Осевой компрессор

I. Краткие сведения по теории рабочих процессов

Осевой компрессор

В стационарных газотурбинных установках широкое распространение нашли осевые компрессоры ввиду большого расхода воздуха и высокой эффективности процессов сжатия (высоких значений степени сжатия при приемлемых значений КПД ), рис. 1.

Рис. 1. Схема осевого компрессора: 1 - входной патрубок; 2 - входной направляющий аппарат (ВНА); 3 - венец лопаток направляющего аппарата (НА); 4 - выходной НА; 5 - выходной патрубок; 6 - подшипники ротора;
РК - венец лопаток рабочего колеса (РК); I и II-расчетные сечения параметров воздуха

Степень повышения давления по статическим и по полным давлениям:

; , (1)

где индексами 1 и 2 обозначены значения давления на входе и на выходе из компрессора.

Степень повышения давления в ступени не превышает 1,2-1,25; поэтому осевые компрессоры выполняются многоступенчатыми.

Процесс сжатия воздуха в компрессоре в h - s диаграмме представлен на рис. 2. Параметры потока воздуха на входе и на выходе принимаются на некотором удалении от рабочих лопаток компрессора (входных и выходных направляющих аппаратов), сечения I и II (рис. 1), которое определяются конструктивными и технологическими факторами.

Изоэнтропическую работу на сжатие воздуха в компрессоре Н _из и представляют соответственно для статических и заторможенных параметров, h _{из.ст i} - изоэнтропическая работа на сжатие воздуха в ступенях (рис. 2). Изоэнтропический напор по статическим и заторможенным параметрам определяют по соотношениям, представляющим работу, затрачиваемую в компрессоре в идеальном (адиабатическом) процессе сжатия:

; ; или (2)

. (2а)

Рис. 2. h–s диаграмма процессов сжатия воздуха

Нетрудно установить, что эти формулы идентичны между собой, представляют разные формы записи процесса сжатия воздуха в компрессоре. В этом легко можно убедиться, поставив выражение для показателя процессов , а также используя известное термодинамическое соотношение . Например, подставив эти соотношения в (2) и выполнив некоторые преобразования, получим выражение (2а).

Применение конкретной формы записи для расчета изоэнтропической работы зависит от того, каким набором исходной информации располагает пользователь. Если имеются надежные данные по теплоемкости воздуха, проще применить соотношение (2а), в случае, когда таких данных нет, лучше использовать формулы (2). При этом полезно помнить, что термодинамические параметры для воздуха известны: = 1,41 и Дж/кг·град. В этих соотношениях приближенно можно принять температуру воздуха на входе в компрессор равной температуре окружающего воздуха Т ₁» Т ₀.

Действительные процессы сжатия идут с потерями (с повышением энтропии), работа в реальном процессе обозначена Н _к и , реальные работы в ступенях - h _{ст i}. Из рис. 2 следует, что изоэнтропический напор в действительном процессе сжатия воздуха не равен изоэнтропическому напору идеального цикла, например, . Вследствие выделения теплоты трения происходит повышение начальной температуры воздуха на входе в ступень. По этой причине изоэнтропический напор в проточной части компрессора в действительном процессе > . Данное отличие учитывают при помощи коэффициента затраты энергии. Он представляет дополнительную работу на привод компрессора из-за выделения теплоты трения, . Коэффициент затраты энергии зависит от степени сжатия, КПД ступеней, показателя процессов сжатия, числа ступеней компрессора . В расчетах принимают приближенно
1,02…1,04; = , где z–число ступеней компрессора.

Изоэнтропический (адиабатический) КПД компрессора по статическим и заторможенным параметрам

; . (3)

На практике чаще пользуются заторможенными параметрами. Коэффициент полезного действия осевых компрессоров равен 0,85…0,9. Имеются сведения о том, что в последних разработках адиабатический КПД достигает (ГТУ V94.2 Simens) » 0,89.

Затраченная на сжатие воздуха работа в компрессоре равна

. (4)

Изменение температуры на выходе из компрессора определяют по формуле:

. (5)

Дата добавления: 2015-07-11