Lapátos kompresszor

A lapátos kompresszor egy olyan típusú kompresszor , amelyet arra terveztek, hogy növelje a munkaközeg nyomását az utóbbinak a kompresszor mozgatható és rögzített lapátrácsaival való kölcsönhatása miatt . A lapátos kompresszorok működési elve a munkaközeg össznyomásának növelése azáltal, hogy a kompresszor mechanikai munkáját a munkaközeg mozgási energiájává alakítják , majd ezt követően belső energiává alakítják át .

Axiális kompresszor

Az axiális kompresszorban a munkaközeg, általában a levegő áramlása feltételesen mozog a kompresszor forgórészének forgástengelye mentén.

Az axiális kompresszor váltakozó mozgatható rotorlapátsorokból áll, amelyek tengelyre szerelt lapátokból állnak, amelyeket járókerekeknek ( RK ) neveznek, valamint rögzített állórészlapát -elrendezéseket , amelyeket vezetőlapátoknak (HA) neveznek. Az egy járókerékből és egy vezetőlapátból álló készletet színpadnak nevezzük .

A szomszédos lapátok közötti teret mind a járókerékben, mind a vezetőlapátokban lapátközi csatornának nevezzük . A lapátközi csatorna mind a járókerékben, mind a vezetőlapátban diffúzoros , azaz bővülő. A lapockaközi csatorna tágul, amikor az ebbe a csatornába írt körök átmérője növekszik, amikor ezeket a köröket a bevezető éltől hátrafelé írjuk.

A járókeréken áthaladva a levegő összetett mozgásban vesz részt .

Ahol abszolút mozgás  a levegő részecskék mozgása a motor tengelyéhez képest. (Az ábrán u betű jelzi ).

A relatív mozgás  a levegő részecskék mozgása a járókerék lapátjaihoz képest. (Az ábrán w betű jelzi ).

Hordozható mozgás  - a járókerék forgása a motor tengelyéhez képest. (Az ábrán U betű jelzi ).

Így amikor a levegőrészecskék az ábrán w 1 vektor által jelzett sebességgel lépnek be a járókerékbe , a lapátok a levegőrészecskékre hatnak, és az ábrán az U vektor által jelzett transzlációs sebességet adják nekik . A vektorösszeadás szabálya szerint a levegőrészecskék abszolút sebességét ebben a pillanatban az u 1 vektor jelzi .

A járókeréken való áthaladáskor a lapátközi csatorna diffúzitása miatt a w2 járókerék kimeneténél a relatív sebességmodulus csökken , a lapátközi csatorna görbülete miatt az átviteli sebességvektor iránya megváltozik a lapátközi csatorna kimeneténél. járókerék w2 . A járókerék kilépésénél a lapátok továbbra is hatnak a levegő részecskéire, így hordozható sebességet biztosítanak nekik, amit az ábrán az U vektor jelzi. A vektorösszeadás szabálya szerint a levegőrészecskék abszolút sebességét ebben a pillanatban az u 2 vektor jelzi , amely irányt változtat és abszolút értéke nő. Így a teljes légnyomás nő a járókerékben .

A járókerék után a levegő a vezetőlapátokba jut. Az interscapularis csatorna diffúzsága miatt az áramlás lelassul, ami a statikus nyomás növekedéséhez vezet . A lapátok közötti csatorna görbülete az áramlás elfordulását okozza, hogy a levegőáram hatékonyabb belépési szöget kapjon a következő járókerékbe.

Így lépésről lépésre növekszik a légnyomás. Az áramlási sebesség a járókerékben növekszik, míg a vezetőlapátokban csökken. De a kompresszor fokozatait és az egész kompresszort úgy tervezték, hogy az áramlási sebesség csökkenjen. Ahogy a levegő áthalad a kompresszoron, annak hőmérséklete is emelkedik, ami nem a kompresszor feladata, hanem negatív mellékhatás. Az első járókerékbe való belépés előtt egy bemeneti vezetőlapát (VNA) szerelhető fel, amely előzetesen elforgatja a légáramlást a kompresszor bemeneténél.

A lapátos kompresszorok meglehetősen nagy gázdinamikai tehetetlensége az oka annak, hogy a kompresszor meglehetősen lassan kap lendületet és alacsony injektivitása van. A lapátos kompresszorokat általában turbinák hajtják, amelyek viszont nagyon hosszú időre csökkentik a fordulatszámukat, így az ilyen turbófeltöltők üzemmódjának megváltoztatása meglehetősen hosszú időt vesz igénybe. A probléma megoldása a kompresszorok kaszkádokra bontása volt: az azt követő nagynyomású kompresszor üreges tengelyén átvezetett tengelyre külön turbinával rendelkező kisnyomású kompresszort és turbináját - az ilyen motorokat iker-nek nevezik. -tengely. Ez a megoldás javította a kompresszorok működését tranziens körülmények között, és növelte a gázdinamikus stabilitásukat is. Az axiális kompresszorok gázdinamikus stabilitásának növelésének másik eszköze a forgó vezetőlapátok alkalmazása volt a járókerékbe való beáramlás szögének megváltoztatása a motor működési módjától függően.

szuperszonikus kompresszorok. A modern kompresszorok forgórészének fordulatszáma eléri a percenkénti több tízezer fordulatot. Egy levegőrészecske hordozható sebessége az RC-ben (U) a részecske forgási sugarától függ a motor hossztengelyéhez képest. Kellően hosszú pengelapát esetén az átviteli sebesség annyira megnő, hogy a levegőrészecske abszolút sebessége szuperszonikussá válik. Ebben a helyzetben a kompresszort szuperszonikusnak, vagy a kompresszor fokozatot szuperszonikusnak nevezzük, ha ilyen helyzet fordul elő egy adott kompresszor fokozatban.

Centrifugális kompresszor

A centrifugális kompresszor működési elve általában összehasonlítható az axiális kompresszor működési elvével, de van egy jelentős különbség: a centrifugális kompresszorban a légáramlás a motor tengelye mentén belép a járókerékbe, és a járókerékbe, az áramlás sugárirányba fordul. Így a járókerékben a teljes nyomás további növekedése jön létre a centrifugális erő hatására. Vagyis a munkafolyadék részecskéi további mozgási energiát kapnak.

A centrifugális kompresszor járókereke egy tárcsa vagy egy összetett forgástest, amelyre lapátok vannak felszerelve, amelyek a tárcsa közepétől a szélekig terjednek. A lapátközi csatorna a centrifugális járókerékben és az axiálisban is diffúzor. A használt lapátok típusa szerint a járókerekeket radiális (lapátprofil egyenletes) és reaktív (lapátprofil ívelt) osztályba sorolják. A jet járókerekek hatásfoka és sűrítési aránya nagyobb, de nehezebb őket gyártani, és ennek következtében drágábbak is. A gázáram egy centrifugális kompresszor járókerekébe jut, ahol a forgó kerék mozgási energiája a gázrészecskékhez jut, a diffúzor lapátközi csatornája lelassítja a gázrészecskék forgó kerékhez viszonyított mozgását, a centrifugális erő további mozgási energiát ad a munkafolyadék részecskéit, és sugárirányban irányítja azokat. A járókerék elhagyása után a munkaközeg részecskéi bejutnak a diffúzorba , ahol ezt követően lelassulnak, mozgási energiájuk belső energiává alakításával.

A centrifugális kompresszorokra a következő egyenlet érvényes [1]

ahol

• W s  - bemeneti teljesítmény a tengelyen,
• u  a pengék végének sebessége,
• A C θ  a lapátokról leválasztott folyadék sebességének tangenciális összetevői az 1. és 2. pozícióban, a bemenet és a kimenet.

Axiális és centrifugális kompresszorok összehasonlítása

1. A szakaszban lévő kompresszió (nyomásnövekedés) mértéke szerint. A centrifugális kompresszor fokozatok nagyfokú nyomásnövekedést biztosítanak.

2. A többlépcsős megvalósításáról. A centrifugális kompresszorban a levegőáram többszörös elforgatása a többlépcsős megvalósítás bonyolultságához vezet.

3. Méretek szerint. A centrifugális kompresszorok általában meglehetősen nagy járókerék-átmérővel rendelkeznek. Többfokozatú axiális kompresszorok - kisebb átmérőjűek, de axiális irányban hosszabbak.

Az axiális kompresszorokat főként repülőgépek és helikopterek légsugárhajtóműveiben ( VRD ) használják. Centrifugális földgázturbinás motorokban ( GTE ) és erőművekben, valamint különféle gázszivattyús rendszerekben, szellőzőrendszerekben, mindenféle gáz- vagy légfúvóban.

Jegyzetek

1. ↑ Frank Kreith. A CRC hőtechnikai kézikönyve (neopr.) . - CRC Press , 2000. - S. 4-229. — ISBN 9780849395819 .  

Irodalom

• Voronetsky A.V. Modern kompresszorállomások (Koncepciók, projektek, berendezések). - M. : Premium Engineering LLC, 2008. - 614 p. - ISBN 978-5-903363-09-4 .