книги / Насосы, компрессоры, вентиляторы

По рис. 10-10 фСр = 0 ,4 8 .

8.Средний изоэнтропный напор на ступень

„2

^срКа — Фср ^ - = 0 , 4 8 - ^ = 1 365 хГм/нГ.

9.Число ступеней

несколько уменьшался от ступени к ступени, но к. п. д. и коэффициент напора ме­ нялись незначительно:

Ступень 1 2 3 4 5 6 7 f t

у0,434 0,430 0,426 0,422 0,418 0,4140,410 0,406

И.Определим размеры первой и последней ступеней компрессора. Осевая ско­

рость

Са/=ф1Инр=0,434 • 236= 102,3 м/сек\ c&z= 0,406 • 236=96 м/сек.

Так как расчет ориентировочный, то для определения проходных сечений при­ мем, что

Внутренний диаметр первой ступени

Отношение диаметров

Danz_0,548

Длина лопатки выходного направляющего аппарата (на выходе)

или V M U K C = 0,738.

В приведенном ориентировочном расчете при определении ф и t|) уменьшен был только к. п. д. ступени по сравнению с модельными примерно на 1,5%.

Поправка на взаимное влияние ступеней на ф, а также на влияние других изложенных в теории факторов на r]ia и ф в данном случае не учитывалась в целях упрощения ориентировочного расчета. При расчете давление р*з=2,91 получилось меньше расчетного, поэтому была прибавлена еще девятая ступень, рассчитанная в таблице. По расчету давление за ней р*з=3,29 кГ/см2, что несколько выше потреб­ ного из предварительного расчета р*зг = 3,07 кГ/см2 и позволяет в дальнейшем компенсировать влияние зазоров, относительной ширины и т. д. на коэффициент ф ступеней.

На основании данных таблицы вычерчивается проточная часть компрессора, проверяются размеры лопаток по условиям прочности и по уточнении размеров про­ водится поверочный расчет с уточнением размеров, напоров, скоростей и к. п. д., а также определяются статические давления, температуры и объемы по проточной части компрессора (Л. 31]. После этого конструируется компрессор, определяются утечки через концевые уплотнения и т. д. Определяются к. п. д. компрессора, по­ требная мощность на валу компрессора. Покажем это ориентировочно на основании данных проведенного расчета.

Так как условия входа в компрессор не изменились, то параметры воздуха на входе в первую ступень остались равными

р*и = 1,004 кГ/см2; Т*и = 284,5° абс.

Параметры за последней ступенью по расчету:

p*3z = 3,26 кГ/см2\ 7*3=418,15° абс.

Так как скорость за последней ступенью осталась 95 м/сек, а уДИф разнятся не­ значительно, то температура за последней ступенью

Приняв неизменные потери в выхлопном патрубке равными 0,18 кГ/см2, получим

р*ых = 3,188 — 0 ,1 8 = 3 ,1 7 к1/см2.

Степень сжатия компрессора

/?ВЫХ

Необходимая мощность приinда компрессора

„GU* 50-11 310 _ _

— 102ц, 102-0,822 6 /5*

10-6. РАБОТА КОМПРЕССОРОВ В НЕРАСЧЕТНЫХ РЕЖИМАХ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

При работе компрессоров в нерасчетных режимах изменяются усло­ вия обтекания профилей в решетках ступеней, в связи с чем изменяются к. п. д. и напоры ступеней. Изменения к. п. д. и напоров различных сту­ пеней проточной части неодинаковы., так как они включены последова­ тельно и вследствие этого на характере обтекания профилей промежу­ точной ступени сказываются не только изменения режима в целом, но и изменения напоров и к. п. д. предшествующих ступеней. Поэтому при изменениях режимов работы компрессора наиболее резкие изменения

напоров и к. п. д. будут наблюдаться в последних ступенях. Так как для компрессора в целом изменения к. п. д. и напора являются резуль­ татом суммарного изменения параметров отдельных ступеней, то напор и к. п. д. для него будут изменяться резче, чем для отдельных ступеней, т- е. характеристики компрессора будут более крутыми, чем у ступеней.

Изменения в режимах работы компрессора могут произойти вслед­ ствие изменений давлений на входе или выходе из компрессора и тем­ пературы на входе в компрессор или вследствие изменения числа оборо­ тов компрессора. Все эти изменения имеют свои особенности, поэтому рассмотрим их более подробно.

Пусть при постоянном числе оборотов и неизменных условиях вса­ сывания изменилось давление в камере .нагнетания. В случае его повы­ шения, очевидно, должны произойти уменьшение подачи воздуха в ка­ меру нагнетания и уменьшение 'расхода газа по всем ступеням. В связи с этим уменьшится коэффициент расхода qn в первой ступени, а напор возрастает. В результате ко второй ступени газ будет подводиться в меньшем количестве и под большим давлением (с большим удельным весом), чем в расчетном режиме. В связи с этим относительное измене­ ние са во второй ступени (а, следовательно, и фп) будет больше. Во всех последующих ступенях также будут изменяться са и напоры ступеней. Как указывалось выше, в результате этого характеристика всего ком­ прессора будет круче характеристик каждой ступени в отдельности, причем чем больше .степень сжатия компрессора, тем круче его харак­ теристика.

Очевидно также, что при постоянном числе оборотов повышение давления на нагнетании компрессора вызывает в его последних ступенях (при малых са) работу ступеней с положительными углами атаки. Уве­ личение этих углов атаки вызывает в определенный момент срыв пото­ ка, в результате чего ступени не могут обеспечить подачу газа в каме­ ру нагнетания. Из-за этого постепенно происходит срыв потока во всех ступенях и поток газа устремляется из нагнетательной камеры во вса­ сывающую. Давление в камере нагнетания при этом понижается, и при некотором его значении ступени компрессора начнут нагнетать поток газа в эту камеру, создавая снова давление, вызывающее срыв потока

впоследней ступени, а за нею и во всех остальных ступенях компрессо­ ра. В результате этого будут происходить быстрые изменения расхода

внормальном и обратном направлениях по проточной части компрес­ сора. Это явление носит название помпажа компрессора; оно вызывает недопустимую неустойчивость в работе. Во избежание помпажа надо понизить давление в камере нагнетания ниже того значения, при кото­ ром возникают срывы потока в последних ступенях. Для этих целей ча­ сто применяют противопомпажные устройства, которые открывают вы­ пуск газа из камеры нагнетания (или после ступени, в которой возни­ кают срыв потока) при давлениях в них, близких к давлению помпажного режима.

При понижении давления в нагнетательной камере картина изме­ нения режимов работы ступеней обратна описанной. При этом растут

коэффициенты расходов ступеней, уменьшаются напоры ступеней и в большинстве ступеней, особенно последних, возникают отрицательные углы атаки обтекания газом профилей решеток. В результате этого мо­ жет возникнуть срыв потока, при котором в ступенях не будет созда­ ваться напор; при этом ступени работают в режиме торможения.

На основании многих испытаний доказано, что при изменениях дав­ ления всасывания давления газа во всех ступенях компрессора изменя­ ются пропорционально этому давлению, а температуры и скорости остаются неизменными. Степень сжатия и к. п. д. также не изменяются, а расход газа G и мощность на валу компрессора изменяются пропор­ ционально давлению всасывания.

Изменение температуры газа на всасывании оказывает существен­ ное влияние ;на работу и процесс компрессора. При повышении темпе­ ратуры газа на входе в компрессор степень сжатия уменьшается, а при

существенно изменяются в свя­ зи с изменением плотности газа. При увеличении температуры газа на

всасывании они уменьшаются, а при уменьшении, наоборот, увеличи­ ваются.

О10 W 60 80 ЮО IZO № 160180*10* объемов газа перед ступенями (за

ристика компрессора, связывающая степень сжатия с расходом, полу­ чается более крутой при больших числах оборотов. При уменьшении числа оборотов имеют место явления, обратные описанным.

Влияние числа оборотов на характеристики компрессоров сказыва­ ются тем больше, чем выше степень сжатия. Характеристики, типичные для осевого компрессора, показаны на рис. 10-18. Сопоставление этих характеристик с характеристиками центробежных компрессоров пока­ зывает, что в осевых компрессорах резче изменяются к. п. д. и степени сжатия с изменением расходов. Диапазоны устойчивых режимов у осе­ вых компрессоров меньше, чем у центробежных. Однако в расчетных режимах осевые компрессоры позволяют получить большие к. п. д., чем центробежные. Для иллюстрации этого на рис. 10-19 приведены кривые нзоэнтропных к. п. д. многоступенчатых осевых и центробежных ком­ прессоров в зависимости от объемных пропусков газа.

Принципы и способы регулирования осевых компрессоров такие же, как и для центробежных компрессоров. Однако наряду с ними в осевых компрессорах возможно осуществление регулирования поворотными на­ правляющими и даже рабочими лопатками одной или нескольких сту­ пеней.

10-7. ПРИМЕРЫ КОНСТРУКЦИИ КОМПРЕССОРОВ

Конструкции осевых компрессоров и их деталей весьма разнооб­ разны и определяются в значительной степени назначением компрессо­ ра, мощностью, принятыми окружными скоростями, технологией изго­ товления, компоновкой агрегата в целом, условиями подвода и отвода газа и пр.

Стационарные конструкции компрессоров, рассчитанные на дли­ тельный срок эксплуатации, могут выполняться более тяжелыми и

сбольшим числом ступеней. Окружные скорости деталей их роторов меньше, чем у транспортных, поэтому они, как правило, изготовляются

сроторами барабанного типа полой или сплошной конструкции. Транс­ портные компрессоры имеют легкие роторы и корпуса. У роторов окруж­ ные скорости высоки, поэтому часто применяются дисковые конструк­ ции. Конструкции корпуса компрессора в основном разнятся только устройствами подвода и отвода воздуха и креплением корпуса.

Большинство корпусов компрессоров имеет горизонтальные разъе­ мы, разделяющие верхнюю и нижнюю половины их. Соединение поло­ вин обеспечивается фланцами со стяжными болтами или шпильками. Материалы деталей компрессора определяются в основном допустимы­ ми напряжениями в деталях и требованиями к весу и стоимости ком­

прессора.

Барабаны, диски и лопатки изготовляются из стали или легких сплавов. Лопатки, подвергающиеся коррозии и эрозии (вследствие за­ пыленности газа), часто выполняются из нержавеющей стали или алю­ миниевых и магниевых бронз.

Корпуса компрессоров, а также входные и выходные устройства,

с зазорами 0,2—0,4 мм. Число гребней в уплотнении определяется дав­ лением газа и величиной допустимой утечки. При сжатии агрессивных или взрывоопасных газов применяются особые уплотнения со специаль­ ными воздушными или жидкостными отсекателями.

На рис. 10-20 показан осевой компрессор фирмы Вестингауз с ба­ рабанным ротором. Воздух засасывается через сужающийся патрубок и после прохождения плавной проточной части с постоянным внешним диаметром поступает в ряд диффузоров и переходные патрубки.

Корпус имеет горизонтальный разъем и патрубок для отбора части воздуха. Опоры корпуса выполнены на входных и выходных устройст­

во