Турбокомпресори
Турбокомпресорите (компресори с динамично действие) са разделени на два големи класа:
• центробежни компресори, при които потокът на работното вещество се движи предимно в радиална посока от центъра към периферията;
• Аксиални компресори, при които потокът на работното вещество се движи в аксиална посока – успоредно на оста на въртене.
Динамичният принцип на компресия в турбокомпресорите се осъществява в резултат на подаването на механична енергия от двигателя към въртящия се масив от лопатки и силовото взаимодействие на лопатките с потока на работното вещество. Кинетичната енергия, предадена на газа във фиксираните дифузьорни елементи на пътя на потока, се преобразува в потенциална енергия, т.е. в енергия на налягането.
В парокомпресорните хладилни машини (термопомпи) се използват главно центробежни компресори с малък и среден капацитет. Аксиалните компресори се използват само във въздушни охладители с голям капацитет.
Както всички видове хладилни компресори, центробежните компресори осигуряват използването на всяка работна среда. Тези компресори се предлагат в тип уплътнение и тип уплътнение. Пълнежните компресори се задвижват от електрически двигател или турбина (въздушна или работеща със същата работна среда като компресора - глави 19 и 20).
Центробежният компресор се състои от въртящи се работни колела, монтирани на вал и неподвижни устройства. Всички елементи на проточната част на компресора са предимно дифузори. Следователно центробежният компресор може да се разглежда като система от последователно свързани въртящи се и неподвижни дифузори. Комбинацията от едно работно колело с фиксирани устройства, разположени зад него, се нарича степен на турбокомпресор. Това понятие е свързанос компресорна конструкция. Турбокомпресорът може да има няколко степени, но като цяло компресорът ще бъде едностъпален по отношение на изпълнението на термодинамичния цикъл на хладилната машина (термопомпа). Въпреки това, двустепенен или тристепенен хладилен центробежен компресор (с две или три работни колела) може да работи или в едностепенен цикъл на компресия, или в многостепенен цикъл на компресия.
В зависимост от конструктивната схема има три вида компресорни степени: всмукателна, междинна и крайна (фиг. 8.29).
Смукателният етап се състои от осесиметрична входна тръба или смукателна камера, апарат за управление на входа, работно колело, дифузор без лопатки, дифузор с лопатки, радиално-пръстенообразен завой и обратна направляваща лопатка.
Междинният етап съдържа същите елементи като смукателния етап, с изключение на устройството за контрол на входа. Може да има няколко междинни стъпки. При двустепенните компресори етапът на засмукване е непосредствено последван от крайния етап. След работното колело на този етап се монтира къс безлопатен дифузьор, спирала или събирателна камера.
Всички елементи на поточната част на етапа, с изключение на смукателното устройство, са плоски или конични дифузори, т.е. канали с площ на напречното сечение, която се увеличава по дължина. В такива канали, в съответствие с уравнението за непрекъснатост, скоростта на потока намалява от входа на канала към неговия изход. В този случай, съгласно закона за запазване на енергията, кинетичната енергия се превръща в
Фиг.8.29. Схеми на пътя на потока на смукателната (I), междинната (6) и крайната (c) степени на компресора: 1 - смукателна камера; 2 - апарат за управление на входа; 3 - работещколело; 4 - безлопатков дифузьор; 5 - лопатков дифузьор; 6 - радиално-кръгъл завой; 7 - обратна направляваща лопатка; 8 - спирална камера
потенциал. Следователно, дори в неподвижните елементи на сцената, където няма захранване отвън, налягането се увеличава.
Работният процес в центробежен компресор се осъществява по следния начин (фиг. 8.29). Парите на работното вещество идват от изпарителя към входното устройство, предназначено да подава пара към работното колело. В този елемент потокът на парите на конфузора се реализира поради факта, че площта на канала към изхода намалява. В секцията H-0 потокът се ускорява, поради което диаграмата на скоростта на входа на колелото се изравнява и газодинамичните загуби се намаляват (потокът в канала на конфузора е придружен от по-ниски загуби на енергия, отколкото в дифузора поради липсата на разделяне на граничния слой). В този участък от етапа дебитът на работното вещество се увеличава, а налягането и енталпията намаляват.
В работното колело работното вещество променя посоката на движение от аксиална към радиална. В областта на аксиалното въртене между секции 0 и 1 площта на канала практически не се променя, енергията не се подава към потока отвън, така че неговата скорост и налягане се променят незначително. В секция 1 двойките са захванати от лопатките на колелата. В резултат на ограничаването на потока скоростта на парите се увеличава и съответно налягането им намалява. В колелото механичната енергия се подава към потока, предаван от лопатките. В резултат на това скоростта на парите и налягането се увеличават.
От работното колело парите на работното вещество, движещи се с висока скорост, първо влизат в безлопатковия дифузор (секция 2), а след това в лопатковия дифузор (секция 3). В дифузорите скоростта на парите намалява, наляганетои увеличаване на енталпията. След дифузора в радиално-пръстенообразен завой между секции 4 и 5, потокът се обръща от периферията към центъра и се подава към работното колело на втората степен по обратната направляваща лопатка. В участъци 4–5 и 5–6 скоростта и налягането на парите остават практически непроменени.
При едностъпален компресор и крайно стъпало на многостъпален компресор парите на работното вещество след дифузора постъпват в спиралата, чиято основна цел е да събира парите след дифузора или директно след работното колело при спиралата без дифузьор. Ето защо през последните години в много конструкции на центробежни компресори спиралата е заменена от събирателна камера с постоянна площ на напречното сечение, която играе ролята на колектор на пара. След спиралата или събирателната камера, парите на работното вещество се изпращат през изходната тръба към кондензатора.
Във всички участъци на пътя на потока потокът е придружен от необратими загуби, в резултат на което ентропията на работното вещество непрекъснато се увеличава по време на компресията.
Енергийната ефективност на процесите, протичащи в центробежните компресори, се оценява въз основа на анализа на уравненията на енергията и механиката на потока.
Стойностите на основните проектни параметри, коефициентите на потока и налягането, степента на реактивност за различните видове етапи са дадени в таблица. 8.1.
От анализа на таблица 8.1 следва, че степента на помпата е с нисък дебит и ниско налягане, а степента от авиационен тип е с висок дебит и високо налягане. Въпреки това, поради високата степен на реактивност и някои други характеристики, степента на помпата има малко по-висока ефективност. Етапът на компресорния тип заема междинна позиция по отношение на неговите характеристики.
Работата на центробежните компресори обикновено се характеризира с обемен дебит, свързан с условията на засмукване.