3.2 Классификация компрессоров

По направлению движения потока воздуха в проточной части компрессора:

- осевые компрессоры, у которых направление скорости потока воздуха в меридиональной плоскости параллельно, или почти параллельно продольной оси двигателя (рис.3. 6.);

Рис. 3.6. Схема осевого компрессора: 1 – ротор; 2 – входной направляющий аппарат; 3 – направляющий аппарат; 4,5 – статор; G – направление движения воздуха

- центробежные компрессоры, в которых поток направлен по радиусу (рис. 3.7.);

Рис.3. 7. Схемы центробежных компрессоров:

а – с односторонним входом; б – с двухсторонним входом; 1 – неподвижный направляющий аппарат; 2 – вращающийся направляющий аппарат; 3 – рабочее колесо; 4 – безлопаточный (щелевой) диффузор; 5 – лопаточный диффузор; 6 – выходное устройство (сборная улитка); ω – угловая скорость

- диагональные компрессоры, в которых направление скорости потока воздуха занимает среднее положение между осевыми и центробежными компрессорами (поз. 2 на рис.3.8,а);

Рис.3. 8. Схемы комбинированных компрессоров:

а – диагонально-осевой; б – осецентробежный; 1 – входной направляющий аппарат; 2 – диагональное рабочее колесо; 3 – осевой компрессор; 4 – центробежное рабочее колесо; ω – угловая скорость

- комбинированные компрессоры, которые представляют собой последовательно соединённые осевые и центробежные компрессоры (осецентробежные рис.3.8,б.), либо диагональные и осевые (диагонально осевые) (рис.3.8,а.).

По удельному расходу воздуха, степени повышения давления и КПД центробежные и диагональные компрессоры значительно проигрывают осевым, поэтому в современных двигателях применяются в основном осевые компрессоры. Центробежные компрессоры применяются на двигателях малой мощности и во вспомогательных силовых установках (ВСУ).

В дальнейшем классификационные признаки и конструктивные элементы будем рассматривать применительно к осевым компрессорам.

2. По отношению скорости потока воздуха к скорости звука в рассматриваемом сечении проточной части компрессора (числу Маха М) различают дозвуковые (М<1) и сверхзвуковые (М>1) компрессоры.

3. По числу роторов – однороторные компрессоры (рис.3.1), двухроторные (рис.3.2) и трехроторные (рис.1.16).

4. По конструктивной схеме ротора:

- компрессор с ротором дискового типа (рис.3.9,б);

- компрессор с ротором барабанного типа (рис.3.9,а);

-компрессор с ротором смешанного (барабанно-дискового) типа (рис.3.9,в).

Рис. 3.9. Типы роторов осевых компрессоров:

а – барабанный; б – дисковый; в - смешанный

5. По способу профилирования проточной части:

- при постоянном наружном диметре всех рабочих колес и увеличивающемся среднем диаметре и диаметре втулок (рис.3.10,а);

- при постоянном среднем диаметре рабочих колёс, уменьшающемся наружном диаметре и увеличивающемся диаметре втулок (рис.3.10,б);

- при постоянном диаметре втулок всех рабочих колёс и уменьшающемся среднем и наружном диаметрах (рис.3.10,в);

- комбинированные – комбинация из любых трёх выше рассмотренных схем, например, при постоянном наружном диаметре у одной части колёс и постоянном диаметре втулок у остальной части ступеней компрессора (рис.3.10,г).

Рис.3. 10. Способы профилирования проточной части компрессора:

а – при постоянном наружном диаметре всех колес; б – при постоянном среднем диаметре всех колес; в – при постоянном диаметре втулок; г – при комбинации D = const и d = const

В конструктивной схеме компрессоров с постоянным наружным диаметром (рис.3.10,а) от входа к выходу увеличивается средний диаметр, следовательно, растет окружная скорость на среднем диаметре, возрастает напорность ступеней и уменьшается их число, необходимое для получения требуемого значения степени повышения давления π_к. Упрощается изготовление корпуса компрессора имеющего цилиндрическую форму.

Для данной схемы значение радиальных зазоров между наружным диаметром рабочих лопаток и корпусом не зависит от осевого смещения ротора и определяется только деформациями ротора и статора, обусловленными действием массовых, инерционных сил, тепловыми нагрузками и точностью изготовления. Однако для данной схемы с увеличением среднего диаметра снижается высота лопатки, что приводит к увеличению концевых потерь и снижению КПД ступени.

В компрессоре с постоянным диаметром втулки (рис.3.10,б) от входа к выходу уменьшается средний диаметр, что позволяет получать более длинные лопатки последних ступеней, также удобно размещать агрегаты двигателя, не увеличивая практически, мидель двигателя и упрощается технология изготовления деталей ротора, имеющих постоянный наружный диаметр. Однако с уменьшением среднего диаметра снижается напорность ступеней, что для получения требуемого значения степени повышения давления π_к может привести к увеличению количества ступеней, длины и массы компрессора. Кроме того, значение радиального зазора между наружным диаметром лопаток и конической поверхностью корпуса зависит от осевого смещения ротора, что должно учитываться при выборе места расположения упорного подшипника при проектировании. Поскольку, вследствие температурных деформаций и отклонений в пределах поля допусков размеров деталей при изготовлении и сборке, происходит осевое смещении ротора и статора, назначаемое при проектировании значение радиальных зазоров для компрессоров с данной схемой проточной части больше, чем в компрессорах с проточной частью с постоянным наружным диаметром.

Конструктивная схема компрессора с постоянным средним диаметром (рис.3.10,в) занимает промежуточное положение между двумя рассмотренными выше, и её использование, часто обуславливается удобством конструктивной компоновки двигателя.

Достоинства и недостатки компрессоров с комбинированной проточной частью обусловлены достоинствами и недостатками конструкций его составляющих.

6. По конструкции корпуса (рис.3.11):

- неразъёмный корпус (рис.3.11,а);

- с продольным разъёмом (рис.3.11,в);

- с поперечным разъёмом (разъёмами) (рис.3.11,б);

- с продольным и поперечным разъёмами (рис.3.11,г).

Рис.3.11. Схемы корпусов: а– неразъемный корпус; б – корпус с поперечными разъемами; в – корпус с продольным разъемом; г – корпус с продольным и поперечным разъемом

7. По способу устранения помпажа:

- с поворотными лопатками направляющих аппаратов;

- с клапанами перепуска воздуха;

- с клапанами перепуска воздуха и поворотными лопатками направляющих аппаратов.