Центробежные (лопаточные) компрессоры

К этой группе нагнетателей относятся радиальные компрессоры, наименование которых происходит от радиального направления выхода нагнетаемой среды из рабочего колеса, причём, вход, как правило, имеет осевое направление. Центробежный компрессор является одной из частей турбокомпрессора. Следовательно в этом разделе мы рассмотрим лишь часть устройства и работы турбокомпрессора. Принципы работы центробежного компрессора представлены на рис. 3.28.

Компрессор содержит ротор (б), снабжённый лопатками. Ротор вращается в корпусе, в котором также размещены лопатки. Корпус размещён в другом корпусе г, выполненном в виде улитки (спирали) с максимальным сечение канала на выходе из компрессора. Вход воздуха происходит в зоне а. Ротор может вращаться со скоростью от 15000 до 200000 оборотов в минуту в зависимости от размеров компрессора.

Рис. 3.28. Схема работы центробежного компрессора. а – вход воздуха, б – ротор, в – диффузор, г – корпус (улитка), д – выход сжатого воздуха.

Ротор всасывает воздух в районе а, откуда воздух центробежной силой отбрасывается к периферии крыльчатки (ротора) в тангенциальном направлении с возрастающим давлением и достигает лопаток в, которые образуют диффузор. Задача диффузора – снизить скорость воздушного потока и увеличить тем самым его давление. Далее воздух поступает в улитку, откуда под определённым давлением направляется на вход в двигатель. Таким образом, в колесе компрессора, содержащем лопатки, потоку воздуха сообщается кинетическая энергия, которая частично уже в колесе, а в основном в диффузоре и затем в улитке преобразуется в энергию давления. В центробежных компрессорах применяются полуоткрытые колёса, в которых проточный канал образован лопатками и тыльной стенкой колеса с одной стороны и стенкой корпуса с другой.

Такие компрессоры могут иметь привод от газовой турбины (ТК) или связываются какой – то передачей с коленчатым валом двигателя (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Центробежный компрессор, связанный шестерёнчатой передачей с валом двигателя. 1 – мультипликатор, 2 – центробежный компрессор, а – вход воздуха, б – вход на крыльчатку, в – улитка выхода сжатого воздуха, г – вал двигателя, д – вал компрессора.

Передача делается ускоряющей (мультипликатор). Вал двигателя г через мультипликатор 1 передаёт крутящий момент на вал д компрессора. Воздух всасывается в зоне а корпуса, поступает к его внутренней части б, откуда входит на колесо компрессора 2. Затем под действием центробежной силы воздух устремляется через диффузор в улитку в, откуда подаётся к двигателю. Центробежные компрессоры работают при высоких окружных скоростях, чтобы обеспечить достаточный уровень повышения давления. (Высокие скорости вращения не создают проблемы в части потерь на трение, так как ротор и лопатки не соприкасаются с корпусом).

На характеристике компрессора, показанной на рис. 3.30, граница помпажа отделяет область неустойчивой работы (слева от линии помпажа) от области устойчивой работы (справа от границы помпажа).

Степень повышения давления с ростом производительности компрессора при постоянной частоте вращения сначала незначительно, а затем всё быстрее падает. Линии постоянных к. п. д. располагаются на небольшом расстоянии от границы помпажа вокруг линии рабочих точек (штрих – пунктирная линия).

В лопаточном компрессоре гидравлические потери трения о стенки каналов, а также вихревые потери в виде теплоты переходят непосредственно к нагнетаемой среде. Поэтому процесс сжатия в таком компрессоре протекает по политропе с показателем n > k.

Рис. 3.30. Характеристики центробежного компрессора.

Характеристики лопаточных компрессоров существенно отличаются от характеристик объёмных и имеют следующие особенности.

1. Кривая постоянной частоты вращения имеет переменный наклон. У радиального компрессора вблизи линии помпажа она сначала пологая, затем резко загибается вниз. (У осевых компрессоров эта кривая как правило, протекает круто даже у линии помпажа).

2. Достижимая степень повышения давления зависит от частоты вращения.

3. Имеется область неустойчивой работы компрессора (слева от линии помпажа). При малой производительности не может быть достигнута высокая степень повышения давления.

4. На линии оптимальных к. п. д., которая примерно соответствует линии дросселирования, производительность компрессора (объёмный расход) линейно пропорциональная частоте вращения, а напор приблизительно пропорционален квадрату частоты вращения.

В таблице приведено сопоставление основных свойств компрессоров различных типов.

Дата добавления: 2014-12-26