Sprężarka odśrodkowa

Termin „ sprężarka odśrodkowa ” (zwana również „ sprężarką promieniową ”) oznacza typ maszyn turbinowych z obiegiem promieniowym i pracą pochłaniającą, które obejmują wentylatory ( dmuchawy i wyciągi) oraz sprężarki .

Pompy odśrodkowe, które są również maszyn przepływowych , oznaczają krążących urządzenia cieczy , płynów zasadniczo nieściśliwy, a zatem nie są sprężarki (które kompresji im właściwości ściśliwości gazu ze zmiany objętości gazu). Pompy odśrodkowe, podobnie jak sprężarki odśrodkowe, wykorzystują wirniki z cyrkulacją promieniową i dlatego mają pewne mechaniczne podobieństwo do sprężarek odśrodkowych.

Pierwsze maszyny tego typu składały się z wentylatorów i dmuchaw.

Opis

To, co odróżniało te wczesne maszyny wirnikowe od sprężarek, to fakt, że płyn roboczy można było uznać za nieściśliwy, co umożliwiło wykorzystanie zasady Bernoulliego do modelowania przepływu płynów bez większych błędów. Maszyny turbinowe działają z większymi prędkościami, a modele muszą uwzględniać ściśliwe płyny.

Bardziej formalnie, sprężarki odśrodkowe zapewniają wzrost gęstości płynu roboczego o ponad 5%. Również płyny, które przez nie przechodzą, widzą wzrost prędkości powyżej 0,3 Macha, gdy jest to powietrze lub azot . Dla porównania, wentylatory lub dmuchawy nie osiągają 5% wzrostu gęstości, a względna prędkość szczytowa płynu jest poniżej 0,3-0,5 Macha.

Idealnie, dynamiczna sprężarka osiąga wzrost ciśnienia poprzez dodanie energii kinetycznej lub prędkości do ciągłego strumienia płynu przez wirnik lub stopień sprężania. Uzyskana energia kinetyczna jest następnie przekształcana w wzrost ciśnienia statycznego poprzez spowolnienie przepływu przez dyfuzor .

Zalety i wady

Na początku XXI p wieku, sprężarki odśrodkowe są stosowane głównie w przemyśle, ponieważ mają one niewiele części ruchomych w tarcia , mają wydajności energetycznej stosunkowo wysoka i przenieść większy przepływ gazu, że wzajemne sprężarki o podobnej wielkości.

Ich główną wadą jest to, że nie mogą osiągnąć stopnia sprężania tak wysokiego, jak w przypadku sprężarki tłokowej , zdolnej do wielostopniowego osiągnięcia ciśnienia 100 M Pa (1000 barów ).

Sprężarki odśrodkowe są często stosowane w małych silnikach turbin gazowych, takich jak pomocnicze zespoły napędowe lub małe silniki lotnicze. Jednym z powodów jest to, że w obecnej technice początku XXI XX wieku Odpowiadające przepływu sprężarki osiowej jest mniejsza, głównie ze względu na straty na wierzchołku łopatek , które ze względu na położenie wirnika i stojana . Na początku XXI p wieku istnieje kilka pojedynczych sprężarek etapu osiowe zdolne do wytwarzania sprężania stosunek większy niż 10: 1. W rzeczywistości muszą one podlegać dużym obciążeniom mechanicznym , co poważnie obniża ich poziom bezpieczeństwa, trwałość i żywotność .

W przypadku turbin gazowych w samolotach , sprężarki odśrodkowe mają zaletę prostoty produkcji i są stosunkowo tanie. Są one częściowo wynikiem małej liczby etapów wymaganych do osiągnięcia tego samego wzrostu ciśnienia. Zmniejszenie promienia na niewielkiej odległości osiowej wewnątrz turbiny umożliwia uzyskanie dużego przyrostu energii płynu.

Wentylatory i dmuchawy należące do rodziny maszyn odśrodkowych odpowiadają zastosowaniom wymagającym dużej objętości bez zauważalnego wzrostu ciśnienia, jak np. Wentylacja, wyciągi oparów, chłodnictwo.

Aplikacje

Zastosowano kompresor odśrodkowy:

w gazociągach (do przesyłu gazu ziemnego z pola do odbiorcy).
do podziemnego składowania gazu ziemnego lub dwutlenku węgla ,
w rafineriach ropy naftowej oraz w zakładach przetwórstwa gazu ziemnego, petrochemii i chemii .
w miejscach separacji powietrza (do produkcji produktów gazowych).
w urządzeniach chłodniczych lub klimatyzacyjnych .
w urządzeniach dostarczających sprężone powietrze .
w turbinach gazowych i pomocniczych blokach energetycznych.
w systemach zwiększania ciśnienia na pokładzie statków powietrznych (w celu utrzymania bezpiecznego i wygodnego ciśnienia dla ludzi).
w turbosprężarkach i turbosprężarkach ( które służą do zwiększenia mocy silników benzynowych lub wysokoprężnych ).
na terenach wydobycia ropy naftowej , do wtłaczania gazu do podłoża w celu zwiększenia szybkości wydobycia lub ułatwienia wydobycia ropy naftowej przez zatłaczanie do odwiertu ( wydobycie przez wtrysk gazu ).

Ograniczenia operacyjne

Kilka typów sprężarek odśrodkowych ma różne ograniczenia operacyjne:

Minimalna prędkość robocza: poniżej określonej prędkości sprężarka nie może prawidłowo spełniać swojej roli i musi zostać zatrzymana lub przełączona w tryb gotowości.
Maksymalna tolerowana prędkość: powyżej tej granicy naprężenia mechaniczne mogą przekroczyć bezpieczne limity, a wibracje wirnika mogą szybko wzrosnąć. W tym momencie sprzęt staje się niebezpieczny i prędkość musi zostać zmniejszona, aby zapobiec wypadkom.
Kamienna ściana lub uduszenie:
- W sprzęcie, w którym płyny przepływają z dużą prędkością, wraz ze wzrostem przepływu prędkość płynu może zbliżać się do prędkości dźwięku . W większości przypadków ten stan nie ma wpływu na sprężarkę.
- W urządzeniach o niskiej prędkości straty rosną, gdy system zbliża się do tej wartości, a stopień sprężania zbliża się do 1: 1.
Szczyt (lub wzrost w języku angielskim): sprężarka nie może dodać energii do płynu na tyle, aby przekroczyć opór systemu. Stan ten charakteryzuje się zmianą kierunku przepływu (końcówka). W rezultacie mogą wystąpić drgania o wysokiej częstotliwości, wzrost temperatury i gwałtowna zmiana nacisku osiowego. Efekty te mogą uszkodzić uszczelki i mechaniczną łożysko wirnika, silnik napędowy ( sterownika ) sprężarki i cykl pracy. Większość maszyn wirnikowych jest zaprojektowana tak, aby wspierać kolce punktowe. Jeśli jednak występują regularnie przez długi czas lub jeśli urządzenie jest źle zaprojektowane, powtarzające się skoki mogą doprowadzić do katastrofalnego zniszczenia.

Uwagi i odniesienia

(w) Sydney Dixon Sydney L L Dixon, Fluid mechanics, thermodynamics of turbomachinery , New York Oxford, Pergamon Press,1978, 3 e ed. ( 1 st ed. 1966), 263 , str. ( ISBN 978-0-08-022721-4 i 978-0-080-22722-1 , OCLC 721884578 )
(w) Ronald H. Aungier ,, Sprężarki odśrodkowe: strategia projektowania i analizy aerodynamicznej , ASME Press,2000, 315 s. ( ISBN 0-7918-0093-8 )
(w) Ronald C. Pampreen, Compressor Surge and Stall Concepts ETI,1993( ISBN 0-933283-05-9 )

Zobacz też

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne

Bibliografia

(en) Budugur Lakshminarayana, Fluid Dynamics and Heat Transfer of Turbomachinery , Nowy Jork, Wiley-Interscience,1995, 809 s. ( ISBN 978-0-471-85546-0 , LCCN 94041844 , czytaj online )
(en) David Gordon Wilson i Theodosios Korakianitis, Projekt wysokowydajnych maszyn turbinowych i turbin gazowych , Upper Saddle River, NJ, Prentice Hall,1998, 2 II wyd. , 593, str. ( ISBN 978-0-13-312000-4 i 0-133-12000-7 , OCLC 37980978 )
(en) NA Cumpsty, Compressor Aerodynamics , Malabar, Krieger Publishing,2004, 517 s. ( ISBN 978-1-57524-247-7 , OCLC 54006665 , LCCN 2003069481 )
(en) A. Whitfield i NC Baines, Design of Radial Turbomachines , Harlow, Essex, England, Longman Scientific & Technical,1990, 1 st ed. , 397, s. ( ISBN 978-0-470-21667-5 i 978-0-582-49501-2 , OCLC 20853251 , LCCN 89077297 )
(en) HIH Saravanamuttoo, GFC Rogers and Henry Cohen, Gas Turbine Theory , Harlow (ujednoznacznienie), Prentice Hall ,2001, 5 th ed. 491 str. ( ISBN 978-0-13-015847-5 , OCLC 45207858 , LCCN 00051594 , czytaj online )
(w) Japikse i David Baines, NC, Introduction to Turbomachinery , Norwich, Oxford University Press ,1994( ISBN 978-0-933283-06-0 , LCCN 93079552 )
(en) Japikse, David, Projekt i wydajność sprężarki odśrodkowej , Wilder, Concepts ETI,1996, 474, str. ( ISBN 978-0-933283-03-9 )
(w) Japikse i David Baines, NC, Broadcast Design Technology , White River Junction, Concepts ETI,1998( ISBN 978-0-933283-08-4 , LCCN 95068415 )
(en) Wennerstrom, Arthur J., Design of Highly Loaded Axial-Flow Fans and Compressors , White River Junction, Concepts ETI,2000, 102 str. ( ISBN 978-0-933283-11-4 , LCCN 00131946 )
(en) Japiske, D., Marschner, WD i Furst, RB, Projekt i wydajność pompy odśrodkowej , Wilder, Concepts ETI,1997644 s. ( ISBN 978-0-933283-09-1 , LCCN 97067124 )
(en) David Japikse , Advanced Experimental Techniques in Turbomachinery , Norwich, Concepts ETI,1986, 1 st ed. , 272 pkt. kieszeń ( ISBN 978-0-933283-01-5 , LCCN 86070542 )
(en) Dennis G. Shepard , Principles of Turbomachinery , Mcmillan,1956
(en) Nicholas C. Baines , Fundamentals of Turbocharging , White River Junction, Concepts ETI,2005, 264 str. ( ISBN 978-0-933283-14-5 )