6.2.1 Ступень центробежного компрессора

Рабочее колесо а, Кольцевой отвод 9диффузор), направляющий аппарат б и обратный направляющий аппарат в, вместе взятые, называются ступенью давления или ступенью компрессора (рис. 6.10). Рабочее колесо и обратный направляющий аппарат разделены диафрагмой г. В многоступенчатых компрессорах ступени включены в поток газа последовательно.

Рисунок 6.10 Схема ступени центробежного компрессора

При протекании газа через каналы ступени состояние его изменяется в результате передачи энергии потоку рабочим колесом, газового трения, вихреобразования и теплообмена со средой, окружающей компрессор. Запишем баланс энергии потока на участке 1- 2, Дж/кг.

Энергия газа в сечении 1 на входе в межлопастные каналы

.

Энергия. Передаваемая газу рабочими лопастями, по уравнению Эйлера

.

Энергия газа в выходном сечении 2 межлопастных каналов

.

Если от газа, проходящего через рабочее колесо, передается в окружающую среду количество теплоты q, то конечная температура сжатия в колесе (без вывода)

(6.38)

Предполагая процесс изоэнтропийным, получаем

(6.39)

При изоэнтропийном сжатии газа

Из двух последних уравнений следует

(6.40)

Эти уравнения связывают термодинамические факторы Т, р и с размерами, частотой вращения и формой лопастей рабочего колеса компрессора.

Высокие скорости газа в межлопастных каналах ступени обуславливают существенные потери от трения и вихреобразования и переход части энергии газового потока в теплоту. При этом действительный процесс сжатия оказывается близким к политропному с показателем п:

.

Вместе с тем отвод теплоты от потока газа в колесе во внешнюю среду незначителен. И для процесса сжатия в этом случае можно полагать q = 0 и

, (6.41)

где п = 1,5 – 1,62.

В практике расчетов и оценки ступеней центробежных компрессоров с неинтенсивным охлаждением пользуются изоэнтропным КПД.

Решив совместно уравнения (6.38) и (6.41) при условии q = 0 и использовав выражение через степени сжатия в изоэнтропном и политропном процессах, получим

(6.42)

Изоэнтропный КПД центробежных компрессоров находится в пределах . Уравнением (6.42) можно пользоваться для ориентировочных расчётов конечного давления в рабочем колесе ступени компрессора.

Если полагать, что теплообмена с окружающей средой нет, то энергетический баланс потока на участке 3-4 будет

. (6.43)

Отсюда следует

. (6.44)

При обратной пропорциональности получим формулу

(6.45)

Полагая процесс политропный, будем иметь

(6.46)

Показатель политропы зависит от условий охлаждения и для обычных конструкций компрессоров обычно п =1,5