Конструкция центробежных компрессоров, их преимущества и недостатки, области применения. Расчет на прочность узла соединения ротора центробежного компрессора с валом

Лекция №6

Центробежные компрессоры

Классификация центробежных компрессоров

Центробежные компрессоры (ЦБК) классифицируются:

– по конструкции входа: с односторонним и двухсторонним входом;

– по конструкции лопаток рабочего колеса: компрессоры с радиальными лопатками и с лопатками, расположенными под углом к радиусу. При наклоне лопаток против вращения повышается напорность ступени компрессора без увеличения окружной скорости и диаметра колеса, но снижается КПД ступени;

– по типу рабочего колеса: компрессоры с открытой, полуоткрытой и закрытой крыльчаткой;

Рис.

– по числу ступеней сжатия: одно-, двух- и многоступенчатые. Усложнение конструкции двух- и многоступенчатых центробежных компрессоров вызывается трудностью подвода воздуха к последующим ступеням.

Конструкция элементов центробежного компрессора

Компрессоры с крыльчаткой открытого типа могут применяться в качестве второй ступени в двухступенчатых компрессорах, так как вследствие высокой температуры воздуха применение алюминиевых сплавов невозможно, а изготовление крыльчатки полуоткрытого или закрытого типа из стали или титанового сплава нетехнологично.

Такое колесо имеет малую массу, удовлетворительную технологичность, но достаточно высокие гидравлические потери.

У колеса закрытого типа гидравлические потери невелики, величина зазора между корпусом и рабочим колесом не влияет на потери, но колесо получается сложным по конструкции и в изготовлении и имеет недостаточную прочность при высоких окружных скоростях из-за малой прочности закрывающей (передней) стенки.

Наиболее употребительными в большинстве современных ГТД являются ЦБК с крыльчаткой полуоткрытого типа. Лопатки такого колеса выполняются за одно целое с диском, придающим всей детали прочность и жесткость. Форма канала в такой крыльчатке более благоприятна, чем в крыльчатке открытого типа, и менее сложна, чем в в крыльчатке закрытого типа.

Полуоткрытые колеса изготавливают из жаропрочных алюминиевых сплавов штамповкой с последующей механической обработкой и полированием наружных поверхностей. После полирования поверхности анодируются для предохранения колеса от коррозии. Анодирование одновременно увеличивает твердость поверхности, уменьшает ее эрозионный износ от пыли, делает ее более гладкой, что снижает гидравлические потери.

Соединение колеса с валом может быть выполнено несколькими способами:

– шлицевым соединением на небольших компрессорах и при невысоких передаваемых крутящих моментах;

– фланцево-болтовым соединением с передачей крутящего момента за счет сил трения и болтами или шпильками, работающими на срез.

Размеры колеса выбираются вначале ориентировочно по результатам газодинамического расчета, а затем уточняются при расчете колеса на прочность. Размеры выбирают следующим образом:

Рис.

– толщина диска на периферии составляет = 3…5 мм;

– угол конусности = 2…5⁰;

– ширину ступицы выбирают конструктивно, сообразуясь с расчетным размером , а затем корректируют после прочностного расчета;

– радиус (радиус фрезы) желательно принять побольше для обеспечения плавности перехода канала (обычно 1,5 или ;

– толщина лопатки выбирается после расчета ее на колебания.

Перед рабочим колесом устанавливается направляющий аппарат. Он может быть неподвижным (ННА) или вращающимся, соединенным с колесом (ВНА).

ННА ставят в том случае, когда необходимо создать закрутку потока воздуха в направлении вращения колеса для уменьшения относительной скорости на входе в колесо.

ВНА предназначен для обеспечения входа потока воздуха в колесо с минимальными потерями. Это, как правило, отдельная деталь в виде набора профилированных лопаток, прикрепляемая к рабочему колесу фланцево-болтовым соединением. Углы установки лопаток ВНА определяются из газодинамического расчета. При этом стараются обеспечить диффузорность не более 6…12⁰, чтобы не возникало срыва потока.

На выходе из колеса устанавливается лопаточный диффузор, представляющий собой диск с лопатками. При сверхзвуковом потоке на выходе из колеса перед лопаточным диффузором ставится щелевой (безлопаточный) диффузор. Его КПД ниже, чем у лопаточного, но он позволяет затормозить поток до дозвуковой скорости безударно, что исключает срывное натекание в лопаточном диффузоре.

Корпус компрессора делается составным из нескольких частей с плоскими разъемами, перпендикулярными оси вала. Центровка отдельных частей выполняется по посадочным пояскам или штифтам, соединение отдельных деталей производится шпильками или болтами. Силовая часть корпуса – корпус диффузора. К нему крепятся корпусы входных патрубков. Для предотвращения засасывания посторонних предметов входные патрубки могут закрываться защитными сетками.

Дата добавления: 2014-01-03