Skovelkompressor

En skovelkompressor är en typ av kompressor utformad för att öka trycket på arbetsvätskan på grund av den senares samverkan med kompressorns rörliga och fasta bladgaller . Funktionsprincipen för bladkompressorer är att öka arbetsvätskans totala tryck genom att omvandla kompressorns mekaniska arbete till arbetsvätskans kinetiska energi med dess efterföljande omvandling till intern energi .

Axialkompressor

I en axialkompressor rör sig flödet av arbetsvätskan, vanligtvis luft, villkorligt längs kompressorrotorns rotationsaxel .

En axialkompressor består av alternerande rörliga rotorbladsuppsättningar, bestående av blad monterade på en axel och kallas impeller (RK), och fasta statorbladsgrupper och så kallade ledblad (HA). En uppsättning som består av ett pumphjul och en ledvinge kallas för ett steg .

Utrymmet mellan intilliggande blad i både pumphjulet och ledskovlarna kallas för mellanbladskanalen . Mellanbladskanalen både i pumphjulet och i ledskenan är diffusor , det vill säga expanderar. Den interskapulära kanalen expanderar när diametern på cirklarna inskrivna i denna kanal ökar när dessa cirklar är inskrivna från framkanten till baksidan.

När luften passerar genom pumphjulet deltar luften i en komplex rörelse .

Där absolut rörelse är rörelsen av luftpartiklar i förhållande till motorns axel. (Indikeras med bokstaven u i figuren ).

Relativ rörelse är rörelsen av luftpartiklar i förhållande till pumphjulsbladen. (Indikeras med bokstaven w i figuren ).

Bärbar rörelse - rotation av pumphjulet i förhållande till motorns axel. (Indikeras med bokstaven U i figuren ).

Således, när luftpartiklar kommer in i pumphjulet med en hastighet som indikeras av vektorn w 1 i figuren , verkar bladen på luftpartiklarna, vilket ger dem en translationshastighet som indikeras av vektorn U i figuren . Enligt vektoradditionsregeln indikeras den absoluta hastigheten för luftpartiklar i detta ögonblick av vektorn u 1 .

När den passerar genom pumphjulet, på grund av diffusiteten hos mellanbladskanalen, minskar den relativa hastighetsmodulen vid utloppet av pumphjulet w2 , på grund av krökningen hos mellanbladskanalen ändras riktningen för överföringshastighetsvektorn vid utloppet av pumphjulet . pumphjul w2 . Vid utgången från pumphjulet fortsätter bladen att verka på luftpartiklarna, vilket ger dem en bärbar hastighet, indikerad i figuren med vektorn U. Enligt vektoradditionsregeln indikeras luftpartiklarnas absoluta hastighet i detta ögonblick av vektorn u 2 , som ändrar riktning och ökar i absolut värde. Således ökar det totala lufttrycket i pumphjulet .

Efter pumphjulet kommer luften in i ledskovlarna. På grund av diffusiteten hos den interskapulära kanalen bromsas flödet, vilket leder till en ökning av det statiska trycket . Böjningen av mellanbladskanalen får flödet att vända för att erhålla en mer effektiv ingångsvinkel för luftflödet in i nästa pumphjul.

Alltså steg för steg ökar lufttrycket. Flödeshastigheten i pumphjulet ökar, medan den i ledskovlarna minskar. Men kompressorstegen och hela kompressorn är konstruerade på ett sådant sätt att flödet minskar. När luft passerar genom kompressorn stiger även dess temperatur, vilket inte är kompressorns uppgift, utan en negativ bieffekt. Innan man går in i det första pumphjulet kan en inloppsledskovel (VNA) installeras, som gör en preliminär rotation av luftflödet vid kompressorns inlopp.

En ganska hög grad av gasdynamisk tröghet hos skovelkompressorer är anledningen till att kompressorn tar fart ganska långsamt och har låg injektivitet. Vinkelkompressorer drivs vanligtvis av turbiner, som i sin tur minskar deras hastighet under mycket lång tid, så att ändra driftsätten för sådana turboladdare tar en ganska lång tid. Lösningen på detta problem var uppdelningen av kompressorer i kaskader: en lågtryckskompressor med sin egen separata turbin installeras på en axel som passerar genom den ihåliga axeln på högtryckskompressorn efter den och dess turbin - sådana motorer kallas tvillingar. -axel. Denna lösning förbättrade driften av kompressorer under transienta förhållanden och ökade även deras gasdynamiska stabilitet. Ett annat sätt att öka den gasdynamiska stabiliteten hos axialkompressorer var användningen av roterande ledskovlar för att ändra vinkeln för flödesinträde i pumphjulet beroende på motorns driftläge.

överljudskompressorer. Rotorhastigheten hos moderna kompressorer når tiotusentals varv per minut. Den portabla hastigheten för en luftpartikel i RC (U) beror på rotationsradien för denna partikel i förhållande till motorns längdaxel. Med ett tillräckligt långt blad ökar överföringshastigheten så mycket att luftpartikelns absoluta hastighet blir överljud. I denna situation hänvisas kompressorn till som överljud, eller kompressorsteget hänvisas till som överljud om en sådan situation inträffar i ett särskilt kompressorsteg.

Centrifugalkompressor

Funktionsprincipen för en centrifugalkompressor är i allmänhet jämförbar med funktionsprincipen för en axialkompressor, men med en betydande skillnad: i en centrifugalkompressor kommer luftflödet in i pumphjulet längs motorns axel och i pumphjulet, flödet vänder i radiell riktning. Således skapas en ytterligare ökning av det totala trycket i pumphjulet på grund av centrifugalkraften. Det vill säga att arbetsfluidens partiklar får ytterligare kinetisk energi.

Impellern på en centrifugalkompressor är en skiva eller en komplex rotationskropp på vilken bladen är monterade, divergerande från mitten till skivans kanter. Mellanbladskanalen i centrifugalhjulet, såväl som i den axiella, är diffusor. Beroende på vilken typ av blad som används klassificeras pumphjul som radiella (bladprofilen är jämn) och reaktiv (bladprofilen är krökt). Jethjul har högre verkningsgrad och kompressionsförhållande, men är svårare att tillverka och som ett resultat dyrare. Gasflödet kommer in i pumphjulet på en centrifugalkompressor, där den kinetiska energin från det roterande hjulet överförs till gaspartiklarna, diffusorns mellanbladskanal bromsar gaspartiklarnas rörelse i förhållande till det roterande hjulet, centrifugalkraften ger ytterligare kinetisk energi till arbetsvätskans partiklar och riktar dem i radiell riktning. Efter att ha lämnat pumphjulet kommer partiklarna av arbetsvätskan in i diffusorn , där de sedan bromsas in, med omvandlingen av deras kinetiska energi till intern energi.

För centrifugalkompressorer är följande ekvation giltig [1]

W_{s}=u_{2}C_{\theta 2}-u_{2}C_{\theta 1}\,

var

W s - ingångseffekt på axeln,
u är hastigheten på änden av bladen,
C θ är de tangentiella komponenterna av hastigheterna för vätskan som lossnar från bladen i positionerna 1 och 2, inlopp respektive utlopp.

Jämförelse av axial- och centrifugalkompressorer

1. Enligt graden av kompression (tryckökning) i scenen. Centrifugalkompressorsteg ger en stor grad av tryckökning.

2. Om genomförandet av flera steg. Multipel rotation av luftflödet i en centrifugalkompressor leder till komplexiteten i implementeringen av flersteg i den.

3. Efter dimensioner. Centrifugalkompressorer har som regel en ganska stor impellerdiameter. Flerstegs axialkompressorer - har en mindre diameter, men är längre i axiell riktning.

Axialkompressorer används främst i flygplans- och helikopterluftjetmotorer ( VRD ). Centrifugal i markgasturbinmotorer ( GTE ) och kraftverk, samt i olika gaspumpsystem, ventilationssystem, alla typer av gas- eller luftfläktar.

Anteckningar

↑ Frank Kreith. CRC-handboken för termisk teknik (neopr.) . - CRC Press , 2000. - S. 4-229. — ISBN 9780849395819 .

Litteratur

Voronetsky A.V. Moderna kompressorstationer (koncept, projekt, utrustning). - M. : Premium Engineering LLC, 2008. - 614 sid. - ISBN 978-5-903363-09-4 .