Что такое осевой компрессор? Как работает осевой компрессор? Осевые компрессоры и центробежные компрессоры являются турбинными компрессорами. В статье описывается принцип работы осевого компрессора, его детали и разница между осевым и центробежным компрессорами.
Типы компрессоров
Компрессор объемного вытеснения и турбинный компрессор
Компрессор — это машина, которая преобразует механическую энергию первичного двигателя в энергию газа. В зависимости от метода сжатия воздуха, их можно классифицировать на объемные компрессоры (wiki) и турбинные компрессоры.
Компрессоры объемного действия бывают двух типов: поршневые и роторные. Суть компрессоров объемного действия заключается в том, что повышение давления воздуха в них достигается за счет уменьшения объема воздуха.
(KT Series20 – поршневой воздушный компрессор среднего давления для ПЭТ 40 бар)
В зависимости от направления потока воздуха в компрессоре турбинные компрессоры делятся на четыре категории: центробежные компрессоры, осевые компрессоры, компрессоры с диагональным потоком и компрессоры смешанного потока .
Принцип работы турбокомпрессоров основан на высокоскоростном вращении лопаток, которые сначала значительно увеличивают скорость потока воздуха, а затем преобразуют кинетическую энергию воздуха в энергию давления.
(На рисунке ниже показаны четыре формы потока турбокомпрессоров)
Центробежный компрессор: направление потока воздуха в компрессоре приблизительно перпендикулярно оси вращения, также известный как радиальный компрессор.
Осевой компрессор: Направление потока воздуха в компрессоре приблизительно параллельно оси вращения.
Диагональный компрессор: направление потока воздуха в компрессоре находится между центробежным и осевым потоками, и направление потока образует определенный угол с осью вращения.
Компрессор смешанного потока: это один и тот же воздушный компрессор, имеющий как осевые, так и центробежные (диагональные) рабочие колеса. Как правило, осевая компрессорная установка расположена спереди, а центробежная — сзади.
(Центробежные компрессоры серии KOA)
Осевой компрессор и центробежный компрессор
Осевые и центробежные компрессоры являются наиболее часто используемыми турбинными компрессорами. Оба компрессора в основном состоят из двух частей: ротора и статора. Ротор и статор также составляют весь компрессионный канал этих двух компрессоров.
Газодинамическое проектирование осевых компрессоров использует самую передовую теорию трехмерного потока и оптимизированный метод проектирования, а также различные конструкции комбинаций реактивных лопаток. При тех же условиях параметров эффективность на 10% выше, чем у обычных центробежных компрессоров.
Детали осевого компрессора
ротор:
Лопасти ротора равномерно расположены на роторе. На обоих концах ротора имеются уплотнения.
Весь ротор поддерживается радиальными подшипниками на обоих концах. Один конец оснащен упорным подшипником, чтобы выдерживать осевое давление сжатого газа на ротор. Ротор представляет собой структуру однородного внутреннего диаметра.
При проектировании учитываются анализ и расчет поперечной вибрации и крутильных колебаний. После сборки проводится проверка динамической балансировки на низкой скорости, динамическая балансировка на высокой скорости и испытание на превышение скорости для обеспечения безопасности и надежности агрегата во время эксплуатации.
Статор:
Входной патрубок, конвергент, входной направляющий патрубок, выходной направляющий патрубок, диффузор и выхлопной патрубок осевого компрессора вместе называются проточной частью. Направляющий патрубок закреплен в корпусе и образует статор.
Один ротор и один статор составляют ступень в осевом компрессоре. Осевой компрессор обычно имеет 10~18 ступеней сжатия.
Трехслойная структура цилиндра:
Значительно снижает деформацию и концентрацию напряжений, вызванных тепловым расширением, предотвращает повреждения, вызванные пылью и внешними условиями, значительно снижает шум, возникающий при прохождении воздушного потока через решетку лопастей, а также играет роль в звукоизоляции.
Цилиндр подшипника лезвия:
Входная сторона опорного цилиндра соответствует впускному кольцу, а выходная сторона соответствует диффузору, который вместе с корпусом и ротором образует канал осевого компрессора.
Два конца цилиндра подшипника лопасти поддерживаются на корпусе, впускной конец является фиксированной опорой, а выпускной конец является скользящей опорой, что способствует тепловому расширению корпуса цилиндра. Литая горизонтальная разъемная конструкция, центральное разъемное соединение поверхности. Оснащен неподвижными лопастями, подшипниками лопасти, кривошипами и ползунами.
Лопасти:
Лопасти ротора и неподвижные лопатки изготовлены из поковок из нержавеющей стали с высокой прочностью и высокой степенью затухания вибрации. Сырье тестируется на химический состав, механические свойства и трещины, а затем сформированные лопатки подвергаются влажной пескоструйной обработке для повышения усталостной прочности поверхности лопатки.
После многих усовершенствований структура лопасти постепенно достигла снижения потери поверхности лопасти, увеличения прочности и снижения амплитуды вибрации лопасти. Корни лопастей ротора представляют собой зубчатые структуры с высокой несущей способностью.
Регулировочный цилиндр:
Регулировочный цилиндр оснащен соответствующими направляющими кольцами, соответствующими каждому уровню неподвижных лопаток, которые разделены на верхнюю и нижнюю половины и установлены на корпусах верхнего и нижнего цилиндров соответственно.
При регулировке рабочих условий электропривод приводит в действие регулировочный цилиндр для совершения осевого возвратно-поступательного движения. Регулировка угла неподвижных лопастей осуществляется с помощью кривошипно-ползункового механизма. Величина регулировки угла каждого уровня неподвижных лопастей осуществляется с помощью длины кривошипа на каждом уровне.
Принцип работы осевого компрессора
Осевые компрессоры обычно состоят из нескольких ступеней, состоящих из роторов и статоров. Ступень является самой базовой единицей для анализа принципа работы осевых компрессоров. При прохождении воздуха через ступени осевого компрессора воздух равномерно направляется из впускного трубопровода в конвергентный и входной направляющий аппарат и поступает в первую ступень с определенной скоростью.
Воздух подвергается динамическому воздействию лопаток в ступени, и давление увеличивается за счет полученной энергии. Воздух сжимается вдоль каждой ступени последовательно, и давление постепенно увеличивается, и он выпускается через выходной направляющий аппарат, диффузор и выхлопную трубу.
Элементарная ступень: Представьте, что для разрезания лопаточного ряда ступени используется цилиндрическая поверхность, ось которой совпадает с осью компрессора, чтобы получить секцию из двух рядов лопаток (роторных и неподвижных). Такая кольцевая лопаточная решетка ротора и кольцевая лопаточная решетка неподвижных лопаток составляют элементарную ступень.
В каждой элементарной ступени осевого компрессора канал, образованный ротором и неподвижными решетками лопаток, искривляется, расширяется и обтекается. При прохождении дозвукового воздушного потока через канал расширения его скорость уменьшается, а статическое давление увеличивается. Воздух получает кинетическую энергию и энергию давления под действием лопаток ротора и движется от входа лопаток ротора к выходу.
Расширенный канал, образованный неподвижными лопатками, приводит к уменьшению скорости воздушного потока. Поэтому в осевом компрессоре лопатки ротора находятся спереди, а неподвижные лопатки — сзади, образуя элементарную ступень. Воздух сначала получает кинетическую энергию в лопатках ротора, увеличивая скорость и давление воздушного потока. Часть кинетической энергии далее преобразуется в энергию давления в неподвижных лопатках сзади.
Схема осевого компрессора
Компрессоры с положительным смещением подходят для приложений с малым расходом и могут производить самый большой диапазон давления. Центробежные компрессоры подходят для приложений с большим и средним расходом, а также для случаев высокого и среднего давления. Осевые компрессоры подходят для случаев с большим расходом, а также для случаев среднего и низкого давления.
Независимо от типа воздушного компрессора, потери в процессе работы объективны. Поэтому энергия, переданная извне газу, не может быть полностью преобразована в эффективную энергию давления газа.
Энергия, переданная извне газу, может быть выражена уравнением Бернулли
При сжатии газа давление газа увеличивается:
Кинетическая энергия газа увеличивается:
Потеря энергии:
Из уравнения Бернулли мы знаем, что только часть механической работы, добавленной к газу, используется для увеличения энергии давления газа. Мы называем это работой сжатия, чтобы указать, что это часть энергии, используемая для увеличения статической энергии давления газа, которая также является частью энергии, которую мы хотим получить больше всего. Работа сжатия связана с природой процесса сжатия.
Адиабатическое сжатие: относится к идеальному процессу без теплообмена с внешним миром и без потерь. Более точно его называют «адиабатическим изоэнтропическим процессом сжатия».
Изотермическое сжатие: всегда происходит теплообмен с внешним миром, а температура в конце сжатия и температура между процессами равны начальной температуре.
Переменная компрессия: относится к процессу с потерями, который может иметь или не иметь теплообмен с внешним миром.
По этой причине мы используем эффективность для характеристики совершенства преобразования энергии компрессора во время работы. Эффективность имеет много форм выражения, но независимо от того, какая форма выражения используется, они по сути одинаковы, то есть их энергопотребление одинаково.
Адиабатический КПД = адиабатическая работа сжатия / общая потребляемая мощность
Изотермический КПД = работа изотермического сжатия / общая потребляемая мощность
Поливариантная эффективность = поливариантная работа сжатия / общая потребляемая мощность
Разница между осевым и центробежным компрессором
Вращающееся рабочее колесо в центробежном компрессоре заставляет поток воздуха вращаться с высокой скоростью, то есть воздух течет радиально и получает большую центробежную силу. Затем высокоскоростной воздух сталкивается с диффузором, и кинетическая энергия воздуха преобразуется в энергию давления, поэтому воздух сжимается.
По сравнению с принципом работы центробежного компрессора , поскольку воздух в осевом компрессоре течет не в радиальном, а в осевом направлении, его главной особенностью является более высокая эффективность расхода газа на единицу площади.
При условии обработки того же количества газа осевой компрессор имеет меньшие размеры, то есть осевой компрессор особенно подходит для случаев, требующих большого расхода.
Кроме того, осевой компрессор также имеет такие преимущества, как простота конструкции, удобство эксплуатации и обслуживания.
Однако осевой компрессор имеет сложные профили лопаток, высокие требования к процессу изготовления, узкую стабильную рабочую зону и небольшой диапазон регулирования расхода при постоянной скорости, что явно уступает центробежному компрессору.
Осевой компрессор против центробежного компрессора
| Проект | Осевой компрессор | Центробежный компрессор |
| Направление потока воздуха в компрессоре | Примерно параллельно оси вращения | Примерно перпендикулярно оси вращения |
| Принцип увеличения давления воздуха | За счет вращения ротора скорость газа увеличивается, а каналы подвижных и неподвижных лопаток расширяются, благодаря чему скорость потока газа замедляется, а кинетическая энергия преобразуется в энергию давления газа. | Вращение ротора приводит к тому, что на газ действует центробежная сила, расстояние между молекулами газа уменьшается, давление увеличивается, и газ набирает скорость. Когда газ протекает через каналы расширения, такие как диффузоры и улитки, скорость потока замедляется, а давление еще больше увеличивается. |
| Применимый поток | 1000 м³/мин и более | Менее 1200 м³/мин |
| Уровень давления | Средний и низкий | Средний и высокий |
| Эффективность | (89 ~ 92)% | (80 ~ 83)% |
| Метод регулировки | Регулировка угла наклона лопастей статора или регулировка скорости | Регулировка впускного дросселирования или регулировка скорости |
| Регулировка устойчивости | Небольшие колебания объема и давления воздуха | Большие колебания объема и давления воздуха |
| Уровень шума | Низкий | Высокий |
| Экономично | Высокое, низкое потребление энергии | Низкое, высокое потребление энергии |
| Структура: | Относительно сложный | Относительно просто |
| Стоимость производства | Высокий | Низкий |
Из сравнения в таблице выше видно, что эффективность осевых компрессоров выше, чем у центробежных компрессоров. Причины анализируются следующим образом: Как видно из рисунка ниже, по сравнению с центробежными компрессорами, канал сжатия осевых компрессоров прямой, а канал потока короткий, поэтому потери потока газа в процессе потока малы, и потери разделения в процессе потока малы, поэтому эффективность потока высокая.
Подробнее Kotechвоздушные компрессоры
Kotech является одним из ведущих производителей осевых компрессоров и всегда является первым выбором для всех ваших потребностей в воздушных компрессорах. Наша команда экспертов опытна и профессиональна и может помочь вам решить любую проблему, которая может возникнуть у вас с воздушными компрессорами.
От выбора до установки и обслуживания, мы можем предоставить полное руководство, включая оптимальные советы и решения для вашего проекта. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о воздушных компрессорах, которые мы производим.
