Осевые компрессоры

Принцип действия и устройство. По принципу действия осевой компрессор подобен осевому насосу. Главное направление движения газа— вдоль оси вращения, траектории частиц газового потока расположены на цилиндрических или слегка конических поверхностях. Устройство осевого компрессора показано на рис. 15.5. Ступень компрессора состоит из двух рядов (венцов) лопастей ротора и статора. Во входном направляющем аппарате перед первой ступенью поток закручивается в ту же сторону, что и в направляющих аппаратах ступеней. Из последнего спрямляющего аппарата поток выходит в осевом направлении. Вместе с объемом сжимаемого газа уменьшается высота лопастей в венцах. В первых ступенях отношение диаметра втулки к диаметру корпуса обычно бывает d_в/d_к = 0,5¸0,7, а в последних ступенях 0,7¸0,9. Применяют преимущественно две схемы проточной части: а) с постоянным диаметром корпуса, б) с постоянным диаметром ротора. Схема а позволяет снизить число ступеней, так как при прочих равных условиях средний диаметр проточной части в этой схеме больше, чем в схеме б, и, следовательно, мощность каждой ступени выше. Поэтому схему а применяют там, где в особенности необходимо уменьшить габариты и массу машины. Схема б удобна и проста для изготовления, и поэтому она более приемлема для компрессоров стационарных установок.

Лопасти осевого компрессора. Высокая эффективность осевых компрессоров (в некоторых машинах к. п. д. превышает 0,91) достигнута применением аэродинамически совершенных лопастных аппаратов. Устройство ступени показано на рис. 15.5, б. Лопасти ротора 1 пилообразным хвостом с зубцами заводятся в кольцевую канавку ротора через замковый паз, соединенный с двумя смежными канавками (рис. 15.5, в). После установки лопастей в замок вставляются последовательно вставки 3, 4и клин 5. Лопасти статора 2вставляются в корпус непосредственно (см. рис. 15.5, б) либо крепятся к бандажным лентам, изогнутым в виде полуколец и образующим две половины вставного направляющего аппарата.

Тип лопастных аппаратов осевых компрессоров определяется по степени реактивности. Рассмотрим скорости потока в лопастных аппаратах осевой машины (компрессора, вентилятора, насоса) (рис. 15.6, а). Планы скоростей удобно изображать на общем чертеже (полигоне скоростей) — рис. 15.6, б [1]. Форма полигона зависит только от входных и выходных углов наклона лопастей и поэтому может характеризовать тип лопастного аппарата. В свою очередь, форма полигона определяется тремя отношениями его сторон: (коэффициентом осевой скорости), (коэффициентом напора), (степенью реактивности).

При значительных окружных скоростях (и ³250 м/с) целесообразно применять тип аппарата, у которого q = 0,5, треугольники скоростей симметричные, а профили рабочих и направляющих лопастей аналогичные. Теоретически, если q = 0,5, аппарат наиболее экономичный. Изменение q в любую сторону приводит к увеличению суммы квадратов средних скоростей c_m²+w_m², от которых зависят аэродинамические потери в статоре и роторе.

В компрессоре профили лопастей слабо изогнутые, поскольку при большом угле их изгиба в диффузорной решетке происходит отрыв потока[2]. Поэтому геометрические разности скоростей Dс_u и Dw_u относительно невелики (коэффициент напора m= 0,25¸0,40), и при q = 0,5 скорость c_lu > 0, т. е поток перед рабочим венцом закручивается в сторону вращения ротора.

При умеренных окружных скоростях (200—250 м/с) применяют также аппараты со степенью реактивности q = 0,5-г-0,8, а при небольших скоростях (160— 220 м/с) — чисто реактивные (q = 1), имеющие некоторые эксплуатационные достоинства.

Лопасти ротора и статора изготовляют так, что по их высоте степень реактивности может изменяться или оставаться постоянной. В различных ступенях компрессора аппараты могут быть подобными, отличающимися только высотой лопастей, или же с лопастями различного профиля в 3—4 группах ступеней.

Ротор компрессора выполняется чаще всего в виде барабана — составного или цельного. В первом случае полувалы ротора вставляют в барабан на горячей посадке, а во втором — ротор отковывают целиком. Так же как в центробежных компрессорах, в осевых применяют подшипники скольжения со смазкой их под давлением.

Корпусы компрессора — литые, с горизонтальным, а иногда вертикальным (в средней части) разъемом. Если патрубки отлиты в нижней половине корпуса, то это удобно для демонтажа ротора, но при этом для присоединения снизу трубопроводов требуются высокие фундаменты.

[1] Имеется в виду режим безударного входа газа в межлопастные каналы на среднеквадратичном радиусе

[2] Отрыв потока — образование вихревой зоны у стенок диффузора. В отличие от компрессорной, турбинная осевая решетка конфузорная, и поэтому в ней применяют более изогнутые профили.

Дата добавления: 2015-07-10