§ 3-13. Характеристики лопаточных компрессоров, регулирование производительности.
Сравнение компрессоров различных типов.
При отклонении режима работы компрессора от расчетного по расходу газа или частоте вращения вала изменяется характер обтекания лопаточных решеток, появляются дополнительные потери, понижается к. п. д. Связь развиваемого напора (степени повышения давления), расхода газа, частоты вращения и к. п. д. для диапазона возможных режимов работы называется характеристикой лопаточного компрессора. Сравнительные характеристики одноступенчатого центробежного и многоступенчатого осевого компрессора приведены на рис. 3-15. Штрихом на характеристиках показана граница рабочих режимов, выше которой наступает зона помпажа, где из-за срыва потока в лопаточных решетках нарушается нормальная работа компрессора, появляется вибрация, способная вывести его из строя.
Рис. 3-15. Характеристики лопаточных компрессоров: а — центробежного; б — осевого
Форма характеристики компрессора в основном зависит от его типа и степени реактивности. Осевой компрессор имеет более крутую характеристику. Для обоих типов лопаточных компрессоров рост крутизны связан с увеличением напора и частоты вращения вала.
Способы регулирования производительности лопаточных компрессоров в зависимости от нужд потребителя:
- Дросселирование на всасывании или нагнетании. Осуществляется установкой регулирующего органа (дроссельного клапана). Способ малоэкономичный, но простой; дросселирование на всасывании более рационально, чем на нагнетании.
- Перепуск газа из нагнетания на всасывание или выпуск сжатого газа в атмосферу. Применяется при необходимости поддержать постоянное давление газа, подаваемого к потребителю.
- Установка поворотных лопаток на входе в компрессор или поворот лопаток диффузора, а также поворот лопаток спрямляющих аппаратов первых ступеней в осевом компрессоре. Способ весьма экономичен, однако связан с усложнением конструкции.
- Изменение частоты вращения вала. Возможность применения этого способа зависит от типа и конструкции приводного двигателя. В современных компрессорных установках используют электродвигатели переменного тока, паровые и газовые турбины.
Преимущества лопаточных компрессоров по сравнению с поршневыми состоят в отсутствии рабочих органов с возвратно-поступательным движением и непрерывности подачи. Первое обеспечивает меньшие потери трения и Исключает загрязнение газа смазкой, второе — отсутствие клапанов и воздухосборников. Лопаточные компрессоры имеют значительно меньшую массу и хорошую уравновешенность. Недостатком является трудность выполнения машин малых производительностей и высоких давлений с хорошими к. п. д.
Центробежные компрессоры применяются в тех случаях, когда необходимо получить повышенные давления газа при относительно небольших расходах, а осевые — для получения значительных расходов. При одинаковом наружном диаметре конструкции одной и той же степени повышения давления производительность многоступенчатого осевого компрессора значительно больше, чем центробежного. Однако у последнего меньше осевые размеры и значительно проще конструкция. В то же время к. п. д. осевого компрессора несколько выше.