Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 [ 14 ] 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

где Dj - наружный диаметр колеса в м; S - толщина лопаток в м; Z - число лопаток; 2 - ширина лопатки в м; Рз - степень открытия канала рабочего колеса. Выражение в зна.менателе представляет собой действительное проходное поперечное сечение каналов рабочего колеса, поскольку теоретическое проходное сечение лОф уменьшается за счет объема, занимаемого лопатками, расположенными под

углом Р2 (в радиальном направлении . j и за счет неполного

открытия канала (закругления, выступы заклепок, незаполнение потоком углов), выражаемого коэффициентом 0,9-0,95.

Следовательно теоретический напор можно выразить следующим уравнением:

Я=«2-«2CtgP2---

•"2 /

Sin р.

Для заданного числа оборотов определенной машины, все величины, входящие Б уравнение, кроме Я и У, являются постоянными, так как они зависят или от принятого постоянным числа оборотов = /(п)], или от геометрических размеров.

Обозначив постоянные величины ul = а и «2ctgP2X = k, получим следующую зависимость между

Н и V:

sin Ра

H = a±kV.

Полученная зависимость является в системе координат Я-V уравнением прямой, горизонтальной или наклонной, в зависимости от угла Pg, т. е. - от формы лопаток (фиг. 41, а).

Действительная характеристика отклоняется от теоретической вследствие уменьшения напора из-за конечного числа лопаток /, гидравлических потерь, возрастающих с увеличением скорости 2, (а следовательно, подачи V) и потерь на удар при входе 3, имеющих место при отклонении производительности от оптимальной запроектированной (точка N на фиг. 41, б).

Действительные характеристики компрессорной машины получаются непосредственным замером производительности и соответствующих давления и мощности. Замеренные для каждого режима (от V = О до VJ давления и мощности наносятся Б определенном масштабе в системе координат р-V, N-V. Кроме того, наносятся линии к. п. д. по статическому и полному давлению, определяемые из уравнений

РстУс,

и »! =

pVc,

Ш Таким образом можно получить основные характеристики компрессорной машины для заданной угловой скорости (фиг. 42) и универсальную характеристику для широкого диапазона скоростей.

Компрессор обычно подает воздух в трубопровод, сопротивление которого выражается формулой

Переменной величиной является скорость; при изменении подачи, а следовательно, скорости сопротивление возрастает по закону параболы. Кривая сопротивления фильтров несколько откло-

fiz-SD"

fl,>9D

фиг. 41. Характеристики компрессорных машин:

й пействительная с уче-шение иапора \f.„.T- потери на удар при входе.

потери: is - .

няется от параболы, приближаясь к наклонной прямой в системе координат р-V. При подаче в очень большой объем (газгольдер) или в среду с постоянным гидравлическим сопротивлением (эрлифт, бессемер) сопротивление остается постоянным (геодезическая высота) прн любой производительности и представляет собой горизонтальную прямую линию в системе координат р-V. Поскольку сопротивление воздуха, проходящего через трубопровод изображается параболической характеристикой, общее сопротивление вэтом случае для любой производительности будет представлять

собой сумму ординат постоянного и параболического сопротивления (фиг. 43).

Кривая зависимости сопротивления сети от производительности (расхода) воздуха называется характеристикой сети. Пересечение характеристик машины и сети дает рабочую точку Рр, т. е. точку в которой давление, развиваемое машиной, равно сопротивлению сети. В случае частичного перекрытия сети ( обеденный перерыв, ночная смена и т. д.) сопротивление сети для того же расхода возрастает; характеристика сети переносится в область более высоких давлений и меньших производительностей машины.

Фиг. 42. Основные характеристики центробежной компрессорной машины.

Фиг. 43. Характеристики компрессора и магистрали.

Когда рабочая точка переместится до точки рр, т. е. до того максимального давления, которое машина может развивать при данном числе оборотов, подача машины прекращается, так как она не может преодолеть дальнейшее возрастание сопротивления. Поэтому левая, восходящая ветвь характеристики р-р называется областью неустойчивой работы, а нисходящая, правая ветвь характеристики называется областью устойчивой работы. Для универсальных характеристик геометрическое место максимальных давлений (/7,,р для разных чисел оборотов) представляет собой границу устойчивой работы нли границу помпажа (фиг. 44). Компрессор может работать устойчиво без срывов подачи только в области, расположенной по правую сторону от границы помпажа.

Явление помпажа заключается в следующем: при значительном уменьшении расхода воздуха, связанного с выключением части потребителей и уменьшением проходного сечения сети, ее сопротивление возрастает до максимально возможного, т. е. до критического р,р, а производительность снижается до Vp. Машина, не будучи в состоянии преодолеть возросшее сопротивление, прекращает подачу воздуха (продолжая вращаться), т. е. ее рабочей точкой становится ро и Vo = 0. В этот момент давление в сети равно рр, т. е. превышает давление ро. развиваемое машиной, и поэтому воздух устремляется из сети в машину. 90 •

Поскольку из сети всеже расходуется некоторое количество зоздуха, через некоторое время (в зависимости от расхода и емкости сети) давление в сети снижается до р < р\ в результате машина вновь начинает подавать воздух в сеть, е. ее рабочая точка переносится по горизонтали - р в область устойчивой работы. Но так как производительность соответствующая р, превышает потребление, характеристика сети вновь становится все круче и вновь переносит рабочую точку в рр.

100 Ш »/„

Фиг. 44. Универсальная характеристика центробежного компрессора.

явление помпажа вновь повторяется.

Иногда повторяющееся явление помпажа, характеризуемое меняющимся направлением движения воздуха и скачками давления от Ро до р,,р и от рр до Ро, называют пульсацией.

Явление помпажа опасно для высоконапорных машин (компрессоры, воздуходувка), так как толчкообразная подача воздуха из сети в машину вызывает сотрясение и вибрацию последней. В результате этого может произойти сминание уплотнений, выкрашивание баббита в подшипниках и т. п. В конечном счете машина может полностью выйти из строя. Для предотвращения помпажа применяют противопомпажные клапаны, устанавливаемые в нагнетательном трубопроводе за компрессором. При достижении Дав/]ения, близкого к критическому, клапан открывается и выпускает сжатый воздух из сети наружу. После необходимого снижения давления воздуха в магистрали клапан вновь закрывается. Клапан действует автоматически и лишь в отдельных случаях приводится вручную, что крайне нежелательно. Противопомпаж-ный клапан включается при резком снижении расхода, при пуске и остановке машины.

По существу противопомпажный клапан корректирует харак-теристику сети, создавая дополнительное ее открытие и дополнительный расход при падении потребления до У < Vp. Вместе с тем противопомпажный клапан выполняет роль предохранительного клапана.

Некоторые фирмы (ЛЕО, ВВС) устанавливают на валу компрессора воздушную турбину, использующую энергию воздуха, выбрасываемого при помпаже. Мощность такой турбины достигает 15-20% от мощности компрессора. Большинство компрес-соростроительных заводов предпочитает не усложнять конструкцию компрессора устройством воздушной турбины вследствие весьма малого временного коэффициента ее использования.

Условия работы центробежной компрессорной машины определяются коэффициентами расхода и напора.

Коэффициент расхода - относительная величина радиальной составляющей скорости потока

«а

Высокое значение yi характерно для быстроходных машин легкого типа с большим расходом воздуха. С увеличением ц, уменьшаются размеры машины, но увеличиваются гидравлические потери; следовательно, коэффициент расхода в некоторой мере характеризует компактность и экономичность машины.

Иногда вводят понятие «коэффициент производительности»

F = -

V - секундная производительность на всасывании в м/сек;

28. Основные параметры компрессора и его рабочего колеса

- площадь поперечного сечения машины в м

Коэффициент напора выражается следующим отношением: Н

2 »

если Н в дж/кг.

если Н в лг

Коэффициент напора можно определить также из выражений = -> если / Б дж/кг или 4] = -%, если l„g в кгм.кг.

"2

Коэффициент напора характеризует степень использования окружной скорости колеса «2 Для повышения напора, т. е. для совершения работы в компрессоре.

С помощью коэффициента напора можно определить скорость и, необходимую для создания заданного напора.

Для каждой серии геометрически подобных колес можно построить безразмерные характеристики ijj-р.,., которые будут по форме совпадать с напорными (размерными) характеристиками, отличаясь от них лишь масштабом. Безразмерные характеристики не зависят от геометрических размеров колеса, числа оборотов и удельного веса воздуха.

Рабочие колеса характеризуются углами лопаток Рг. коэффициентами 1-1, я];, V, окружной скоростью и.2, достигаемой сте-пенью повышения давления а, отношением -, а также числом лопаток. Табл. 8 характеризует различные типы колес и показы-вает, что наиболее благоприятную характеристику ( = = 0,3--0,4, т. е. большая область устойчивой работы) имеют колеса насосного типа с лопатками, сильно загнутыми назад. Вместе с тем колеса этого типа имеют малые коэффициенты расхода и поэтому применяются для малых производительностей.

Таблица 8

Основные параметры различных тичов рабочих колес

Для подобных режимов при неизменном к. п. д. производительность ц. к. м. изменяется пропорционально первой степени, давление - пропорционально квадрату, а мощность - пропорционально кубу угловой скорости вращения. Эта зависимость, известная как закон пропорциональности, дает

29. Пересчет характеристик