Осевые компрессоры — устройство и принцип действия

Осевые компрессоры находят применение там, где требуются большие подачи газа при сравнительно небольшом конечном его давлении. Наибольшее распространение осевые компрессоры находят в газотурбинных установках.

По сравнению с центробежными осевые компрессоры имеют два важных преимущества: высокие к. п. д. до 90 % (и выше) на расчетных режимах работы; большие подачи до 500 000 м³/ч и более при малых поперечных размерах. Но в некоторых случаях они уступают центробежным машинам. Так, осевые компрессоры вследствие низконапор-ности его ступеней, при большом их числе, имеют большую длину. Они более сложны в конструктивном оформлении, а следовательно, дороже в изготовлении и менее надежны в эксплуатации. Рабочие характеристики осевых компрессоров таковы, что на нерасчетных режимах работы резко снижается к. п. д.

Принципиальная схема осевого компрессора представлена на рис. 9.1. Компрессор состоит из корпуса (статора) и ротора. В статоре закреплены направляющие (3), а на роторе — рабочие (2) лопатки. На рис. 9.2 представлен компрессор низкого давления. Профиль проточной части может быть выполнен с постоянным наружным диаметром (рис. 9.3а), с постоянным внутренним диаметром (рис! 9.35), с постоянным средним диаметром. В первом случае упрощается конструкция корпуса, увеличивается напор последних ступеней, сокращается длина компрессора. Во втором случае упрощается конструкция ротора. Компрессор будет иметь меньшую массу. Так как лопатки последних ступеней получаются большей высоты, то увеличивается его к. п. д. Профиль проточной части с постоянным средним диаметром представляет собой комбинацию из первых двух и является компромиссным решением в удовлетворении предъявленным требованиям.

Принцип действия осевого компрессора основан на силовом взаимодействии его лопаток с потоком газа, который движется практически параллельно его оси. В межлопаточных диффузорных каналах рабочих лопаток происходит повышение удельной энергии потока газа. При обтекании рабочей лопатки газом возникает равнодействующая сила F — F_y + F_x. Окружная составляющая этой силы F_u, направленная против вращения ротора, совершает работу сжатия.

В каналах направляющих лопаток происходит преобразование скоростного напора в статический. Кроме того, неподвижные лопатки всегда изменяют направление потока газа, выходящего из каналов рабочих лопаток и подводят его в нужном направлении к следующей ступени.

Ступень компрессора (кроме первой и последней) представляет собой совокупность одного венца рабочих и одного венца направляющих лопаток (рис. 9.1). Так как давление газа, проходящего через ступени компрессора растет, а удельный объем становится меньше, то высота лопаток ступеней по направлению движения газа уменьшается. Вследствие ограничения угла раскрытия диффузорных каналов и незначительного поворота потока в них ступень осевого компрессора имеет весьма ограниченную степень повышения давления, равную 1,1—1,3.