4.4. Компрессоры динамического действия

В компрессорах динамического действия процессы сжатия проходят непрерывно в потоке движущегося вещества. Рабочими органами таких компрессоров являются колеса с расположенными на них рабочими лопатками. От вращающихся лопаток механическая энергия непрерывно передается движущемуся веществу. При этом в рабочем колесе обычно увел ч вается кинетическая и потенциальная энергии вещества, т.е. его скорость и давление возрастают. В расположенных за колесом неподв жных лопаточных аппаратах уже без подвода

щества перед поршневыми.

использован Компрессорыобъемнымид нам ческого действия имеют следующие преиму-

2.Надежность в раАоте вследствие малого износа при сжатии незагрязненных веществ. ЕдинственнымиДузлами, где имеются механические трения, являются подшипники.

3.Практически полная уравновешенность вращающегося ротора, что позволяет устанавливать компрессоры на легких фундаментах.

4.Равномерность подачи сжатого вещества.

5.Отсутствие загрязнения вещества смазочнымИмаслом.

6.Возможность получения значительно большей производительности.

7.Возможность непосредственного соединения с высокооборотным приводом двигателя – паровой или газовой турбиной, высокочастотным электродвигателем. Это позволяет повысить КПД агрегата за счет уменьшения механических потерь и сделать его более компактным.

Основными недостатками компрессоров динамического действия являются следующие.

1.Трудность выполнения их для получения малой производительности, так как это сопряжено с необходимостью иметь очень высокую1. Знач тельно меньшие га аритные размеры и массу по сравне-

114

частоту вращения ротора. К тому же при малых абсолютных размерах рабочих колес относительные зазоры между лопаточными аппаратами и корпусом, а также в лабиринтных уплотнениях становятся значительными, что приводит к снижению КПД. Кроме того, когда числа Рейнольдса в потоках сжимаемого вещества становятся меньше определенного значения, это сопровождается дополнительными потерями из-за усиления влияния вязкости и также вызывает снижение КПД компрессора.

3. Трудность получения высоких отношений давления – свыше 30–40. 4. Существенная зависимостьАхарактеристик компрессора динамического действия от термодинамических свойств рабочего вещества,

что не позволяет, как правило, эксплуатировать компрессоры этого типа на других ра очих веществах без изменения конструкции или режима работы.

Д Рассмотрим схему двухступенчатой секцииИцентробежного ком-

4.4.1. Центробежные компрессоры

прессора (рис. 4.28). Рабочее вещество поступает во входное устройство А, с помощью которого оно подводится к рабочему колесу (РК) В первой промежуточной ступени. Перед РК располагается входной ре-

гулирующий аппарат (ВРА) Б.

Площадь сечения Н входного устройства обычно больше площади сечения 0 при входе в колесо. Движение газа в нем сопровождается увеличением скорости и уменьшением давления. Его называют кон-

фузорным.

При осевом положении лопаток, когда регулирования производительности нет, скорость в сечениях 8 и 9 практически одинакова. Поворот лопаток ВРА приводит к уменьшению площади потока в се-

115

чении 9 и, значит, к увеличению скорости газа. В рабочем колесе В газ проходит два различных участка. На участке 0–1 радиальнокольцевого поворота энергия к газу не подводится, его скорость меняется незначительно. В сечении 1 газ поступает на рабочие лопатки, которые подводят к нему механическую энергию. Вследствие этого

Сдавление и скорость газа на участке 1 2 увеличиваются.

и б А Д И

Рис. 4.28. Схема двухступенчатого холодильного центробежного компрессора

116

Из рабочего колеса газ, движущийся с большой скоростью, посту-

пает в безлопаточный диффузор (БЛД) Г и затем в лопаточный диффузор (ЛД) Д. Площадь потока в обоих диффузорах по мере движения увеличивается, а его скорость уменьшается. При этом увеличивается давление газа. Такое движение называют диффузорным. На участке 2 3 и 3 4 происходит преобразование кинетической энергии потока в энергию давления.

СОНА закрученный поток, вышедший из ЛД, раскручивается и с помощью лопаток, меющих расположенные по радиусу выходные кромки, подается на вход в колесо второй ступени.

После д ффузора газ проходит радиально-кольцевой поворот Е и поступает на лопатки обратно-направляющего аппарата (ОНА) Ж. В

Процессы во второй концевой ступени идут в основном так же, как и в первой. После ЛД газ поступает в выходное устройство –

За рабочбм колесом концевой ступени располагается разгрузочный поршень – думмис МА. С его помощью уменьшается осевая сила от рабочих колес, передаваемая на упорный подшипник компрессора. Для

этого задуммисная полость О соединяется трубопроводом П с всасывающим патрубком А. В результате давление за думмисом становится близким к давлению всасывания. Так как давление перед думмисом значительно выше и равно давлению при выходе из колеса второй ступени, то возникает сила, направленная в сторону, противополож-

Треугольники скоростей при входе и выходе из рабочего колеса центробежного компрессора аналогичны треугольникам скоростей центробежного вентилятора (см. рис. 1.8).

Теоретическая удельная работа, затрачиваемая на перемещение и сжатие рабочего вещества в компрессоре, определяется по уравнению Л.Эйлера

lЭ = с2u u2 – c1u u1.

Уравнение Л.Эйлера доказывает, что удельная работа зависит только от окружных скоростей и проекций абсолютных скоростей потока на направление вращения. Удельная работа не зависит явно от

117

формы канала, но его форма может оказать сильное влияние на величину проекций скоростей и на КПД компрессора.

Характеристики центробежных компрессоров. Характеристикой компрессора динамического действия называется зависимость его

б V, м3/с

118

Характеристики получают при испытаниях компрессора на специальных стендах, изменяя производительность дросселированием на нагнетании с помощью специальной заслонки или вентиля. При максимальной производительности из-за больших потерь в проточной части значения отношений давлений и КПД невелики. С уменьшением производительности потери в проточной части снижаются. При этом отношение давлений и КПД возрастает. Оптимальному режиму работы соответствуют наименьшие потери и максимальное значение КПД. Дальнейшее уменьшение производительности сопровожда-

провождается коле аниями ротора и может привести к аварии.

Регулирование режимов ра оты центробежного компрессора.

Регулирование работы компрессора осуществляется для обеспечения

потребителя сжатым газом с требуемыми параметрами. Например, компрессоры, подающие сжатый воздух в домны, должны обеспечивать постоянную производительность; компрессоры для пневматиче-

нагрузок, вибраций и пр. В среднем время работы компрессоров на нерасчетных режимах составляет почти половину времени промышленной эксплуатации.

Для повышения эффективности и надежности работы установки необходимо согласование характеристик компрессора с изменяющимися условиями работы системы.

119

Регулирование может осуществляться изменением характеристики системы или изменением характеристики компрессора. В процессе регулирования должны удовлетворяться следующие требования:

– компрессор должен обеспечивать необходимые значения производительности и давления при устойчивой работе;

– нельзя допускать попадание компрессора в зону неустойчивых режимов (помпажа).

Регул рован е перепуском, или байпасированием, при котором сжатый газ со стороны нагнетания перепускается через дроссельное устройство на сторону всасывания. Энергетически – это самый неэф-

ления и КПД. Таким способом можно уменьшить производительность до точки Г. Энергетическая эффективность дросселирования на всасывании выше, чем дросселирования на нагнетании, но уступает регулированию частоты вращения.

120

Регулирование закруткой потока при входе в рабочее колесо с по-

торподшипниках5 вращается в скольжения: опорно-упорным 2 и опорном 9. е колеса 4 радиального типа, закрытые с загнутыми

дильного центробежного компрессора. Пропановый четырехступенчатый компрессор ТКП-435 изготавливается на Казанском компрессорном заводе. Корпус 1 литой с горизонтальным разъемом. Компрессор выполнен двухсекционным, поэтому в нижней половине корпуса имеются два всасывающих и два нагнетательных патрубка. Ро-

назад лопаткамиРабоч. Д ффузоры 7 – безлопаточные. Секции расположены оппозитно, так чтоАвсасывающие отверстия колес каждой секции направлены в противоположные стороны. Это позволяет уменьшить

осевые силы, передаваемые на опорно-упорный подшипник, и избежать применения разгрузочного поршня. Перед входом в каждую секцию установлен входной регулирующий аппарат 3. Неподвижные

аппараты расположены в пакетахДдиафрагм 6. иафрагмы литые и тоже имеют горизонтальный разъем. В центральных частях диафрагм, прилегающих к валу, и покрывающих дисках колес, устанавливаются лабиринтные уплотнения. Сборные выходныеИкамеры – улитки 8 – выполнены непосредственно в отливке корпуса. Торцевое уплотнение 10 препятствует утечке хладагента в атмосферу. Масляная система компрессора герметичная, так как масло находится в контакте с

элементы проточной части – диффузоры – и обратные направляющие

хладагентом.

На рис. 4.32 представлен хладоновый двухступенчатый компрессор для водоохлаждающей холодильной машины. Особенностью его конструкции является неразъемный корпус 13 цилиндрической формы, в котором осевой сборкой размещаются детали компрессора. Внутренние полости диафрагм 9–11 образуют проточную часть компрессора. Ротор 8 вращается в опорно-упорном 7 и опорном 12 подшипниках скольжения. На роторе располагаются разгрузочный поршень –

121

думмис 6 – и рабочие колеса 5 закрытого типа с лопатками, загнутыми назад.

122

через специальный патрубок корпуса и внутреннюю полость диафрагмы 10, соединенную отверстиями с выходным участком обратного направляющего аппарата первой ступени. Мультипликатор 3 – встроенный, планетарного типа, с заторможенным корпусом сателлитов 2. Коронная шестерня 1 соединена с тихоходным валом, а центральная шестерня 15 – с ротором компрессора. Торцевое уплотнение 14 расположено на тихоходном валу, что увеличивает надежность его работы.

Рис. 4.33. Бессальниковый одноступенчатый малорасходный центробежный компрессор: 1 – рабочее колесо; 2 – улитка; 3 – подшипник;

4 – коробка клеммная; 5 – электродвигатель; 6 – рубашка охлаждающая

124