книги / Насосы и компрессорные машины

повышающего редуктора. Расчеты показали, что при уменьшении числа оборотов воздуходувки до 3000 об/мин число ступеней возрас­ тает до б—7.

Для повышения экономичности на переменных режимах в обрат­ ном направляющем аппарате при входе во все колеса установлены специальные поворотные лопатки. Поворот лопаток осуществляется с помощью небольшого электродвигателя с дистанционным управле­ нием.

На фиг. 194 изображена охлаждаемая компрессорная машина НЗЛ типа ОК-500-92, имеющая следующие параметры: подачу по ус­ ловиям всасывания Q = 500 м3/мин, давление нагнетания рк = 9 ата, начальное давление воздуха рн = 1 ата, начальную температуру — tH= 20°С и начальную температуру охлаждающей воды — te = 20°С. Число последовательно включенных ступеней компрессора — 9. Чис­ ло ступеней охлаждения —!2. Холодильники имеют ребристые труб­ ки обтекаемой формы. Рабочие колеса выполнены с переменным пара­ метром по ходу газа. Лопаточные диффузоры имеют только вторая и третья секции. Последняя секция снабжена безлопаточным диффу­ зором.

При эксплуатации воздуходувок следует учитывать, что с измене­ нием атмосферных условий (температура, влажность, барометриче­ ское давление) процентное содержание кислорода в воздухе может резко измениться (до 25—30%).

В зависимости от изменения температуры окружающей среды будет изменяться и развиваемый напор компрессорной машины. Так, в летнее время при тех же Q и п воздуходувка может уменьшить напор (по сравнению с зимними месяцами) на 20 -f- 25%. Поэтому при под­ счете необходимого количества воздуха следует предусматривать резерв.

Глава IX

ОСЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

§ 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА

лопатки 2, и корпуса 3 с неподвижными направляющими лопатками 4.

Совокупность одного ряда рабочих и направляющих лопаток пред­ ставляет собой ступень осевого компрессора. Газ, проходя после­ довательно все ступени, сжимается; его удельный объем уменьшается, поэтому высота лопаток по направлению движения газа уменьшается.

Осевой компрессор фиг. 196 по своей конструкции напоминает паровую или газовую турбину; его можно рассматривать как обра­ щенную турбину. Отличие турбины от компрессора состоит в том, что, если в каналах турбины происходит уменьшение давления и увели­ чение скорости газа, то в компрессоре происходит обратный процесс,

так как межлопаточные каналы в турбине конфузорные (суживаю­ щиеся), а в компрессоре — диффузорные (расширяющиеся). Из гид­ ромеханики известно, что течение газа в конфузорном канале более устойчиво, чем в диффузорном. Диффузорный поток чувствителен к малейшим изменениям угла раскрытия диффузора. Так, например, увеличение угла раскрытия диффузора свыше 12—14°С приводит к отрыву потока от стенок и к значительным потерям.

К.п.д. осевых компрессоров, спроектированных на основании аэродинамической теории, при расчетных режимах выше к.п.д. центробежных.

Так как угол раскрытия диффузорного канала ограничен, компрес­ сорные лопатки всегда менее изогнуты, чем турбинные. Так, например, если в турбине допустим поворот потока до 140°, в компрессоре этот поворот должен быть не более 45°. Известно, что чем больше по­ ворот потока, тем больше сообщаемая или затрачиваемая потоком работа при одинаковых окружных проекциях скорости (с2и — с\и). Таким образом, при одинаковых окружных проекциях скорости и одинаковых перепадах давления у компрессора и у турбины число ступеней у осевого компрессора больше, чем у турбины.

Ступень осевого компрессора может создать ограниченную степень повышения давления, равную 1,1—1,2. Поэтому осевые компрессоры строятся всегда многоступенчатыми. Как и осевые насосы, осевые компрессоры имеют большую подачу при сравнительно незначитель­ ной общей степени повышения давления. Производительность осевых компрессоров достигает сотен тысяч кубических метров газа в час, степень повышения давления доходит до 10.

К.п.д. осевых компрессоров выше к.п.д. центробежных. Ес­ ли для центробежного компрессора к.п.д. 0,75 является достаточно высоким, то к.п.д. осевых компрессоров, вследствие прямолинейно­ сти направления потока в них достигает 0,85 и более. Осевые компрес­ соры с теми же подачей и напором имеют меньшие диаметры и вес," но большую длину, чем центробежные. Благодаря этому осевые ком­ прессоры широко применяются в газотурбинных установках как ста­ ционарных, так и в транспортных, в том числе авиационных.

§ 2. РАБОТА СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА

При проектировании осевого компрессора рассматривается плоская решетка профилей.

Согласно уравнению Эйлера работа, сообщаемая газу рабочими лопатками, равна

Принимая во внимание осевое течение газа в ступени, т. е. ui = = и2 = и, получим

диаметре

din +

dCp —

V

где dem — диаметр втулки;

da — внешний диаметр лопаток.

Принимая во внимание уравнение (344), можно написать

W 21 --W 22

(345)

211(С2 и - С1иУ

Степень реакции может изменяться в широких пределах. На прак­ тике применяются ступени со степенью реакции 0 = 0,5 -т- 1.

Для случая, когда 6 = 0,5, степень повышения давления (работа сжатия) газа на рабочих лопатках равна степени повышения давления в направляющих лопатках. Для ступени со 100%-ной степенью реакции повышение давления газа осуществляется только на рабочих лопат­ ках. Направляющие лопатки в этом случае служат только для из­ менения направления потока газа. Скорости потока перед и за направ­ ляющими лопатками будут одинаковыми. С увеличением степени реак­ ции при неизменных и и счи максимальная работа ступени возрастает. При малых и умеренных окружных скоростях малая степень реакции приводит к увеличению числа ступеней. При больших окружных ско­ ростях (iи > 250 м/сек) выгодно уменьшать степень реакции.

Увеличение 6 при L = const приводит к увеличению разности дав­ лений по обе стороны рабочих лопаток, что обусловливает большие значения осевой силы и большие протечки газа через радиальные за­ зоры. Ступени компрессора с большей степенью реакции лучше ра­ ботав на переменных режимах. С целью уменьшения числа М при больших окружных скоростях применяют ступени со степенью реак­

§ 4. К.П.Д. СТУПЕНИ

При небольших степенях повышения давления в качестве к.п.д. ступени осевого компрессора можно принять отношение политропной работы сжатия к действительной

где Lnp — политропная работа сжатия на рабочих лопатках ступени; L-пн — политропная работа сжатия в направляющих лопатках

ступени;

L — полная работа ступени;

с2_ с2

— - — изменение кинетической энергии в ступени;

При степени реакции 0=0,5 профили рабочих и направляющих ло­ паток будут одинаковыми. К.п.д. лопаток ступени с 50%-ной реакцией выше, чем к.п.д. лопаток со 100%-ной реакцией. На к.п.д. ступени помимо степени реакции и величины потерь существенное влияние оказывает осевая скорость потока са.

Эта скорость оказывает значительное влияние на высоту лопаток / и максимальную работу ступени. Чем больше осевая скорость, тем больше работа ступени и тем меньше высота лопаток. При большой подаче компрессора с целью уменьшения высоты лопаток рекоменду­ ется увеличивать осевую скорость са. Большая осевая скорость позво­ ляет уменьшить число ступеней компрессора. Выбор оптимальной осе­ вой скорости необходимо связывать с выбором степени реакции 0

С увеличением степени реакции ступени оптимальная осевая

скорость са возрастает.

са

При проектировании задаются отношением ¥а = — = 0,4 0,8.

На величину потерь в компрессоре существенное влияние оказы­ вает также соотношение между высотами лопаток и радиальным за­ зором о. Чем короче лопатку тем большими будут потери, поэтому ло­ патки длиной менее 40 мм стараются не применять. Величину радиаль­ ного зазора выбирают в зависимости от внешнего диаметра da. Обычно принимают Ь = 0,001 da.

§ 5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА

Характеристиками осевого компрессора называются графические зависимости, связывающие между собой степень повышения давле­ ния, к. п. д., мощность и пода*#у компрессора. На основании характе­ ристик, полученных в результате обработки данных испытаний, можно судить о совершенстве того или иного компрессора.

На фиг. 197 приведена характеристика осевого компрессора тур­ бореактивного двигателя. Большая крутизна характеристики ограни­

чивает диапазон работы компрессора. Важнейшим показателем совершенства компрессора является его к.п.д. в расчетной точке. Другой особенностью характеристики осевого компрессора по срав­ нению с такими же характеристиками центробежного компрессора являются: большая, все увеличивающаяся ее крутизна с увеличением числа оборотов п, что объясняется влиянием сжимаемости газа, т. е. появлением волновых потерь по мере увеличения са, а следовательно,

И W.

При уменьшении производительности происходит увеличение уг­ лов атаки, что может привести к срыву потока с профиля, а следова­ тельно, к большим потерям. При периодическом срыве работа компрес­ сора становится неустойчивой, пульсирующей со всеми вытекающими последствиями (поломка лопаток, гашение факела в камере сгорания газотурбинной установки и т. д.).

Регулирование режима работы компрессора, которое сводится в основном к изменению его подачи, следует осуществлять изменением числа оборотов. На характеристики осевого компрессора существен­ ное влияние оказывают профиль лопаток, их установка по отношению к потоку, качество обработки поверхностей, зазоры проточной части и числа М и Re. Опытами установлено, что полировка лопаток позво­ ляет уменьшить их коэффициент лобового сопротивления на 15%.

Глава X

§ 1. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

Поршневой компрессор, так же как и поршневой насос, принадле­ жит к классу объемных машин. Отличия в его устройстве и работе по сравнению с поршневым на­ сосом объясняются особенностя­ ми сжимаемой жидкости. Порш­ невой компрессор имеет те же основные детали, что и порш­ невой насос.

На фиг. 198 показана схе­ ма устройства цилиндра ком­ прессора двойного действия. На практике поршневые компрес­ соры применяются тогда, когда необходимо получить большие давления (5—1000 атм и боль­ ше) при сравнительно небольших

подачах (до 100 м3/мин по условиям всасывания). Поршневые ком­ прессоры широко применяются и в качестве вакуум-насосов для создания глубоких разрежений (до 25 мм pm. cm.).

§ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Поршневые компрессоры классифицируются по кратности дей­ ствия, числу ступеней сжатия, величине давления нагнетания, вели­ чине подачи, расположению цилиндров, роду сжимаемого газа и при­ воду:

1)по кратности действия: простого и двойного действия;

2)по чиблу ступеней сжатия: одноступенчатые и многоступенчатые;

3) по величине давления: низкого давления (р < 10 атм) \ среднего давления (р = 10 + 80 атм)\ высокого давления (р = 80 ~ 1000 атм) и сверхвысокого (р > 1000 атм)\

4) по величине подачи: малой подачи (Q < 10 м3/мин); средней подачи (Q = 10 -т- 30м3!мин) и большой подачи (Q = 30 + 100м3/мин и более);

5) по расположению цилиндров: горизонтальные, вертикальные, угловые (оси цилиндров расположены под углом 90°), V-образные, W-образные, звездообразные.

Компаунд-машиной (фиг. 199) называется горизонтальный двух­ ступенчатый поршневой компрессор с параллельно расположенными

Тандем-машиной (фиг. 2СЮ) называется многоступенчатый поршне­ вой компрессор, имеющий один общий шток, цилиндры которого рас­ положены один за другим на общей раме;

6)по роду сжимаемого газа: воздушные, азотные, азотноводород­ ные, аммиачные, ацетиленовые, кислородные, хлорные, фреоновые и др.;

7)по приводу: прямодействующие и приводные.

Фиг. 201. Схема устройства прямодействующего (безкривошипного) компрессора.

В настоящее время получили распространение, особенно в военной технике, так называемые дизель-компрессоры с противоположно дви­ жущимися поршнями. Корпус такого компрессора состоит из цилиндра двигателя внутреннего сгорания и двух компрессорных блоков, рас­ положенных по сторонам. В цилиндре двигателя (фиг. 201) имеются два поршня, движущиеся в противоположные стороны. Каждый из поршней двигателя соединен с поршнями компрессора, образуя порш­ невые группы. Движение обоих поршневых групп согласуется спе­ циальным синхронизирующим механизмом.