Лопастной компрессор
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 её во внутреннюю энергию.
Осевой компрессор
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.
Пространство между соседними лопатками как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате именуется межлопаточным каналом. Межлопаточный канал 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 счёт диффузорности межлопаточного канала происходит уменьшение модуля относительной 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 растёт, в направляющем аппарате — падает. Но ступени компрессора и весь компрессор проектируют таким образом, чтобы скорость потока уменьшалась. При прохождении воздуха через компрессор растёт 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.
Довольно высокая степень газодинамической инертности лопастных компрессоров является причиной того, что компрессор довольно медленно набирает обороты, обладает низкой приёмистостью. Лопастные компрессоры, как правило, приводятся в движение турбинами, которые, в свою очередь весьма долго снижают свои обороты, таким образом, смена режимов работы таких турбокомпрессоров занимает довольно длительный промежуток времени. Решением данной проблемы стало разделение компрессоров на каскады: компрессор низкого давления со своей отдельной турбиной устанавливается на валу, пропущенном через полый вал следующего за ним компрессора высокого давления и его турбины, – такие двигатели называют двухвальными. Данное решение улучшило работу компрессоров на переходных режимах, а также повысило их газодинамическую устойчивость. Другим средством повышения газодинамической устойчивости осевых компрессоров стало применение поворачивающихся направляющих аппаратов для изменения 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 сверхзвуковой, если такая ситуация возникает в определённой ступени компрессора.
Центробежный компрессор
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 счёт центробежной силы создаётся 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, и, как следствие — дороже. Поток газа попадает в рабочее колесо центробежного компрессора, где частицам газа передаётся кинетическая энергия вращающегося колеса, диффузорный межлопаточный канал производит торможение движения частиц газа относительно вращающегося колеса, центробежная сила придаёт дополнительную кинетическую энергию 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 во внутреннюю.
Для центробежных компрессоров справедливо следующее уравнение
где
- Ws — входная мощность на валу,
- u — скорость конца лопастей,
- Cθ — касательные составляющие скоростей жидкости, отрывающейся от лопастей, в положениях 1 и 2, входная и выходная, соответственно.
Сравнение осевых и центробежных компрессоров
1. По степени сжатия (повышения давления) в ступени. Большую степень повышения давления обеспечивают ступени центробежных компрессоров.
2. По реализации многоступенчатости. Многократный поворот воздушного потока в центробежном компрессоре приводит к сложности реализации многоступенчатости в нём.
3. По габаритам. Центробежные компрессоры, как правило, обладают довольно большим диаметром рабочего колеса. Многоступенчатые осевые компрессоры обладают меньшим диаметром, но длиннее в осевом направлении.
Осевые компрессоры, в основном, используются в самолётных и вертолётных воздушно-реактивных двигателях (ВРД). Центробежные в наземных газотурбинных двигателях (ГТД) и силовых установках, а также в различных газоперекачивающих системах, системах вентиляции, всевозможных нагнетателях газа или воздуха.
Примечания
- Frank Kreith. The CRC handbook of thermal engineering (неопр.). — CRC Press, 2000. — С. 4‑229. — ISBN 9780849395819.
Литература
- Воронецкий А.В. Современные компрессорные станции (Концепции, проекты, оборудование). — М.: ООО «Премиум Инжиниринг», 2008. — 614 с. — ISBN 978-5-903363-09-4.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Лопастной компрессор, Что такое Лопастной компрессор? Что означает Лопастной компрессор?
Lopastnoj kompressor eto raznovidnost kompressorov prednaznachennaya dlya povysheniya davleniya rabochego tela za schyot vzaimodejstviya poslednego s podvizhnymi i nepodvizhnymi lopatochnymi reshyotkami kompressora Princip dejstviya lopatochnyh kompressorov uvelichenie polnogo davleniya rabochego tela za schyot preobrazovaniya mehanicheskoj raboty kompressora v kineticheskuyu energiyu rabochego tela s posleduyushim preobrazovaniem eyo vo vnutrennyuyu energiyu Osevoj kompressorRisunok illyustriruyushij rabotu mnogostupenchatogo osevogo kompressoraOtdelno vzyataya stupen kompressora V osevom kompressore potok rabochego tela kak pravilo vozduha dvizhetsya uslovno vdol osi vrasheniya rotora kompressora Osevoj kompressor sostoit iz chereduyushihsya podvizhnyh lopatochnyh reshyotok rotora sostoyashih iz lopatok zakreplyonnyh na valu i imenuemyh rabochimi kolyosami RK i nepodvizhnyh lopatochnyh reshyotok statora i imenuemyh napravlyayushimi apparatami NA Sovokupnost sostoyashaya iz odnogo rabochego kolesa i odnogo napravlyayushego apparata imenuetsya stupenyu Treugolniki skorostej rabochego kolesa illyustriruyushie slozhnoe dvizhenie chastic vozduha Vidna diffuzornost mezhlopatochnogo kanala Prostranstvo mezhdu sosednimi lopatkami kak v rabochem kolese tak i v napravlyayushem apparate imenuetsya mezhlopatochnym kanalom Mezhlopatochnyj kanal kak v rabochem kolese tak i v napravlyayushem apparate diffuzornyj to est rasshiryayushijsya Mezhlopatochnyj kanal yavlyaetsya rasshiryayushimsya kogda diametr okruzhnostej vpisannyh v etot kanal uvelichivaetsya pri vpisyvanii etih okruzhnostej ot perednej kromki k zadnej Pri prohozhdenii cherez rabochee koleso vozduh uchastvuet v slozhnom dvizhenii Gde absolyutnoe dvizhenie dvizhenie chastic vozduha otnositelno osi dvigatelya Na risunke oboznacheno bukvoj u Otnositelnoe dvizhenie dvizhenie chastic vozduha otnositelno lopatok rabochego kolesa Na risunke oboznacheno bukvoj w Perenosnoe dvizhenie vrashenie rabochego kolesa otnositelno osi dvigatelya Na risunke oboznacheno bukvoj U Takim obrazom kogda chasticy vozduha popadayut v rabochee koleso so skorostyu oboznachennoj na risunke vektorom w1 lopatki vozdejstvuyut na chasticy vozduha pridavaya im perenosnuyu skorost oboznachennuyu na risunke vektorom U Po pravilu slozheniya vektorov absolyutnaya skorost chastic vozduha v etot moment oboznachena vektorom u1 Pri prohozhdenii cherez rabochee koleso za schyot diffuzornosti mezhlopatochnogo kanala proishodit umenshenie modulya otnositelnoj skorosti na vyhode iz rabochego kolesa w2 za schyot krivizny mezhlopatochnogo kanala proishodit izmenenie napravleniya vektora perenosnoj skorosti na vyhode iz rabochego kolesa w2 Na vyhode iz rabochego kolesa na chasticy vozduha prodolzhayut dejstvovat lopatki pridavaya im perenosnuyu skorost oboznachennuyu na risunke vektorom U Po pravilu slozheniya vektorov absolyutnaya skorost chastic vozduha v etot moment oboznachena vektorom u2 kotoryj izmenyaet napravlenie i uvelichivaetsya po modulyu Takim obrazom v rabochem kolese proishodit rost polnogo davleniya vozduha Posle rabochego kolesa vozduh popadaet v napravlyayushij apparat Za schyot diffuzornosti mezhlopatochnogo kanala proishodit tormozhenie potoka chto privodit k rostu staticheskogo davleniya Krivizna mezhlopatochnogo kanala privodit k povorotu potoka dlya polucheniya bolee effektivnogo ugla vhoda potoka vozduha v sleduyushee rabochee koleso Takim obrazom stupen za stupenyu proishodit povyshenie davleniya vozduha Skorost potoka v rabochem kolese rastyot v napravlyayushem apparate padaet No stupeni kompressora i ves kompressor proektiruyut takim obrazom chtoby skorost potoka umenshalas Pri prohozhdenii vozduha cherez kompressor rastyot i ego temperatura chto yavlyaetsya ne zadachej kompressora a otricatelnym pobochnym effektom Pered vhodom v pervoe rabochee koleso mozhet byt ustanovlen vhodnoj napravlyayushij apparat VNA kotoryj proizvodit predvaritelnyj povorot potoka vozduha na vhode v kompressor Dvuhkaskadnyj osevoj kompressor dvigatelya Rolls Royce RB 199 Dovolno vysokaya stepen gazodinamicheskoj inertnosti lopastnyh kompressorov yavlyaetsya prichinoj togo chto kompressor dovolno medlenno nabiraet oboroty obladaet nizkoj priyomistostyu Lopastnye kompressory kak pravilo privodyatsya v dvizhenie turbinami kotorye v svoyu ochered vesma dolgo snizhayut svoi oboroty takim obrazom smena rezhimov raboty takih turbokompressorov zanimaet dovolno dlitelnyj promezhutok vremeni Resheniem dannoj problemy stalo razdelenie kompressorov na kaskady kompressor nizkogo davleniya so svoej otdelnoj turbinoj ustanavlivaetsya na valu propushennom cherez polyj val sleduyushego za nim kompressora vysokogo davleniya i ego turbiny takie dvigateli nazyvayut dvuhvalnymi Dannoe reshenie uluchshilo rabotu kompressorov na perehodnyh rezhimah a takzhe povysilo ih gazodinamicheskuyu ustojchivost Drugim sredstvom povysheniya gazodinamicheskoj ustojchivosti osevyh kompressorov stalo primenenie povorachivayushihsya napravlyayushih apparatov dlya izmeneniya ugla vhoda potoka v rabochee koleso v zavisimosti ot rezhima raboty dvigatelya Sverhzvukovye kompressory Chastota vrasheniya rotorov sovremennyh kompressorov dostigaet desyatkov tysyach oborotov v minutu Perenosnaya skorost chasticy vozduha v RK U zavisit ot radiusa vrasheniya etoj chasticy otnositelno prodolnoj osi dvigatelya Pri dostatochno dlinnom pere lopatki perenosnaya skorost vyrastaet nastolko chto absolyutnaya skorost dvizheniya chasticy vozduha stanovitsya sverhzvukovoj V dannoj situacii kompressor imenuyut sverhzvukovym ili zhe stupen kompressora imenuyut sverhzvukovoj esli takaya situaciya voznikaet v opredelyonnoj stupeni kompressora Centrobezhnyj kompressorOsnovnaya statya Centrobezhnyj nasos Preparirovannyj TRD General Electric J 31 s radialnym centrobezhnym kompressorom Shematicheskoe izobrazhenie centrobezhnogo reaktivnogo rabochego kolesa Princip dejstviya centrobezhnogo kompressora v obshem sopostavim s principom dejstviya osevogo kompressora no s odnim sushestvennym razlichiem v centrobezhnom kompressore potok vozduha vhodit v rabochee koleso vdol osi dvigatelya a v rabochem kolese proishodit povorot potoka v radialnom napravlenii Takim obrazom v rabochem kolese za schyot centrobezhnoj sily sozdayotsya dopolnitelnyj rost polnogo davleniya To est chasticy rabochego tela poluchayut dopolnitelnuyu kineticheskuyu energiyu Rabochee koleso centrobezhnogo kompressora predstavlyaet soboj disk ili zhe slozhnoe telo vrasheniya na kotorom ustanovleny lopatki rashodyashiesya ot centra k krayam diska Mezhlopatochnyj kanal v centrobezhnom rabochem kolese tak zhe kak i v osevom diffuzornyj Po tipu ispolzuemyh lopatok rabochie kolesa kvalificiruyutsya na radialnye profil lopatki rovnyj i reaktivnye profil lopatki izognutyj Reaktivnye rabochie kolesa obladayut bolee vysokimi KPD i stepenyu szhatiya no slozhnee v izgotovlenii i kak sledstvie dorozhe Potok gaza popadaet v rabochee koleso centrobezhnogo kompressora gde chasticam gaza peredayotsya kineticheskaya energiya vrashayushegosya kolesa diffuzornyj mezhlopatochnyj kanal proizvodit tormozhenie dvizheniya chastic gaza otnositelno vrashayushegosya kolesa centrobezhnaya sila pridayot dopolnitelnuyu kineticheskuyu energiyu chasticam rabochego tela i napravlyaet ih v radialnom napravlenii Posle vyhoda iz rabochego kolesa chasticy rabochego tela popadayut v diffuzor gde proishodit ih posleduyushee tormozhenie s preobrazovaniem ih kineticheskoj energii vo vnutrennyuyu Dlya centrobezhnyh kompressorov spravedlivo sleduyushee uravnenie Ws u2C82 u2C81 displaystyle W s u 2 C theta 2 u 2 C theta 1 gde Ws vhodnaya moshnost na valu u skorost konca lopastej C8 kasatelnye sostavlyayushie skorostej zhidkosti otryvayushejsya ot lopastej v polozheniyah 1 i 2 vhodnaya i vyhodnaya sootvetstvenno Sravnenie osevyh i centrobezhnyh kompressorovTRD s osevym kompressorom TRD s centrobezhnym kompressorom 1 Po stepeni szhatiya povysheniya davleniya v stupeni Bolshuyu stepen povysheniya davleniya obespechivayut stupeni centrobezhnyh kompressorov 2 Po realizacii mnogostupenchatosti Mnogokratnyj povorot vozdushnogo potoka v centrobezhnom kompressore privodit k slozhnosti realizacii mnogostupenchatosti v nyom 3 Po gabaritam Centrobezhnye kompressory kak pravilo obladayut dovolno bolshim diametrom rabochego kolesa Mnogostupenchatye osevye kompressory obladayut menshim diametrom no dlinnee v osevom napravlenii Osevye kompressory v osnovnom ispolzuyutsya v samolyotnyh i vertolyotnyh vozdushno reaktivnyh dvigatelyah VRD Centrobezhnye v nazemnyh gazoturbinnyh dvigatelyah GTD i silovyh ustanovkah a takzhe v razlichnyh gazoperekachivayushih sistemah sistemah ventilyacii vsevozmozhnyh nagnetatelyah gaza ili vozduha PrimechaniyaFrank Kreith The CRC handbook of thermal engineering neopr CRC Press 2000 S 4 229 ISBN 9780849395819 LiteraturaVoroneckij A V Sovremennye kompressornye stancii Koncepcii proekty oborudovanie M OOO Premium Inzhiniring 2008 614 s ISBN 978 5 903363 09 4
