8.10 Лопастные компрессоры

Лопастные компрессоры - это машины, в которых перемещение газа из области низкого давления в область высокого давления происходит непрерывно за счет передачи энергии воздействия лопаток рабочего колеса на поток. Вследствие этого в рабочем колесе происходит сжатие и повышение кинетической энергии газа. В свою очередь полученная газом кинетическая энергия преобразуется в давление в диффузоре или направляющем аппарате после рабочего колеса.

Если перемещение в рабочем колесе происходит радиально под действием центробежных сил, то такие лопастные компрессоры называются центробежными, при движении газа параллельно оси рабочего называются осевыми. Центробежные и осевые лопастные компрессоры по устройству аналогичны центробежным и осевым насосам,но имеют свои конструктивные особенности, связанные с сильным уменьшением объема газа и повышением температуры.

Все лопастные компрессоры можно разделить на три вида по их устройству и назначению:

1. Вентиляторы - машины, в которых плотность газа при перемещении почти не меняется и ее при расчетах принимают постоянной.

2. Нагнетатели (турбогазодувки) - это машины, в которых степень сжатия выше и составляет 1,15  1,30. Нагнетатели работают без охлаждения независимо от числа ступеней. После рабочего колеса они имеют лопаточный, или спиральный, диффузор для преобразования кинетической энергии в давление.

3. Турбокомпрессоры (центробежные и осевые) - это машины, в которых степень повышения давления достигает 30 (в одной ступени = 1,6 1,8). Они имеют отводящее устройство (лопаточный и спиральный диффузоры), а также охлаждение, обычно не после каждой ступени, а после секций, включающих 1-3 ступеней. В каждой секции диаметры рабочих колес последовательно уменьшаются, а межлопаточные каналы ссужаются.

8.11 Подача лопастных компрессоров

Движение газа в рабочем колесе лопастного компрессора в соответствии с теорией Эйлера принимается так же, как в лопастных насосах (рисунок 9.7).

Окружные скорости на входе в межлопаточные каналы и выходе из них:

и

где D₁ иD₂– на входе и выходе,n– число оборотов в секунду.

Рисунок 8.7

Обозначение скоростей и углов те же, что было принято для насосов.

Формы лопаток принимаются исходя из условия ₂=2050°.

Объемная подача рабочего колеса задается для нормальных условий:

где М - массовая подача (кг/с), R - газовая постоянная (Дж/кг К), Т=273К, р_о=1010⁵Па.

По размерам рабочего колеса подача равна:

где b₁ и b₂ - ширина лопаток (каналов),

k₁ и k₂ - коэффициент, учитывающий толщину лопаток,

F_l и F₂ -площади сечения каналов,

и - коэффициенты заполнения каналов активным потоком.

Из условия уравнения неразрывности массовый расход через каналы составит

где р₁ и р₂ - плотность газа.

При работе лопастных компрессоров важным фактором является предел скорости движения газа, который характеризуется критерием Маха:

где а - скорость звука в газе, для идеального газа

- показатель адиабаты.

При М_х < 1 газ ведет себя в соответствии с теми же законами, что и несжимаемая жидкость. При М_х > 1 появляются скачки уплотнители, отрыв потока от стенок канала, эти явления сопровождаются большими потерями энергии.

Существуют ограничения скоростей вращения рабочих колес: окружная скорость на выходе не должна превышать 300-500 м/с. При этом современные лопастные компрессоры имеют число оборотов до 1600 об/мин.

Наиболее опасным сечением является входное сечение на лопатке рабочего колеса, здесь относительная скорость достигает своего максимума, т.к. дальше по течению газ сжимается, его температура увеличивается, а следовательно, растет и скорость звука.

Подача компрессора принимает предельное значение, когда максимальная относительная скорость становится равной скорости звука:

,

а именно

.