Устройство и принцип действия центробежного компрессора

На рисунке 44 представлена конструктивная схема одноступенчатого центробежного компрессора.

Рисунок 44 – Конструктивная схема центробежного компрессора:

а – продольный разрез; б – поперечный разрез; в – осевой вход

 потока в рабочее колесо; г – закрутка потока в сторону вращения

 (осевой вход потока в рабочее колесо относительной скорости)

Рабочее колесо с рабочими лопатками II, направляющий аппарат IV, включающий безлопаточный (щелевой) и лопаточный диффузоры, составляют центробежную компрессорную ступень, которая располагается в корпусе компрессора III.

Воздух через входной патрубок I поступает к лопаткам рабочего колеса, которые выполнены заодно с диском рабочего колеса VI. Диск насажен на вал V, соединенный с приводом компрессора. В процессе вращения рабочего колеса перед входными кромками рабочих лопаток создается разряжение, обеспечивающее движение рабочего тела во входном патрубке. Входной патрубок должен обеспечивать высокую равномерность параметров рабочего тела перед рабочими лопатками, что положительно отражается на КПД компрессора. В судовых центробежных компрессорах перед входным патрубком устанавливается воздушный фильтр, а внутренняя поверхность впускного патрубка покрывается шумопоглощающим материалом.

В результате силового взаимодействия рабочих лопаток и рабочего тела происходит преобразование механической энергии вращения рабочего колеса во внешнюю кинетическую энергию потока и во внутреннюю энергию рабочего тела с повышением давления и температуры. Таким образом, в рабочем колесе компрессора увеличиваются абсолютная скорость, давление и температура рабочего тела.

Лопатки рабочего колеса могут выполняться радиальными, загнутыми назад относительно направления вращения и загнутыми вперед. Рабочие лопатки, загнутые вперед практически не применяются по причине пониженного КПД компрессора.

По конструкции различают рабочие колеса закрытого типа с покрывным диском и полузакрытого типа без покрывного диска (рис. 44, а).

В целях упрощения технологии изготовления рабочего колеса и создания различных модификаций его входную часть с отогнутыми кромками рабочих лопаток выполняют отдельно и насаживают на вал с помощью шпонки. Эту часть рабочего колеса называют вращающимся направляющим аппаратом (ВНА). ВНА служит для обеспечения безударного натекания потока на рабочие лопатки.

Входные кромки рабочих лопаток можно не отгибать, если перед рабочим колесом поместить неподвижный направляющий аппарат и обеспечить с помощью него закрутку потока в сторону вращения рабочего колеса величиной с_1и, обеспечивающей осевой вход потока для относительного движения. Закрутка потока в сторону вращения рабочего колеса уменьшает теоретический напор компрессора, но повышает его КПД, т.к. течение в рабочем колесе происходит с меньшей относительной скоростью. Закрутка потока в сторону противоположную вращению рабочего колеса дает противоположный результат.

Лопатки неподвижного направляющего аппарата могут быть поворотными. В этом случае безударный вход потока может обеспечиваться и на частичных режимах, что повышает его КПД и увеличивает зону устойчивой его работы.

Судовые компрессоры преимущественно строят с радиальными рабочими лопатками, вращающимся направляющим аппаратом и осевым входом потока в рабочее колесо, как более простые по конструкции.

В качестве контрольных сечений центробежного компрессора принимают: 0-0 – входное приемного патрубка; 1-1 – на входе в рабочее колесо (совпадающее с входными кромками лопаток рабочего колеса); 2-2 – на выходе из рабочего колеса (совпадающее с выходными кромками лопаток рабочего колеса); 3-3 – на входе в лопаточный диффузор (совпадающее с входными кромками лопаток лопаточного диффузора); 4-4 – на выходе из лопаточного диффузора (совпадающее с выходными кромками лопаток лопаточного диффузора); 5-5 – выходное выпускного патрубка. В обозначения параметров, скоростей, углов потока, а также отдельных геометрических характеристик следует давать индексы обозначений соответствующих контрольных сечений.

Если вентилятор предназначен для повышения скорости потока, то компрессор служит для увеличения давления. Рабочее колесо не может выполнить назначение компрессора, т.к. в его проточной части существенно повышается внешняя кинетическая энергия рабочего тела, на что затрачивается дополнительная мощность привода. В связи с этим в компрессорах за рабочим колесом устанавливается направляющий аппарат, в состав которого может входить либо только безлопаточный диффузор, либо безлопаточный и лопаточный диффузоры. В последнем случае безлопаточный диффузор называется щелевым диффузором.

В диффузорах часть внешней кинетической энергии преобразуется во внутреннюю энергию рабочего тела с повышением давления и температуры.

Из направляющего аппарата рабочее тело поступает в спиральную камеру или улитку VII. Спиральная камера служит для равномерного отвода рабочего тела от рабочего колеса. Пройдя выходной диффузор VIII, рабочее тело выходит из компрессора.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие энергетические преобразования имеют место в межлопаточных каналах рабочего колеса?

2. Какие энергетические преобразования имеют место в направляющем аппарате центробежного компрессора?

3. Каково назначение входного патрубка центробежного компрессора?

4. Каково назначение спиральной камеры центробежного компрессора?

5. Каково назначение вращающегося направляющего аппарата?

6. Каково назначение неподвижного входного направляющего аппарата?

7. Перечислите виды рабочих лопаток центробежного компрессора.

8. Что такое закрытое рабочее колесо центробежного компрессора?