книги из ГПНТБ / Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций

147

Безлопаточный диффузор представляет собой кольцевой канал, расположенный вокруг рабочего колеса и образованный двумя дис­ ками, расстояние между которыми изменяется е изменением ра­ диуса, т.ѳ. канал расширяется или сужается в направлении дви­ жения потока. Увеличение ширины каналов вдоль радиуса приводит к быстрому снижению скорости движения воздуха, что позволяет назначать небольшой радиальный размер диффузора, но при этом появляется возможность отрыва потока от стенок.

Как показали исследования, устойчивость движения в бѳвлопаточном диффузоре обеспечивается при выполнении канала, не­ сколько суживающегося от центра к периферии (угол сужения со­ ставляет 3 т- 6°). Такое сужение способствует значительному по­ вышению к.п.д. Необходимое для повышения давления уменьшение скорости потока достигается в этом случае эа счет увеличения радиального размера диффузора.

У компрессоров, имеющих только безлопагочный диффузор, от­ ношение наружного диаметра диффузора к наружному диаметру ра­

лении и позволяет преобразовывать скоростной напор в энергию давления при меньших радиальных размерах, чем безлопаточный.

Опытами установлено, что лопаточный диффуэор обеспечивает меньшие потери энергии при дозвуковых скоростях воздуха, а бѳзлопаточный допускает сверхзвуковые скорости и его примѳне-

148

ниѳ повышает к.п.д. компрессора. Поэтому в центробежных ком­ прессорах перед лопаточным диффузором иногда устанавливается безлопаточный.

За диффузором на выходе из компрессора находится спираль­ ная камера (улитка), переходящая в выходной патрубок - прямо­ линейный диффузор, в котором происходит дальнейшее преобразо­ вание кинетической энергии в давление.

На рис.9.3 представлены графики изменения основных пара­ метров состояния воздуха в ступени центробежного компрессора.

Рис.9.3.Графики изменения параметров состояния воздуха в центробежном компрессоре

Во входном устройстве скорость потока воздуха возрастает, а давление и температура понижаются. В рабочем колесе за счет подвода энергии увеличиваются давление воздуха, еготемпера­ тура и скорость. В диффузорах и выходном патрубке вследствие уменьшения скорости происходит повышение давления, что повы­ шает температуру воздуха на выходе из компрессора.

§9.2. НАПОР, МОЩНОСТЬ и К.П.Д.

Вкаждой ступени центробежного компрессора в результате взаимодействия рабочего колеса с воздухом совершается работа

иосуществляется передача энергии. Большая часть механической энергии передается потоку воздуха, но часть ее расходуется на

149

преодоление сил трения и преобразуется в тепло при сжатии газа.

Происходящий энергообмен можно оценивать как с точки зрения затраченной компрессором работы, так и с точки зрения получен­ ной газом энергии, которую принято называть напором (давлением). Учитывая большую общность между центробежными компрессорами и насосами, будем рассматривать напор, а не работу.

Уравнение Эйлера в принципе справедливо и для центробежных компрессорных машин. Тогда напор, создаваемый компрессором, определится по той же формуле, что и для вентилятора

В результате сжатия газа процессы, протекающие в компрес­ соре, будут более сложными. Однако повышение давления в ступе­ ни ограничено, благодаря чему при определении напора можно пользоваться средним значением плотности воздуха и пренебре­ гать влиянием повышения его температуры.

Рабочее колесо центробежного компрессора сообщает проте­ кающему газу напор тем больший, чем больше будет окружная ско­ рость на выходе из колеса. Величина окружной скорости ограни­ чивается прочностью колеса. В настоящее время при изготовлении колес из легированной стали в одной ступени компрессора можно

получить степень повышения давления до £ =

'о

Если требуется получить большие давления, то газ сжимают последовательно в нескольких колесах. При этом степень повышения давления в каждой ступени определяют по формуле

Эффективная мощность, переданная газу рабочим колесом, определяется по формуле

квт.

150

гдѳ - объемный вес сжатого газа, кгс/м3 ;

Q- производительность, м3/сек;

Н- напор в метрах столба газа.

Мощность на валу центробежного компрессора будет равна

где rj - общий к.п.д. машины, равный произведению объемного, гидравлического и механического к.п.д.

§ 9.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ, РЕГУЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРНЫХ МАШИН

Характеристиками центробежных компрессоров (рис.ЭЛ) назы­ вают графики зависимостей конечного давления (напора) компрес­ сора, его к.п.д. и мощности на валу от производительности.

Производительность компрессора принято выражать или в еди­ ницах веса (кгс/сѳк), или в единицах объема (м3/сек, м3/мин),

отнесенных к условиям всасывания.

Участок характери­ стики Q -р левее точки/с относится к неустойчивой области работы компрес­ сора. Неустойчивая ра­ бота проявляется пульса­ циями давления и расхода воздуха как в проточной части самого компрессо­ ра, так и во внешней се­ ти, на которую он рабо­ тает. От пульсации пото­

ка воздуха возникает вибрация лопаток рабочего колеса (флаттер) и усиливается шум (особенно на всасывании). Весь комплекс слож­ ных явлений при неустойчивой работе компрессора называют помпа-

яом. При помпаже возникают значительные напряжения в деталях, которые могут вывести компрессор из строя.

Характеристика Q - р компрессора (рис.9.5) при больших производительностях и числах оборотов приближаются к нормалям

к оси абсцисс. Следовательно, на некоторых рѳхшіах производи­ тельность компрессора при изменении давления сохраняется по­ стоянной. Это объясняется тем, что при высоких п и Q ско­ рости в мѳхлопаточных каналах первой ступени достигают крити­ ческих значений и не могут быть повышены. Поэтому производи­ тельность компрессоров ограничивается некоторым предельным (критическим) значением соответственно вертикальному участку характеристики..

Регулирование центробѳхных компрессорных машин применяется

паны и т.д., служащие для автоматического предотвращения сме­ щения рабочей точки в область неустойчивой работы);

-изменением положения поворотных лопаток входного направ­ ляющего аппарата или лопаточного диффузора;

-дросселированием на нагнетании или на всасывании (коли­

чественное регулирование).

Наиболее экономичными способами регулирования являются первый и третий. Перепуск воздуха через антипомпажную щель яв­ ляется неэкономичным, так как сопровождается выбросом сжатого воздуха в атмосферу; однако этот способ регулирования повышает безопасность работы компрессорной машины.

При наличии задвижек на всасывающей и напорной линиях турбокомпрессоры и турбовоздуходувки пускаются в ход всегда при закрытой задвижке на всасывающей линии и открытой задвиж­ ке на напорной. В случав, когда за напорной задвижкой имеется давление, то машина должна быть соединена с холостой линией.

152

Если компрессор оборудован только одной задвижкой, то по­ следняя должна быть эакрыта независимо от места ее расположе­ ния.

При наличии принудительной системы смазки и охлаждения пе­ ред пуском компрессорной машины создается давление масла в масляной системе и циркуляция воды в системе охлаждения.

Во время работы турбомашины давление масла и воздуха, а также температура воды и масла должны находиться в пределах, указанных в заводской инструкции. Обслуживающий персонал дол­ жен наблюдать за исправным состоянием предохранительных и ре­ гулирующих устройств, систематически продувать холодильники и корпус машины для удаления конденсата.

Для остановки турбокомпрессора следует закрыть всасывающую задвижку, включить пусковой масляный насос (при его наличии) и остановить машину. Затем надо закрыть задвижку на напорной ли­ нии, отключить охлаждающую воду, через 15 - 20 сек остановить пусковой масляный насос и открыть продувочные краны на машине и промежуточных холодильниках. Если есть опасность замерзания

Г л а в а ІО ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

§ Ю Л . КЛАССИФИКАЦИЯ

Поршневые компрессоры по типу привода можно разделить на компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом и компрессоры со свободно движущимися поршнями.

Компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом классифици­ руют по принципу действия; по расположению и числу цилиндров; количеству ступеней; производительности и величине создаваемого давления; а также по типу приводного двигателя.

По принципу действия поршневые компрёссоры разделяются на компрессоры одностороннего (простого) действия; компрессоры одностороннего прямоточного действия и компрессоры двусторон­ него действия.

153

На рис.ІО.І представлена схема поршневого компрессора про­ стого действия. Поршень компрессора 2 движется воввратно-по- ступатѳльно в цилиндре I. При движении поршня сверху вниз в цилиндре образуется разрежение и воздух через фильтр 4 и авто­ матически открывающийся (за счет разности давлений) всасываю­ щий клапан 3 поступает в цилиндр. За­

с обоих торцов днищами, в одном из которых установлены всасы­

154

ня влево происходит сжатие вовдуха и выталкивание его из рабо­ чей полости через санооткрывающиеся нагнетательные клапаны I.

Таким образом, у компрессоров данного типа всасывание про­ исходит через поршень, а сжатие над поршнем, при этом всасыва­ емый воздух не меняет направления своего движения.

Компрессоры двустороннего действия отличаются от компрес­ соров простого действия тем, что у них сжатие воздуха осущест­ вляется по обе стороны поршня.

По расположению цилиндров поршневые компрессоры могут быть разделены на вертикальные (рис. ЮЛ), горизонтальные(рис.10.2), Г-образные, V -образные, W -образные, звездообразные и оппозитные (рис.10.За,б,в,г,д соответственно).

По числу ступеней компрессоры подразделяются на одноступен­ чатые и многоступенчатые.Многоступенчатые компрессоры предна­ значаются для достижения средних и высоких давлений. Сжатие

Рис.ІО.3. Схемы расположения цилиндров поршневых компрессоров

воздуха в них происходит последовательно в нескольких цилин­ драх. Принципиальные схемы различных типов компрессоров с чис­ лом ступеней не более четырех показаны на рис.ІО.4.

В качестве приводных двигателей поршневых компрессоров ис­ пользуются двигатели внутреннего сгорания и электродвигатели как постоянного, так и переменного тока.

155

i 8

г а

Рис.IO.4. Принципиальные схемы поршневых компрессоров: а) одноступенчатого; б) двухступенчатого; в) трехступенча­ того; г) четырехступенчатого; д), е) двух- и трехступенча­ того с дифференциальными поршнями (цифрами на схемах пока­

заны номера ступеней;

Компрессор со свободно движущимися поршнями представляет собой одноили многоступенчатый компрессор и двухтактный одно­ цилиндровый двигатель внутреннего сгорания с прямоточно-щеле­ вой продувкой, выполненные в общем корпусе и имеющие общие поршни.

Схема одноступенчатого симметричного свободнопоршневого компрессора (дизель-компрессора) представлена на рис.ІО.5. Ра­ бочий процесс в дизель-компрессоре протекает следующим образом. Первый ход при пуске компрессора, во время которого поршни 14 сходятся и сжимают воздух в цилиндре двигателя 9 до температу­ ры самовоспламенения топлива, совершается за счет пускового сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры компрессора 16. После воспламенения топлива, подаваемого в цилиндр с помощью фор­ сунки 10, поршни движутся в противоположные стороны (расходят­ ся). В этот период через всасывающие клапаны 5 из камеры вса­ сывания 3 в цилиндры 4 продувочного насоса поступает воздух.

В цилиндрах 16 происходит сжатие воздуха и выталкивание его через клапаны 15 в нагнетательный коллектор 12. Компрессор устроен таким образом, что по достижении поршнями наружных

156

мертвых точек в его цилиндрах остается запертой часть сжатого воздуха, которая выполняет роль буфера, предотвращающего удары поршней о крышки цилиндров, и служит аккумулятором энергии,не­ обходимой для обратного движения поршней навстречу друг другу.

Когда при расхождении поршни пройдут от линии форсунки не­ которое расстояние, открываются продувочные окна 8 и выхлоп­ ные II. При этом поступающим из ресивера 7 сжатым воздухом

Рис.10.5. Схема одноступенчатого дизель-компрессора:

I - всасывающий патрубок; 2 и 5 - всасывающие клапаны; 3-ка- мѳра всасывания; 4- - полость продувочного насоса; 6 и І5-на- гнѳтательные клапаны; 7 - ресивер; 8 - продувочные окна;

9 - цилиндр двигателя; 10 - форсунка; II - выхлопные окна;

12 - нагнетательный коллектор; 13 - выхлопная камера; 14-диф- фѳренциальный поршень; 16 - рабочая полость компрессора

продукты сгорания вытесняются из цилиндра 9 в выхлопную ка­ меру 13.

Обратный ход поршней (сближение) совершается за счет рабо­ ты расширения сжатого воздуха, оставшегося в цилиндрах 16 ком­ прессора. В процессе движения навстречу друг другу поршни пере­ крывают продувочные и выхлопные окна и сжимают в цилиндре дви­ гателя 9 оставшийся заряд свежего воздуха. Одновременно с этим в полости продувочного насоса 4- происходит сжатие воздуха, а затем и нагнетание его иэ этой полости через клапаны 6 в реси­ вер. Давление сжатого воздуха в цилиндрах 16 при схождении поршней падает, и после того, как оно станет равным давлению