Спільна робота двигуна та компресора.Характеристики відцентрового компресора.Помпаж і способи регулювання.

Тема:Спільна робота двигуна та компресора.Характеристики відцентрового компресора.Помпаж і способи регулювання.

Системи наддуву, що стискають повітря, що подається в камеру згоряння двигуна, і збільшують масу цього повітря, дозволяють підвищити потужність двигуна при даних робочому об'ємі і частоті обертання колінчастого валу.

стискаючі повітря, що подається в камеру згоряння двигуна, і збільшують масу цього повітря, дозволяють підвищити потужність двигуна при даних робочому об'ємі і частоті обертання колінчастого валу. Для двигунів внутрішнього згоряння застосовуються компресори (нагнітачі).

Найбільшого поширення наддуву набули відцентрові компресори. Відцентровий компресор відноситься до лопаткових машин, принцип роботи яких заснований на динамічній взаємодії високошвидкісного потоку газу з лопатками робочого колеса та лопатками нерухомих елементів машини. Порівняно з іншими видами компресорів (об'ємними) лопаткові компресори більш компактні і відносно прості за конструкцією.

Відцентровий компресор включає вхідний пристрій 6, рабоче колесо 2крильчатка, дифузор 3, що складається з безлопаточної та лопаткової частин (остання може бути відсутнім), повітряозбірник 5, виконуваний у вигляді равлика.

Повітря надходить у вхідний пристрій, що звужується за напрямом руху повітря, що сприяє стійкості потоку. Вхідний пристрій повинен забезпечувати рівномірне підведення повітря до колеса при мінімальних втратах.

Мал. 1 Схема відцентрового компресора:

1 - вал; 2 – робоче колесо; 3 – дифузор; 4 – лопатка; 5 - повітрозбірник;

6 - вхідний пристрій; 7 - напрямний апарат, що обертається.

Кінетична та потенційна (у вигляді тиску) енергія поєднується повітрям у робочому колесі. Кінетична енергія на виході з колеса становить приблизно половину загальної енергії потоку. На виході з компресора необхідно мати певний тиск. Тому для перетворення кінетичної енергії в енергію тиску за робочим колесом встановлюють дифузор – канал з площею поперечного перерізу, що збільшується. При русі дифузором швидкість потоку падає, а тиск зростає. Втрати, що виникають при цьому, становлять значну частку від загальних втрат у компресорі. За наявності в дифузорі лопаткової частини 4 втрати енергії зменшуються порівняно з дифузором без лопаток. Повітря з дифузора прямує у повітрозбірник, з нього у впускний трубопровід двигуна. Залежно від загальної компонування повітрозбірник може мати один або кілька вихідних патрубків.

Основними параметрами, що характеризують роботу відцентрового-

ного компресора є витрата повітря через компресор GК,

ступінь підвищення тиску і ККД компресора.

На рис. 2 а представлена ​​нормальна витратна характеристика відцентрового компресора при різних частотах обертання ротора. Штрихуванням відзначено межу помпажу. На характеристику нанесені також лінії постійних ККД компресора. Універсальна характеристика компресора за різних значень параметра частоти обертання ротора представлена ​​на рис. 2 б.

Мал. 2 Основні характеристики відцентрового компресора

а) - нормальна витратна характеристика;

б) - універсальна характеристика.

За універсальною характеристикою можна визначити експлуатаційні якості компресора при будь-яких параметрах (р₀, Т₀) на вході. повітря спочатку збільшується, а потім, досягнувши максимальної величини, починає знижуватися;

- чим більша частота обертання ротора компресора, тим більше  

- Існує лише невелика область, де ККД компресора має прийнятно високі значення.

З представлених характеристик слід, що якщо при постійній частоті обертання ротора зменшувати витрату повітря, то при деякому малому його значенні робота компресора стане нестійкою. Нестійкість роботи виявляється у появі вібрацій лопаток і всього компресора, посиленні шуму та виникненні пульсацій повітря; у деяких випадках спостерігається викид повітря у вхідний пристрій. Ці явища, що характеризують нестійку роботу компресора, прийнято називати помпажем.

одного ступеня можливе отримання ступеня підвищення тиску порядку 10. Вважається за доцільне обмежувати ступінь по підвищенню тиску в відцентровому компресорі величиною 3,5 ... 4,0. За більших значень переходять на двоступінчастий наддув. Кільцеві швидкості робочого колеса компресорів на периферії перевищують 400 м/с, тому для забезпечення високої міцності колеса необхідно застосування високоякісних матеріалів.

У відцентрових компресорах зазвичай використовується напівзакрите колесо з направляючим апаратом, що обертається, виготовленим як одне ціле з колесом або окремо. Виникнення при роботі компресора осьової сили запобігається відповідним розташуванням поясків лабіринтного ущільнення, що знаходяться на тильній стороні диска колеса. з перетіканням повітря між сусідніми міжлопатковими каналами, а також з тертям повітря про нерухомий корпус. Такого типу колеса застосовуються в компресорах з високим ступенем підвищення тиску – суднові та стаціонарні двигуни.

У компресорі відбувається збільшення щільності заряду, для чого необхідно витрачати енергію. Робота, що витрачається на стиск 1 кг повітря в компресорі від тиску p₀ до pK в припущенні, що процес стиснення відбувається адіабатично:

де CP– вагова теплоємність газу на вході в компресор при

Насправді процес стиснення відбувається за наявності теплообміну та внутрішніх втрат. В результаті фактична робота, що витрачається на стиск, буде більшою за величину роботи адіабатичного стиснення.

Відношення роботи при адіабатичному стиску до дійсно витраченої роботи – адіабатичний ККД компресора:

Розмір цього ККД для відцентрових компресорів 0,65 ... 0,85. З урахуванням

Потужність, що витрачається на привід компресора:

GK - продуктивність компресора, кг/с;

- механічний ККД компресора.

З урахуванням виразу для отримаєм

де показник адіабати і газова постійна для повітря;

загальний або ефективний ККД компресора.

Витрата повітря через компресор, що дорівнює витраті повітря через двигун:

ge – питома витрата палива;

L₀- теоретично необхідна кількість повітря, кг / кг;

- коефіцієнт продування.

Механічний ККД відцентрового компресора   0,90...0,98 .KM

Помпаж

Помпаж компресора - очевидне явище, яке виникає через різку зміну тиску в системі стисненого повітря. Внаслідок цього відбувається реверсування потоку стисненого повітря всередині пристрою, що супроводжується різкою зміною навантаження. Стрибки споживаної потужності супроводжуються звуком "Вуумпф". Цей звук особливо добре чутний поблизу фільтра, що всмоктує.

Причиною помпажу компресора є зниження витрати повітря, що проходить через пристрій, через що виникає неконтрольоване підвищення тиску до значення нестабільної роботи компресора. Дане явище виникає при різкому зниженні витрати стисненого повітря, коли локальна або дистанційна система управління не встигає зреагувати на цю зміну. Різке зниження витрати призводить до стрибкоподібного збільшення тиску повітря на виході з компресора до тиску помпажу - максимального тиску на кривій характеристик відцентрового компресора. Життєво важливо, щоб локальна система управління була правильно налаштована на своєчасне виявлення та запобігання можливості експлуатації компресора в такому режимі.

Причини та рішення.

• Забруднений впускний фільтр

Замінити елемент фільтра

• Недостатній переріз трубопроводу впускного повітря (віддалене розташування впускного фільтра)

Замінити трубопровід

• Висока міжступенева температура стисненого повітря

З'ясувати причину (висока температура , недостатня витрата, низький тиск охолоджувальної води, забруднення теплообмінних апаратів) і усунути

• Збільшення температури повітря на всмоктуванні

Зменшити температуру. При неможливості, збільшити уставку струму мінімального навантаження (TL)

• Тиск нагнітання вище (рівно) тиску натурального помпажу

Зменшити уставку

• Надмірний опір в системі стисненого повітря

Порівняти показання датчика тиску системи та датчика тиску на виході з останнього ступеня. З'ясувати причину (закрита засувка, підвищений перепад тиску в системі фільтрації/осушення стисненого повітря тощо) та усунути.

• Надмірний опір на охолоджувачах стисненого повітря

Може бути викликано роботою без впускного фільтра чи його розривом.Очистити охолоджувач.

• Надмірне забруднення лопаток .

Очистити лопатки.

• Надмірне забруднення каналів дифузора

Очистити дифузор

• Некоректний осьовий зазор

Перевиставити

• Некоректний радіальний зазор

Перевиставити

• Підвищений знос лопаток .

Замінити лопатки.

• Заклінювання зворотного клапана на виході з компресора в закритому положенні

• Порівняти показання датчика тиску в системі та датчика тиску на виході з останнього ступеня.

  Відремонтувати.

Опрацюйте теорію та дайте відповіді на питання.

1.Як працює двигун з компресором ?

2.З яких деталей складається відцентровий компресор?

3.Основні характеристики відцентрового компресора?

4.Що таке помпаж ?

5.За якою характеристикою можна визначити експлуатаційні якості компресора при будь-яких параметрах (р₀, Т₀) на вході повітря?

6.Чому дорівнює витрата повітря через компресор?(формула).