Принцип действия, классификация и устройство турбокомпрессоров

Компрессоры, в которых сближение молекул осуществляется путем использования сил инерции потока газа, называются компрессорами динамического действия или, как это было принято ранее, турбокомпрессорами. Второе название связано с тем, что для привода таких компрессоров с целью получения высоких оборотов, как правило, применялись турбины (газовые, паровые).

 Повышение давления газа в турбокомпрессорах осуществляется вследствие силового взаимодействия вращающейся решетки лопаток рабочего колеса с потоком газа. Преобразование энергии в турбокомпрессорах можно условно разделить на два этапа. На первом этапе  потоку газа за счет подводимой механической энергии сообщается некоторая кинетическая энергия, на втором – кинетическая энергия потока частично преобразуется в энергию давления. Оба этих этапа происходят одновременно.

Турбокомпрессоры по характеру преобразования энергии близки к аналогичным типам насосов. Эта общность ведет к конструктивным сходным формам и эксплуатационным характеристикам  турбокомпрессоров и насосов. Различия между ними вызываются главным образом тем, что в турбокомпрессоре рабочая среда сжимается, а в насосах нет.

Кроме того, поскольку плотность рабочей среды у  турбокомпрессора обычно на 2–3 порядка меньше, чем у насосов, для создания одинакового перепада давлений в компрессорах необходимо обеспечить значительно большие скорости движения как лопаток рабочего колеса, так и сжимаемого газа.

Турбокомпрессоры имеют перед другими типами компрессоров существенные преимущества, состоящие в компактности, надежности в работе, и долговечности, хорошей уравновешенности, равномерности подачи газа, отсутствии смазочного масла в сжимаемой среде, возможности непосредственного соединения с высокооборотным двигателем.

По cтепени отношения давлений турбокомпрессоры можно разделить на вентиляторы (П<1,15), нагнетатели (П>1,15), компрессоры (П>3) и вакуум-компрессоры.

Турбокомпрессор любого типа, как и всякая турбомашина, состоит из вращающихся лопаточных аппаратов – рабочих колес, в которых рабочему телу сообщается энергия от внешнего источника, и неподвижных аппаратов, предназначенных для изменения величины и направления скорости потока. Совокупность одного рабочего колеса с расположенным за ним неподвижным (направляющим) аппаратом называется ступенью турбокомпрессора.

Проточная часть центробежного компрессора состоит из входного патрубка, конфузора, входного направляющего аппарата, группы ступеней и выходного патрубка. Различают промежуточные и концевые ступени.

В состав промежуточной ступени входят следующие элементы (рис. 2.35): рабочее колесо (РК), безлопаточный диффузор (БЛД), лопаточный диффузор (ЛД), поворотное колесо (ПК), обратный направляющий аппарат (ОНА). Концевая ступень включает в себя РК, ЛД или БЛД (или и то, и другое вместе), улитку – нагнетательную камеру. 

Рис. 2.35. Центробежный компрессор:  П- подшипник; ЛД – лопаточный диффузор;

БЛД – безлопаточный диффузор; ОНА – обратный направляющий аппарат;

У – уплотнения; Р – ротор