Глава 26. Турбокомпрессоры и турбовоздуходувки

§ 112. Основы рабочего процесса и принцип действия

Турбокомпрессоры и турбовоздуходувки, как и центробежные насосы, относятся к лопастным машинам (турбомашинам). Сжатие и нагнетание воздуха в них происходит также в результате динамического воздействия па его поток лопастей вращающегося колеса.

В современных турбокомпрессорах значения окружной скорости достигают 300–500 м/с, а в турбовоздуходувках – 150–200 м/с. Но даже такая большая окружная скорость не позволяет получить степень сжатия е в одной ступени более 1,6, что объясняется тем, что плотность воздуха значительно меньше плотности жидкости. Поэтому высокое давление воздуха достигается последовательной работой нескольких ступеней.

В турбокомпрессорах для получения конечного избыточного давления 0,8 МПа требуется от 5 до 20 ступеней; в турбовоздуходувках для получения избыточного давления 0,3 МПа требуется до четырех ступеней. Ступени могут быть промежуточными и концевыми. Разница между промежуточной и концевой ступенью заключается в том, что после концевой ступени воздух охлаждается, а после промежуточной нет.

Воздух, засасываемый в каналы 1 (рис. 75) рабочего колеса промежуточной ступени, увлекается во вращательное движение с большой окружной скоростью и, выходя из колеса, поступает в неподвижный канал-диффузор 2, где происходит частичное преобразование динамического напора в статический. Затем воздух попадает в обратный направляющий аппарат 3, предназначенный для раскручивания воздушного потока перед входом в следующую ступень, а из него – в рабочее колесо 6 концевой ступени и через диффузор 5 в нагнетательную камеру 4.

Рис. 75. Схема промежуточной и концевой ступеней турбокомпрессора

В связи с тем, что с повышением давления воздуха объем его уменьшается при переходе от одного колеса к другому, последующие колеса выполняются меньшей ширины и меньшего диаметра.

При увеличении давления в ступенях турбокомпрессора повышается температура воздуха, что влечет за собой увеличение затрачиваемой работы и, следовательно, ухудшение экономичности работы. Поэтому требуется охлаждение воздуха по мере прохождения его через рабочие колеса. Существуют два способа охлаждения: внутреннее – с помощью водяной рубашки корпуса, окружающей рабочие колеса, диффузоры и направляющие аппараты, и внешнее, осуществляемое в выносных промежуточных холодильниках.

Специального охлаждения турбовоздуходувок не применяют, поэтому можно считать, что процесс сжатия в них происходит по адиабате.

Процесс сжатия воздуха в турбокомпрессоре происходит также без отвода тепла и даже с подводом его, что объясняется дополнительным выделением тепла от интенсивного трения рабочих колес, вращающихся с большой скоростью в атмосфере газа.

§ 115. Конструкции турбокомпрессоров и турбовоздуходувок

Турбокомпрессор К-500-61-1 (рис. 78) представляет собой одноцилиндровую центробежную машину, состоящую из корпуса 1, в котором в подшипниках 3 вращается ротор 2. Ротор состоит из вала и рабочих колес, которые объединены в три секции, по два колеса в каждой. Всасывающий 5 и нагнетательный 4 патрубки направлены вертикально вниз. В корпусе имеются расточки для установки диафрагм, диффузоров и уплотнений. Диафрагмы и диффузоры имеют горизонтальный разъем и крепятся к верхней части корпуса винтами.

Рис. 78. Продольный разрез турбокомпрессора К-500-61-1

На роторе компрессора помимо шести рабочих колес установлены специальные диски (думмисы), предназначенные для выравнивания осевого давления. Все элементы ротора изготовляют из высококачественной стали, обеспечивающей необходимые запасы прочности при высокой (до 11 тыс. мин^-1) частоте вращения. Компрессор снабжен внутренними и концевыми лабиринтными уплотнениями, уменьшающими перетечки, утечки и подсосы воздуха.

Два промежуточных холодильника размещены горизонтально под корпусом компрессора. Вал электродвигателя с валом зубчатого колеса редуктора и шестерни редуктора с валом компрессора соединены с помощью зубчатых муфт. Принудительная система маслоснабжения обеспечивает смазку подшипников, зубчатых муфт, редуктора и систем регулирования.

Преимущества турбокомпрессоров по сравнению с поршневыми: меньшие размеры и масса; большая подача; большая частота вращения, позволяющая применять быстроходные электродвигатели; равномерная подача сжатого воздуха; отсутствие воздухораспределительных клапанов; чистота подаваемого воздуха.

Недостатки турбокомпрессоров: несколько меньший кпд по сравнению с поршневыми компрессорами; наличие неустойчивой зоны работы; наличие редуктора.

Турбовоздуходувка типа ТВ представляет собой литой чугунный корпус, в котором на роликовых подшипниках вращается ротор, состоящий из вала с насаженными на него рабочими колесами. Для восприятия осевого давления предусмотрен упорный шарикоподшипник. Засасываемый воздух подводится к рабочему колесу I ступени через всасывающую диафрагму, а к последующим колесам – через промежуточные диафрагмы.

Турбовоздуходувки типа ТВ применяют на обогатительных фабриках для снабжения сжатым воздухом пневмомеханических и пневматических флотационных машин, пневматических отсадочных машин, вакуум-фильтров и другого оборудования.