Гидромашины и компрессоры Лекция № 16 Турбокомпрессоры. Рабочий процесс турбокомпрессора Сам. ГТУ Кафедра МОНГП 2011 год
Принцип действия и устройство • • • Схемы одноступенчатых компрессоров показаны на рис. 15. 1. При небольших выходных углах наклона лопастей 2 Л применяют простую схему а со спиральной камерой (улиткой). При окружных скоростях до 300 м/с используют закрытые рабочие колеса, обеспечивающие увеличение к. п. д. на 2— 3% по сравнению с полуоткрытыми колесами. Если угол 2 Л достаточно велик (>40°), то компрессоры выполняют с направляющими аппаратами, называемыми диффузорами (схемы б, в, г). Кольцевой безлопастный диффузор, предшествующий лопастному направляющему аппарату, способствует выравниванию потока и уменьшению шума при работе машины. Полуоткрытые рабочие колеса (схемы в, г) позволяют достичь больших окружных скоростей (порядка 500 м/с). Рабочие колеса на схеме в — осерадиальные, а на схеме г — диагональные.
• В многоступенчатом нагнетателе или компрессоре имеются все характерные элементы многоступенчатого насоса — направляющие аппараты НА, обратные направляющие аппараты ОНА, диафрагмы с уплотнениями Д (рис. 15. 2, а). На эпюре показано изменение давления и скорости газа в рабочем колесе и в отводе между точками 1, 2, 3 и 4.
Многоступенчатые нагнетатели выполняют в одном корпусе (рис. 15. 2, б). На выходе из последней ступени газ поступает в улитку или сборную камеру, а затем направляется в нагнетательный патрубок. Многоступенчатый компрессор (рис. 15. 2, в) состоит из нескольких секций (при показателе адиабаты k = 1, 40 до трех ступеней в каждой) с промежуточным охладителем X. Промежуточное охлаждение необходимо для экономии мощности путем приближения процесса ступенчатого сжатия к изотермическому. Сжатие с одним промежуточным охладителем выгодно при = 2, 5– 6. В зависимости от вида привода возможны различные варианты компоновки двухкорпусных машин. При самостоятельном приводе каждого корпуса K 1 и К 2 непосредственно от турбины Т (рис. 15. 2, г) или через мультипликатор М от электродвигателя Д (рис. 15. 2, д) возможно сообщить каждому ротору различную частоту вращения, но компрессорный агрегат состоит из большого числа отдельных машин. Это усложняет обслуживание и увеличивает эксплуатационные расходы. Более выгодны схемы с одним двигателем, но разными частотами вращения ротора в каждом корпусе компрессора. От высокооборотного двигателя (турбины) первый корпус К 1 низкого давления принимает мощность непосредственно, а второй К 2 высокого давления — через мультипликатор М (рис. 15. 2, е). При электроприводе требуется повышение частоты вращения вала также и в первом корпусе (рис. 15. 2, ж, з).
Рабочие колёса центробежных компрессоров
• Рабочие колеса центробежных компрессоров различают в зависимости от типа лопастей: • 1) с лопастями, загнутыми назад и 2) с радиальными лопастями, имеющими входную часть пространственной формы (рис. 15. 3, а). Первый тип используют в стационарных нагнетателях и компрессорах. Различают рабочие колеса насосного типа ( 2 Л = 15— 30°, число лопастей z = 6— 9) и колеса компрессорного типа ( 2 Л = 35— 55°, z = 18— 30). В последнее время для начальных ступеней компрессора применяют также рабочие колеса с 2 Л = 55— 90° (колеса авиационного типа). Эффективность лопастного аппарата такого типа несколько снижена, но степень повышения давления в ступени получается большей. • Лопасти изготовляют постоянной толщины (2— 8 мм), с округленной входной и скошенной выходной кромками. Наиболее распространена форма лопасти в виде дуги окружности. Способы крепления лопастей в закрытых рабочих колесах показаны на рис. 15. 3, б. Применяют также сварные колеса.
Уплотнения • Для разделения отдельных участков проточной части с различным давлением газа и уменьшения перетеканий газа служат лабиринтные уплотнения. Они состоят из гребней, разделяющих кольцевой зазор между вращающейся и неподвижной деталями на ряд камер (рис. а—г). Лабиринтные гребни толщиной менее 1 мм укрепляются в корпусе (а, б) или на роторе (в, г). Гладкие уплотнения (г) проще в изготовлении, но менее эффективны, нежели ступенчатые (а, б, в). Радиальный зазор под гребнями выполняют минимальным (менее 1 мм) в зависимости от диаметра уплотнения и возможного прогиба вала.
Если утечка сжимаемого газа из машины недопустима (вредные и взрывоопасные газы), применяют следующие средства герметизации : 1. В месте выхода вала постоянно поддерживают давление ниже атмосферного, поэтому через лабиринтное уплотнение в машину извне проникает небольшое количество воздуха. 2. В месте выхода вала давление поддерживают немного выше атмосферного, но ниже, чем в машине, для чего на валу устанавливают простейший вентилятор 1 (рис. д). В пространстве а воздух из окружающей среды смешивается с газом, и образующаяся смесь удаляется через отверстие б.
3. Из внутреннего фонаря лабиринтного уплотнения по схеме рис. е безопасная смесь кислорода и азота, подаваемого во внешний фонарь, отводится в окружающую среду. 4. Для уплотнения вала нагнетателя природного газа обеспечивают подачу масла в опорный подшипник. При этом давление масла поддерживается с помощью регулятора несколько большим, чем давление газа в нагнетателе. 5. Применяют торцовые уплотнения, при необходимости герметизируемые циркулирующим маслом (рис. ж). 6. Используют сильфонное уплотнение (рис. з). Кольца торцовых уплотнений 1 прижимаются друг к другу двумя концентрично расположенными сильфонами 2, сжатыми между вращающимся диском 3 и стенкой корпуса. В кольцевое пространство между сильфонами под давлением подается масло, полностью герметизирующее выход вала.
Виды центробежных компрессоров • Центробежные компрессоры подразделяют по конструктивным признакам на: • 1) одно- и многоступенчатые; • 2) одно- и многокорпусные; • 3) консольные, с выносными опорами (по расположению рабочих органов и опор); • 4) с осевым, боковым и двусторонним входом (по расположению входа в компрессор); • 5) с торцовым разъемом, с осевым разъемом, с двойным корпусом (по виду разъема корпуса).
РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС В ДИНАМИЧЕСКОМ КОМПРЕССОРЕ Основные уравнения • Распределение удельной внутренней работы • Первое начало термодинамики по балансу рабочего тела • Уравнения можно применять как к компрессору в целом, так и к отдельной его ступени (или группе степеней), рабочему колесу, диффузору. Здесь qн-к — полное количество теплоты, полученное газом: • q*н-к — теплота, подведенная извне; q**н-к — теплота внутреннего теплообмена, возникающего при необратимых превращениях работы l**н-к в теплоту (Al**н-к= q**н-к).
• На энтропийной диаграмме площадь н'нкк' соответствует полному количеству теплоты, полученному газом (согласно выражению. q = Т ds). Если ds < 0 (отвод теплоты), то соответствующая этой части процесса площадь на диаграмме считается отрицательной.
Уравнение теплового баланса • Поскольку энтальпия и кинетическая энергия — функции состояния газа, их объединяют в один параметр, называемый полной энтальпией (или энтальпией торможения): • где и — удельная внутренняя энергия газа. • В результате уравнение примет вид • Из полученного уравнения теплового баланса следует, что работа и теплота, подведенные извне, в сумме эквивалентны изменению полной энтальпии на рассматриваемом участке.
Скачать презентацию Гидромашины и компрессоры Лекция 16 Турбокомпрессоры Рабочий
Лек 16турбокомпрессоры.ppt