Zrakoplovni GTE kompresori. Ušteda energije s regulacijom frekvencije Glavni radni parametri puhala
Glavni tehnički pokazatelji superpunjača uključuju: protok, tlak (pritisak), snagu, učinkovitost, usisnu visinu i brzinu.
Napajanje - količina tekućine ili plina koja se dovodi kroz dio izlazne cijevi kompresora po jedinici vremena. Za mjerenje protoka koriste se volumetrijske vrijednosti Q [m 3 / s] i mase Q m [kg / s].
U rodu su
gdje je gustoća radnog medija, kg / m 3.
Visina (H) - energija koju kompresor prenosi jedinici mase dizane tekućine ili plina.
Za pumpe s pozitivnim pomakom glavni parametar obično nije visina, već ukupni tlak koji stvaraju.
Glava i pritisak su povezani
[ 
]
Za ventilatore, tlak se često označava u mm vode. stup - h.
1 mm. voda. Umjetnost. = 9,81 Pa
1 atm. \u003d 10 m vode. Umjetnost. » 100 kPa (98067 Pa).
Snaga i učinkovitost
Energija dovedena superchargeru iz motora po jedinici vremena predstavlja njegovu snagu
Dio energije gubi se u kompresoru u obliku gubitaka i određuje njegovu učinkovitost. - h goli.
Drugi dio energije predane radnom mediju u jedinici vremena određuje korisnu snagu puhala, koja je proporcionalna tlaku i protoku.
Učinkovitost je omjer korisne i potrošene snage.
Može se predstaviti kao proizvod tri faktora učinkovitosti.
h G - hidraulička učinkovitost, koja karakterizira gubitak snage za prevladavanje hidrauličkog otpora u kompresoru;
h 0 - volumetrijska učinkovitost zbog curenja radnog medija unutar puhala;
h krzno - mehanička učinkovitost - od gubitaka trenja u kompresoru.
Frekvencija rotacije - n[rpm]
Izbor brzine puhala ovisi o uvjetima kao što su vrsta puhala, ograničenja težine i veličine te zahtjevi za ekonomičnost.
Nazivna brzina navedena je u putovnici kompresora.
Snaga rotacijskog gibanja određena je momentom i kutnom brzinom (c -1) - w.
[kW]
Kutna brzina ω i brzina n povezani omjerom [ - broj okretaja u sekundi u različitim mjerama]
Odavde 
[kW]
Vakuumska usisna glava (H in).
Za neke brodske pumpe ovo je važan parametar.
Pod vakuumskim usisavanjem podrazumijeva se razlika između atmosferskog tlaka i tlaka - na ulazu u pumpu, tj.
Visina usisa ograničena je minimalnim apsolutnim tlakom min koji se javlja u području ulaza pumpe, a koji mora biti veći od tlaka zasićene pare dizane tekućine
Inače, tekućina ključa na mjestima gdje se javlja minimalni tlak i normalan rad crpke je poremećen.
Snaga crpki s usisnim kapacitetom određena je ukupnom visinom H \u003d H opterećenjem ± N u
Dinamički superpunjači
Centrifugalne puhalice
3.1.1 Opći raspored i princip rada
Razmotrite shemu konzolne centrifugalne pumpe.
Kada se rotor okreće, u njegovom središnjem dijelu stvara se smanjeni tlak, zbog čega tekućina iz usisnog cjevovoda kontinuirano ulazi u pumpu kroz ulaz 1, izrađen u obliku konusne cijevi (konfuzor) s ravnom osi. .
Lopatice impelera djeluju silom na protok fluida i prenose mu mehaničku energiju. Povećanje tlaka tekućine u kotaču nastaje uglavnom pod djelovanjem centrifugalnih sila.
Tekući oko lopatica, tekućina se kreće u radijalnom smjeru od središta kotača prema njegovoj periferiji. Ovdje se tekućina izbacuje u spiralni izlazni kanal 12 i usmjerava prema izlazu difuzora 6, gdje se njezina brzina smanjuje, a kinetička energija strujanja pretvara u potencijalnu energiju tlaka.
Kretanje tekućine u impeleru.
Radne karakteristike
U rotoru centrifugalne pumpe, čestice tekućine se pomiču u odnosu na sam kotač i, osim toga, čine pokretno kretanje s njim.
Zbroj relativnog W i translatornog U gibanja daje apsolutno gibanje fluida, tj. njegovo kretanje u odnosu na stacionarno kućište pumpe. Brzina apsolutnog gibanja V (apsolutna brzina) jednaka je geometrijskom zbroju brzine fluida u odnosu na rotor W (relativna brzina) i obodne brzine U rotora.
Apsolutna brzina može se rastaviti na V u - obodnu i V p radijalnu.
Prva komponenta određuje tlak, druga određuje protok crpke. U teoriji centrifugalnih crpki dokazano je da je visina linearna funkcija protoka i ovisi o izlaznom kutu lopatica.
Ako su oštrice savijene protiv udarca (< 90 0), то характеристика Н-Q в начале будет восходящей. При радиальных лопастях ( = 90 0) значение напора будет оставаться неизменным, а при >90 0 , kada su lopatice usput savijene, H - Q karakteristika će padati.
Na brodovima se u pravilu koriste centrifugalni kompresori s radijalnim lopaticama i lopaticama zakrivljenim po smjeru (> 0).
Radne karakteristike H-Q značajno se razlikuju od proračunatih iu području velikih posmaka u svim slučajevima profiliranja lopatica, H-Q karakteristike padaju.
Pod radnim karakteristikama centrifugalnih (lopatica) kompresora razumjeti ovisnost tlaka, snage, učinkovitosti o opskrbi H = f (Q), N = f (Q), h = f (Q). Karakteristike se uzimaju eksperimentalno pri konstantnoj nazivnoj brzini.
Konstrukcija karakteristike H - Q za kutnu brzinu različitu od nominalne, uz moguću upotrebu zakona proporcionalnosti za to.
Tipično, pumpe se mjere kada rade na vodu, ali na rad centrifugalne pumpe uvelike utječe viskoznost dizane tekućine. S povećanjem viskoznosti tekućine smanjuje se protok i tlak crpke, a povećava snaga: pa učinkovitost h pada sa 75% na 35% pri prelasku s rada na vodu na rad na ulje.
3.1.2. Radna karakteristika
cjevovodne mreže
Grafička ovisnost potrebnog tlaka u cjevovodnoj mreži o protoku pri stalnom položaju regulacijskih tijela naziva se karakteristika cjevovodne mreže.
Potreban tlak određuje se zbrojem gubitaka tlaka
H c \u003d H pr + H g + H tr + H m + H q
gdje je N pr - povratni pritisak, dostupan kada sustav ima
tlačni spremnik;
H g - geometrijska glava, određena stupcem tekućine,
svladati pumpom na usisnoj strani N us i co
strana pražnjenja N str.
H tr - gubitak tlaka zbog trenja u cjevovodu;
N m - gubitak tlaka zbog lokalnog otpora, zbog
prisutnost raznih spojnica u cjevovodu;
H q - dodatni gubitak tlaka zbog protoka tekućine ili plina.
Zbroj prve dvije komponente je statička visina Hco, tj. konstantna komponenta gubitka tlaka u mreži
H co \u003d H pr + H g
Ostale tri komponente gubitka proporcionalne su kvadratu brzine protoka, a time i isporuci. Oni su dakle dinamička komponenta otpora cjevovoda
H e \u003d H co + H dyn \u003d
gdje je K c koeficijent otpora sustava.
3.1.3. Rad crpke na cjevovodnoj mreži
Imajući karakteristike crpke i cjevovoda spojenog na crpku, lako je odrediti način rada koji je uspostavljen u sustavu pumpa-cjevovod, tj. protoka i tlaka koje pumpa razvija tijekom rada na ovom cjevovodu.
U mnogim slučajevima, u skladu s uvjetima rada elemenata brodske elektrane, kao i, na primjer, promjenama potrošnje vode u kućanskim sustavima, potrebno je regulirati protok crpke, posebno u smjeru njegovog smanjenja.
Promjena hrane može se postići:
1. prigušivanje;
2. obilaznica;
3. promjena brzine vrtnje;
U prvoj i drugoj metodi mijenja se karakteristika sustava,
u trećem - pumpa.
Prigušivanje- provodi se promjenom položaja ventila ugrađenog blizu njega, na tlačnom cjevovodu. Kada je ventil djelomično zatvoren, iz radnog (.) A prešli su u (.) B. U ovom načinu rada tlak H in bit će zbroj tlaka H in ’, koji bi se potrošio u mreži s potpuno otvorenim ventilom i gubitka tlaka H 3 u ventilu, dakle, učinkovitost. instalacija je smanjena.
Kontrola premosnice provodi se pomoću ventila postavljenog paralelno s pumpom.
Budući da će u cijelom regulacijskom rasponu protok crpke biti veći od protoka Q A sa zatvorenim ventilom, regulacija premosnom strujom je ekonomičnija od prigušnice za crpke čija snaga opada s povećanjem protoka.
Često se koristi upravljanje premosnice kao i prigušivanje kako bi se izbjeglo preopterećenje pogonskog motora.
Kontrola brzine dovodi do promjene karakteristika pumpe. On je najekonomičniji, ali općenito je pogon skuplji, kompliciraniji i manje pouzdan u radu. Primjenjuje se ako je potrebno za pumpe velike snage.
Zajednički rad crpki na zajedničkom sustavu
Gore razmotrene metode upravljanja crpkom omogućuju smanjenje protoka ili tlaka u usporedbi s onima koje crpka daje kada radi pri nazivnoj brzini. Međutim, tijekom rada postaje potrebno povećati tlak ili protok u sustavu. To je moguće kada su crpke spojene serijski ili paralelno.
U ovom slučaju mogu se koristiti crpke s različitim tlakovima, ali po mogućnosti s istim projektiranim protokom, inače će se učinkovitost povećati. postavke će biti niske.
Ukupna karakteristika može se prikazati kao karakteristika jedne crpke, čiji je protok pri određenom tlaku približno jednak zbroju protoka obiju crpki. Q A \u003d Q B + Q C
Zbog činjenice da se s povećanjem opskrbe povećava gubitak tlaka u cjevovodu sustava, Q A< Q 1 + Q 2.
Povećanje količine hrane bit će to značajnije što je karakteristika sustava pozitivnija. Za paralelni rad najprikladnije su crpke s bliskom vrijednošću visine pri nultom protoku.
3.1.4. Konstrukcije centrifugalnih pumpi. Područje primjene
Centrifugalna pumpa koju razmatramo ima jedan rotor s jednosmjernim ulazom tekućine. Korištenje nekoliko rotora u jednoj crpki omogućuje značajno proširenje opsega uporabe centrifugalnih crpki i stvara brojne prednosti dizajna.
Pumpe sa serijskim spojem rotora nazivaju se višestupanjske. Tlak takve pumpe jednak je zbroju tlakova pojedinih kotača (stupnjeva), a pomak jednak pomaku jednog kotača. Svi kotači višestupanjske pumpe postavljeni su na zajedničko vratilo i čine jedan rotor.
Pumpe s paralelnim spojem kotača nazivaju se višeprotočne. Visina takve pumpe jednaka je visini jednog kotača, a protok pumpe jednak je zbroju protoka pojedinih kotača. Najrasprostranjenije su dvoprotočne pumpe s dvostranim impelerom, koji predstavlja spoj u jednom komadu dva obična kotača.
Prema položaju osovine centrifugalne crpke su vodoravne i okomite.
Prema položaju nosača, crpke se dijele na konzolne s nosačima smještenim na krajevima osovine i monoblok. Za monoblok crpke rotor se postavlja izravno na osovinu motora s prirubnicom; za pričvršćivanje na elektromotor pumpa ima prirubnicu.
Centrifugalne pumpe koriste se u raznim brodskim sustavima:
protupožarni, balastni, drenažni, drenažni, sanitarni. Koriste se kao rashladne tekućine u motorima s unutarnjim izgaranjem, kamionima - na cisternama itd.
Prednosti centrifugalnih kompresora:
ubrzati;
Mala težina i ukupne dimenzije;
Jednostavnost dizajna;
Ravnomjerna opskrba tekućinom;
Relativno niska osjetljivost na kontaminiranu tekućinu;
Ograničeni tlak (može se pokrenuti sa zatvorenim ventilima).
Mane:
Mali pritisak;
Nedostatak sposobnosti samousisavanja.
Prema Pravilima registra, brodovi moraju biti opremljeni samousisnim centrifugalnim pumpama ili opremljeni vakuumskim sustavom.
Za opće brodske sustave koriste se centrifugalne crpke sa samousisnim uređajima tipa vodenog prstena i recirkulacije u skladu s GOST 7958-78.
Aksijalni kompresori
Kućište je protočni dio crpke i dio je zakrivljene cilindrične cijevi. Pumpa se može jednostavno integrirati u zajednički cjevovod na koji je spojena.
Prilaz i povlačenje su fiksni elementi. Na ulazu je ugrađena obloga 7 za nesmetan dovod tekućine u lopatice ili vodeću lopaticu, koja služi za uklanjanje vrtloženja protoka, koje može nastati zbog asimetrije protoka prije ulaska u pumpu. Iza impelera nalazi se uređaj za ravnanje, koji se sastoji od fiksnih lopatica. Uništava vrtlog toka i kinetička energija toka se pretvara u energiju pritiska.
Rotor puhala ima dvije do šest lopatica. Brodske crpke izrađuju se s vertikalnim i horizontalnim rasporedom osovina, jednostupanjske (s jednim rotorom). Prema načinu pričvršćivanja lopatica rotora na rukavcu, razlikuju se crpke s krutim lopaticama i crpke s rotacijskim lopaticama. Uslijed rotacije lopatica mijenja se napadni kut, što dovodi do promjene posmaka konstantnom brzinom, a pritisak ostaje konstantan. Regulacija opskrbe promjenom broja okretaja elektromotora također dovodi do promjene tlaka. Međutim, prisutnost uređaja za okretanje lopatica uvelike komplicira dizajn crpke.
Kontrola dodavanja se vrši promjenom brzine vrtnje ili okretanjem noževa, učinkovitost = 0,7 - 0,9 ..
Jedan od načina proširenja opsega centrifugalnih pumpi je promjena njihove brzine.
Brzina vrtnje rotora centrifugalne pumpe značajno utječe na njegove glavne pokazatelje: protok Q, visinu H i snagu na osovini pumpe N.
Pri promjeni brzine vrtnje rotora centrifugalne pumpe od n1 do n2 okretaja u minuti, protok, visina i snaga na osovini se mijenjaju u skladu s jednadžbama:
Ti se omjeri nazivaju zakon proporcionalnosti.
Iz gornjih jednadžbi zakona proporcionalnosti slijedi:
Prema ovim formulama, karakteristike pumpe se preračunavaju za novi broj okretaja.
Da bi se izgradila nova karakteristika pumpe pri brzini vrtnje n2, treba uzeti nekoliko proizvoljnih točaka na danoj karakteristici pumpe H = f (Q) pri brzini vrtnje n1 pri različitim dodavanjima Q i odgovarajućim vrijednostima H. Dalje , koristeći zakone proporcionalnosti, treba izračunati protoke Q2 i tlak H2. Na temelju novih vrijednosti Q2 i H2 konstruirati nove točke i kroz njih nacrtati novu karakteristiku pumpe H=f (Q) pri novom broju okretaja n2.
Pri izradi krivulje učinkovitosti (η-Q) koriste se činjenicom da učinkovitost crpke ostaje praktički konstantna kada se brzina mijenja u prilično širokom rasponu. Smanjenje brzine na 50% ne uzrokuje praktički nikakvu promjenu u učinkovitosti crpke.
Određivanje brzine osovine crpke, koja osigurava opskrbu unaprijed određenog protoka vode.
Brzina n2 koja odgovara željenoj brzini protoka Q2 treba se pronaći korištenjem gore navedenih zakona proporcionalnosti.
Istodobno, trebali biste znati da ako uzmete zadanu karakteristiku pumpe H pri brzini vrtnje n1, tada će je karakterizirati određene vrijednosti protoka Q1 i tlaka H1. Nadalje, kada se frekvencija rotacije smanji na n2, koristeći zakone proporcionalnosti, moguće je dobiti nove vrijednosti koordinata ove točke. Njegov položaj karakterizirat će vrijednosti Q2 i H2. Ako dodatno smanjimo brzinu rotacije na n3, tada ćemo nakon ponovnog izračuna dobiti nove vrijednosti Q3 i H3 koje karakteriziraju točku, i tako dalje.
Ako spojimo sve točke glatke krivulje, dobit ćemo parabolu koja izlazi iz ishodišta. Stoga, kada se promijeni brzina osovine crpke, vrijednost tlaka i protoka crpke karakterizirat će položaj točaka koje leže na paraboli koja izlazi iz ishodišta i naziva se parabola sličnih modova.
Za određivanje Q1 i H1 uključenih u relacije
Kako parabola mora prolaziti kroz točku s koordinatama Q2 i H2, konstantni koeficijent parabole k može se pronaći po formuli:
H2 se uzima iz karakteristika cjevovoda pri zadanoj brzini protoka Q2 ili se izračunava formulom:
gdje je Hg geometrijska visina uzgona; S je koeficijent otpora cjevovoda.
Da biste izgradili parabolu, morate navesti nekoliko proizvoljnih vrijednosti Q. Sjecište parabole s karakteristikom pumpe H pri broju okretaja n1 određuje vrijednosti Q1 i H1, a određuje se brzina rotacije kao
Potrebna brzina vrtnje rotora crpke može se odrediti analitički:
za vodovodne centrifugalne pumpe prema formuli:
gdje su n1 i ncons redom normalni i potrebni broj okretaja u minuti;
Hg je geometrijska visina uzgona;
Q cons - potrebna ponuda;
n i m su broj cjevovoda odnosno broj crpki;
a i b su parametri pumpe;
S je otpor jedne linije cijevi;
za fekalne centrifugalne pumpe prema formuli.
Tema je danas prilično teška zbog svoje početne opsežnosti i složenosti teorije aksijalnog kompresora. Barem je kod mene u nekim aspektima uvijek bilo tako :-). Ali na temelju politike stranice, pokušat ću to svesti na osnovne pojmove, pojednostaviti i stisnuti u jedan članak. Ne znam što će se dogoditi ... Vidjet ćemo :-) ...
Pritom... Govoreći o tako složenim uređajima kao što je zrakoplovni plinskoturbinski motor, unatoč stalnoj želji za jednostavnošću priče, povremeno se treba okrenuti egzaktnim tehničkim znanostima. Srećom, to se ne događa često, ne duboko, i obično je dovoljan školski tečaj fizike. Kao i sada :-).
Dakle, malo teorije.
VJ-Advance video endoskop tvrtke RF System Lab.
Takvi uređaji su prilično savršeni, imaju veliki broj funkcija i omogućuju pouzdano otkrivanje i sveobuhvatnu procjenu bilo kakvog oštećenja kompresora u gotovo svakom dijelu njegovog puta zraka.
Da bi sonda videoendoskopa ušla u protočni dio, u kućištu kompresora (obično između lopatica HA) se izrađuju otvori (portovi) malog promjera koji se zatvaraju hermetičkim lako uklonjivim čepovima. U tom se slučaju rotor kompresora okreće ili ručno (lopaticama) iz dovoda zraka ili uz pomoć posebnog uređaja (obično veliki motori na stupovima).
Malo o dizajnu.
Rotori aksijalni kompresori prema dizajnu mogu biti tri vrste: bubanj, disk ili disko bubanj. Pri odabiru vrste konstrukcije uzimaju se u obzir različiti parametri: masa, složenost, krutost sklopa, nosivost, obodne brzine rotora. Najčešće se koriste konstrukcije disko-bubnja. Diskovi su, ovisno o parametrima motora, povezani međusobno i s osovinom zavarivanjem, vijčanim spojevima, pomoću posebnih klinova.
Dijagrami dizajna OK. 1 - tip bubnja, 2 - tip disko bubnja, 3 - tip diska.
Primjer motora s kompresorom s diskom i bubnjem (Rolls-Royce RB.162-86).
Lopatice su učvršćene na krajevima obruča diska. Način montaže tipičan za kompresor je takozvani "lastin rep" s zasebnom utičnicom za svaku lopaticu. Oštrice se također mogu regrutirati u prstenasti utor na rubu diska. Ovo je također lastin rep, ali sa prstenaste radne površine.
Oštrice OK s drškama "lastin rep" raznih konfiguracija.
Mnogo rjeđe se koristi metoda pričvršćivanja bravom u obliku riblje kosti. Ova metoda se najčešće koristi za pričvršćivanje turbinskih lopatica.
Osim toga, dugačke lopatice (obično prednjih stupnjeva) mogu se učvrstiti u prstenastim žljebovima ruba diska s posebnim klinovima kako bi se smanjilo opterećenje pera i uklonile suvišne vibracije.
Takve lopatice su pod djelovanjem centrifugalne sile tijekom rada motora radijalno orijentirane samostalno (motor AL-21F-3). Kako bi se smanjila vibracijska opterećenja, dugačke lopatice prednjih stupnjeva mogu imati posebne police pokrova koje se spajaju jedna s drugom (obično u gornjoj polovici aeroprofila lopatice ili na nekoliko razina).
Pričvršćivanje lopatica aksijalnog kompresora.
PW4000 motor sa dva plašta na ventilatoru.
Međutim, u modernim turboventilatorskim motorima s visokim omjerom zaobilaznice, oni su pronašli primjenu oštrice široke strune(u lepezastim koracima) without shrouds. Time je moguće povećati aerodinamičku učinkovitost ventilatora (do 6%), povećati ukupni protok zraka i poboljšati učinkovitost motora (do 4%). Osim toga, smanjena je masa ventilatora i njegova razina buke.
Povezane lopatice OK.
Oštrice sa širokom strunom proizvedene su korištenjem najnovijih dostignuća u tehnologiji. Koriste se posebni kompozitni materijali na bazi polimera (PCM), šuplje lopatice izrađene su od legura titana sa saćastim jezgrama, kao i lopatice od nepolimernih kompozitnih materijala (primjerice, borova vlakna u aluminijskoj matrici s titanovim omotačem).
stator kompresor je izrađen ili u obliku čvrstih dijelova ili sastavljen od dvije polovice (gore-dolje). Lopatice vodećih lopatica montirane su u vanjskom kućištu, obično u spojnom prstenu.
Lopatice ventilatora. Široki akord i pravilan s policom za zavoj.
Ovisno o opterećenjima, vibracijama i namjeni, ili su konzolni, ili su (češće) duž unutarnjeg kućišta također spojeni prstenom s brtvama (saćastim ili lako abraziranim ( npr. alumografit- Al 2 O 3 + 8-13% grafita)). Protubrtve (obično češljaste s labirintom) su u ovom slučaju na rotoru. Time se sprječavaju štetni preljevi zraka na SE.
Materijali kompresora - legure aluminija, titana i čelika.
Na nekim modernim motorima rotori kompresora izrađeni su pomoću tehnologije "Blisk"(skraćenica za bladed disk), inače nazvan IBR (integrally bladed rotor). U ovom slučaju, lopatice rotora i samo tijelo diska izrađeni su kao jedna cjelina. To je jedna cjelina, najčešće lijevana ili zavarena i prema tome obrađena.
Montaža noževa NA aksijalni kompresor.
Takvi su dizajni primjetno jači od montažnih diskova. Imaju znatno manje koncentratora naprezanja, kao što su, na primjer, neizbježno prisutni pri montaži noževa u lastin rep. Osim toga, masa cijele strukture je manja (do 25%).
Osim toga, kvaliteta površine sklopa i njegova struja su puno bolji, što pomaže smanjiti hidrauličke gubitke i povećati učinkovitost stupnja s takvim diskom (do 8%). Postoji, međutim, "blaženstvo" i značajan nedostatak. U slučaju bilo kakvog oštećenja lopatica potrebno je zamijeniti cijeli disk, a to neminovno podrazumijeva i rastavljanje motora.
Disk s lopaticama rotora izrađen tehnologijom "Blisk".
U takvoj situaciji, uz boreskope, korištenje posebne opreme (npr. Richard Wolf GmbH) za čišćenje ureza i lokalno uklanjanje nastalih oštećenja oštrice. Takve se operacije izvode pomoću svih istih prozora za gledanje koji su dostupni na gotovo svim stupnjevima modernih kompresora.
Bliski se najčešće ugrađuju u HPC modernih turboventilatorskih motora. Primjer je motor SaM146.
To možete učiniti bez kompresora.
Suvremeni zrakoplovni plinskoturbinski motor, zajedno sa svim sustavima i komponentama koje osiguravaju njegov rad, vrlo je složena i osjetljiva cjelina. Kompresor po tom pitanju možda na prvom mjestu (možda ga dijeli s turbinom :-)). Ali bez toga je nemoguće.
Da bi motor mogao raditi mora postojati aparat za kompresiju zraka. Osim toga, potrebno je organizirati strujanje u plinsko-zračnom putu dok je motor na tlu. U ovim uvjetima zrakoplovni plinski turbinski kompresor ne razlikuje se od zemaljskog kompresora plinske turbine.
Međutim, čim avion poleti i počne ubrzavati, uvjeti se mijenjaju. Uostalom, zrak se komprimira ne samo u kompresoru, već iu ulazu, odnosno u dovodu zraka. Povećanjem brzine može doseći i čak premašiti količinu kompresije u kompresoru.
Pri vrlo velikim brzinama (nekoliko puta većim od brzine zvuka), omjer tlaka doseže svoju optimalnu vrijednost (koja odgovara maksimalnoj trakciji ili maksimalnoj ekonomičnosti). Nakon toga kompresor, kao i turbina koja ga pokreće, postaju nepotrebni.
TRD i ramjet u usporedbi.
Takozvani "degeneracija" kompresora ili drugačije "Degeneracija" TRD, jer motor prestaje biti plinska turbina i, ostajući u klasi za udisanje zraka, već bi trebao biti ramjet motor.
Zrakoplov MiG-25RB.
TRDF R15B-300.
Primjer motora koji je, da tako kažemo, na putu degeneracije kompresora je motor R15B-300 koji se ugrađivao na zrakoplove MiG-25, a izvorno je bio namijenjen za letove s velikim. Ovaj motor ima vrlo "kratak" kompresor (5 stupnjeva) s omjerom kompresije 4,75. Veliki udio kompresije (osobito kod nadzvučnih) događa se u usisniku zraka MiG-25.
No, to su teme za druge članke.
Hvala što ste pročitali do kraja.
Vidimo se opet.
Fotografije se mogu kliknuti.
Za kraj još nekoliko slika na temu koje se “nisu uklopile” u tekst……….
Trokuti brzine za stupanj aksijalnog kompresora.
CFM56 utičnice lopatica ventilatora tipa lastin rep.
Primjer zglobnog pričvršćenja lopatica aksijalnog kompresora.
Šuplja lopatica ventilatora od titana sa saćastom jezgrom.
Pumpe se obično dijele u dvije glavne vrste: voluminozan I centrifugalni.
Pumpe s pozitivnim pomakom pokrenuti tekućinu mijenjajući volumen komore s tekućinom mehaničkim putem. Pumpe s pozitivnim pomakom predstavljaju opterećenje s konstantnim momentom na osovini, dok konstrukcija centrifugalnih crpki pretpostavlja promjenjivi moment ovisno o brzini.
prijenos količine gibanja tekućine zbog rotacije impelera uronjenog u nju. Impuls dovodi do povećanja tlaka ili protoka na izlazu crpke. Ovaj se članak bavi samo centrifugalnim pumpama.
Centrifugalna pumpa je uređaj koji pogonsku energiju pretvara u kinetičku energiju tekućine ubrzavajući je do vanjskog ruba rotora – impelera. Ovdje se radi o tome da je stvorena energija kinetička. Količina energije prenesene na tekućinu odgovara brzini na vrhu lopatice impelera. Što je brža rotacija rotora ili veća njegova veličina, veća je brzina tekućine na rubu lopatice i veća je energija prenesena na tekućinu. Formiranje otpora protoka regulira kinetičku energiju tekućine na izlazu iz impelera. Početni otpor stvara spiralna komora (kućište) pumpe u koju tekućina ulazi i usporava. Kada se tekućina usporava u kućištu pumpe, dio kinetičke energije se pretvara u energiju pritiska. To je otpor protoka crpke koji se bilježi na manometru postavljenom na ispusnom cjevovodu. Pumpa stvara protok, a ne pritisak. Tlak je mjera otpora protoku.
Glava - Otpor protoka
Primjer:
Zamislite cijev s mlazom vode usmjerenim ravno u zrak. Tlak je visina do koje se voda diže.
ZA NEWTONSKE (PRAVE) tekućine (neviskozne tekućine kao što su voda i benzin), koristimo izraz visina za mjerenje kinetičke energije koju stvara pumpa. Napor je visina vodenog stupca koju pumpa može stvoriti zbog kinetičke energije koja se prenosi na tekućinu. Glavni razlog za korištenje visine umjesto tlaka za mjerenje energije centrifugalne pumpe je taj što se tlak na izlazu iz pumpe mijenja s promjenom težine tekućine, ali visina ne.
Stoga, korištenjem pojma visina, uvijek možemo označiti performanse pumpe za bilo koju Newtonovu tekućinu, tešku (sumporna kiselina) ili laku (benzin). Imajte na umu da je visina povezana s brzinom koju tekućina postiže prolazeći kroz pumpu. Sve vrste energije dostupne u sustavu protoka fluida mogu se karakterizirati visinom vodenog stupca. Zbroj različitih visina ukupne je visine sustava ili rad koji će crpka obaviti u tom sustavu. Razlikuju se sljedeće vrste pritisaka:
Uvjeti pumpe
USISNA VISINA postoji kada je opskrbni spremnik ispod središnje crte crpke. Dakle, geometrijska usisna visina je vertikalna udaljenost od središnje crte crpke do slobodne razine tekućine koja se pumpa.
PODRŠKA događa se kada je opskrbni spremnik (usisna visina) iznad središnje crte crpke. Dakle, geometrijska visina je okomita udaljenost od središnje crte pumpe do slobodne razine tekućine koju treba pumpati.
GEOMETRIJSKA HIDROSTATSKA GLAVA je okomita udaljenost između središnje crte crpke i točke slobodnog protoka ili površine tekućine u prihvatnom spremniku.
UKUPNI HIDROSTATSKI NADIS je vertikalna udaljenost između slobodne razine u dovodnom spremniku i točke slobodnog protoka ili površine dizane tekućine (u prihvatnom spremniku).
GUBITAK TRJENJA (hf)- gubici za svladavanje otpora protoka koji se javlja u cjevovodu i ograncima. Otpor ovisi o veličini, stanju i vrsti cjevovoda, broju i vrsti mlaznica, protoku i vrsti tekućine.
BRZINA GLAVE (hv)- ovo je visina koja proizlazi iz kretanja tekućine brzinom V. Napor brzine može se izračunati pomoću sljedeće formule:
h v = v 2 / 2g gdje je: g = 9,8 m/s, V = brzina tekućine, m/s
Brzinski pad obično je zanemariv i može se zanemariti u većini sustava s visokim naporom. Međutim, može igrati značajnu ulogu u sustavima niskog tlaka i mora se uzeti u obzir.
GLAVA TLAKA mora se uzeti u obzir kada sustav crpljenja počinje ili završava u spremniku koji nema atmosferski tlak. Podtlak dovodnog spremnika ili nadtlak u prihvatnom spremniku treba dodati glavi sustava, dok nadtlak u dovodnom spremniku ili vakuum u prihvatnom spremniku treba oduzeti. Gornje vrste glava, odnosno hidrostatska visina, frikcijska visina, brzina i tlačna visina zajedno čine visinu sustava pri određenoj brzini protoka.
USISNA VISINA VAKUUMA (hs) je geometrijska visina usisa, uzimajući u obzir gubitke i visinu brzine. Uzgon vakuumskog usisavanja određuje se pomoću mjerača na usisnoj prirubnici. Ako se prekorači dopuštena visina vakuuma, dolazi do kavitacije u crpki.
HIDRODINAMIČKI IZLAZ GLAVE (hd) je geometrijska hidrostatska visina, plus visina brzine na izlaznoj prirubnici pumpe, plus ukupni gubitak visine zbog trenja u ispusnom cjevovodu. Ukupna hidrodinamička visina na izlazu (određena prilikom ispitivanja crpke) je očitanje mjerača na izlaznoj prirubnici.
UKUPNI HIDRODINAMIČKI VIS (TDH) je hidrodinamička visina na izlazu, uzimajući u obzir visinu usisa vakuuma:
TDH = h d + h s
(kada se tekućina digne do visine usisavanja)
TDH = h d - h s
(ako postoji rukavac)
VLAST Rad crpke je funkcija ukupne visine i težine dizane tekućine u određenom vremenu. Formule obično koriste volumetrijski protok crpke i specifičnu težinu tekućine, a ne stvarnu težinu pumpane tekućine. Ulazna snaga (N) je stvarna snaga koja se dovodi na osovinu pumpe. Isporuka pumpe ili neto hidraulička snaga (Nn) je snaga koju pumpa isporučuje tekućini. Ove dvije veličine definirane su sljedećim formulama:
Karakteristike crpke kao što su protok, visina, učinkovitost i potrošnja energije grafički su prikazane na krivuljama crpke.
Veličina pumpe, 2x3-8, prikazana je na vrhu grafikona. Brojevi 2x3-8 pokazuju da je izlaz (izlaz) 2 inča (može se izraziti u mm), ulaz (usis) je 3 inča, a impeler ima 8 inča u promjeru. Neki proizvođači ovaj kod označavaju kao 3x2-8. Veća od prve dvije znamenke je ulaz. Brzina crpke (o/min) također je prikazana na vrhu grafikona i prikazuje izlaz pri 2960 o/min.
Sve informacije prikazane su za zadanu radnu brzinu. Kapacitet ili volumenski protok prikazan je na dnu krivulje. Sve različite brzine protoka prikazane su za radnu brzinu od 2960 o/min, ali pokazuju učinak visine kad je izlaz prigušen. Lijeva strana krivulja performansi prikazuje visinu koja se stvara pri različitim brzinama protoka.
Grafikon uspoređuje nekoliko krivulja protoka i visine, od kojih svaka karakterizira različitu (skraćenu) veličinu impelera. Za ovu crpku, raspon impelera varira od 5,5 do 8,375 inča. Krivulje učinkovitosti su superponirane na grafikonu (okomite linije) i karakteriziraju učinkovitost ove crpke od 64 do 45 posto. Kako se tlak povećava, protok i učinkovitost se smanjuju. Potrošnja energije prikazana je kao isprekidana linija povučena dijagonalno od donjeg desnog do gornjeg lijevog kuta. Krivulje potrošnje energije prikazane su za raspon 80 - 325 kW. Pri korištenju rotora od 8" s protokom od 250 m/h, potrošnja energije bit će oko 270 kW.
Performanse pumpe i sustava
Krivulja pumpe je jednostavna funkcija fizičkih karakteristika pumpe. Krivulja učinka sustava u potpunosti ovisi o veličini cjevovoda, njegovoj duljini, broju i položaju koljena i drugim čimbenicima. Sjecište ovih dviju krivulja je stvarna radna točka. U ovom trenutku, tlak pumpe odgovara gubicima u sustavu i sve je uravnoteženo.
Ako je sustav podložan čestim ili stalnim promjenama, potrebno je promijeniti karakteristike pumpe ili parametre sustava.
Postoje dvije metode koje se koriste za osiguravanje promjenjivog protoka. Jedna metoda je prigušivanje, što rezultira promjenom karakteristika sustava pomoću prigušnog ventila. Druga metoda je promjena brzine vrtnje pumpe, što mijenja performanse pumpe.
Ovom metodom dodatni otpor protoku povećava visinu. Dolje su prikazane karakteristike sustava na 2 različita položaja ventila.
Za usporedbu, poslužimo se primjerom za određivanje potrošnje energije sustava za prigušivanje, zatim za sustav s reguliranom brzinom. Koristi se pumpa (s impelerom od 8") koja radi pri nominalnoj brzini od 2960 o/min. Crpka je dizajnirana za rad u sustavu koji zahtijeva visinu od 250 metara pri protoku od 250 m/h. Pogledajte donju krivulju pumpe.
Na temelju informacija navedenih u grafikonu, možete saznati različite zahtjeve za snagom pri brzinama protoka prikazanim u donjoj tablici za sustav prigušnice.
Gdje,
Nn- hidraulička snaga (kW)
N- potrošnja energije (kW)
Sustav promjenjive brzine
Za razliku od gornje metode, kada se brzina kontrolira, .
Niža brzina pumpe mijenja krivulju pumpe na temelju visine brzine koju stvara brzina pumpane tekućine. Upamtite da je taj tlak v 2 / 2g.
Zakoni sličnosti
Skup formula koje se koriste za predviđanje rada centrifugalne crpke u bilo kojoj radnoj točki, na temelju izvornih karakteristika crpke, nazivaju se zakoni skaliranja.
Gdje,
n= Brzina vrtnje crpke
Q= dovod (m/h) R= Tlak (m) N= snaga (kW)
Koristeći isti primjer kao za prigušivanje, možete izračunati potrošnju energije za sustave kada je brzina pumpe:
Gdje N- potrošnja snage na osovini u kW.
Koristite zakone sličnosti za izračun vrijednosti u preostalim radnim točkama.
Očito je da je pri reguliranju brzine, potrošnja energije u djelomičnom načinu napajanja mnogo manja nego pri prigušivanju. Za određivanje stvarne potrošnje električne energije potrebno je uzeti u obzir i učinkovitost električnog pogona. Učinkovitost elektromotora koji radi iz mreže smanjuje se kada osovina nije potpuno opterećena (kao kod prigušnice), dok učinkovitost podesivog elektromotora ostaje nepromijenjena, što daje dodatne uštede. Ušteda energije ovisit će o vremenu koje će crpka raditi pri svakoj postavci smanjene brzine.
Da bi se izračunala stvarna ušteda, potrošnja električne energije mora se pomnožiti s brojem sati rada. Ta se vrijednost zatim množi s cijenom po kWh kako bi se prikazao trošak rada crpke pri svakoj brzini protoka. Oduzmite potrošnju snage kontrole brzine od snage prigušenja da biste dobili razliku u cijeni energije.
U našem primjeru, pri protoku od 200 m/h, pri prigušenju se troši 240 kW, a pri regulaciji brzine za isti protok potrebno je samo 136,2 kW. Ako je potrebno osigurati takav režim za 2000 sati godišnje po cijeni od 2 rublje po kWh, usporedba troškova bit će sljedeća:
Sustav prigušivanja:
240 x 2000 = 480000 kWh
480000 x 2 = 960 tisuća rubalja
Sustav promjenjive brzine:
136,2 x 2000 = 272400 kWh
272400 x 2 = 545 tisuća rubalja
Spremanje:
960-545 = 415 tisuća rubalja
Ovaj primjer nije bio vezan za pritisak. Visina ne utječe na karakteristike sustava i potrošnju energije pri reguliranju napajanja. Što je veća hidrostatska visina sustava, manji je potencijal za uštedu energije. To je zbog činjenice da je karakteristika sustava ravnija, jer najveći dio energije troši se na podizanje tekućine na potrebnu visinu.
Prilagođeno od Rockwell Automation, Inc.[Odustani od odgovora]
Stranice:
Na temelju protoka i ukupne visine specificirane za ventilator ili crpku, a za kompresor - protok i specifični rad kompresije - određuje se snaga osovine, prema kojoj se može odabrati snaga pogonskog motora.
Za centrifugalni ventilator, na primjer, formula za određivanje snage na osovini izvedena je iz izraza energije koja se prenosi plinu u kretanju po jedinici vremena.
Neka je F dionica plinovoda, m2; m - masa plina u sekundi, kg/s; v - brzina kretanja plina, m/s; ρ - gustoća plina, m3; ηv, ηp - učinkovitost ventilatora i prijenosa.
Poznato je da
Tada će izraz za energiju gibajućeg plina imati oblik:
gdje je snaga na osovini pogonskog motora, kW,
U formuli se mogu razlikovati skupine vrijednosti koje odgovaraju opskrbi, m3 / s, i tlaku ventilatora, Pa:
Iz gornjih izraza se vidi da
Odnosno
ovdje su c, c1 c2 konstante.
Imajte na umu da se zbog prisutnosti statičkog tlaka i značajki dizajna centrifugalnih ventilatora eksponent na desnoj strani može razlikovati od 3.
Slično kao što je to učinjeno za ventilator, možete odrediti snagu na osovini centrifugalne pumpe, kW, koja je jednaka:
gdje je Q - protok pumpe, m3/s;
Hg - geodetski pad jednak razlici između visina ispuštanja i usisa, m; Hc - ukupna glava, m; P2 - tlak u spremniku gdje se pumpa tekućina, Pa; P1 - tlak u spremniku iz kojeg se pumpa tekućina, Pa; ΔH - gubitak tlaka u cjevovodu, m; ovisi o presjeku cijevi, kvaliteti njihove obrade, zakrivljenosti dijelova cjevovoda itd.; Vrijednosti ΔH dane su u referentnoj literaturi; ρ1 - gustoća dizane tekućine, kg/m3; g = 9,81 m/s2 - ubrzanje slobodnog pada; ηn, ηp - učinkovitost pumpe i prijenosa.
S određenom aproksimacijom za centrifugalne crpke može se pretpostaviti da između snage na osovini i brzine postoji odnos P = cω 3 i M = cω 2. U praksi, eksponenti y brzine variraju unutar 2,5-6 za različite izvedbe i radne uvjete crpki, što se mora uzeti u obzir pri odabiru električnog pogona.
Navedena odstupanja određena su za crpke prisutnošću tlaka u cjevovodu. Usput napominjemo da je vrlo važna okolnost pri odabiru električnog pogona za pumpe koje rade na visokotlačnom vodu ta da su vrlo osjetljive na smanjenje brzine motora.
Glavna karakteristika pumpi, ventilatora i kompresora je ovisnost razvijenog tlaka H o opskrbi ovih mehanizama Q. Te se ovisnosti obično prikazuju u obliku HQ grafova za različite brzine mehanizma.
Na sl. Slika 1 kao primjer prikazuje karakteristike (1, 2, 3, 4) centrifugalne pumpe pri različitim kutnim brzinama njenog rotora. U iste koordinatne osi ucrtana je karakteristika linije 6 na kojoj crpka radi. Karakteristika voda je odnos između dovoda Q i tlaka potrebnog za podizanje tekućine na visinu, svladavanje prekomjernog tlaka na izlazu iz ispusnog cjevovoda i hidrauličkog otpora. Točke sjecišta karakteristika 1,2,3 sa karakteristikom 6 određuju vrijednosti tlaka i performansi kada crpka radi na određenoj liniji pri različitim brzinama.
Riža. 1. Ovisnost visine H crpke o njenom dovodu Q.
Primjer 1. Konstrukcijske karakteristike H, Q centrifugalne pumpe za različite brzine vrtnje 0,8ωn; 0,6ωn; 0,4ωn, ako je postavljena karakteristika 1 na ω = ωn (slika 1).
1. Za istu pumpu
Stoga,
2. Konstruirajmo karakteristiku crpke za ω = 0,8ωn.
Za točku b
Za točku b"
Tako je moguće konstruirati pomoćne parabole 5, 5", 5"... koje degeneriraju u ravnu liniju na y-osi pri Q = 0, te QH karakteristike za različite brzine pumpe.
Snaga motora klipnog kompresora može se odrediti iz tablice indikatora kompresije zraka ili plina. Takav teorijski dijagram prikazan je na sl. 2. Određena količina plina komprimira se prema dijagramu od početnog volumena V1 i tlaka P1 do konačnog volumena V2 i tlaka P2.
Rad se troši na kompresiju plina, koja će biti različita ovisno o prirodi procesa kompresije. Ovaj se proces može izvesti prema adijabatskom zakonu bez prijenosa topline, kada je indikatorski dijagram ograničen krivuljom 1 na sl. 2; prema izotermnom zakonu pri konstantnoj temperaturi, odnosno krivulja 2 na sl. 2, ili duž politropske krivulje 3, koja je prikazana kao puna linija između adijabate i izoterme.
Riža. 2. Dijagram indikatora kompresije plina.
Rad tijekom kompresije plina za politropski proces, J/kg, izražava se formulom
gdje je n indeks politropije, određen jednadžbom pV n = const; P1 - početni tlak plina, Pa; P2 - konačni tlak komprimiranog plina, Pa; V1 je početni specifični volumen plina, odnosno volumen 1 kg plina pri usisavanju, m3.
Snaga motora kompresora, kW, određena je izrazom
ovdje Q - protok kompresora, m3/s; ηk - pokazatelj učinkovitosti kompresora, uzimajući u obzir gubitak snage u njemu tijekom stvarnog radnog procesa; ηp - učinkovitost mehaničkog prijenosa između kompresora i motora. Budući da se teorijski dijagram indikatora značajno razlikuje od stvarnog, a dobivanje potonjeg nije uvijek moguće, pri određivanju snage osovine kompresora, kW, često se koristi približna formula, gdje su početni podaci rad izotermne i adijabitske kompresije, kao i učinkovitost kompresora, čije su vrijednosti dane u referentnoj literaturi.
Ova formula izgleda ovako:
gdje je Q - protok kompresora, m3/s; Au - izotermni rad kompresije 1 m3 atmosferskog zraka na tlak R2, J/m3; Aa - adijabatski rad kompresije 1 m3 atmosferskog zraka na tlak R2, J/m3.
Odnos između snage na osovini klipnog proizvodnog mehanizma i brzine potpuno je drugačiji od odgovarajućeg odnosa za mehanizme s ventilatorskim momentom na osovini. Ako klipni mehanizam, kao što je pumpa, radi na liniji gdje se održava konstantan tlak H, tada je očito da klip mora savladati konstantnu prosječnu silu sa svakim taktom, bez obzira na brzinu vrtnje.
Na temelju dobivenih formula određuje se snaga na osovini odgovarajućeg mehanizma. Za odabir motora, nazivne vrijednosti protoka i tlaka treba zamijeniti ovim formulama. Na temelju primljene snage može se odabrati motor za kontinuirani rad.
