Центрден тепкіш компрессорлар

8.6.1 Әрекет ету принципі және негізгі бөлімдер

Центрден тепкіш компрессордың әрекет ету схемасы центрден тепкіш насостікі сияқты болады.

Центрден тепкіш компрессор бір білікке (вал) бекітілген бірнеше центрден тепкіш дөнгелектерден тұрады. Сығылған ауаның ұлғаюынан құтылу үшін бір дөнгелектен екінші дөнгелекке өткенде, келесі дөнгелектер жуандығы мен диаметрі жағынан кішірек жасалады. Дөнгелектердің қалақшалары артқа бүгілген немесе тарамдалған (радиальный) болуы мүмкін. Дөнгелектер өтетін каналдарда тізбектей жалғанған және бағытталған аппараттармен ортақ қаптамада орналасқан.

Фильтр арқылы компрессорға сорылатын ауа бірінші дөнгелектен екінші дөнгелекке өтіп біртіндеп сығылады.

Бір дөнгелекпен нығайтылатын ауаның соңғы қысымының оның бастапқы қысымына қатынасы сығылу дәрежесі деп аталады. Бір дөнгелектегі сығылу дәрежесі үлкен емес және осыған тең:

және кейбір жағдайда ғана 1,5÷1,8 дейін жетеді. Бірақ өте үлкен сығылу дәрежесі дөнгелектің жылдамдығы 400 м/с болғанын талап етеді. Бұл дөнгелектердің болаттың арнайы сорттарынан жасалу кезінде жүзеге асуы мүмкін. Әдетте дөнгелек айналымдарының саны 150-200 м/с болып жылдамдықтың есебінен алынады.

Компрессорлар өте биік қысымдар тудырады және сығылудың ортақ дәрежесі маңызды болып есептеледі. Сондықтан центрден тепкіш компрессорларда бірнеше тізбектей қосылған дөнгелек болады. Әсіресе дөнгелектердің диаметрі 700-1400 мм аралықта тербеледі.

Орташа айналадағы (окружной) жылдамдықта ағын жұмыс дөнгелегінен 160-170 м/с жылдамдық шамасымен шығады. Машинадан шыққан қысымды арттыру және шығынды азайту үшін газ құбырында әрбір дөнгелектің шыға берісінде бағыттаушы аппараттар орнатылады.

Газ бағытталған аппараттан шыққан кезінде өз бағытын 180^о –қа өзгертіп келесі жұмыс дөнгелегінің центріне әкелінеді; соңғы бағытталған аппараттан шыққан газ айдаушы камераға, одан әрі газ құбырына аттанады. Ағын өтетін қуыс келесі жұмыстық класқа әкелінеді: қалақшалармен каналдарға бөлініп қозғалмайтын айналмалы шарбақты (решетку) құрайды. Олар кері бағыттаушы аппараттар немесе кері каналдар деп аталады. Осы каналдардың қызметі ауа селін айналдырып және қозғалыстың кинетикалық энергиясын қысымның потенциялды энергиясына айналдыру болып табылады.

Осы және басқа да бағыттаушы аппараттар шығатын ауаның кинетикалық энергиясының бір бөлігін қысымның энергиясына айналдырып, газды құбыр ішіне кіші жылдамдықпен жібереді.

Бағыттаушы аппараттардың екі түрі қолданылады: қалақшасыз және қалақшалы.

Қалақшасыз бағыттаушы аппарат (130-сурет, а) дөнгелектің артында орнатылады және екі козғалмалы сақиналы дискілерден тұрады.

Дөнгелектің центрінен ара қашықтық артқан сайын бағыттаушы аппараттағы шыға берістегі қиманың ауданы да артады, ал ауаның жылдамдығы кемиді. Сондықтан қалақшасыз бағыттаушы аппараттарда қысым напордың аз шығынында өседі.

Қалақшалы бағыттаушы аппараттарда (130-сурет, б) жазықтықтар арасында қалақшалар орнатылады.

8.9-сурет-бағыттаушы аппараттар: а-қалақшасыз; б-қалақшалы

Центрден тепкіш сорғыларды зерттеу барысында қалақшалардың басқы жерінің бағыты абсолютті вектор жылдамдығының С₂ бағытына сәйкес екені көрсетілген.

Қалақшасыз аппараттарға қарағанда қалақшалы аппараттардың каналдарында жылдамдық көбірек азаяды. Сондықтан мында кинетикалық энергияны қысым энергиясына айналдыру, аппараттың кіші габаритті өлшемдерінде жүзеге асуы мүмкін.

Соңғы бағыттаушы аппараттын айналасынан жылдамдығы 50-60 м/с сел шығып, спиральды кожухқа бағытталады. Үлкен шығындардан құтылу үшін газ құбырларындағы жылдамдық азырақ болу керек. Сондықтан спиральды кожух, ішінде селдің жылдамдығы құбырға ене алатын жылдамдыққа дейін төмендейтін, конустік бұрышы 6-8^о диффузор болып аяқталады.

Жұмыс дөнгелегі, бағыттаушы аппараттар және кері каналдар сатылар деп аталады. Көбінесе компрессордағы тербелетін сатылар саны 3-7. Қысымды арттырған сайын сатыдағы ауаның температурасы да артады.

Соңғы қысымдағы газдың соңғы температурасы биік болған сайын машинаның приводына кететін қуат та артады. Сондықтан бірнеше сатыдан келесі рет өтетін ауа қуатының шығының азайту үшін машинадан шығарғаннан кейін тоңазытқышта суытады. Компрессордың кейбір конструкцияларында суық су айналысы болып жатқан компрессор корпусының ішіндегі қуыста жүзеге асады. Бірақ тоназытқыштарды қолдану конструкцияны күрделі қылады. Сондықтан олар тек ауаның сығу деңгейі күрт артқан жағдайда ғана қолданылады.

Көбінесе тіреуші немесе радиальды-тіреуші подшипниктармен тепе-теңдікке келтіріледі. Ал егер көпсатылы компрессорларда екі жақты сору қарастырылса, онда остік қысым пайда болмайды.

Центрден тепкіш компрессорлардағы пайдалы әсер коэфициенті 0,5.

8.6.2 Центрден тепкіш компрессордың сипаттамасы

Центрден тепкіш компрессордың сипаттамасы (9.10-сурет) үш сызықтан тұрады: қысым Q — р, қуат Q — N және п.ә.к. Q — ТQ. Бұлар компрессор өнімділігіндегі қысымның, қуаттың және п.ә.к. тәуелділігін сипттайды. Және ординат остерінде кіру мен шығу қысымдары теңеледі.

9.10-сурет. Центрден тепкіш компрессорлық машинаның сипаттамасы

Q — р қисық сызығы координаталардың басынан өтпейді, себебі компрессор жалғыз істеген уақытта қысым тудырады. Q — N қисық сызығы да координаталар басынан өтпейді, өйткені компрессор жалғыз жұмыс істегенде, үйкелісті жеңу үшін қысым тудыруға қандай да бір қуатты қолданады. Бірақ Q — η қисық сызығы координаталар басынан өтеді, өйткені компрессор жалғыз жұмыс істегенде жүйеге сығылған ауаны жібермейді. Соңғы жағдай мына п.ә.к. формуласымен анықталады:

.

Компрессор жалғыз жұмыс істегенде Q = 0, осы мәнді п.ә.к. формуласына қойып η = 0 деп аламыз.

Центрден тепкіш компрессордың жұмыс істеуінің басында ауаның шығыны артқан сайын п.ә.к. η артады, себебі қысым р біраз ғана кемиді. Бірақ та қысым қандай да бір мәнге жеткен кезде өнімділіктің Q артуына қарамастан өте жылдам кеми бастайды. Q — р өнімділігі кемиді. Сондықтан Q — η қисық сызығы өнімділік арттқан кезде максималды мәнге дейін η_в=η_max көтеріліп, содан кейін қайтадан төмендейді.

п.ә.к.-тің максималды мәні компрессор жұмысының үнемділігін анықтайды.

Компрессордың өнімділігі насостың немесе желдеткіштікі сияқты максималды п.ә.к.-ке сәйкес келеді және үйлесімді деп аталады (9.10-сурет, В нүктесі), ал машина жұмысының сәйкес режимі оптималды деп аталады. Компрессор тандап алынған кезде ол оптималды немесе соған жақын режимде жұмыс істей алуы керек.

η<0,9η_max п.ә.к.-імен жұмыс істейтін компрессорларды қолдану ұсынылмайды.

8.6.3 Компрессордың қуаты

Центрден тепкіш компрессорлардың жұмыс істеу барысында газ көбінесе сығу нәтижесінде және гидравликалық дискілік шығындар есебінен қызады.

Сөйтіп, центрден тепкіш компрессордағы сығылған газ ағысына үйкеліс нәтижесінен қосымша жылу беріледі. Компрессорлардағы сығу адиабатадан тыс процесте жүреді. Центрден тепкіш компрессорлардағы қуаттың шығының адиабаттық процестің формуласымен анықтауға болады.

Мұндағы η_ад адиабаттық п.ә.к.–адиабаттық сығу жұмысының компрессордың біліктегі жұмысына қатынасы;

р₁ и р₂ — бастапқы және соңғы қысым;

V₁ — бастапқы көлем 1 кг газдың р₁ қысымында;

К —адиабата көрсеткіші.

Формуланың көрсетуі бойынша сығу көрсеткіші артқан уақытта қуат жылдам артады.

8.6.4 Центрден тепкіш компрессорлық машиналардың жұмысын реттеу

Центрден тепкіш компрессорларының жұмысын айдаушы мен жүйе сипаттамаларының өзгертуімен ретке келтіруге болады.

Центрден тепкіш компрессорларды ретке келтіру келесі тәсілдермен жүзеге асырылады.

Сурет 9.11 – Дросселдеу тәсілімен реттеу

1) Компрессордан шығу барысындағы дросселдеу тәсілімен реттеу.

Бұл жағдайда ысырма көмегімен құбырды жабу арқылы өнімділікті азайтамыз. Бірақ жабық ысырмада компрессордан шығу барысындағы қысым р₁ -ден р₂ -ге дейін артады (жүйенің сипаттамасы М — М-г жаңа жағдайға ауысады), сонымен қатар қолданылған қуат М-нен N₂ > -ге дейін кемиді, оның негізгі бөлігі газды ысырмадан өткізуге кетеді. Ысырма қаттырақ жабылған сайын қуаттың шығыны азаяды. Бұл тәсілде ауа үрлегіштің сипаттамасын реттеу тұрақты болады, тек қосымша кедергінің әсерінен, жүйенің сипаттамасы ғана өзгереді. Сондықтан жүйенің қисық сызығы М — М₂ бастапқы жүйенің қисық сызығына М — М₁ қарағанда тігірек болады (ашық ысырма кезінде).

Қорытындылай келгенде, центрден тепкіш компрессорларды дросселдеу тәсілімен реттеу тиімді емес.

2) Компрессорге кіру барысындағы дросселдеу тәсілімен реттеу.

Компрессорға кіру жерінде орналастырылған ысырмамен дросселдеу арқылы реттегенде, машинаның сипаттамасы өзгереді (графиктегі қисық сызық солға ығысады), өйткені сиреткен кезде кіре-берістегі қысым төмендейді.

Бұл жағдайдағы реттеу ауданы кіші болады, себебі негізгі дросселдеу кезінде машинаның жұмысы тұрақсыз болуы мүмкін.

Кіре-берісте дросселдегенде қуаттың толық шығыны кемиді, ал меншікті шығыны (1 кг газға) артады.

3) Газды сұрыптау арқылы реттеу. Бұл тәсілдің маңызы келесіде. Компрессормен газ беруді азайту үшін айдаушы құбырдағы клапанды ашады. Ол арқылы газдың артық бөлігі атмосфераға шығады немесе компрессормен қайта сорылып алынады. Клапанды жапқан сәтте бүкіл ауа айдаушы құбырға беріледі; клапанның ашық кезінде бүкіл ауа атмосфераға шығарылады. Компрессорға берілетін ауа толығымен қолданылмаса да, машина жұмысының режимі және қуаттың толық шығыны бастапқыдай қалады. Газдың берілуін азайтқан кезде қуаттың меншікті шығыны артады. Қорытындылай келгенде, сұрыптау арқылы реттеу тәсілі дросселдеу тәсілінен де тиімсіз болып табылады, бірақ реттеу ауданы басқа кез келген тәсілдерге қарағанда үлкенірек болып келеді.

4) Айналымдар санын өзгерту арқылы реттеу. Центрден тепкіш сорғыларда сияқты, центрден тепкіш компрессорларда айналымдар санын өзгерткенде сипаттамасы да өзгереді, бірақ п.ә.к.-тің пропорционлдық заңын сақтаса, машина өзгеріссіз қалады. Пропорционлдық заң бойынша өнімділік бірінші сатыдағы айналымдар санына пропорционалды өзгереді, ал қуат айналымдар санының кубына пропорционалды өзгереді. Сондықтан өнімділікті айналымдар санын өзгерту арқылы реттеу өте тиімді болып табылады.

9 Остік сорғылар мен желдеткіштер

9.1 Остік айдауышты сипаттайтын негізгі теңдеулер

Остік айдаушыларда жұмыстық дөнгелек оске отырғызылатын төлкеге (втулка) орнатылған, консольдық қалақтардан тұрады. Остік айдауыштың жұмысын сипаттайтын негізгі теңдеулерді шығару үшін шарбақтардың (решеток) профилі теориясы қолданылады. Жұмыс дөнгелегін жазып тастау арқылы профилдердің жазық шарбақтарын қарастырамыз. 9.1-суретінде жазылған (развернутая) профил шарбақтары жылдамдықтар паролелограммы қарастырылған.

9.1 сурет – Остік айдауыштың жазылған қалақтар (лопасти) шарбағы және жылдамдықтар паролелограммасы қарастырылған

Шарбақтың геометриясын сипаттайтын негізгі шама: шарбақтың бағыттық қозғалысында өлшенген екі қалақтың арасындағы қашықтыққ тең, қалақтар қадамы болып табылатын t; шарбақтың ені В; қалақша қимасының хордасының ұзындығы b; кіре-беріс пен шығудағы қалақшалық бұрыштар β_1л және β_2л; қалақтың хордасы мен шарбақ осі арасындағы бұрыш β_у. Шарбақтың салыстырмалы қадамы деп шарбақ қадамының хордаға қатынасын айтады

Кері шама шарбақтың қоюлығы деп аталады.

Шарбақ арқылы өтетін ағынның кинематикалық параметрлеры – бұл кіре-беріс пен шығудағы тасымалдаушы, салыстырмалы және абсолютті жылдамдықтар - u₁, w₁, c₁, u₂, w₂, c₂; кіре-беріс пен шығу бұрыштары, яғни шарбақ осі мен кіре-беріс пен шығудағы салыстырмалы жылдамдығы - β₁ және β₂; шабуыл бұрышы –і, қалып қойғыш бұрышы - σ.

Жылбамдықтар жоспарында (32-сурет), абсолютті және салыстырмалы жылдамдықтар шамасы мен бағытын профилдер шарбағына ауыстырып, ағынды (с_2u > с_1u) айналдырғанда кіре-беріс пен шығудағы ағынның қалып жатқанын (σ≠0 көреміз.

Кіре-берістегі аудан мен шығудағы аудан тең болғандықтан, беріктік теңдеуін былай жазуға болады

Мұндағы c_1a және c_2a абсолютті жылдамдықтың ості құрауыштары және 32-суреттен c_1a=w_1a, c_2a=w_2a екенін көреміз.

Сығылмайтын сұйық үшін p₁=p₂, онда

Абсолютті жылдамдық энергиясының теңдеуі. Жұмыс дөнгелегінің қалақтарының ағынға берілген энергиясы Эйлер теңдеуімен анықталады(33), мұнда u₂=u₁=u.

(9.1)

9.1 – суретінен

Онда 9.1-формуласын былай өзгертуге болады

(9.2)

Абсолютті жылдамдық энергиясының теңдеуін осы түрде келтіруге болады

(9.3)

Ағынға әсер ететін қозғалыс пен күш санының теңдеуінде ұзындығы Δr қалақша ағынына р күшпен әсер етеді (9.2-сурет). р_а және р_и - айдауыш ос пен шарбақ осіне түсетін күштің проекциялары.

Сурет 9.2 – Қалақша жағынан әсер ететін күш паролелограммасы

Ені шарбақтың қадамына тең салыстырмалы қозғалыстағы ағын қарасатырылып жатыр. Қозғалыстың Δrtw_1ap₁w_1a шамасына ие болған машина осімен бағытталған масса Δrtw_1ap₁, 1секунд ішінде 1-1 қимасы арқылы өтеді. Ал 2-2 қимасы үшін Δrtw_2ap₂w_2a болады.

Егер p₁ және р₂ — 1-1 және 2-2 қималарындағы қысым болып табылса, онда оған әсер ететін күш Δrtp₁ и Δrtp₂ болып табылады. Бастапқы жылдамдық бағытына сәйкес ағынға әсер ететін импульстің ішкі күштері қозғалыс шамасының өзгерісіне тең болады, сондықтан

Теңдеудің оң жағындағы минус таңбасы қарастырылып жатқан көлемнің қозғалыс шамасының өзгерісі қалақшаларға кері Р бағытында әсер ететін күш тудырады.

Сондықтан

(9.4)

Сығылмайтын сұйық үшін p₁=p_2, w_1a =w_2a, сондықтан

(9.5)

Сығылмайтын сұйықты тасымалдайтын профиль шарбақтары ағынның остік жылдамдығын өзгертпейді. Ағынға әсер ететін остік күш қысымды жоғарылату үшін жұмсалады. Шарбақ осіндегі проекциядағықозғалыс шамасының теңдеуін жазайық:

– 1-1 и 2-2 қималарындағы қозғалыс шамасы

Δrtw_1ap₁w_1u и Δrtw_2ap₂w_2u

- қозғалыс шамасының теңдеуі

(66) теңдеуін қолданып,

(9.6)

аламыз.

Нәтижесінде Р_a и Р_u күштерінің геометриялық бірігуі шығады.

Айналым (циркуляции) теңдеуі. Айналымды шарбақтың профиліне арналған 1-1-2-2 контурдағы интегралдар суммасы (33-сурет) деп қарастырып, осы теңдеуді аламыз:

(9.7)

(р ₀ = 235 бар, t ₀ = 565 ⁰C).

9.2 Осьтік машинаның үдемі мен қуаты

Келесі түрде жазылған Эйлер теңдеуі бойынша осьтік жұмыс дөңгелегі арқылы жасалған теориялық үдемін анықтауға болады. Бұл теңдеуге көлемдік шығынды анықтайтын φ=c_a/u коэффициентін енгізіп, келесі теңдеуді анықтаймыз:

Дөңгеліктің теориялық қысымы келесіге тең:

Дөңгеліктің нағыз қысымы тордағы энергия шығынынан кіші болады, тордың ПӘК-і есепке алынады

(9.8)

Тордың ПӘК-інің шамасы η_p=0,90-0,94 аралығында жатыр.

Осьтік сығымдағыштың сатыларымен шығарылатын нағыз қысым ол тордың диффузорымен жұмыс қалақшаларының үйлесімді әрекет айырымы, яғни сатымен шығарылатын қысымды келесі түрде жазуға болады.

(9.9)

мұнда ∆p_диф – диффузордағы қысымдның жоғарылауы, ПА.

∑∆p – берілгендегі және алынғандағы қымыс шығыны,Па.

Бұл шығындарды ескеріп, сатылардың гидравликалық ПӘК-ін келесі мүлде жазуға болады

(9.10)

Гидравликалық ПӘК шамасы η_г= 0,75 - 0,92 аралығында жатыр, механикалық ПӘК тығыздаудағы, подшип үйкелістен және дискілік үйкелістен пайда болған қысым шығынын есепке алады η_т = 0,94 - 0,98. Сатылардың толық ПӘК-і η = η_г η_т = 0,70 - 0,90.

Біліктің қажетті қуаты

, кВт (9.11)

9.3 Осьтік сығымдағыштардың сипаттамалары және берілімді реттеу

Осьтік сығымдағыштардың сипаттамасы үдемнің (қысым), біліктегі қуаттың және ПӘК-тің берілімге тәуелділігін көрсетеді. Сипаттамалардың түрі сығымдағыштың құрылымымен және аэродинамикалық қасиетімен анықталады.

Ортадан тепкіш сығымдағыштарға қарағанда осьтік сығымдағыштың үдемінің сипаттамасы жиі ершін пішінді болады, бірақ төмен үдемді сығымдағыштардың сипаттамалары түскен пішінді болып келеді.

Ершін сипаттамасы атыс кезіндегі кіші берілім және жоғары бұрыш кезіндегі өрлеу күшінің төмендеуімен түсіндіріледі.

Осьтік сығымдағыштарының қуатының сипаттамалары шығын өскенде қуаттың төмендеуін немесе горизонталды сызыққа жақындығын көрсетеді (9.3 сурет). Сондықтан осьтік сығымдағыштың іске қосуын үдемелі құбырдың ысырмасын ашып жүзеге асыру керек, яғни жүктемеменү

Төлкеде (салбұрында) қатаң бекітілген, жұмыс қалақшалары бар осьтік сығымдағыш сипаттамалары оқыстан білдірілген максимумды қабылдайды: тәртіптің оңтайлыдан ауытқу кезінде ПӘК жылдам өзгереді. Кейбір жағдайда осьтік сорғылар бұрылмалы жұмыс қашақшаларымен орындалады. Бұл жағдайда ПӘК-тің төмендеуінсіз шығын өзгеруі мүмкін.

9.3 және 9.4 сурет – n=const кезіндегі осьтік желдеткіш сипаттамасы және бұрылу қалақшаларымен осьтік сығымдағыштың сипаттамаларының жұмыс ауданы

Сипаттаманың жұмыс аймағы оның оң жақ бөлігінің тұрақты Б өркенінде орнатылады (9.3 суреті). Сипаттаманың Б нүктесіндегі қысымының максималды шектік қысымы 0,9 –ды құрайды. ПӘК-тің шектік төмендетілген мәні 0,9 η_макс құрайды. Бұл шарттар осьтік сығымдағыштың түрлі жұмыс қалақшаларының бұрыштарында жұмыс өрісінің сипаттамасын анықтауға көмектеседі (9.4 суреті).

Осьтік сығымдағыштың берілуінің реттелуі айналу жиілігінің өзгеруімен, жұмыс қалақшаларының бұрылуымен және кіреберістегі бағыт беру аппаратымен іске асуы мүмкін. Бірінші әдіс тиімдірек. Дроссельдік реттеу аса тиімсіз, өйткені бұл жолмен берілімді төмендеткенде қуат тұрақты болып қалады немесе өсе бастайды (сурет9.3). Сондықтан осы тәсілмен реттеу кезінде энергияның шығыны ауыспалы ортаның көлемінің өлшеміне ұлғаяды.

Осьтік сығымдағышты жұмыс дөңгелектерінің қалақшаларының бұрылысымен немесе бағыттаушы аппаратмен реттеу кезінде типтік реттеуші сипаттамалармен пайдалану ыңғайлы. Шектік ПӘК-тің мәнімен шектелетін жұмыс ауданының сипаттамасы сипаттамада бөлініп тұрады (9.4 суреттегі сызықшаланған аудан).

Дата добавления: 2014-01-05