочность), чтобы противостоять коррозии под напряжением.

Роторы многоступенчатого центробежного компрессора имеют собственные резонансные частоты, которые должны выходить за пределы диапазона рабочих скоростей. Конструктивные соображения по роторной динамике могут ограничивать максимальное количество ступеней в одном корпусе или, другими словами, ограничивать максимальную скорость для заданного количества ступеней.

Стационарные компоненты

После того, как газ поступает в компрессор через входное сопло, он должен быть направлен на вход крыльчатки первой ступени таким образом, чтобы поток равномерно распределялся по крыльчатке с заданной скоростью. Система внутренних стационарных компонентов предназначена для подачи газа к первому рабочему колесу с минимальным перепадом давления. Стационарные входные направляющие лопатки обычно располагаются рядом с входным отверстием рабочего колеса. Изменение углов впускных направляющих лопаток можно использовать для регулировки пропускной способности кривой рабочих характеристик компрессора.Тем не менее, регулируемая система входных направляющих лопаток представляет собой механическую сложность, а также дополнительные соображения по уплотнению (см. Раздел ниже, посвященный управлению потоком).

Газ выходит из рабочего колеса с высокой скоростью и попадает в диффузор. Диффузор — важная часть стационарного пути потока, который обычно состоит из двух стенок, образующих радиальный канал потока. В диффузоре скорость газа уменьшается, и динамическое давление преобразуется в статическое давление. Диффузоры могут быть безлопаточными или лопастными.После выхода из канала диффузора поток встречает обратный изгиб, который создает поворот на 180 градусов в направлении потока (то есть из радиального наружу в радиально внутрь). После обратного колена поток попадает в обратный канал с лопастями, который направляет поток внутрь к следующему рабочему колесу. Функция обратного канала (так же, как и у входной системы первой ступени) состоит в том, чтобы равномерно подавать поток к каждому рабочему колесу с минимальными потерями. Входные направляющие лопатки расположены на выходе из возвратного канала.Компоненты, образующие обратный канал, называются «диафрагмами», а проходы диффузора — это промежутки между соседними диафрагмами. Впускные направляющие лопатки могут быть прикреплены к отдельной детали, вставленной в диафрагму, или к составной части диафрагмы.

После рабочего колеса последней ступени газ должен собираться и подаваться на напорный фланец. Стационарный компонент, обычно используемый для этой цели, представляет собой улитку с разгрузкой. Улитка должна быть хорошо согласована с напорным патрубком, чтобы минимизировать потери давления.Скорость нагнетательного сопла также должна быть в определенных пределах, чтобы избежать чрезмерного уровня шума. Все описанные ранее стационарные компоненты играют важную роль в общей производительности компрессора.

Подшипники и сальники

Центробежные компрессоры оснащены двумя радиальными (опорными) подшипниками, чтобы выдерживать вес ротора и концентрически позиционировать ротор внутри неподвижных элементов компрессора. Один упорный подшипник также используется для обеспечения удержания ротора компрессора в желаемом осевом положении.Упорный подшипник обычно представляет собой конструкцию «двойного действия» с наклонной подушкой, установленную с обеих сторон вращающегося упорного диска. Таким образом обеспечивается правильное осевое положение ротора независимо от направления чистых сил осевого давления, действующих на ротор.

Используются две разные категории компрессорных уплотнений:

  • Внутренние уплотнения
  • Уплотнения вала

Внутренние уплотнения сводят к минимуму потери внутренней рециркуляции между ступенями и через барабан балансировки осевого усилия.Для этой цели обычно используются уплотнения лабиринтного типа, чтобы максимизировать эффективность работы.

Уплотнения вала необходимы для герметизации газа внутри компрессора в точке, где вал ротора компрессора входит в корпус. Эта жизненно важная функция уплотнения необходима для предотвращения утечки технологического газа в окружающую среду, окружающую компрессор. Сухие газовые уплотнения являются наиболее часто используемым типом уплотнения вала. Иногда используются уплотнения из жидкой пленки.

Лабиринтные уплотнения

Уплотнения лабиринтного типа используются для минимизации рециркуляционных потерь внутри компрессора.Лабиринтное уплотнение состоит из ряда зубцов (режущих кромок), которые могут быть как неподвижными, так и вращающимися. Стационарные лабиринтные зубья устанавливаются на стационарные компоненты компрессора в непосредственной близости от ротора компрессора (см. Рис. 7). Герметизирующее действие является результатом гидравлического сопротивления, вызванного многократным дросселированием лабиринтных зубцов. Лабиринтные уплотнения сконструированы таким образом, что одна из двух смежных частей (лабиринтные зубья и ротор) относительно мягкая. Более мягкий материал поддается контакту без повреждения более твердого материала.Производители компрессоров выбирают зазоры лабиринтного уплотнения, которые являются максимально узкими, чтобы минимизировать утечку и избежать сильного трения о ротор.

  • Рис. 7 — Лабиринтное уплотнение (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Сухие газовые уплотнения

Начиная с конца 1980-х годов, компрессорная промышленность начала применять технологию сухого газового уплотнения для выполнения критически важной функции уплотнения вала. Уплотнение состоит из вращающегося диска, который движется очень близко к неподвижному кольцу.Поверхность вращающегося диска содержит специальные канавки, которые создают осевую («подъемную») силу во время вращения. Неподвижное кольцо поддерживается несколькими винтовыми пружинами, которые плотно прижимают его к вращающемуся диску, когда компрессор находится в состоянии покоя. Подъемная сила слегка сжимает винтовые пружины, что приводит к очень небольшому рабочему зазору между двумя поверхностями. Этот небольшой зазор эффективно ограничивает утечку газа из уплотнений компрессора. Небольшая утечка газа выходит из компрессора через трубопровод вспомогательного уплотнения, откуда затем направляется либо в факельную систему, либо в какую-либо другую систему рекуперации.Обычно два уплотнения компрессора (впускной и выпускной концы компрессора) подвергаются воздействию давления всасывания газа. Линия баланса тяги (см. Дальнейшее обсуждение в разделе, посвященном подшипникам ниже) подвергает сухое газовое уплотнение нагнетательного конца входному давлению, тем самым устраняя необходимость герметизировать более высокое давление нагнетания.

Сухие газовые уплотнения требуют чистого и сухого газа для надежной работы. Уплотнительный газ обычно отбирается из нагнетательного патрубка компрессора, а затем охлаждается и фильтруется как часть внешней системы обработки уплотнительного газа.Эталонное давление уплотнения измеряется непосредственно внутри сухого газового уплотнения, а клапан регулирования давления подает уплотняющий газ к уплотнительным поверхностям под давлением, немного превышающим эталонное давление. Эта система гарантирует, что уплотнения не подвергаются воздействию неочищенного технологического газа, содержащего жидкости или твердые частицы, которые могут повредить уплотнения. Хотя сухие газовые уплотнения относительно дороги, их вспомогательная система менее сложна, физически меньше и менее дорога, чем вспомогательная система, требуемая в соответствии с конструкцией предыдущей конструкции жидкой пленки.

Уплотнения из жидкой пленки

Жидкопленочные уплотнения могут быть втулочного или механического контактного типа. Тип втулки очень прост и прочен, он включает два смежных уплотнительных кольца (втулки) на каждом конце компрессора. В пространство между уплотнительными кольцами вводится герметизирующая жидкость под давлением, немного превышающим давление технологического газа внутри внутреннего кольца. Перепад давления на внутреннем кольце обеспечивается масляным баком верхнего уплотнения, находящимся под давлением всасывания компрессора.Высота над компрессором уровня масла в баке обеспечивает необходимый перепад давления на уплотнительном кольце. Почти для всех центробежных компрессоров, оснащенных жидкостными пленочными уплотнениями, уплотняющая жидкость — это то же легкое турбинное масло, которое используется для смазки подшипников. Следовательно, вспомогательная масляная система уплотнения, необходимая для подачи уплотняющего масла, может быть объединена (или отделена) от вспомогательной системы смазочного масла.

Внутреннее уплотнительное кольцо предназначено для минимизации утечки масла в технологическую сторону.Утечка из внутреннего уплотнения (также называемая утечкой кислого масла) смешивается с технологическим газом и сливается из компрессора в виде смеси масла и газа. Внутри дренажного отверстия для кислого масла установлено лабиринтное уплотнение, предотвращающее загрязнение технологического газа уплотнительным маслом. Смесь нефти и газа сливается в резервуар дегазации, где газ удаляется, чтобы масло можно было отправить в резервуар уплотнительного масла для повторного использования.

Разрывы внешнего уплотнительного кольца препятствуют потоку, поскольку давление снижается до атмосферного дренажа. Этот слив является обычным для сливного отверстия подшипника при использовании комбинированной масляной системы.Когда системы смазочного и уплотнительного масла разделены, буферное лабиринтное уплотнение помещается между сливными отверстиями для смазочного и уплотнительного масла, чтобы гарантировать отсутствие уноса масла из одной системы в другую.

В механических контактных уплотнениях используется неподвижное углеродное кольцо напротив вращающейся поверхности уплотнения. Масло также используется в качестве уплотнительной среды в торцевых контактных уплотнениях. Уплотнительное масло подается с помощью клапана регулирования давления, давление которого поддерживается на 25-40 фунтов на кв. Дюйм выше эталонного давления уплотнения. Одним из преимуществ механических контактных уплотнений является значительно меньшая утечка кислого масла по сравнению с конструкцией втулки.В отличие от уплотнений с масляной пленкой, механические контактные уплотнения могут поставляться с функцией, которая позволяет компрессору поддерживать давление в корпусе во время останова, не требуя работы масляной системы вспомогательного уплотнения. Однако механические контактные уплотнения относительно сложны.

Подшипники

Радиальные подшипники, наиболее часто используемые в центробежных компрессорах, относятся к типу с наклонными подушками и непрерывно смазываются легким турбинным маслом. До конструкции наклонных подушек обычно использовались подшипники скольжения.Конструкция подшипника с наклонной подушкой обеспечивает динамические характеристики ротора, которые помогают обеспечить плавную и надежную механическую работу. Размеры радиальных подшипников должны быть достаточно большими, чтобы выдержать вес ротора, и в то же время достаточно маленькими, чтобы работать при достаточно низких окружных скоростях, необходимых для ограничения рабочей температуры до приемлемых уровней. Некоторые центробежные компрессоры оснащены радиальными магнитными подшипниками. Эти подшипники подвешивают ротор за счет электромагнитной силы, чтобы центрировать ротор в воздушном зазоре у подшипника.Использование магнитных подшипников устраняет необходимость во вспомогательной системе смазочного масла; однако система управления магнитным подшипником также требует охлаждения.

Повышение давления на каждой из ступеней центробежного компрессора создает осевую осевую силу, действующую на входной конец компрессора. В зависимости от общего повышения давления в компрессоре эти осевые силы могут быть значительными. В линейной конфигурации используется барабан уравновешивания тяги (уравновешивающий поршень) для создания силы тяги, противодействующей («уравновешивающей») сумме сил тяги рабочего колеса.Уравновешивающий поршень, расположенный на выпускном конце компрессора, представляет собой простой дискообразный элемент, установленный на валу компрессора и снабженный уплотнением по внешнему диаметру. Пространство, прилегающее к внешней поверхности уравновешивающего поршня, подвергается воздействию давления всасывания компрессора, создаваемого вспомогательной линией уравновешивания тяги. Внутренняя поверхность балансировочного поршня подвергается действию давления на выходе компрессора. Результирующий перепад давления на балансировочном поршне создает осевую силу в направлении нагнетательного конца, тем самым противодействуя силам осевого усилия рабочего колеса.Правильный выбор диаметра уравновешивающего поршня приводит к небольшой чистой осевой силе и позволяет использовать достаточно небольшой упорный подшипник для поглощения остаточных осевых сил и поддержания правильного осевого положения ротора.

Как и радиальный подшипник, упорный подшипник обычно представляет собой конструкцию с наклонной подушкой, смазываемую легким турбинным маслом. В некоторых конструкциях упорных подшипников используется система выравнивающих блоков за каждой наклонной подушкой для обеспечения равномерного распределения нагрузки. Как и радиальные подшипники, также доступны магнитные упорные подшипники.

Производительность компрессора

Рабочие характеристики центробежного компрессора графически представлены в виде семейства кривых, которые в совокупности известны как карта производительности или рабочий диапазон. Пример карты производительности приведен на Рис. 8 . В примере карты объемный расход на входе нанесен по оси x, а напор или степень давления нанесены по оси y. «Приблизительный предел помпажа», изображенный в левой части карты, определяет минимальный расход, необходимый для предотвращения потенциально опасного помпажа (см. Раздел о помпаж ниже).В крайней правой части карты находится предел «каменной стены» (удушение) (см. Раздел «Каменная стена (удушение)» ниже). Каждая из семейства кривых от предела помпажа до каменистой стены представляет характеристику расхода в зависимости от давления при заданной скорости компрессора. Наклон кривой изменяется в зависимости от количества стадий, становясь круче с увеличением количества стадий. Эллиптические кривые (пунктирные линии) обозначают КПД компрессора. Расчетная точка находится на 100% скорости, и компоненты компрессора выбраны так, чтобы расчетная точка имела безопасный запас от перенапряжения и каменистой стены, а также оптимальную эффективность.

  • Рис. 8 — Карта производительности центробежного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Помпаж

Предел помпажа определяет расход, при котором для данной скорости работа компрессора становится нестабильной. При расходах ниже предела помпажа характеристическая кривая фактически падает в сторону нулевого расхода после достижения максимальной точки на пределе помпажа. Поскольку работа ниже предела помпажа нестабильна, этот участок кривой не показан на рис.8. Когда поток уменьшается ниже предела помпажа, давление на выходе компрессора превышает способность компрессора создавать давление, вызывая мгновенное реверсирование потока. Когда происходит это реверсирование потока, давление в нагнетательной системе снижается, позволяя компрессору возобновлять подачу потока до тех пор, пока давление нагнетания снова не возрастет, и цикл помпажа не повторяется. Пульсация обычно создает отчетливо слышимый шум. Продолжительная работа в этом нестабильном режиме может вызвать серьезные механические повреждения компрессора.При работе в условиях помпажа температура на выходе компрессора значительно увеличивается, и компрессор испытывает неустойчивые и сильные уровни вибрации, которые могут вызвать механические повреждения, особенно внутренних уплотнений.

Компрессор можно вывести из строя несколькими способами. Наиболее очевидным является увеличение расхода (см. Раздел «Антипомпажные клапаны» ниже). Снижение давления нагнетания и / или увеличение скорости — это другие способы выхода из состояния помпажа.

Производители компрессоров обычно проводят испытание аэродинамических характеристик перед поставкой компрессора.Определение фактического предела помпажа компрессора — очень важный аспект программы заводских испытаний производителя.

Каменная стена (дроссель)

Каменный предел кривой производительности определяет поток, при котором скорость газа на одной из крыльчаток приближается к скорости звука для газа в условиях внутри компрессора, где это звуковое условие встречается впервые. При обтекании (или в штуцере) кривая зависимости давления от объема становится по существу вертикальной, и невозможно увеличить напор или давление при более высоком расходе.Когда требуемый рабочий поток превышает предел непроходимости, единственное решение — перенастроить компрессор с крыльчатками (и подобранным стационарным оборудованием), рассчитанным на более высокие скорости потока.

Технологическая установка

Центробежный компрессор может быть сконфигурирован с одним из множества вариантов присоединения к процессу. В установках, монтируемых на горизонтальной поверхности, технологические соединения чаще всего располагаются в верхней половине корпуса, а технологический трубопровод подсоединяется сверху компрессора.В некоторых установках используются горизонтальные (боковые) соединения. Горизонтальное соединение часто используется в дожимных компрессорах для транспортировки газа. Для этих двух схем предпочтительна конструкция корпуса с радиальным разделением (см. Раздел выше). Другой вариант — установка на антресоли. В этом типе установки соединения компрессора находятся в нижней половине корпуса, а технологический трубопровод подключается снизу компрессора. Если рабочее давление достаточно низкое, подходит конструкция корпуса с осевым разъемом (см. Подраздел о корпусах).Для достижения оптимальной производительности необходимо установить компрессор с достаточно длинным прямым участком впускного трубопровода перед входным фланцем компрессора. Большинство производителей компрессоров требуют, чтобы длина этого прямого участка была как минимум в два раза больше диаметра входного фланца.

Компрессор должен быть хорошо интегрирован во весь процесс, чтобы можно было безопасно контролировать запуск, работу и останов. В следующем разделе дается описание концепций управления и необходимого технологического оборудования.(См. Рис. 9 для типичной схемы технологического процесса.) В этом разделе обсуждаются отдельные элементы системы управления и безопасности, показанные на Рис. 8 .

  • Рис. 9 — Пример технологической схемы процессора центробежного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Регулятор потока

Для большинства процессов сжатия требуется, чтобы компрессор создавал относительно постоянное давление нагнетания в диапазоне мощностей.Однако характеристическая кривая центробежного компрессора из Рис. 8 показывает, что степень давления, фактически, непрерывно изменяется в зависимости от расхода. Процесс может контролировать давление всасывания или нагнетания. Если один фиксирован, другой будет изменяться в зависимости от характеристики компрессора. Далее обсуждаются три метода поддержания постоянного давления нагнетания для переменной производительности.

Контроль скорости

Приводы центробежных компрессоров бывают фиксированной или регулируемой скорости.Большинство паровых или газовых турбин и электродвигателей, оснащенных системой частотно-регулируемого привода, доступны как приводы с регулируемой скоростью. При заданном давлении нагнетания мощность компрессора может быть увеличена простым увеличением скорости вращения. И наоборот, производительность может быть уменьшена за счет уменьшения скорости компрессора. Регулирование производительности путем изменения скорости — наиболее эффективный способ максимизировать эксплуатационную гибкость центробежного компрессора.

Всасывающие дроссельные клапаны

Двигатель с фиксированной скоростью часто является наименее дорогим приводом для центробежного компрессора.При проектировании центробежного компрессора, приводимого в движение двигателем с фиксированной скоростью, необходимо установить скорость в зависимости от условий эксплуатации, которые требуют наибольшей производительности для требуемого давления нагнетания. При работе с более низкой производительностью компрессор по своей природе обеспечивает большее давление нагнетания (для данного технологического давления всасывания), чем желательно. Решение этой проблемы — установка дроссельной заслонки на входе в компрессор. Снижение давления всасывания за счет дросселирования увеличивает степень сжатия, необходимую для обеспечения заданного давления нагнетания.Экономическим компромиссом для этого метода управления производительностью является дополнительная мощность компрессора по сравнению с дополнительными капитальными затратами на драйвер переменной скорости.

Регулируемые входные направляющие лопатки

Как обсуждалось выше в разделе «Стационарные компоненты», характеристическую кривую производительности компрессора можно настроить, изменив направление потока газа в рабочее колесо. Когда используется система регулируемых входных направляющих лопаток, можно регулировать углы входных направляющих лопаток для поддержания желаемого давления нагнетания в диапазоне производительности.Практические ограничения конструкции затрудняют установку регулируемых лопаток на всех стадиях, кроме первой. Для одноступенчатых компрессоров этот метод управления иногда бывает достаточно эффективным. Однако для многоступенчатых компрессоров диапазон регулирования менее эффективен и становится еще меньше с увеличением числа ступеней.

Клапаны антипомпажные

Как обсуждалось выше в разделе, посвященном скачку напряжения, чрезвычайно важно избегать скачка напряжения. Требуется установка антипомпажного (рециркуляционного) клапана и связанных с ним устройств управления.Антипомпажный клапан расположен на линии рециркуляции, соединяющей выход компрессора с входом. Для многосекционных компрессоров рекомендуется установить отдельную линию рециркуляции с антипомпажным клапаном для каждой секции компрессора. Для измерения расхода в каждой секции необходимы контрольно-измерительные приборы, и контроллер помпажа должен инициировать открытие клапана рециркуляции, когда уменьшенная производительность приближается к пределу помпажа. Производительность, при которой антипомпажный клапан начинает открываться, обычно устанавливается примерно на 10% больше, чем фактический предел помпажа.

Для компрессоров с регулируемой скоростью кривая ограничения помпажа (см. Рис. 8 ) определяет взаимосвязь между пределом помпажа и рабочей скоростью. Логика, запрограммированная в антипомпажном контроллере, поддерживает 10% запас прочности независимо от скорости. Это может быть изображено графически линией, параллельной кривой ограничения помпажа, и обычно называется «контрольной линией».

Газ, рециркулирующий через антипомпажный клапан, также необходимо охлаждать, поскольку его источником является нагнетание компрессора.В отсутствие охлаждения температура всасывания повысится за счет смешивания более горячего рециркулируемого газа с основным входным газом.

Клапан конусный

Факельный клапан защищает оборудование, расположенное выше по потоку, от избыточного давления, которое может возникнуть из-за увеличения потока, и предотвращает перегрузку привода компрессора. В системе с постоянным давлением нагнетания увеличение расхода приводит к увеличению давления всасывания. Более высокое давление всасывания обеспечивает больший массовый расход и, следовательно, увеличивает мощность, необходимую для работы компрессора.Наличие всасывающего дроссельного клапана также может способствовать увеличению давления перед компрессором. Таким образом, факельные клапаны особенно важны в установках с дросселированием на входе.

Запорный клапан

Запорные клапаны установлены как на всасывании, так и на выпуске, чтобы можно было изолировать компрессор во время останова. Для обеспечения безопасности запорные клапаны должны располагаться вне любого здания или ограждения. Обычно применяется автоматический контроль запорной арматуры.

Клапан продувки

При остановке, после того как запорные клапаны изолировали компрессор, давление в компрессоре стабилизируется до уровня, определяемого множеством факторов. Продувочный клапан используется для сброса давления в компрессоре при остановке. Автоматическое управление продувочным клапаном рекомендуется для мест с повышенным риском и для компрессоров, которые оснащены жидкостными пленочными уплотнениями. Когда используются жидкостные пленочные уплотнения, необходимо сбросить давление в компрессоре до того, как будет опорожнен верхний резервуар уплотнения.

Клапан напорный обратный

Установка обратного клапана на выходе из каждой секции сжатия может минимизировать или исключить обратный поток через компрессор. В случае возникновения обратного потока компрессор может испытать потенциально опасное обратное вращение. Наличие нагнетательных обратных клапанов также обеспечивает преимущество изоляции каждого из антипомпажных рециркуляционных контуров (см. Подраздел «Антипомпажные клапаны» выше).

Клапан сбросный

Компрессор развивает свой максимальный перепад давления при работе как на максимальной продолжительной скорости, так и при работе с защитой от помпажа.Если давление всасывания увеличивается по какой-либо причине, давление нагнетания соответственно увеличивается до значения, указанного в карте производительности для рассматриваемой скорости и производительности. Предохранительный клапан установлен для защиты от избыточного давления компрессора в оборудовании, находящемся ниже по потоку.

Клапан продувки

Перед вводом в эксплуатацию необходимо удалить воздух из компрессора и системы трубопроводов. Для этого в качестве байпаса к запорному клапану на всасывании устанавливается продувочный клапан.Продувка должна производиться с малым расходом, чтобы продувочный газ не инициировал вращение компрессора. По этой причине продувочный клапан имеет небольшие размеры.

Нагнетательные охладители

Охладитель на выходе (после охладителя) необходим, если температура газа на выходе из компрессора превышает температуру, требуемую для следующего этапа технологического процесса.

Всасывающие скрубберы

Эрозия компонентов компрессора может быть вызвана попаданием слишком большого количества жидкости. Чтобы предотвратить эрозионное повреждение, всасывающие скрубберы устанавливаются для удаления жидкостей, которые конденсируются в линии всасывания газа из-за охлаждения или возникают в результате нарушения процесса на входе, приводящего к уносу жидкости в линию всасывания газа.

Вентиляционный клапан

Ручной выпускной клапан устанавливается между выпускным отверстием компрессора и обратным клапаном на выпуске, что позволяет изолировать компрессор от выпускного коллектора для обслуживания. После выключения компрессора и продувки его в вентиляционный коллектор можно закрыть продувочный клапан и открыть выпускной клапан. Если продувочный клапан оставался открытым, существует вероятность того, что газ из вентиляционного коллектора может попасть в компрессорную систему, что поставит под угрозу операцию по техническому обслуживанию.

Устройства безопасности и контроля

Центробежные компрессоры оснащены приборами для контроля механического состояния. Мониторинг вибрации осуществляется с помощью вихретоковых датчиков, установленных на каждом подшипнике компрессора. Амплитуда вибрации измеряется на каждом радиальном подшипнике, а осевое положение ротора измеряется на упорном диске или конце вала. Тенденция изменения амплитуды радиальных колебаний дает представление о состоянии компрессора с точки зрения балансировки и центровки ротора.Когда возникает проблема, частотный спектр вибрации также может быть проанализирован для получения полезной диагностической информации. Датчик осевого положения контролирует степень износа упорного подшипника. Каждый из подшипников также оснащен датчиками температуры. Изучая тенденции температуры подушек упорного подшипника, можно определить состояние внутренних уплотнений, поскольку изменения в состоянии уплотнения влияют на осевые нагрузки и, следовательно, на температуру подшипника. Настройки аварийной сигнализации и отключения при высокой вибрации подшипника и температуре устанавливаются в системе управления компрессором.

Внешние по отношению к компрессору — это множество других средств защиты от аварийной сигнализации и отключения. Как минимум, отслеживаются низкое давление смазочного масла, низкий перепад давления уплотнительного газа, превышение скорости, высокая температура нагнетаемого газа, высокое и низкое давление на всасывании и нагнетании, а также высокий уровень жидкости во всасывающем скруббере, которые при необходимости инициируют отключение.

Техническое обслуживание

При правильной конструкции, эксплуатации и защите центробежные компрессоры могут работать в течение длительного времени при минимальном техническом обслуживании.Наиболее подверженными износу компонентами являются опорные подушки и внутренние лабиринтные уплотнения. Загрязнение внутренних поверхностей может происходить в некоторых службах, вызывая снижение производительности. Приборы для контроля вибрации и температуры подшипников, описанные выше в разделе, посвященном устройствам безопасности и контроля, предоставляют оператору ценную информацию о вероятном состоянии подшипников компрессора. Чрезмерный износ внутренних лабиринтных уплотнений может произойти, когда компрессор испытывает сильные колебания вибрации из-за сбоев процесса или работы в условиях помпажа.Изношенные внутренние уплотнения вызывают снижение производительности компрессора, подобное тому, которое вызывается засорением.

Если не выявлена ​​проблема с компрессором, техническое обслуживание обычно проводится во время плановых ремонтов. Как минимум, легкодоступные подшипники компрессора и концевые уплотнения вала проверяются и при необходимости заменяются запасными. Полная разборка необходима для осмотра внутренних деталей компрессора. Вспомогательные системы смазки и уплотнения требуют обслуживания различных элементов, таких как фильтры уплотнительного газа, уплотнения насоса смазочного масла, масляные фильтры и т. Д.

Список литературы

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники. [Источники должны быть доступны читателю, т. Е. Не внутренний документ компании.]

Интересные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые читатель, желающий узнать больше, обязательно должен прочитать

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

PEH: Компрессоры

Компрессоры

Поршневой компрессор

Ротационные компрессоры прямого вытеснения

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *