Устройство и основные узлы осевых компрессоров


Скачать 136.3 Kb.
НазваниеУстройство и основные узлы осевых компрессоров
Дата публикации05.07.2013
Размер136.3 Kb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Информатика > Документы


Содержание

Вступление...............................................................................................3

  1. Основные конструкционные свойства

осевых компрессоров...................................................................4

  1. Устройство и основные узлы осевых компрессоров..........10

Вывод......................................................................................................18

Список использованных источников информации.........................19

Вступление

Осевые компрессоры являются разновидностью компрессоров динамического действия или турбокомпрессоров, только в отличие от центробежного компрессора в осевом – сжатие происходит вдоль оси вала. Конструктивно осевые компрессоры бывают одно и многоступенчатыми.

axial_compressors_siemens1.jpg

Также осевые компрессоры могут отличаться типом лопаток.

Широкое промышленное применение осевые компрессоры получили в авиастроении, а также в промышленных процессах, где требуются огромные производительности (от 2000 м ³ / мин) и небольшое давление (1-10 атм.). Также осевые компрессоры могут использоваться в составе комбинированного компрессора в качестве начальных ступеней.

Среди производителей осевых компрессоров с чисто компрессорных компаний можно выделить: Siemens, Elliott.

^ Основные конструкционные свойства осевых компрессоров

В осевом компрессоре поток рабочего тела, как правило, воздуха, движется условно вдоль оси вращения ротора компрессора.

axial_compressor.gif

Осевой компрессор состоит из чередующихся подвижных лопаточных решёток ротора, состоящих из лопаток, закреплённых на валу и именуемых рабочими колёсами (РК), и неподвижных лопаточных решёток статора и именуемых направляющими аппаратами (НА). Совокупность, состоящая из одного рабочего колеса и одного направляющего аппарата, именуется ступенью.

rotation_compresseur_rus.jpg

Пространство между соседними лопатками, как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате именуется межлопаточным каналом. Межлопаточный канал как в рабочем колесе, так и в направляющем аппарате диффузорный, то есть расширяющийся. Межлопаточный канал является расширяющимся, когда диаметр окружностей, вписанных в этот канал увеличивается при вписывании этих окружностей от передней кромки к задней.

300px-compresseur_diagramme_des_vitresses.jpg

При прохождении через рабочее колесо воздух участвует в сложном движении.

Где, абсолютное движение — движение частиц воздуха относительно оси двигателя. (На рисунке обозначено буквой u).

Относительное движение — движение частиц воздуха относительно лопаток рабочего колеса. (На рисунке обозначено буквой w).

Переносное движение — вращение рабочего колеса относительно оси двигателя. (На рисунке обозначено буквой U).

Таким образом, когда частицы воздуха попадают в рабочее колесо со скоростью, обозначенной на рисунке вектором , лопатки воздействуют на частицы воздуха, придавая им переносную скорость, обозначенную на рисунке вектором U. По правилу сложения векторов абсолютная скорость частиц воздуха в этот момент обозначена вектором .

При прохождении через рабочее колесо, за счёт диффузорности межлопаточного канала, происходит уменьшение модуля переносной скорости на выходе из рабочего колеса , за счёт кривизны межлопаточного канала происходит изменение направления вектора переносной скорости на выходе из рабочего колеса .

На выходе из рабочего колеса на частицы воздуха продолжают действовать лопатки, придавая им переносную скорость, обозначенную на рисунке вектором U. По правилу сложения векторов абсолютная скорость частиц воздуха, в этот момент обозначена вектором , который изменяет направление и увеличивается по модулю. Таким образом, в рабочем колесе происходит рост полного давления воздуха.

После рабочего колеса воздух попадает в направляющий аппарат. За счёт диффузорности межлопаточного канала происходит торможение потока, что приводит к росту статического давления. Кривизна межлопаточного канала приводит к повороту потока для получения более эффективного угла входа потока воздуха в следующее рабочее колесо.

Таким образом, ступень за ступенью, происходит повышение давления воздуха. Скорость потока в рабочем колесе растёт, в направляющем аппарате — падает. Но ступени компрессора и весь компрессор проектируют таким образом, чтобы скорость потока уменьшалась. При прохождении воздуха через компрессор растёт и его температура, что является не задачей компрессора, а отрицательным побочным эффектом. Перед входом в первое рабочее колесо может быть установлен входной направляющий аппарат (ВНА) который производит предварительный поворот потока воздуха на входе в компрессор.

Достаточно высокая степень газодинамической инертности лопастных компрессоров является причиной того, что компрессор достаточно медленно набирает обороты, обладает низкой приёмистостью. Лопастные компрессоры, как правило, приводятся в движение турбинами, которые, в свою очередь весьма долго снижают свои обороты, таким образом, смена режимов работы таких турбокомпрессоров занимает достаточно длительный промежуток времени. Решением данной проблемы стало разделение компрессоров на каскады: компрессор низкого давления со своей отдельной турбиной устанавливается на валу, пропущенном через полый вал следующего за ним компрессора высокого давления и его турбины, – такие двигатели называют двухвальными. Данное решение улучшило работу компрессоров на переходных режимах, а также повысило их газодинамическую устойчивость. Другим средством повышения газодинамической устойчивости осевых компрессоров стало применение поворачивающихся направляющих аппаратов для изменения угла входа потока в рабочее колесо в зависимости от режима работы двигателя.

^ Сверхзвуковые компрессоры. Частота вращения роторов современных компрессоров достигает десятков тысяч оборотов в минуту. Переносная скорость частицы воздуха в РК (U) зависит от радиуса вращения этой частицы относительно продольной оси двигателя. При достаточно длинном пере лопатки переносная скорость вырастает настолько, что абсолютная скорость движения частицы воздуха становится сверхзвуковой. В данной ситуации компрессор именуют сверхзвуковым, или же ступень компрессора именуют сверхзвуковой, если такая ситуация возникает в определённой ступени компрессора.

220px-rolls_royce_rb.199_3.jpg

^ Устройство и основные узлы
осевых компрессоров


(Материал ниже в большей части касается авиастроения, так как данный тип компрессоров используется преимущественно именно там.)

Компрессор с осевым потоком (осевой компрессор), состоит из одного и более узлов ротора, которые представляют секции профилей рабочих лопаток. Эти узлы устанавливаются между подшипниками в корпусе, который включает направляющие лопатки. Компрессор является многоступенчатым устройством, поскольку величина прироста давления на каждой ступени довольно мала; ступень состоит из ряда вращающихся лопаток, за которыми следует ряд лопаток статора. Если компрессор работает с несколькими ступенями на валу, то становится необходимым изменять углы лопаток статора для обеспечения эффективной работы компрессора на скоростях меньше расчетных. По мере роста перепада давления введение изменяемых по углу лопаток статора обеспечивает то, что воздушный поток направляется на последующие ступени лопаток ротора с допустимым углом.

От передней части компрессора к задней, т.е. от низкого давления к высокому конечному давлению, создано постепенное снижение площади воздушных каналов между валом ротора и корпусом статора. Это необходимо для поддержания почти постоянной осевой скорости воздуха, поскольку плотность его растет по длине компрессора. Сужение кольца воздушного канала достигается путем создания конусности корпуса или ротора. Также возможно их сочетание, в зависимости от требований изготовления и других конструктивных факторов.

Однокаскадный компрессор состоит из одного узла ротора и статора с таким количеством ступеней, которое необходимо для достижения требуемого перепада давления и всего воздушного потока от канала входа по всей длине компрессора.

Многокаскадный компрессор состоит из двух и более узлов ротора, каждый из которых приводится собственной турбиной при оптимальной скорости для достижения максимального перепада давления и придания большей гибкости при эксплуатации.

Хотя двухкаскадный компрессор может использоваться в чисто реактивном двигателе, он наиболее подходящий для двухконтурного двигателя, в котором передний или компрессор низкого давления предназначен для проталкивания больших масс воздуха по сравнению с компрессором высокого давления. Только часть воздуха из компрессора низкого давления поступает в компрессор высокого давления, остальной воздух идет по обводному каналу вокруг компрессора высокого давления. Оба потока смешиваются в системе выходящих газов перед попаданием в реактивное сопло. Это устройство соответствует скорости реактивной струи близкой к оптимальной потребности самолета и в результате создает больший КПД установки, при меньших расходах топлива. По этой причине чисто реактивные двигатели, в которых весь воздух проходит через цикл сжатия, теперь устарели по всем параметрам, кроме большей скорости самолета.

Турбовентиляторный двигатель с высокой степенью двухконтурности является дальнейшим его развитием. Воздух на входе попадает только на одну ступень компрессора (или вентилятор) перед разделением между основным потоком или системой газогенератора и обводным каналом в соотношении примерно один к пяти (1/5). Это приводит к оптимальному соотношению для пассажирских и/или транспортных самолетов, летающих на дозвуковых скоростях. Вентилятор может быть поставлен как передняя ступень основного компрессора (двухвальный двигатель) или на отдельном валу со своей собственной турбиной (трехвальный двигатель).

^ Принцип работы

При работе ротор вращается с высокой скоростью от турбины так, что воздух непрерывно поступает в компрессор, который затем разгоняется вращающимися лопатками и закручивается в сторону соседнего ряда направляющих лопаток статора. Рост давления происходит от энергии полученной воздухом в роторе, который придает большую скорость воздуху. Затем воздух тормозится (рассеивается) в последующем канале статора и кинетическая энергия превращается в давление. Направляющие лопатки статора также служат для поправки отклонения, придаваемого воздуху рабочими лопатками ротор, и поставляет воздух с заданным углом на следующий ряд лопаток ротора. Последний ряд направляющих лопаток статора обычно используется как выпрямляющий, который убирает закрутку воздуха перед поступлением его в камеру сгорания при достаточно равномерной осевой скорости. Изменения в давлении и скорости, которые происходят в воздушном потоке, при проходе через компрессор, сопровождаются нарастанием температуры воздуха, по мере нарастания давления.

В пределах каждой ступени перепад абсолютного давления выходящего и входящего воздуха довольно невысок, в пределах 1:1 и 1:2. Причина малого нарастания давления в каждой ступени в том, что степень рассеивания и угла отклонения рабочих лопаток должны быть ограничены, если потери из-за отрыва воздуха с рабочих лопаток и запирания лопаток, следующих за ними, не должны быть допущены. Хотя перепад давления на каждой ступени невелик, каждая ступень на выходе наращивает давление относительно предшествующей ей. Поэтому при наращивании давления первой ступенью компрессора на 3 – 4 фунта на кв. дюйм (0.15 кг на кв. см.) на последней ступени рост давления составит 80 фунтов на кв. дюйм (13 кг на кв. см) при перепаде 30:1. Возможность создавать многоступенчатые осевые компрессоры с управляемой скоростью потока воздуха и основного потока воздуха минимизирует потери и приводит к высокому КПД и, следовательно, меньшему расходу топлива, это дает последующие преимущества над центробежными компрессорами, где такие условия в своей основе не так просто достичь.

Чем больший перепад давления на компрессоре, тем труднее обеспечить КПД работы его на всех режимах. Это потому, что требования перепада давления для случая высоких скоростей сказываются на области забора воздуха, которая становится слишком большой относительно области выхода по мере снижения скорости и соответственно перепада давления. Осевая скорость воздуха на входе в первую ступень становится маленькой относительно скорости рабочих лопаток, это изменяет угол подвода воздуха к рабочей лопатке и создаются условия для разделения потока и срыва его в компрессоре. Если требуются большие перепады давления на одном компрессоре, эту проблему можно решить введением изменяемых лопаток статора на первых ступенях системы. Это исправляет угол атаки рабочих лопаток относительно потока воздуха до допустимого уровня. Другим методом является введение отбора воздуха на средних ступенях, когда пропорционально поступающему потоку в компрессор воздух сбрасывается из средних ступеней и переадресовывается в обводной поток. Хотя этот метод исправляет осевую скорость в предшествующих ступенях, энергия тратится впустую и поэтому предпочтительнее изменяемый сопловой аппарат на статоре.

Вентилятор турбовентиляторного двигателя с высокой степенью двухконтурности является примером осевого компрессора, который оптимизирован для удовлетворения специальных требований этого цикла. Хотя и по аналогичному принципу работают основная ступень компрессора, пропорции конструкции таковы, что внутренний газовый канал является аналогичным основному компрессору, стоящему за ней, а диаметр по концам лопаток значительно больше. Масса потока воздуха, проходящая через вентилятор обычно в шесть раз больше, чем требуется для центральной части и расширяется в своем периферийном сопле, или может смешиваться с потоком на выходе из центральной части в общем сопле. Для оптимизации цикла обводной поток повышается в давлении примерно в 1.6 раза относительно давления на входе. Это достигается в вентиляторе, использующем очень высокие окружные скорости (1500 футов/сек [500 м/с]) такого потока, что в обходном канале лопатки работают со сверхзвуковой скоростью потока воздуха до чисел М = 1.5 на концах лопаток. Итоговое давление разделяется от высоких величин у концов, где относительная скорость наибольшая до более нормальных величин в 1.3 – 1.4 на внутреннем радиусе, который нагнетает воздух в центральную часть, в которой аэродинамическая конструкция более сходна с о ступенью обычного компрессора. Возможности этого типа ступени компрессора достигают требований цикла по высокому расходу воздуха на единицу лобовой площади, высокого КПД и высокого перепада давления на отдельном ряде рабочих лопаток без направляющих лопаток соплового аппарата в пределах допустимого диаметра двигателя. Таким образом, сохраняется вес и механическая сложность на приемлемом уровне.

Конструкция

Конструкция компрессора концентрируется вокруг узла ротора и корпуса. Вал ротора опирается на шариковые и роликовые подшипники и соединен с валом турбины так, чтобы обеспечить небольшие отклонения в сочленении. Цилиндрический узел корпуса может состоять из ряда цилиндрических секций соединенных болтами по осевому направлению между каждой ступенью или корпус может иметь две половины с соединением на болтах по центральной осевой линии стыка. Один или другой метод такой конструкции требуется, чтобы обеспечить расположение корпуса вокруг ротора.

Ротор

В конструкциях компрессора скорость вращения является такой, чтобы диск мог обеспечить требуемые центробежные нагрузки от лопаток. Если ряд дисков насажены на один вал они могут соединяться и контриться совместно механическими средствами, но обычно диски собираются и свариваются совместно, близко к их периферии, образуя, таким образом, внутренний барабан.

Типовой метод фиксирования рабочих1!!.jpg

лопаток на диске ротора показан на Рисунке 6

Фиксирование может быть по окружности или по оси для удовлетворения специальных требований ступени. Вообще целью является создать средства крепления, которые создают наименьшую из возможных нагрузку на диск и этим минимизировать общий вес диска. Хотя большинство конструкций компрессора имеют отдельные лопатки по требованиям изготовления и обслуживания, это делает затруднительным на маленьких двигателях создание их крепежа. Однако это можно обойти путем изготовления лопаток совместно с диском; так называемого «блиска».

Лопатки ротора

Лопатки ротора имеют профилированное сечение и обычно предназначены для создания градиента давления по всей своей длине, чтобы обеспечить как можно более равномерное поле осевых скоростей. Большее давление в направлении концов балансирует центробежное действие ротора на поток воздуха. Для получения этих условий необходимо «закрутить» лопатку от корневой части, чтобы придать правильные углы атаки в каждой точке.

При прохождении потока воздуха через компрессор создается два пограничных слоя медленного или заторможенного слоя воздуха на внутренней и внешней стенках. Чтобы компенсировать медленное течение воздуха в приграничном слое создается местный прирост в межлопаточном пространстве у конца и у основания лопаток. Грани лопаток выглядят так, как будто они создавались путем изгиба за каждый из углов, соответственно термин «загиб - конца». 300px-compresseur_diagramme_des_vitresses - копия.jpg

300px-compresseur_diagramme_des_vitresses - копия1.jpg

Направляющие лопатки

Лопатки статора также являются профилированными сечениями и закреплены в корпусе компрессора или в стопорное кольцо соплового аппарата статора, которое в свою очередь крепится к корпусу.

направляющие лопатки статора осевого компрессора!.jpg

Направляющие лопатки часто собираются в сегменты на передних ступенях и могут иметь бандаж внутренних концов для минимизации вибраций от потока длинных лопаток. Также необходимо закреплять лопатки статора таким образом, чтобы они не вращались по периферии статора.

Вывод

К достоинствам осевых компрессоров следует отнести:

  • простоту в изготовлении (но не всегда, особенно, что касается профиля лопаток);

  • компактность;

  • реверсивность;

  • по сравнению с радиальными компрессорами они имеют более высокий КПД и подачу при относительно низком давлении (напоре).

Осевые компрессоры характеризуются высоким КПД, достигающим в наиболее совершенных конструкциях 90-94 %, и большой производительностью.

Осевые компрессоры имеют также высокую частоту вращения ротора, хорошо согласующуюся с оптимальной частотой вращения газовых турбин, и относительно малый диаметр корпуса.

^ Недостатками осевых компрессоров являются сложность производства большого числа лопаток, склонность к загрязнению, уязвимость лопаток при попадании в проточную часть взвешенных частиц, влаги и посторонних предметов.

Список использованных источников информации

  1. Шерстюк А.Н. Насосы, вентиляторы и компрессоры - Учеб. пособие для вузов. - М.: "Высшая школа", 1972 - 344 стр. с илл.

  2. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. - Компрессорные машины - Учебник для ВУЗов - 1989 - 288 стр.

  3. http://www.gaps.tstu.ru/win-1251/lab/t_nasos/win-1251/tn1212.html



  1. http://turbo-club.3dn.ru/publ/1-1-0-6

  2. http://energysystems.com.ua/tipy-kompressorov/?lang=ua




Похожие:

Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconМашиностроения и энергетики Конструкция и узлы осевых компрессоров...

Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconМорские узлы Издательство "Транспорт", 1992 Составитель
Можно сказать, с них начинается наш день: мы завязываем шнурки ботинок, галстуки, кушаки. Отправляясь в дорогу, затягиваем веревкой...
Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconОсновные узлы и механизмы фотоаппаратов
Оправа фотообъектива делит системы линз на две основные группы: переднюю и заднюю компоненты фотографического объектива. Различают...
Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconГосударственное устройство Гос устройство
Гос устройство – это территориальная (национально-территориальная, политико-территориальная) организация государства
Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconТема Маркетинг
Бюджетное устройство в РФ и основные направления его совершенствования в среднесрочной перспективе
Устройство и основные узлы осевых компрессоров icon1. Основные понятия информатики. Устройство пк
А систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники
Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconСнегоочистители сдп, сдп-м и цумз
«угловым» крылом, правое — боковым. Кроме плужных отвалов, снегоочиститель включает в себя такие основные узлы: ходовую раму 2, две...
Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconРф Понятие «бюджетное устройство»
...
Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconОсновные постулаты Церкви
Антропологизм: двухприродность Церкви. Последняя состоит из реальных людей. Церковное устройство учитывает реальные условия существования...
Устройство и основные узлы осевых компрессоров iconРазвитием зачатков осевых органов зародыша и образованием плаценты
...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница