Компрессора конструкция: Конструкция винтового компрессора | НПП Ковинт

Содержание

Конструкция винтового компрессора | НПП Ковинт

В данной статье мы расскажем об основных элементах конструкции винтового компрессора и о его устройстве.

В настоящее время производством винтовых компрессоров занимается достаточно большое количество компаний по всему миру. Однако, как автомобиль состоит из кузова, двигателя и трансмиссии, так и винтовой компрессор разных производителей состоит из компонентов, имеющих различия в конструкции, но выполняющих одну и ту же задачу при работе агрегата.

Любой винтовой компрессор может быть схематично представлен следующим образом:

Основные элементы винтового компрессора

1 – входной фильтр

2 – всасывающий клапан

3 – винтовой блок

4 – электродвигатель

5 – масляный резервуар

6 – сепаратор

7 – клапан минимального давления

8 – термостат

9 – масляный фильтр

10 – воздушный радиатор

11 – масляный радиатор

12 – вентилятор

13 – обратный клапан

14 – сетчатый фильтр

15 – выход сжатого воздуха

Входной фильтр

На входе винтового компрессора обязательно устанавливается фильтр, задачей которого является предотвращение проникновения в компрессор вместе с засасываемым воздухом пыли и твердых механических частиц.

Он представляет собой, как правило, цилиндрический патрон из гофрированной бумаги и может устанавливаться как открыто, так и в корпусе.

Воздушный фильтр винтового компрессора

Размер ячейки входного фильтра в большинстве случаев составляет 10 мкм, а площадь его поверхности соответствует производительности компрессора.

Всасывающий клапан

Наличие на входе винтового компрессора всасывающего клапана (иногда его еще называют регулятором всасывания) является отличительной особенностью компрессоров данного типа. Закрытие и открытие всасывающего клапана позволяет легко переводить компрессор в режим холостого хода и работы под нагрузкой соответственно.

Запорный элемент всасывающего клапана имеет вид поворотного (заслонки) или поступательно двигающегося диска с уплотнением. Положение запорного элемента изменяется под действием сжатого воздуха, подаваемого во внутренний или внешний пневмоцилиндр из масляного резервуара через управляющий электромагнитный клапан.

Всасывающий клапан винтового компрессора

 

Всасывающий клапан винтового компрессора

Запуск винтового компрессора всегда происходит при закрытом всасывающем клапане. Но для того, чтобы в масляном резервуаре произошло накопление сжатого воздуха с давлением, достаточным для последующего воздействия на поршень управляющего пневмоцилиндра, всасывающий клапан имеет канал небольшого сечения с обратным клапаном.

Обратный клапан

Винтовой блок

Основным рабочим элементом компрессора является винтовой блок, в котором собственно и происходит процесс сжатия всасываемого через входной фильтр воздуха.

Винтовой блок

В корпусе винтового блока расположены два вращающихся ротора – ведущий и ведомый. При их вращении происходит движение воздуха от всасывающей стороны к нагнетающей с одновременным уменьшением объема межроторных полостей, т.е. сжатие.

Принцип сжатия воздуха в винтовом блоке

Зазор между роторами уплотняется находящимся в корпусе винтового блока маслом. Масло также служит для смазывания подшипников и отвода тепла, образующегося при сжатии воздуха.

Также существуют безмасляные винтовые компрессоры классического исполнения (без уплотняющей жидкости) и с водяным впрыском в камеру сжатия вместо масла.

Электродвигатель

Для передачи вращения ведущему ротору винтового блока, как правило, используется обычный трехфазный асинхронный электродвигатель.

Электродвигатель

Исключение составляют мобильные винтовые компрессоры, в которых в качестве источника вращения используется дизельный двигатель.

Дизельный компрессор

Вращение от вала двигателя ведущему ротору винтового блока может передаваться как при помощи клиноременной передачи:

Ременной привод

или через муфту с эластичным элементом (так называемый «прямой привод»).

Муфта эластичная

В некоторых случаях применяется шестеренчатый привод (в компрессорах большой производительности).

Нередко бывает необходимо регулировать производительность винтового компрессора, изменяя частоту вращения вала двигателя. В этом случае электропитание двигателя осуществляют при помощи специального устройства – частотного преобразователя.

Частотный преобразователь

Применение частотного преобразователя позволяет в широких пределах регулировать производительность винтового компрессора в зависимости от реальной потребности в сжатом воздухе, не прибегая к переводу агрегата в режим холостого хода закрытием всасывающего клапана.

Масляный резервуар

Масляный резервуар играет очень важную роль в работе винтового компрессора:

  • выполняет роль первичного аккумулятора сжатого воздуха;
  • увеличивает объем масляной системы компрессора и, соответственно, количества масла, необходимого для эффективного отвода тепла, образовывающегося при сжатии воздуха;
  • работает, как отделитель основной массы масла от сжатого воздуха, т.к. масло-воздушный поток попадает в резервуар из винтового блока по касательной к его цилиндрической поверхности – как бы «закручивается».

Масляный резервуар

 

Масляный резервуар

Сепаратор

Для того, чтобы выходящий из винтового компрессора сжатый воздух содержал минимальное количество масла, в его конструкции обязательно применяется сепаратор.

Сепаратор может быть внешним (в компрессорах небольшой мощности) и встроенным в масляный резервуар.

Внешний вид встроенного сепаратора:

Сепаратор встроенный

Сепаратор внешний:

Сепаратор внешний

Сепаратор в разрезе с указанием потока масла и воздуха:

Сепаратор в разрезе

Благодаря наличию в конструкции винтового компрессора сепаратора содержание масла в сжатом воздухе на выходе не превышает 3 мг/м3.

Клапан минимального давления

Для нормальной циркуляции масла при работе винтового компрессора необходимо, чтобы давление в масляном резервуаре не опускалось ниже определенного минимально необходимого уровня.

Когда в магистрали, на которую работает винтовой компрессор, уже присутствует давление, это условие выполняется.

А вот в случае, когда компрессор используется для заполнения пустого воздухосборника, для создания в масляном резервуаре повышенного давления используется клапан минимального давления.

Клапан минимального давления

Клапан минимального давления в разрезе:

Клапан минимального давления в разрезе

Этот клапан открывается при давлении на его входе, превышающем определенное значение, которое задается регулировкой сжатия закрывающей клапан пружины. Типичным для винтовых компрессоров давлением открытия клапана является значение 4÷4,5 бар.

Термостат

В винтовом компрессоре, как и в двигателе автомобиля, существует два круга системы охлаждения – малый и большой.

Сразу после запуска компрессора масло в нем циркулирует по малому кругу, что обеспечивает довольно быстрый рост температуры. Это необходимо, чтобы при сжатии воздуха не происходило выпадение конденсата и смешивание его с маслом, значительно ухудшающее его эксплуатационные свойства.

Малый круг охлаждения

После достижения определенного значения температуры масла термостат открывается, направляя поток циркуляции по большому кругу – через охлаждаемый вентилятором радиатор.

Большой круг охлаждения

Как правило, открытие термостата начинается при температуре масла +55°С и полностью завершается при температуре +70°С.

Масляный фильтр

В процессе работы винтового компрессора в масле могут присутствовать механические примеси – продукты износа движущихся частей и частицы пыли, размер которых меньше размера ячейки входного фильтра.

Для очистки масла от этих примесей в циркуляционный контур компрессора включается масляный фильтр.

Масляный фильтр в разрезе

Воздушный радиатор / Масляный радиатор / Вентилятор

Для охлаждения сжимаемого винтовым компрессором воздуха его пропускают через радиатор, который обдувается вентилятором. Температура сжатого воздуха на выходе компрессора, как правило, превышает температуру окружающей среды не более, чем на 20÷30 °С.

Для охлаждения циркулирующего в компрессоре масла служит масляный радиатор. Обычно воздушный и масляный радиаторы объединены в единый блок и обдуваются одним вентилятором (двумя в компрессорах большой мощности).

Обычно вентилятор приводится в действие отдельным электродвигателем.

Вентиляторы охлаждения

В небольших компрессорах зачастую для обдува радиаторов используется вентилятор, входящий в состав приводного двигателя.

Вентилятор охлаждения на двигателе

Обратный клапан / Сетчатый фильтр

Масло, отделяемое от сжатого воздуха в сепараторе, требуется вернуть в циркуляционный контур компрессора. Для этого используется специальная масловозвратная линия, имеющая в своем составе обратный клапан и сетчатый фильтр.

Масловозвратная линия

Для того, чтобы процесс возврата масла можно было наблюдать в реальном времени (это необходимо в диагностических целях), некоторые детали масловозвратной линии выполняют прозрачными.

Масловозвратная линия

Выход сжатого воздуха

На выходной патрубок винтового компрессора необходимо установить запорный кран, позволяющий отключить компрессор от магистрали сжатого воздуха на время проведения технического обслуживания или ремонта.

Также для соединения выхода компрессора с магистралью рекомендуется использовать гибкое соединение (металлорукав) для устранения влияния температурных и вибрационных деформаций трубопровода на соединение.

Шаровый кран и металлорукав

На этом все.

Мы рассмотрели основные компоненты конструкции винтового компрессора и их назначение. В следующих статьях мы рассмотрим устройство данных узлов более подробно.

Все возникшие вопросы вы можете задать в форме ниже. Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

 

С уважением,

Константин Широких & Сергей Борисюк

Вернуться в раздел Полезная информация

Еще по теме:

Винтовые компрессоры. Общая информация

Принцип работы винтового компрессора

Конструкция/устройство винтового компрессора

Конструкция винтового газового компрессора. Видео

Конструкция винтового блока компрессора

Конструкция всасывающего клапана (регулятора всасывания) винтового компрессора

Конструкция термостата. Назначение термостата в винтовом компрессоре

Конструкция клапана минимального давления (КМД). Назначение КМД в винтовом компрессоре

Конструкция масляного резервуара. Назначение и принцип действия

Конструкция сепаратора тонкой очистки. Назначение и функции в винтовом компрессоре

Схема управления работой винтового компрессора. Общая информация

Силовая часть схемы управления винтового компрессора

Поршневые компрессоры. Устройство, виды, характеристики поршневого компрессора.

Как работает основной узел компрессора?

Основной узел поршневого нагнетательного оборудования – это непосредственно сам компрессор. В нем, собственно, и происходит сжатие среды, на работу с которой рассчитан агрегат. В компрессорах холодильников, например, это хладагент, а в различных нагнетателях воздуха – какой-либо газ (чаще всего воздух). Ниже и далее пойдет речь именно о последнем типе поршневого оборудования – о воздушных компрессорах.


Основной узел поршневого нагнетательного оборудования

Самый простой по конструкции компрессор – одноцилиндровый. В нем те же основные узлы, что и в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Это рабочий цилиндр, находящийся в нем поршень, закрепленный на шатуне, и клапаны, которые называются всасывающим и нагнетательным, в отличие от впускного и выпускного ДВС. Также есть коленчатый вал, к которому подсоединен шатун. В некоторых компрессорах, например, маломощных автомобильных для подкачки шин вместо кривошипно-коленчатого привода поршня стоит эксцентриковый.

Однако в ДВС поршень приводит через шатун во вращение коленвал. В компрессоре все наоборот. Вращающийся коленвал через шатун приводит в движение поршень. Последний, двигаясь возвратно-поступательно, сначала втягивает воздух в цилиндр, а затем сжимает и выталкивает из него.


Устройство поршневого компрессора

Первый цикл работы компрессора происходит при движении поршня в направлении от крышки цилиндра, в которой расположены клапаны. При этом внутренний объем цилиндра в этой его части (между стенками, крышкой с клапанами и поршнем) увеличивается. За счет этого происходит разряжение, преодолевающее жесткость пружины всасывающего клапана и открывающее его. Через него в цилиндр втягивается воздух. Нагнетательный клапан все это время плотно закрыт.

Когда поршень начинает двигаться в направлении крышки с клапанами, воздух начинает сжиматься, так как объем цилиндра в этой его части уменьшается. Под действием создаваемого при этом давления, превышающего атмосферное, и собственной пружины всасывающий клапан закрывается. Когда давление превысит значение, на которое рассчитана жесткость пружины нагнетательного клапана, тот открывается и выпускает из цилиндра воздух. Последний выходит под давлением, которое называется рабочим. Оно, как видно из описания работы компрессора, задается жесткостью пружины нагнетательного клапана.

Как устроен механизм и его принцип работы

Отличительные черты подобного оборудования зависят от его разновидности. Именно с учетом вида устройства можно разбирать все тонкости его функционирования. Однако можно оговорить основной принцип работы в общем для всех исполнений.

Смотрим видео, устройство поршневого агрегата:

Так, если рассматривать одноцилиндровый вариант, то в данном случае конструкцией будут предусмотрены следующие элементы:


  • Конструкция оборудования

    Цилиндр, головка цилиндра;

  • Поршень;
  • Поршневой палец;
  • Шатун;
  • Подшипники вала и непосредственно сам коленчатый вал;
  • Маховик;
  • Сальник.

Соответственно, если рассматривать компрессор двухпоршневой, то состав несколько расширится. Корпус такого устройства выполнен из чугуна. Поршень, расположенный в цилиндре, производит возвратно-поступательные движения. Доступ рабочей среды под пресс поршня осуществляется посредством специальных клапанов, которые находятся в верхней части цилиндра.

Смотрим видео, принцип работы компрессора:

Поршень приводится в движение посредством кривошипно-шатунного узла, который в свою очередь начинает движение после введения в работу привода, соединенного с валом. За каждый произведенный оборот вала выполняется два хода поршня. При непосредственном участии нагнетательного и всасывающего клапанов происходит разрежение и сжатие паров рабочей среды. Первый из названных процессов означает снижение давления, второй, наоборот, возрастание.

Коаксиальные и аксиальные устройства

Кривошипно-коленчатому валу или эксцентриковому приводу компрессора сообщает вращение двигатель агрегата – электрический или внутреннего сгорания (дизельный либо бензиновый). По взаимному расположению мотора и компрессорной головки агрегаты делятся на 2 типа:

  • коаксиальные – двигатель и головка расположены на одной оси, а их валы соединены напрямую;
  • аксиальные – двигатель и головка установлены параллельно друг другу, и вал последней приводится во вращение через ременную передачу.


Коаксиальное устройство

Компрессорные агрегаты, от которых требуется поддержание на их выходе постоянного давления и равномерного расхода воздуха, оснащаются накопителем сжатого газа – ресивером. Он представляет собой прочную толстостенную стальную емкость. В таких агрегатах воздух с компрессорной головки сначала подается в ресивер, где накапливается, а уже из него расходуется по назначению.

Устройство, работа поршневого компрессора

Что же такое компрессор? – по своему устройству это машина, предназначенная для сжатия и транспортировки газов с повышением давления на соотношение более чем 1,1. В наше время область применения и работа поршневых компрессоров очень широка, они необходимы на всех предприятиях, где в качестве источника энергии используют сжатый воздух. Компрессор можно встретить на заводах, газозаправочных станциях, автосервисах, медицинских учреждениях и даже мастерских по ремонту обуви.

На сегодняшний день наиболее распространенными типами устройств являются поршневые и винтовые компрессоры. Так как винтовые компрессоры имеют более высокую стоимость, то на небольших предприятиях, в том числе и СТО, широко применяются в работе поршневые компрессоры. Потребителями сжатого воздуха в автосервисе служат пневмогайковерты, пневмодрели, краскопульты, шиномонтажные станки, установки вакуумного отбора масла и т. д.

Устройство поршневого компрессора

Основным элементом устройства поршневого компрессора является компрессорная головка

(поршневой узел). Ее конструкция напоминает двигатель внутреннего сгорания. Она состоит из цилиндра, поршня, поршневых колец компрессора, шатуна, коленчатого вала, а также впускного и нагнетательного клапанов. В отличие от ДВС, клапаны в компрессоре представляют собой пластинку с пружиной и при работе поршневого компрессора приводятся в действие не принудительно, а от перепада давлений. Для смазки устройства поршневого компрессора, в частности трущихся деталей, в компрессорную головку заливают масло.

В случае если необходимо получить сжатый воздух высокой чистоты и без примесей масла (например, в медицинских учреждениях) применяют безмасляные компрессоры. В таком устройстве поршневого компрессора кольца выполнены с полимерных материалов, а для надежной работы поршневого компрессора применяют графитовую смазку.

Для достижения более высокой производительности поршневого компрессора компрессорные головки изготавливают с несколькими цилиндрами, которые могут иметь рядное, V-образное или оппозитное устройство.

В движение коленчатый вал приводится от электродвигателя, что обеспечивает работу поршневого компрессора. В зависимости от способа соединения с электродвигателем различают компрессоры поршневые с ременным и прямым приводом.

  1. При прямом приводе головка и двигатель расположены на одной оси и их валы в устройстве поршневого компрессора соединены напрямую.
  2. В компрессорах поршневых ременного типа привод головки и мотор расположены параллельно друг другу, а движение предается через ременную передачу. На шкиве привода головки установлены лопасти, которые обеспечивают охлаждение поршневого узла.

Другим важным элементом в устройстве и работе поршневого компрессора является ресивер

, который представляет собой стальную емкость и предназначен для поддержания постоянного давления и равномерного расхода воздуха. В ресивере также установлен клапан для сброса давления в случае если будет превышено его допустимое значение.

Для обеспечения работы поршневого компрессора в автоматическом режиме в устройстве поршневого компрессора находится прессостат

(реле давления), который при достижении заданного давления размыкает контакты и останавливает двигатель, а при снижении давления ниже некоторого значения замыкает контакты и запускает компрессор.

Работа поршневого компрессора

Работа поршневого компрессора осуществляется по следующему принципу: при движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение, в результате чего открывается впускной клапан. Так как в цилиндре давление ниже атмосферного, то через клапан поступает воздух. Для очистки поступающего воздуха в устройстве поршневого компрессора применяют фильтры. Во время движения поршня вверх при работе поршневого компрессора оба клапана закрыты. При сжатии воздуха возрастает давление в цилиндре и открывается нагнетательный клапан, через который воздух поступает в ресивер. Работающие по такому принципу поршневые компрессоры носят название одноступенчатых.

Одним из недостатков устройств поршневых одноступенчатых компрессоров

является ограниченное рабочее давление. Работа поршневого компрессора данного типа возможна с повышением давления только до 10 атмосфер. Это объясняется тем, что при больших давлениях сильно возрастает температура в цилиндре и может загореться масло, которое используется для смазки деталей.

Для достижения более высоких давлений в работе поршневых компрессоров применяют многоступенчатый принцип,

в котором воздух поочередно сжимается в каждой ступени до определенного значения, после чего охлаждается в холодильнике и подается в цилиндр следующей ступени, где сжимается до более высокого давления. В качестве холодильника в устройстве поршневого компрессора используют медную трубку с ребрами охлаждения.

Работа поршневых компрессоров на небольших предприятиях наиболее часто основывается на двухступенчатой установке с двумя цилиндрами. Цилиндр первой ступени, как правило, имеет больший диаметр чем второй.

При выборе поршневого компрессора необходимо в первую очередь учитывать характеристики потребителей сжатого воздуха. Ведь работа поршневого компрессора не должна быть постоянной. При правильном подборе компрессорной головки и ресивера время работы компрессора должно быть равным времени отдыха.

Стоит учесть, что все производители указывают на своих компрессорах производительность в л/мин только на входе. Так как при повышении давления нагнетания производительность снижается, то для того чтобы узнать ее значение на выходе нужно от указанных данных отнять 30 %.

О различных типах поршневых компрессоров

Поршневые агрегаты выпускают одно-, два- и многоцилиндровыми. Последние 2 типа по расположению цилиндров делят на V-, W-образные и рядные. Исполнение двух- и многоцилиндровых по осуществлению процесса сжатия бывает одноступенчатое и многоступенчатое (чаще всего 2-ступенчатое). Выбор нужного компрессора делают, исходя из предполагаемых работ с ним.

Как работает 1-цилиндровый, описано выше. Чтобы понять принцип функционирование остальных типов, достаточно рассмотреть 2-цилиндровый агрегат. В одноступенчатом компрессоре цилиндры (поршни) одинакового размера. Работают они в противофазе, поочередно всасывая, сжимая, а затем вытесняя воздух в линию нагнетания.


Двухцилиндровый агрегат

В 2-ступенчатом агрегате цилиндры разного размера. Наружный воздух всасывается имеющим больший диаметр. Он называется цилиндром 1-ой ступени или, по-другому, низкого давления. В нем воздух сжимается до какого-то промежуточного значения. Затем газ подается в межступенчатый охладитель (обычно медная трубка в специальном исполнении), где охлаждается, а потом в цилиндр высокого давления или, по-другому, 2-ой ступени (с поршнем меньшего диаметра). В нем воздух сжимается до максимального рабочего значения давления компрессора.

Размеры обоих цилиндров так подобраны, чтобы в каждом производилась примерно равнозначная работа по сжатию.

Промежуточное охлаждение воздуха необходимо, чтобы обеспечить максимальные КПД работы поршневой группы и давление компрессора. Ведь при сжатии газ нагревается. Вследствие этого он расширяется и начинает занимать больший объем в цилиндре 2-ой ступени. Охладившись в ресивере, воздух уменьшается в объеме, и при этом его давление падает.

Прессостат и манометр как дополнительное оснащение

Чтобы электрические агрегаты могли работать в автоматическом режиме – сами включаться и выключаться по мере необходимости, на них устанавливают прессостат (реле давления). Он размыкает электрическую цепь питания двигателя при достижении давления в ресивере максимального рабочего компрессора, и последний прекращает нагнетать воздух.

Как только давление в резервуаре снизится до предусмотренной производителем агрегата минимальной величины, прессостат обратно замыкает цепь, запуская электродвигатель. Все компрессоры оснащаются манометрами – для контроля давления на выходе агрегата и/или в ресивере. Последний обязательно оснащается предохранительным клапаном – для сброса избыточного воздуха.

Большинство профессиональных и промышленных агрегатов оборудованы:

  • фильтрами для очистки воздуха от масла, если компрессор масляный (со смазочной системой поршневой группы), и влаги;
  • клапаном для слива конденсата из ресивера.

На некоторых могут быть осушители воздуха, вентилятор для охлаждения компрессорной головки и другое дополнительное оснащение. Чем сложнее устройство, тем более трудным может оказаться ремонт компрессора.

Типичные поломки и ремонт своими руками

Поршневые компрессоры независимо от производителя имеют типичные поломки, для большинства из которых возможен ремонт своими руками. Самые распространенные неисправности выделены в таблицу.

Тип поломкиПричина и устранение
Не работает двигательНужно проверить: наличие напряжения в электросети, подключение и целостность кабеля, предохранители, осмотреть прессостат (возможна неправильная настройка) и тепловое реле (техника перегревается и должна остыть).
Двигатель гудит и не запускаетсяПроблема может быть в пониженном напряжении, в завышенном давлении в ресивере (необходимо проверить прессостат и перенастроить или заменить его на новый) либо в клапане сброса. Если последний забит, его чистят, если сломан – меняют на целый.
Воздух выходит с частицами влагиВ помещении высокая влажность — нужна хорошая вентиляция или влагоотделитель. Также могла накопиться влага в ресивере, ее нужно слить. Если влагоотделитель установлен, он может быть сломан. Его следует отремонтировать или купить новый.
Снижение производительностиПричина — прогоревшие либо изношенные поршневые кольца или сломанные клапанные пластины. Требуется замена узлов. Если забился воздушный фильтр, необходима его замена или чистка.
Перегрев компрессорной головкиПричина — не проведена замена масла, или залит неподходящий смазочный материал. Нужно исправить. Возможно, сильно затянуты болты шатуна.
Перегрев компрессораПричины — работа под значительными нагрузками или высокая температура в здании, засор воздушного фильтра.
Стук в цилиндреПричины — образование нагара и последующий износ и выход из строя поршневых колец, а также неисправность втулки головки шатуна или поршневого пальца. Взамен сломанных деталей нужно купить новые. Изношенный цилиндр растачивают, поврежденный поршень меняют на исправный.
Стук в картереБолты шатуна могли ослабнуть, их необходимо подтянуть. Также возможен износ подшипников коленвала. Их нужно заменить. Еще может быть износ шатунных шеек коленчатого вала и вкладышей шатуна. Требуется замена на работоспособные детали.
Течь масла из картеровНеобходима замена сальников.
Не проворачивается маховикНужно выставить верный зазор между поршнем и клапанной доской.
Компрессор гонит масло через сапунПричины – износ колец поршня, попадание газа в картер и образование высокого давления, вытесняющего масло. Другие варианты – засор стока маслоотражателя, забившийся воздушный фильтр, неисправный клапан сапуна или перебои в его работе.

Итак, поршневые компрессоры – самое покупаемое и популярное оборудование для сжатия и транспортировки воздуха или газов. Чтобы правильно выбрать наиболее подходящую технику, нужно разбираться в ее видах и технических характеристиках, но главное – учитывать требования пневмоинструмента или оборудования, к которым планируется подключать компрессор.

Устройство компрессора КТ-6

УСТРОЙСТВО КОМПРЕССОРА КТ- 6

Компрессор КТ6 трехцилиндровый, вертикальный, двухступенчатый с промежуточным воздушным охлаждением, относится к группе W-образных компрессоров. Данные компрессоры применяются на тепловозах серий ТЭЗ, ТЭ7, ТЭП60, маневровых тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2. Модификацией компрессора КТ6 является компрессор КТ7 с обратным направлением вращения коленчатого вала и применяемый на тепловозах серии ТЭ10, ТЭП10, 2ТЭ10.
Устройство компрессора. Основными узлами компрессора (смотри рис.1) являются чугунный литой корпус 13, два цилиндра 4 низкого давления (ц.н.д.), один цилиндр 12 высокого давления (ц.в.д.), холодильник 9 радиаторного типа с предохранительным клапаном 10, вентилятор 3 с приводом и кожухом, масляный насос. Корпус 13 имеет три привалочных фланца с окнами прямоугольного сечения для крепления цилиндров шестью шпильками и двумя фиксирующими контрольными штифтами. Одно окно фланца служит для монтажа и демонтажа узла шатунов 2. По бокам в корпусе 13 имеются два люка для доступа к деталям, расположенным внутри корпуса. Оси всех цилиндров находятся в одной вертикальной плоскости. Цилиндры низкого давления, имеющие диаметр 198 мм, расположены под углом 120°, а высокого давления с диаметром 155 мм — вертикально между двумя ц. н. д. Передняя часть корпуса закрыта съемной крышкой, в которой установлен один из подшипников коленчатого вала 1.

Рисунок 1. Общий вид компрессора КТ-6

Шейка вала уплотнена кожаным разжимным сальником в металлической обойме. Внизу корпуса расположен сетчатый масляный фильтр 14, укрепленный резьбовым штуцером. Для лучшей теплоотдачи цилиндры имеют ребра, которые у ц.н.д. расположены вдоль оси для придания большей жесткости. Все цилиндры закрыты крышками с клапанными коробками 7 и 8. К коробке ц.н.д. со стороны всасывающей полости прикреплен воздушный всасывающий фильтр 6 со сборником 5, а со стороны нагнетательной полости — холодильник 9.
Холодильник состоит из коллектора и радиаторных секций, выполненных из цилиндрических трубок, оребренных пластинами. Каждая секция при помощи патрубков соединена с соответствующими цилиндрами. Для лучшего охлаждения воздуха в холодильнике применен вентилятор 3. Чтобы предупредить произвольное повышение давления при неисправностях, в камере холодильника установлен предохранительный клапан 10, отрегулированный на давление 4,5 кГ/см2. При этом предохранительные клапаны главных резервуаров должны быть отрегулированы на давление 10,7 кГ/см2.
Поршни, снабженные двумя уплотнительными и двумя маслосъемными чугунными кольцами, соединены с шатунами 3 и 5 (рис.2) при помощи пальцев. С другой стороны шатуны соединены с головкой 1, насаженной на шатунную шейку коленчатого вала 10. Головка с шатунами образует узел шатунов. Шатун 3 с головкой 1 связан жестко, а два прицепных шатуна 5 — подвижно.

Рисунок 2. Узел шатунов

Внутренняя полость клапанной коробки (рис. 3) разделена перегородкой на две камеры: всасывающую В, в которой расположен всасывающий клапан 15 с разгрузочным устройством и нагнетательную Н, в которой расположен нагнетательный клапан 2. Нагнетательный клапан 2 прижат к корпусу коробки винтом 4 через упор. Механизм разгрузочного устройства состоит из упора 11 с тремя пальцами 16, крышки, диафрагмы 6 и стержня с диском 9. Направляющей для упора служит втулка, запрессованная в крышку.

Рисунок 3. Клапанная коробка

Механизм разгрузочного устройства работает следующим образом. Если давление воздуха в главных резервуарах превышает установленное регулятором давления, то воздух поступает от регулятора давления сверху к диафрагмам всасывающих клапанов. Под действием давления воздуха на диафрагму происходит отжатие всасывающих клапанов, в результате чего компрессор начинает работать вхолостую. Когда давление воздуха в главных резервуарах упадет ниже минимального установленного регулятором, полость над диафрагмой сообщится с атмосферой, под действием пружины возврата упора, и упор переместится вверх, отжатие всасывающих клапанов прекратится, и компрессор вновь будет работать под нагрузкой.
К трущимся поверхностям деталей компрессора смазка подается масляным насосом (рис.4) с разгрузочным клапаном 9, регулирующим подачу масла в зависимости от скорости вращения коленчатого вала.

Рисунок 4. Масляный насос

Насос, установленный в картере на цапфах, может перемещаться. В корпусе насоса расположен плунжер с хомутом, насаженным на эксцентрик вала компрессора. Внутри плунжера имеется шариковый клапан. В картере компрессора находится фильтр с обратным клапаном (сапун), выпускающий воздух при повышении давления в картере в случае пропуска воздуха поршневыми кольцами.
Масляный насос состоит из фланца 3, который через прокладку прикреплен к картеру компрессора, корпуса 2, крышки 1 и приводного валика 4. Квадратный конец валика сцепляется со втулкой, вставленной в коленчатый вал. Сферическая часть хвостовика валика служит шарниром и одновременно уплотнением валика во втулке коленчатого вала. Валик 4 имеет диск 6 диаметром 48 мм, в пазах которого расположены две лопасти, прижимаемые пружиной к эксцентриковой выточке диаметром 52 мм в корпусе.
При вращении коленчатого вала, а следовательно, и приводного валика по часовой стрелке (если смотреть со стороны квадрата валика), каждая лопасть создает разрежение в полости, изображенной красным цветом. Вследствие этого масло из фильтра картера компрессора через подводящую трубку («вход масла») засасывается в эту (красную) полость и нагнетается в полость зеленую, откуда по каналу через штуцер масло поступает к манометру, а через отверстие в приводном валике — в смазочные каналы коленчатого вала («выход масла») и подшипники. Подвод масла к манометру, поступающего из насоса с целью устранения колебания стрелки манометра, выполнен в виде штуцера, в который ввернут ниппель с калиброванным отверстием 0,5 мм и поставлен резервуар объемом 0,25 л.

Принцип действия компрессора показан на рисунке. Цилиндры низкого давления расположены так, что в то время когда в левом цилиндре происходит всасывание воздуха, в правом происходит его нагнетание в холодильник, и наоборот. Из холодильника воздух всасывается в цилиндр высокого давления, где происходит его дальнейшее сжатие.

Анимация (мультик) по схемам прямодействующего, нпрямодействующего
тормоза и ЭПТ

Отличное пособие по новому воздухораспределителю пассажирских вагонов № 242.
С анимацией и дикторским сопровождением

Конструкции поршневых компрессоров — Энциклопедия по машиностроению XXL

Уд = Vi — — действительному объему газа, поступающего в цилиндр, так как оставшийся во вредном пространстве газ давлением р2 при открывании всасывающего клапана будет расширяться до pi по некоторой политропе По, в результате чего в цилиндре перед всасыванием следующей порции газа еще останется газ объемом Кд. Отношение вредного объема Ко к полезному объему цилиндра называют коэффициентом вредного пространства и обозначают Eq. Эта величина зависит от конструкции поршневого компрессора и колеблется в пределах 0,05…0,1.  [c.84]
Конструкции поршневых компрессоров.  [c.228]

ТИПЫ и КОНСТРУКЦИИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ  [c. 487]

По исполнению конструкции поршневые компрессоры бывают одно-, двух- и многоступенчатого сжатия. В автокомпрессорах применяют одно- и двухступенчатые компрессорные установки с одним, двумя или тремя цилиндрами на каждой ступени сжатия.  [c.257]

Конструкция поршневого компрессора независимо от его типа сходна с устройством поршневого двигателя внутреннего сгора-  [c.168]

Поршневые компрессоры имеют различные конструкции и и компоновки с широким диапазоном подач.  [c.55]

Одноступенчатый компрессор. Различные по конструкции компрессоры характеризуются одинаковыми по сути термодинамическими процессами. Поэтому нет необходимости анализировать работу всего многообразия компрессоров, достаточно рассмотреть процессы, происходящие, например, в одноступенчатом поршневом компрессоре.  [c.51]

Конструкции объемных компрессоров. Поршневые компрессоры промышленного назначения выпускают в V- и Ь-образном и оппозитном исполнениях.[c.300]

Изложены термодинамические основы сжатия газов, рабочий процесс в отдельной ступени и многоступенчатом поршневом компрессоре. Рассмотрены математические модели отдельных ступеней, многоступенчатых компрессоров, различных конструкций клапанов и уплотнений поршней, конструкции компрессоров с подачей смазки в цилиндры и без нее, основные элементы межступенчатых коммуникаций, очистка, осушка газов и правила эксплуатации машин.  [c.429]

Поршневой компрессор состоит из двух групп деталей — цилиндровой группы и группы механизма движения. К первой группе относятся цилиндры и поршни, размеры и конструкция которых зависят от подачи компрессора, его рабочего давления и свойств сжимаемого газа, ко второй — картер, коренной вал, крейцкопфы и шатуны их размеры и конструкция определяются передаваемой мощностью и частотой вращения вала.  [c.228]

Цилиндры компрессоров с графитовым уплотнением отличаются от обычных главным образом конструкцией поршневых колец и уплотняющих элементов сальника.[c.110]

На фиг. 63 изображены схемы компрессоров, характеризуюш,ие применение различных конструкций цилиндров в зависимости от требуемого числа ступеней сжатия. С расчетной точки зрения у поршневых компрессоров могут быть нормализованы следующие параметры  [c.104]


Исследование акустических колебаний на всасывании в свободнопоршневых машинах. Используя акустические колебания на всасывании, можно увеличить производительность поршневого компрессора. Но особенности конструкции и принципа действия свободнопоршневых машин изменяют характер происходящих явлений.  [c.317]

Принудительно действующие клапаны в поршневых компрессорах применяются крайне редко, только в машинах специального назначения. Встречаются конструкции быстроходных компрессоров, где принудительно действующими являются всасывающие клапаны, а нагнетательные выполнены самодействующими.[c.513]

Завод провел большую работу по усовершенствованию первоначального варианта нагнетателя 280-11-1 и 280-11-2. С целью модернизации нагнетателя на заводе проведен большой объем экспериментально-исследовательских и наладочно-доводочных работ. В результате отработана надежная и техническая совершенная конструкция нагнетателя, позволившая решить важнейшую задачу — заменить малопроизводительные поршневые компрессоры для компрессорных станций магистральных газопроводов высокопроизводительными центробежными.  [c.479]

Поршневой компрессор простейшей конструкции (рис. 10-1) представляет собой цилиндр 1, в котором совершает возвратнопоступательное движение поршень 2. Это движение сообщается ему посредством шатуна 3 от кривошипа или коленчатого вала 4, который приводится во вращение двигателем.  [c.175]

В устройствах, работающих по замкнутому циклу, в том числе и в двигателе Стирлинга, необходимо избегать потерь рабочего тела, поскольку такие потери снижают среднее давление цикла и, следовательно, выходную мощность. Имеется много путей для просачивания рабочего тела из внутренней полости двигателя например, водород под действием высоких давлений и температур будет диффундировать сквозь металлические перегородки, изготовленные из больщинства металлов и сплавов (особенно это относится к нержавеющей стали). Однако чаще всего основной причиной утечки является просачивание газа под давлением около поршней и их штоков. На первый взгляд такую утечку можно ликвидировать, установив обычные уплотнения, т. е. металлические кольца или кольца из шнура, поскольку, например, газовые компрессоры работают при давлениях, превышающих давление в двигателях Стирлинга. Однако рабочие температуры в двигателях Стирлинга выше, чем в компрессорах, и это усложняет решение проблемы уплотнений. В двигателях внутреннего сгорания рабочие температуры сопоставимы с температурами в двигателях Стирлинга, однако в двигателях Стирлинга уплотнения должны работать в атмосфе ре, не содержащей масла, поскольку при попадании масла из картера в рабочие полости происходит его пиролиз и образование углеродных отложений, засоряющих теплообменники и особенно высокопористые регенераторы. Кроме того, масло в картере может загрязняться просачивающимся рабочим телом. Усовершенствование уплотнений не должно производиться за счет увеличения трения, поскольку это может привести к недопустимому падению рабочих характеристик на валу двигателя. Из сказанного видно, что создание работоспособной конструкции уплотнения для двигателей Стирлинга с высоким внутренним давлением представляет достаточно серьезную проблему. Этот вопрос рассматривается в разд. 1.7. Необходимо уяснить, что использование газообразного рабочего тела, находящегося под высоким давлением, делает чрезвычайно вероятной утечку газа безотносительно к степени совершенства уплотняющих устройств. Следовательно, чтобы поддерживать выходную мощность двигателя на одном уровне в течение длительного периода эксплуатации, такая утечка должна компенсироваться. Практически это означает, что на двигателях Стирлинга с высоким давлением должен быть установлен компрессор, автоматически нагнетающий сжатый газ в двигатель при падении давления цикла ниже определенного уровня иными словами, должен быть обеспечен процесс подкачки . Компрессор может быть расположен как внутри двигателя, так и вне его. В двигателе с косой шайбой Форд — Филипс имеется внутренний поршневой компрессор, состоящий из небольших порш-  [c.81]


Нормальная работа компрессора прежде всего обусловливается правильной работой распределительных органов, впускающих и выпускающих воздух в компрессор и из компрессора. В поршневых компрессорах воздухораспределение осуществляется при помощи клапанов и золотников. Конструкции клапанов пластинчатые, тарельчатые и шпиндельные. Последние имеют длинный направляющий шпиндель, обеспечивающий точную посадку тарелки на седло.  [c.250]

У ПС поршневых компрессоров [58] обычно представляют собой комплект из шести-десяти плавающих колец, каждый из которых воспринимает долю общего перепада давлений Ар = Ар,-(см. рис. 4.6). Конструкции УПС весьма разнообразны. В последнее время широко применяют УПС с кольцами из само-смазывающихся материалов, не требующих специальной системы смазки при газообразных рабочих средах.[c.153]

Простейшую конструкцию продувочного насоса имеет поршневой компрессор. Разновидностью его является кривошипно-камерный продувочный насос.  [c.291]

От значений и колебания функциональных параметров зависят эксплуатационные показатели изделий. Например, изменение величины зазора между поршнем и цилиндром изменяет мощность двигателей, а в поршневых компрессорах — весовую производительность. Воздействие погрешностей функциональных параметров может проявляться независимо или в связи с другими параметрами. Например, упругие свойства пружин и мембран приборов зависят не только от физико-механических свойств материала проволоки или ленты, но и от непостоянства диаметра проволоки и толщины мембраны. Точность станков обусловлена правильностью перемещения его рабочих органов, что определяется как точностью геометрических параметров деталей и узлов станка, так и их жесткостью-, виброустойчивостью, упругими и пластическими деформациями (включая местные контактные деформации поверхностей), зависящими, в свою очередь, от сил резания, их колебания, от. собственной массы вращающихся частей, их уравновешенности, механических свойств материала, химических и физико-механических свойств смазки и т. д. Подобные примеры можно привести, анализируя конструкцию любой машины, прибора или другого изделия.  [c.13]

Существующая классификация машин по функциональным признакам исключает возможность осуществления конструктивной преемственности, например, в направлении унификации шатунно-кривошипных механизмов различных типов холодильных и воздушных компрессоров и двигателей внутреннего сгорания при совпадении величины максимально поршневого усилия Ртах Отнесение поршневых компрессоров и поршневых двигателей внутреннего сгорания к различным типам правильно лишь с функциональной точки зрения и неправильно с технологической, так как предопределяет резко различные их конструкции и, как следствие, изготовление на различных заводах мелкими сериями.  [c.138]

Наиболее распространен первый тип. Конструкции этих компрессоров многообразны [1—3, 15—18], однако аммиак контактирует в них с однотипными конструктивными элементами картером, цилиндрами, ложными крышками, поршнями, клапанами, поршневыми кольцами, сальниковыми уплотнениями.  [c.295]

В машиностроительной промышленности, кроме горизонтальных поршневых компрессоров, применяются также компрессоры других конструкций вертикальные, У-образные, АУ-образные и др.  [c.11]

Интересно отметить, что даже в таких, казалось бы, устоявшихся конструкциях поршневых машин, как дизели и компрессоры, в результате ряда конструктивных и технологических усовершенствований, удалось резко снизить расход цветных металлов (табл. 42).  [c.107]

Наиболее распространённые числа оборотов компрессоров для СССР и Европы — 1500 в минуту в соответствии с частотой переменного тока 50 герц. Компрессор и двигатель имеют общий коленчатый (эксцентриковый) вал, ось которого может быть горизонтальной или вертикальной. В случае применения вертикальной оси нижний конец вала связывается с ротором масляного насоса. При горизонтальной оси часто применяется смазка разбрызгиванием. Конструкции поршневых компрессоров разнообразны (фиг. 27 и 28) [14]. В двухци-  [c.693]

Фиг. 6-14. Конструкция поршневого компрессора с крейцкопфом с К-образным раслоложеиием цилиндров.

По своей конструкции поршневые компрессоры делятся на одно-цилн1Дровые и многоцилиндровые, а по расположению цилиндров — на горизонтальные и вертикальные.  [c.302]

Боздухосборникп для воздушных стационарных поршневых компрессоров общего назначения — Конструкция и основные дшзмеры 424, 425 — Материалы обечайки, днища, люка, опор, патрубков и фланцев 426  [c.552]

С точки зрения технологических основ конструирования нужно считать нерациональными такие, например, конструкции поршневых машин, как компрессор, двигатель внутреннего сгорания и паровая машина, у которых при одном и том же максимальном поршневом усилии шатунно-кривошипные механизмы конструктивно разрешены индивидуализированно по. всем деталям, поскольку в данном случае один и тот же механизм (фиг. 1) может быть применен для всех трех машин.  [c.9]

Из сказанного следует, что основная принципиальная схема всех поршневых машин одинакова, однако конструктивное оформление отдельных ее звеньев бывает различным. Так, например, шатунно-кривошипный механизм может быть крейцкопфным или бескрейцкопфным цилиндры могут быть простого или двойного действия, для двух- и четырехтактного двигателя в поршневых компрессорах поршень может быть дисковым, ступенчатым или дифференциальным станины бывают открытого и закрытого типов и г. д. вся машина может быть горизонтальной, вертикальной, угловой, V-, W- или звездообразной и т. п. Область применения поршневых машин той или иной конструкции зависит от их назначения и условий работы. Нередки, однако, случаи применения даже для совершенно одинаковых условий работы поршневых машин самых разнообразных конструкций.  [c.102]

Конструкции и методы расчета поршневых компрессоров, способы их регулирования, обору-дован(1е компрессорных станций и правила их эксплуатации достаточно подробно изложены в [18].[c.457]

Американскими нормами ( ompressed Air Institute) предусматривается расход масла для воздушных компрессоров общего назначения, исходя из расхода 1 г на 750—1000 поверхности скольжения. При этом нормы расхода для различных компрессоров в зависимости от диаметра цилиндра и производительности должны быть не ниже величин, приведенных в табл. 171 —172. В табл. 173 приведены технические данные и нормы расхода смазки для некоторых отечественных конструкций воздушных поршневых компрессоров.  [c.747]

Коэффициент подачи находится в весьма сложной зависимости от степеии сжатия, конструкции компрессора, числа оборотов, вида сжимаемого газа и др. Определен он может быть только в результате испытаний, достигая значений не выше 0,8 0,9. В холодильных установках коэффициент подачи поршневых компрессоров может быть определен отношением действительной хладопроизводительности, получаемой при испытании, к теоретической при тех же температурах испарения, конденсации и охлаждения.[c.134]

Виды испытаний. Создание нового образца СПГГ с последующим доведением его до серийного производства и создание иа базе этого образца силовых установок различных мощностей представляют довольно сложную задачу. В общих чертах проводимые при этом работы имеют сходство с процессами создания современных двигателей внутреннего сгорания с наддувом и быстроходных поршневых компрессоров. При освоении овых конструкций СПГГ и при создании силовых установок с серийными образцами генераторов газа необходимо выполнение комплекса исследований, обеспечивающих  [c.38]

Кроме измерений средних по времени давлений при испытаниях часто требуется определить максимальные давления в двигателе, компрессоре, ресивере и буфере. Эти давления можно измерять с помощью приборов, употребляемых при испытаниях обычных двигателей внутреннего сгорания и поршневых компрессоров [10], [23], [49]. Для этой цели могут быть применены максимальные манометры, механические индикаторы и пневмо-электрические максиметры. Из-за большой инерционности механические индикаторы непригодны для измерения максимальных давлений в СПГГ, работающих с высоким числом циклов (выше 600—1000 цикл/мин). Максимальные манометры, в конструкции которых имеется невозвратный клапан, всегда показывают давление меньше действительного. В связи с тем, что упомянутые приборы не приспособлены к длительной непрерывной работе, измерять ими давления можно только периодически. В силу этих причин измерение максимальных давлений обычно совмещается с индицированием цилиндров и производится с помощью специальных индикаторов (датчиков), описание которых приведено в главе 3.  [c.64]


Каталог компрессорного оборудования

Корпус центробежных компрессоров с горизонтальным разъемом состоит из литого цилиндра, ротора, пакета закладных деталей, уплотнений и подшипников. Горизонтальный разъем цилиндра упрощает осмотр и ремонт деталей проточной части, подшипниковых узлов и уплотнений.

Модификация базовых моделей может быть выполнена в соответствии с требованиями заказчика.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА

  • Горизонтальный разъем корпуса компрессора вместе со встроенными закладными деталями проточной части позволяет создавать сложные машины для сжатия пожароопасных газов (кислород) и газов, склонных к образованию различных отложений в проточной части
  • Возможность обслуживания подшипников и уплотнений без разборки корпуса
  • Доступ к закладным деталям и ротору через верхнюю половину корпуса позволяет значительно снизить затраты на плановое техническое обслуживание компрессоров
  • Конструкция и материальное исполнение отвечают повышенным требованиям по сжатию пожароопасных газов
  • Многолетняя наработка в условиях эксплуатации обеспечивает высокую надежность и эффективность конструктивных элементов
  • Перед поставкой на объект компрессор проходит приемо-сдаточные испытания на стенде завода-изготовителя с подтверждением заявленных технических характеристик
  • Разработка и исполнение установки возможны по индивидуальным требованиям заказчика

ВАРИАНТЫ ИСПОЛНЕНИЯ

  • Компрессорные установки для размещения внутри капитальных зданий компрессорных цехов
  • Ангарное исполнение со всеми системами жизнеобеспечения (легкосборное здание)
  • Установки для эксплуатации на открытом воздухе

ТИПОВОЙ ОБЪЕМ ПОСТАВКИ

  • Компрессорный агрегат (корпус (-а) сжатия, мультипликатор, несущая рама, муфты, трубопроводы, обвязки)
  • Приводной электродвигатель (ГТУ, ГПД, паровая турбина)
  • Системы смазки и уплотнений
  • Антипомпажная защита
  • Система автоматизации

Поршневой холодильный компрессор.

Принцип работы и устройство. —

Основным и наиболее ответственным компонентом любой холодильной установки, от бытового холодильника до промышленной машины, является компрессор. Он служит для создания разности давлений и обеспечения основных процессов в системе.  Холодильный компрессор всасывает хладагент в виде пара с низким давлением и температурой, сжимает его и нагнетает с высоким давлением и температурой в конденсатор.

Наибольшее распространение в холодильной технике получили поршневые компрессоры. Принцип их работы основан на возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре.

 

Принцип работы поршневого холодильного компрессора.

В поршневом компрессоре возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре обеспечивается за счет  вращения коленчатого вала. Вращение коленвала создается за счет работы электродвигателя. Поршневой компрессор может иметь один, два, три, четыре, шесть и  восемь цилиндров. За один полный оборот коленчатого вала поршень совершает два хода между двумя крайними положениями и в каждом его цилиндре выполняется полный рабочий процесс.

Рассмотрим работу поршневого компрессора на примере простейшего варианта с одним цилиндром и соответственно одним поршнем. Весь рабочий процесс можно разделить на две части: фаза всасывания и фаза нагнетания.

clip_image001.jpg» o:title=»Поршневой»/>

Рисунок 1. Принцип работы поршневого холодильного компрессора: а) – процесс всасывания, б) – процесс нагнетания

 

Процесс всасывания поршневого компрессора.  

При движении поршня (3) вниз от крайней верхней точки, в рабочей зоне (8) создается разряжение за счет увеличения объема полости цилиндра. И как только давление в рабочей области цилиндра (8) станет ниже давления в полости всасывания (11), всасывающий клапан (12) открывается, и пары хладагента из испарителя попадают в цилиндр (4).

Процесс нагнетания поршневого компрессора.

При движении поршня (3) вверх от крайней нижней точки, в рабочей зоне (8) давление растет, за счет уменьшения объема полости цилиндра (8) и сжатия паров хладагента. При увеличении давления всасывающий клапан закрывается, и как только давление в рабочей зоне (8) становится выше, чем в области нагнетания (7), нагнетательный клапан (1) открывается и газ поступает в конденсатор. В рабочем процессе поршневого компрессора невозможно полностью использовать весь объем цилиндра. Остается минимальное расстояние между поршнем в крайней верхней точке и крышкой цилиндра (10). Это пространство является вредным, за счет него образуются лишние потери в работе компрессора.

Так, при обратном ходе поршня, оставшаяся часть паров хладагента расширяется до давления в области всасывания (9), только после этого открывается всасывающий клапан (12). Рабочий процесс повторяется.

 

Устройство поршневого холодильного компрессора

Рассмотрим устройство холодильного поршневого компрессора на примере шестицилиндрового полугерметичного компрессора фирмы Bitzer. Основные элементы конструкции поршневого компрессора показаны на рисунке 2.

clip_image002. jpg» o:title=»устройство поршневого компрессора»/>

Рисунок 2. Устройство поршневого холодильного компрессора

 

Большое внимание при работе поршневого компрессора уделяется его системе смазки. Смазывание рабочих, трущихся частей компрессора необходимо чтобы уменьшить их износ и увеличить срок службы поршневого компрессора. В зависимости от конструкции, смазка поршневого компрессора осуществляется методом разбрызгивания и с помощью встроенного масленого насоса.

 

Конструкция поршневого холодильного компрессора.

Поршневые компрессоры могут быть герметичными и полугерметичными, конструктивно размещаясь в одном корпусе с электродвигателем, и полугерметичными открытого типа, зацепляясь с электродвигателем через муфту или другую передачу. Преимуществом полугерметичных поршневых компрессоров перед герметичными является возможность в случае поломки разобрать его и заменить поврежденные детали, не меняя целиком компрессор.

 

Производительность поршневых компрессоров может регулироваться с помощью частотных преобразователей, изменяя скорость вращения вала компрессора. Кроме этого полугерметичные компрессоры могут менять производительность с помощью системы электромагнитных клапанов, позволяющих закрывать часть всасывающих клапанов или перепускать газ.

 

На сегодняшний день на рынке холодильной техники в России, и в Челябинске в частности, представлены такие производители поршневых компрессоров, как Bock, Bitzer, Frascold, Copeland, Maneurop, Aspera, L’Unite Hermetique. К сожалению, среди них нет пока ни одного российского производителя.

Устройство компрессора от холодильника ФГ-0,100 :: АвтоМотоГараж

Компрессор кривошипно-кулисного типа с внутренней подвеской.

К достоинствам этих компрессоров следует отнести меньшую массу и габариты, лучшие показатели по теплоэнергетическим характеристикам, низкий уровень звука и виб¬раций.

Устройство компрессора.

Кожух мотор-компрессора изготовлен из листовой стали. Кривошипно-кулисный мотор-компрессор с вертикальным расположением вала подве¬шен на пружинах внутри герметичного кожуха. В зависимости от конструкции подвески пружины работают на сжатие или растяжение и служат для гашения колебаний, возникающих при работе компрессора. Пружины крепятся на кронштейнах, находящихся в верхней части кожуха, и ввинчиваются в отверстия специальных приливов на корпусе. Корпус компрессора в свою очередь приливами опирается на пружины. Нагнетательная трубка изогнута змеевиком, что не препятствует колебаниям мотор-компрессора.

Цилиндр отлит вместе с глушителями. Он устанавливается на блоке мотор-компрессора позиционируется четырьмя штифтами и фиксируется двумя винтами. Противовес отлит вместе с кривошипным валом. Для уменьшения инерционных масс поршень изготовлен полым. Обойма свернута из листовой стали. Поршень соединен с ней пайкой медистыми припоями. Ползун кулисы чугунный. На торце цилиндра установлена прокладка всасывающего клапана, сам клапан позиционируется двумя штифтами. Нагнетательный клапан вместе с ограничителем крепится к седлу заклепками. Клапаны — пружинные пластинки из стальной высокоуглеродистой, термически обработанной ленты — установлены на штифты. На тех же штифтах установлены скобы, которые ограничивают подъем клапана. Высота подъема всасывающего клапана 0,5±0,08 мм, нагнетательного — 1,18 мм. Диаметр всасывающего отверстия 5 мм, нагнет тельного — 3,4 мм. Седло клапанов и головка цилиндра отлиты из чугуна. Вал ротора вращается в подшипнике в корпусе компрессора.

Система смазки компрессора.

Трущиеся части компрессора смазываются маслом под действием центробежной силы через косое отверстие в нижнем торце коренной шейки вала. При вращении вала масло, попадая в наклонный канал, поднимается вверх и попадает к трущейся паре вал — корпус компрессора. Дальше по винтовой канавке масло поступает к паре вал – ползун. Пара поршень – цилиндр смазывается разбрызгиванием.

Электротехническая часть компрессора.

Электродвигатель однофазный, асинхронный, с пусковой обмоткой. Для пуска двигате¬ля и защиты от перегрузок применяют пускозащитное реле, соединенное с двигателем при помощи колодки зажимов, закрепленной на проходных контактах пластинчатой скобой. Реле установлено на раме. Ротор электродвигателя совмещен непосредственно с валом компрессора. Статор прикреплен к корпусу компрессора четырьмя винтами. Статор набран из штампованных листов электротехнической стали. Обмотка статора двухполюсная, четырехкатушечная. Корпус компрессора чугунный, одновременно служащий опорой вала.

Вскрытия корпуса компрессора и полная разборка …


По случаю попался мне не работоспособный образец для экспериментов компрессора ФГ-0.100. Неисправностью этого компрессора является межвитковое замыкание одной из обмоток электродвигателя.

И так вот подопытный:

Чтоб добраться до внутренностей использовал УШМ, можно использовать ножовку по металлу, но это долго и ещё неизвестно, сколько понадобится полотен :). Толщина стального корпуса компрессора приличная …

Срез выполнялся по сварному шву …

Удаляем пластину-ограничитель, и извлекаем содержимое …

… конструкция подвески. Пружины работают на сжатие …

… силовой агрегат в разных ракурсах …

Продолжаем разбирать дальше:

При неудачной (неправильной) распрессовки вала, немного его поломали. Если нужно чтобы вал был целиковым (не как в нашем случае), то его нужно просто выбить с противоположной стороны колена:

Вот вроде всё разобрали:

Как это устроено от automotogarage.ru

 

Carnot дает центробежный импульс конструкции воздушного компрессора 500-летней давности

Скромный воздушный компрессор является основным элементом современной мастерской, лежащей в основе всего: от накачивания шин до пневматических инструментов, заводского оборудования, исследовательского оборудования и распылителей краски. Но всегда есть способ сделать что-то лучше, и одна калифорнийская компания считает, что она разработала дизайн, который заметно снижает уровень шума, служит дольше, лучше управляет теплом и снижает общую стоимость владения на 20 процентов без использования масла. .

В компрессоре Карно используется странный центробежный процесс, чтобы значительно сократить количество движущихся частей в устройстве. Команда рассказала мне, что это вдохновлено устройством шестнадцатого века, называемым тромпом, которое использовало силу и вес падающей воды, наполненной пузырьками воздуха, для сжатия воздуха и проталкивания его через трубу без каких-либо движущихся частей. Они обычно использовались в горнодобывающей промышленности, а также были характерным элементом кузниц в Каталонии.

Тромпа должна быть огромной, чтобы создавать какое-либо реальное давление — одна, построенная в Ragged Chute, Онтарио, использует падение с высоты 345 футов (105 метров) для создания всего 128 фунтов на квадратный дюйм, поэтому команда Карно искала другой способ ускорив пузырьковую воду для достижения того же эффекта, и прибыл в центрифугу.

Итак, компрессор Карно всасывает воздух через фильтр вверху и смешивает его с водой в верхней части быстро вращающегося барабана. Чем быстрее вы его вращаете, тем тяжелее становится вода, как если бы вы вращали ведро с водой вокруг головы. Таким образом, вода давит и сжимает воздух, и смесь вытесняется со дна, разделяясь на сжатый воздух и воду, когда она проходит через выходные каналы.

Поскольку движущимися частями являются только барабан центрифуги и вытяжной вентилятор, компрессор Carnot работает дольше, работает тише и потребляет меньше энергии, чем традиционные компрессоры, без использования масла

Carnot Compression

Сжатый воздух в бак попадает как обычно.Вода, которая в этом процессе поглощает большую часть тепла сжатия, затем проходит через теплообменник, который охлаждает воду, излучает тепло и подает холодную воду обратно в барабан. Работа сделана. Единственные движущиеся части — это вращающийся барабан, приводимый в действие относительно тихим электродвигателем, и любой вытяжной вентилятор, который может вам понадобиться на радиаторе, если он вам вообще понадобится.

Действительно, этот вытяжной вентилятор, по словам генерального директора Carnot Compression Тодда Томпсона, является самой шумной частью всего устройства, поскольку сам компрессорный барабан очень тихо вращается в устройстве: «Для коммерческого проекта с надлежащим корпусом и расположением вентиляторов система сможет работать в помещении при уровне ниже 70 дБ.«

У Карно есть прототип, полностью интегрированная машина, разрабатываемая и испытываемая в Рино, которая, по словам Томпсона, была профинансирована за счет гранта Калифорнийской энергетической комиссии. Первоначально компания планирует выпустить продукт мощностью 10-20 лошадиных сил, но он будет легко масштабироваться для приложений мощностью более 100 лошадиных сил по мере развития технологии. «Мы также видим потенциал для сжатия газов, отличных от воздуха, — говорит Томпсон. По словам Карно, тот факт, что в этой конструкции не используется масло, имеет собственные преимущества, поскольку он обеспечивает отсутствие загрязнения маслом в воздушном потоке, что имеет решающее значение в некоторых случаях производства, исследований, окраски, пищевых продуктов и напитков, где чистота воздуха очень высока. иметь дело.

Carnot все еще находится на стадии разработки и ищет инвесторов для вывода этой технологии на рынок, который, как ожидается, к 2025 году будет стоить около 40 миллиардов долларов США. Интересная и многообещающая технология. Посмотрите видео ниже.

СЖАТИЕ КАРНО 10

Источник: Carnot Compression

Разработка системы сжатого воздуха для новых или реконструированных магазинов

Когда дело доходит до проектирования системы сжатого воздуха для нового или модернизированного автосервиса, необходимо рассмотреть несколько системных требований.В зависимости от того, какую работу выполняет магазин и сколько людей использует оборудование, существует множество вариантов систем сжатого воздуха и конструктивных качеств, которые могут сделать магазин эффективным и безопасным. Так говорит Джарретт Аффолтер, руководитель группы специалистов по продуктам, Compression Technologies & Services, Ingersoll Rand, мировой лидер в области технологий и услуг сжатия.

«Магазины должны обеспечить базовые показания профиля нагрузки воздушной системы перед любым ремонтом или новым строительством», — советует он.«OEM-производители, такие как Ingersoll Rand, могут легко провести одно из этих показаний с помощью IntelliSurvey — семидневной оценки воздушной системы с оборудованием для регистрации данных для определения профиля нагрузки системы. Результаты измерений могут помочь магазинам определить правильную систему сжатого воздуха для настройки, исходя из текущих потребностей и условий магазина, а также любых улучшений, которые могут быть полезны для повышения прибыли магазина ».

ОПЦИИ КОМПРЕССОРА

Когда кто-то строит магазин с нуля и хочет приобрести новый компрессор, важно учитывать все варианты оборудования и требования магазина, чтобы сделать правильную покупку, — говорит Аффолтер из Ingersoll Rand. Вот некоторые вопросы:

  • Какой компрессор вы используете для питания?
  • Сколько человек будет одновременно использовать мощность компрессора?
  • Какой блок питания в магазине? Вам нужен трансформатор для поддержки оцениваемого воздушного компрессора?

Эти вопросы помогут вам выбрать правильную мощность компрессора, будь то небольшой поршневой агрегат или маслозаполненный винтовой компрессор.

«Как правило, небольшие поршневые агрегаты идеально подходят для небольших сервисных центров с периодическим использованием инструмента, но они также могут приводить в действие большое оборудование, такое как автомобильный подъемник», — говорит Аффолтер.«Винтовые компрессоры предназначены для цехов, которые постоянно используют сжатый воздух и нуждаются в большей мощности, чем может выдержать поршневой агрегат.

«Винтовой компрессор идеально подходит для крупных магазинов с более чем тремя специалистами по обслуживанию и может поддерживать работу нескольких инструментов и оборудования одновременно».

При обновлении оборудования, Affolter говорит, что рекомендуется сохранить все старые компрессорные баки для обеспечения дополнительной производительности и поддержки. Даже старый, шумный компрессор может сыграть роль в магазине.Звук может быть рассеян с помощью:

  • Перемещение компрессора в другое место цеха.
  • Построение корпуса вокруг компрессора, чтобы заглушить звук.
  • Дистанционное водоснабжение водозабора.

КОНФИГУРАЦИЯ ТРУБОПРОВОДОВ

Если вы хотите расширить магазин или построить более крупный магазин, подумайте об установке или изменении конфигурации трубопроводов сжатого воздуха, чтобы обеспечить одинаковую подачу воздуха на все оборудование, — говорит Аффолтер из Ingersoll Rand.

«Использование петли, а не одной трубы, проходящей через весь цех, обеспечит подачу одинакового давления и потока в каждую точку использования», — говорит он. «Это фундаментальная деталь, которую часто упускают из виду».

Если магазину требуются новые трубопроводы или необходимо изменить текущую структуру, он говорит, что важно подумать о следующем:

Рассмотрите возможность установки нового системного регулятора

«Не все системы должны работать с максимальным давлением, на которое всегда способен воздушный компрессор», — отмечает Аффолтер.«Регулятор поможет выдавать только необходимое давление. Это обеспечивает максимальную эффективность работы системы. Воспользуйтесь любой реконфигурацией трубопровода, чтобы добавить регулятор давления в систему.

Провести исследования материалов трубопроводов

Affolter отмечает, что алюминий рекомендуется для обслуживания автомобилей, хотя есть и другие варианты.

«Некоторые материалы трубопроводов более подвержены коррозии и имеют более высокие потери давления», — говорит он. «Например, поливинилхлорид (ПВХ) — это самый дешевый материал, но он также может создавать угрозу безопасности.Трубопроводы могут разлететься, если трубопроводы ПВХ находятся под избыточным давлением ».

Кроме того, синтетическая смазка для компрессоров может привести к ухудшению качества клея на ПВХ-соединениях, что приведет к разрыву трубопровода. Обратитесь к производителю комплектного оборудования, производящему быстроразъемные трубопроводные системы, которые удобны для пользователя и просты в установке, например, SimplAir от Ingersoll Rand, рекомендует Affolter. Магазины, устанавливающие трубопроводы на месте, экономят ресурсы на рабочей силе. Техники OEM также доступны для помощи в установке систем сжатого воздуха.

КАЧЕСТВО ВОЗДУХА И УДАЛЕНИЕ КОНДЕНСАТА

Чистота и фильтрация воздуха особенно важны в цехе, поскольку в нем есть все оборудование, приводимое в действие компрессорами. «Чистый, сухой воздух, свободный от мусора и влаги, обеспечивает надежную работу пневматических инструментов и оборудования в течение длительного времени», — говорит Аффолтер. «Эффективная сушка сжатого воздуха также оказывает значительное влияние на качество и целостность приложений для обслуживания транспортных средств. Это напрямую влияет на конечный результат, в том числе на лакокрасочное покрытие, где вы можете увидеть такие проблемы, как «рыбий глаз» и «апельсиновая корка».’”

При заправке шин требуется чистый сухой воздух с использованием систем контроля давления в шинах, и есть долгосрочные преимущества, заключающиеся в том, чтобы воздух оставался сухим и чистым, чтобы продлить срок службы обода и шин, добавляет он.

«Рассмотрите возможность добавления осушителя в систему сжатого воздуха, чтобы гарантировать, что система выводит высококачественный воздух», — говорит он. «Несмотря на то, что при выборе воздушного компрессора для обеспечения необходимого объема воздуха часто требуется много размышлений и расчетов, выбор правильного осушителя будет иметь значительное влияние на качество воздуха, который в конечном итоге доставляется.”

Источник: FleetMagazine.com

The Compressor — Блог об аэрокосмической технике

В этом посте будет обсуждаться конструкция компрессоров реактивных двигателей, ведущая к определению ориентировочных рабочих параметров. Для двигателей меньшего размера используются центробежные (CF) компрессоры, поскольку они могут работать с меньшими расходами более эффективно и более компактны, чем осевые компрессоры. Однако осевые компрессоры обладают преимуществом меньшей передней площади для данного расхода, могут работать с более высокими расходами и, как правило, имеют более высокий КПД, чем компрессоры CF.Для более крупных турбин, используемых на гражданских самолетах, наиболее подходящими будут компрессор и турбина осевого типа. Ранние осевые компрессоры были способны повышать давление в зоне входа примерно в 5 раз, в то время как современные турбовентиляторные двигатели имеют соотношение давлений более 30: 1.

Схема осевого компрессора низкого давления ТРД Olympus BOl.1. (Фото: Википедия)

Поскольку давление повышается в направлении потока через компрессор, существует серьезный риск разделения пограничных слоев на лопатках компрессора, когда они сталкиваются с этим неблагоприятным градиентом давления.Когда это происходит, производительность компрессора резко падает, и говорят, что компрессор глохнет. По этой причине сжатие распределяется по большому количеству ступеней компрессора, так что меньшие приращения давления на каждой ступени позволяют инженерам получить большую общую степень сжатия без остановки. Ступень состоит из ряда вращающихся лопастей, называемых ротором , и ряда неподвижных лопастей, называемых статором . Каждый из этих рядов может состоять из 30-100 отдельных лопаток, и между входом для воздуха и выходом компрессора может быть до 20 ступеней.Роль лопастей ротора заключается в ускорении поступающего воздуха с целью увеличения кинетической энергии жидкости. Затем через статоры жидкость замедляется, и, как следствие, давление жидкости увеличивается. По мере увеличения давления и плотности на каждой ступени общая скорость потока поддерживается относительно постоянной за счет уменьшения высоты лопастей от ступени к ступени. Таким образом, компрессор сужается от входа к выходу.

В попытке уменьшить количество ступеней компрессора для более компактного двигателя цель проектировщика состоит в том, чтобы максимально увеличить степень сжатия на каждой ступени.Степень сжатия ступени R определяется следующим выражением:

Где — изоэнтропическая эффективность ступени, T 01 — общая (застойная) температура, U частота вращения компрессора, C a осевая скорость жидкости, c p коэффициент скрытого плавления при постоянном давлении, а b 1 и b 2 угол передней и задней кромки лопасти ротора относительно осевого направления потока.

Схема осевого компрессора. (Фото: Википедия)

Степень сжатия на каждой ступени может быть увеличена до максимума за счет увеличения скорости вращения компрессора U , угла, на который жидкость поворачивается поперек лопастей ротора, tan b 1 –tan b 2 и осевой скорости жидкость C, , , через компрессор. Однако степень этих трех параметров ограничена.

1. Скорость конца лезвия и, следовательно, U ограничена соображениями напряжения в основании. Если предполагается, что вентилятор имеет постоянную площадь поперечного сечения, то центробежное напряжение в основании определяется выражением

.

Где U t — скорость вершины, — это плотность лезвия, а отношение r r / r t называется отношением длины ножки к вершине лезвия. Чтобы предотвратить отсоединение лопастей от ступицы и разрушение двигателя, это корневое напряжение не должно превышать определенного предела прочности.Видно, что корневое напряжение пропорционально квадрату скорости вращения компрессора и уменьшается по мере уменьшения длины лопатки. Поскольку лопатки первого компрессора имеют наибольшую длину, они ограничивают максимальную скорость концевых частей и, следовательно, эффективность компрессора. Поэтому обычно компрессор разделяют на конфигурации с двумя или тремя золотниками, такие как большой вентилятор, компрессоры среднего и высокого давления, которые вращаются с тремя разными скоростями.Таким образом, вентилятор большого диаметра может вращаться на более низких скоростях, чтобы удовлетворить ограничениям по напряжению, в то время как компрессор высокого давления с более короткими лопастями может вращаться на более высоких скоростях.

Однако скорость вращения вентилятора обычно ограничивается более строгими соображениями напряжения. В турбовентиляторном двигателе вентилятор большого диаметра в передней части двигателя действует как одноступенчатый компрессор. В современных турбовентиляторных двигателях вентилятор разделяет поток, при этом большая часть воздуха попадает в байпасный канал к движущему соплу, и только небольшая часть попадает в активную зону.Высокие нагрузки на корни, вызываемые длинными лопастями вентилятора, часто усугубляются ударами птиц. По механическим причинам часто используется нижний предел отношения корня к верхушке, равный 0,35. Поток, падающий на вентилятор, также имеет очень высокое число Маха, поскольку крейсерская скорость гражданского самолета обычно составляет около M = 0,83. Сверхзвуковой поток неизбежно заканчивается ударной волной, что приводит к увеличению давления и энтропии над лопатками компрессора. Ударные волны снижают эффективность лопаток компрессора, поскольку они возмущают поток по профилю, что приводит к отрыву пограничного слоя.Кроме того, эти ударные волны могут вызывать нежелательные вибрации лопастей вентилятора, которые еще больше снижают эффективность компрессора и увеличивают шум. Поэтому из соображений эффективности, снижения шума и ограничения повреждений от ударов птиц скорость вращения вентилятора ограничена, обычно относительное число Маха 1,6 считается верхним пределом.

2. Осевая скорость C a должна быть максимальной, чтобы оптимизировать степень сжатия и уменьшить площадь передней части двигателя.Подобно аргументу, приведенному выше, осевая скорость обычно ограничивается эффектами сжимаемости сверхзвукового потока. По мере того, как давление, статическая температура и, следовательно, скорость звука возрастают от стадии к стадии, эффекты сжимаемости ухудшаются на первых стадиях. На первом этапе воздух поступает в осевом направлении так, что, сложив ортогональные векторы скорости U и C a , мы получим V 2 = U 2 + C a 2 где V — скорость относительно лезвия.В современных двигателях V могут находиться в околозвуковой области с довольно большими потерями. В этом отношении двухконтурные двигатели имеют то преимущество, что компрессор низкого давления вращается с меньшей скоростью, что снижает проблему сжимаемости.

3. Угол поворота жидкости поперек лопаток ротора b ограничен ростом пограничных слоев. Лопасти компрессора — это крылья, которые действуют так же, как крылья самолета.Следовательно, когда угол атаки или изгиб аэродинамической поверхности увеличивается для увеличения вращения вектора скорости потока, отрицательный градиент давления на поверхности всасывания увеличивается, пока в какой-то момент пограничный слой не разделится. По мере того, как пограничный слой разделяет эффективный угол поворота b , уменьшается, так что общее повышение давления на ступени уменьшается.

Пределы U , C a и b 1 — b 2 все устанавливают ограничения на максимальное соотношение давлений, которое может быть достигнуто в осевом компрессоре.Типичные примеры: U ≈ 350 м / с , C a = 200 м / с , b 1 — b 2 <45 °.

Лопатки компрессора

обычно довольно тонкие и изготавливаются из легких металлических сплавов, таких как алюминий и титан. Лопатки компрессора имеют аэродинамическую секцию, как показано на рисунке ниже. Центробежные силы, действующие на воздушный поток, уравновешиваются воздухом под высоким давлением, направленным к кончику лопасти. Чтобы получить это более высокое давление на наконечник, лезвие должно быть повернуто от основания к наконечнику, чтобы изменить угол падения потока и, следовательно, контролировать изменение давления на лезвии.

Основные ссылки

Rolls-Royce (1996 г.). Реактивный двигатель. Технические публикации Rolls Royce; 5-е изд. выпуск

Нравится:

Нравится Загрузка …

Похожие сообщения

Новая конструкция двухвинтового компрессора с использованием метода отклонений

Аннотация

Профили ротора двухвинтовых компрессоров оказывают значительное влияние на производительность компрессора.Математически выведены три различных метода расчета профиля ротора, и устранены их ограничения. Эта диссертация представляет собой полную теорию и алгоритм метода функции отклонения (DF) для конструкции двухвинтового компрессора. Этот метод основан на конструкции сопряженных пар и генерирует новые профили двухвинтовых компрессоров на основе кривых, полученных с помощью функций отклонения. Функции отклонения, используемые в этом исследовании, состоят из кривых Безье. Функция отклонения на основе кривой Безье третьего порядка с частичным перекрытием трех сегментов предлагается для достижения цели минимизации площади дыхательного отверстия наряду с более короткой длиной линии межлопастного уплотнения.Сложность комбинирования кривых в качестве образующих и определения значений параметров этих кривых является проблемой для конструкций профиля ротора двухвинтовых компрессоров в промышленности. Благодаря использованию кривых Безье для функций отклонения этих проблем можно избежать, если в данном исследовании спроектировать профили ротора двухвинтовых компрессоров. Кроме того, это помогает открыть для себя более широкий диапазон дизайнов и, таким образом, приводит к более универсальным оптимальным результатам. Эти преимущества подчеркиваются путем демонстрации множества примеров дизайна и улучшений для промышленных приложений.Кроме того, в этом исследовании исследуются эффекты неоднородности свинца двухвинтового компрессора, и результаты сравниваются с двухвинтовым компрессором с постоянным опережением. Обнаружено, что двухвинтовой компрессор с увеличивающимся шагом имеет тенденцию к уменьшению утечки, и, таким образом, объемный КПД такого рода улучшается, особенно в практических условиях эксплуатации, когда рабочий газ имеет значительную тенденцию к утечке из камеры сжатия. компрессора.

Основное содержание

Загрузить PDF для просмотраПросмотреть больше

Больше информации Меньше информации

Закрывать

Введите пароль, чтобы открыть этот PDF-файл:

Отмена Ok

Подготовка документа к печати…

Отмена

Не существует такой вещи, как расчетная точка

Большинству турбомашин необходимо работать в широком диапазоне значений расхода жидкости и скоростей.Это очевидно в транспортных приложениях, где газотурбинные двигатели и турбокомпрессоры должны работать на всех скоростях, высотах и ​​температурах, с которыми могут столкнуться транспортные средства, которые они приводят в действие. В промышленных и холодильных установках турбомашины должны иметь широкий рабочий диапазон, чтобы сделать их привлекательными для конечных пользователей, которым нужна эффективность во многих рабочих условиях.

В традиционном процессе проектирования турбомашин инженер-конструктор начинает с единственной точки проектирования.Расчетной точкой будет тщательно подобранная скорость и поток, при которых машина будет работать с максимальной эффективностью. Затем машина проектируется с учетом этой расчетной точки и анализируется в нестандартных условиях, чтобы определить ее диапазон. Ключевым моментом является разница между «дизайном» и «анализом». Дизайн подразумевает, что геометрия станка подвижна и может быть отрегулирована. Анализ подразумевает фиксированную геометрию, которая анализируется в различных рабочих условиях.

Когда мы разрабатываем новые продукты для клиентов или обучаем новых пользователей нашей системе гибкого проектирования ® , они редко имеют единую точку проектирования в качестве спецификации продукта.Вместо этого им нужна карта производительности, которая включает спецификации производительности при нескольких различных скоростях и расходах, что является гораздо более сложной задачей.

Зная это, мы запрограммировали наше программное обеспечение с рядом возможностей, чтобы обеспечить истинное проектирование (в отличие от анализа) в нескольких рабочих точках. Вот несколько ключевых моментов, на которые стоит обратить внимание:

Первый — это алгоритмы оптимизации. На приведенной ниже карте компрессора показана начальная геометрия (базовый случай), а затем технические характеристики в двух разных рабочих точках.

Мы поставили задачу как задачу мультидисциплинарной оптимизации (MDO), где есть 4 цели: степень сжатия и эффективность в условиях низкого расхода и степень сжатия и эффективность в условиях высокого потока. Затем мы используем оптимизатор для управления кодами для достижения всех четырех результатов. На приведенной ниже карте показана оптимизированная конструкция, а на рисунках ниже показаны изменения контуров пути потока и углов лопастей, выполненные оптимизатором с помощью программного обеспечения AxCent ® для управления геометрией и кода FINE / Turbo CFD для расчета производительности.

Сплошные линии = базовый вариант

Пунктирные линии = оптимизированная конструкция

Вторая возможность, предназначенная для расширения диапазона, — это возможность проектирования обработки обсадных труб. Обработка обсадной колонны — это обходной путь, который может позволить избыточному потоку обойти зону расширения штуцера на верхнем конце и рециркулировать обратно в диапазон расширения впуска на нижнем конце. На рисунках ниже показана геометрия обработки обсадной колонны, разработанная с использованием AxCent, и последующее моделирование потока, выполненное с использованием FINE / Turbo при различных рабочих условиях на карте, и результирующее расширение диапазона.

Все эти функции предназначены для удовлетворения реальных потребностей OEMS, которые стремятся разрабатывать продукты, которые соответствуют техническим характеристикам при различных скоростях и потоках, а не в одной точке проектирования.

49 CFR § 192.163 — Компрессорные станции: проектирование и строительство. | CFR | Закон США

§ 192.163 Компрессорные станции: проектирование и строительство.

(а) Расположение компрессорного цеха.За исключением компрессорного корпуса на платформе, расположенной на берегу или во внутренних судоходных водах, каждое главное компрессорное здание компрессорной станции должно располагаться на территории, находящейся под контролем оператора. Он должен располагаться достаточно далеко от прилегающего участка, а не под контролем оператора, чтобы свести к минимуму возможность передачи пожара в компрессорное здание от конструкций на прилегающем участке. Вокруг главного компрессорного корпуса должно быть достаточно открытого пространства для свободного передвижения противопожарного оборудования.

(б) Строительство. Каждое здание на территории компрессорной станции должно быть выполнено из негорючих материалов, если оно содержит:

(1) Труба диаметром более 2 дюймов (51 миллиметр), по которой проходит газ под давлением; или

(2) Оборудование для обработки газа, кроме оборудования для утилизации газа, используемое в бытовых целях.

(c) Выходы. На каждом рабочем этаже главного компрессорного здания должно быть как минимум два отдельных и беспрепятственных выхода, расположенных так, чтобы обеспечить удобную возможность выхода и беспрепятственный проход в безопасное место.Каждая дверная защелка на выходе должна быть такой, чтобы ее можно было легко открыть изнутри без ключа. Каждую распашную дверь, расположенную в наружной стене, необходимо установить так, чтобы она открывалась наружу.

(г) Огороженные территории. Каждое ограждение вокруг компрессорной станции должно иметь по крайней мере два ворот, расположенных так, чтобы обеспечить удобную возможность для выхода в безопасное место, или иметь другие средства, обеспечивающие такой же удобный выход из зоны. Каждые ворота, расположенные в пределах 200 футов (61 метра) от любого здания компрессорной станции, должны открываться наружу и, если они заняты, должны открываться изнутри без ключа.

е) Электрооборудование. Электрооборудование и электропроводка, устанавливаемые на компрессорных станциях, должны соответствовать NFPA-70, насколько этот код применим.

[35 FR 13257, 19 августа 1970 г., с поправками, внесенными Amdt. 192-27, 41 FR 34605, 16 августа 1976 г .; Amdt. 192-37, 46 FR 10159, 2 февраля 1981 г .; 58 FR 14521, 18 марта 1993 г ​​.; Amdt. 192-85, 63 FR 37502, 37503, 13 июля 1998 г .; Amdt. 192-119, 80 FR 181, 5 января 2015 г.]

Оптимальная конструкция рабочего колеса центробежного компрессора с использованием эволюционных алгоритмов

Исследование оптимизации было проведено на центробежном компрессоре.Восемь проектных переменных были выбраны из контрольных точек для кривых Безье, которые во многом повлияли на геометрические вариации; четыре конструктивных параметра были выбраны для оптимизации прохождения потока между ступицей и кожухом, а другие четыре конструктивных параметра были использованы для улучшения рабочих характеристик лопасти рабочего колеса. В качестве алгоритма оптимизации была принята искусственная нейронная сеть (ИНС). Первоначально план экспериментов применялся для настройки пространства исходных данных ИНС, которое было улучшено в процессе оптимизации с использованием генетического алгоритма.Если результат ИНС достигал более высокого уровня, этот результат пересчитывался с помощью вычислительной гидродинамики (CFD) и применялся для разработки новой ИНС. Следовательно, разница в предсказаниях между ИНС и CFD составила менее 1% после 6-го поколения. Используя этот метод оптимизации, время вычислений для оптимизации было значительно сокращено, а точность алгоритма оптимизации была увеличена. КПД был улучшен на 1,4% без потери степени давления, и оптимальные по Парето решения зависимости КПД от степени давления были получены в 21-м поколении.

1. Введение

Центробежные компрессоры до сих пор используются в небольших двигателях пригородных самолетов из-за их высокой степени сжатия и узкого монтажного пространства по сравнению с компрессорами осевого типа. В промышленных сферах все еще широко используются центробежные компрессоры. В большинстве турбонагнетателей в транспортных средствах используется компрессор центробежного типа. КПД центробежного компрессора может быть на 3-4% меньше, чем у компрессора осевого типа при тех же условиях эксплуатации. Тем не менее центробежные компрессоры имеют ряд преимуществ.Например, они менее чувствительны к изменениям массового расхода, имеют низкую стоимость производства и просты в сборке.

Эффективность или степень сжатия центробежного компрессора в значительной степени зависит от формы рабочего колеса и проточного канала между ступицей и кожухом. Для конструкции проточного канала и лопатки рабочего колеса было предложено несколько методов [1–6]. Однако конфигурация компрессора определяется опытом и интуицией проектировщика.Таким образом, первоначально спроектированный компрессор может быть модифицирован для улучшения его характеристик на основе структур потока в канале после расчетов с использованием вычислительной гидродинамики (CFD).

Для систематического проектирования компрессора при одновременном снижении влияния проектировщиков были разработаны методы проектирования с использованием методов оптимизации [7–11] на основе проектных переменных, которые могут управлять формой компрессора. Однако превосходство этих методов проектирования не могло быть подтверждено экспериментальными результатами из-за трудностей с правильным проведением экспериментов.В частности, эксплуатационные испытания высокоскоростного компрессора ограничены ограничением, заключающимся в том, что для таких испытаний требуется измеритель крутящего момента, который может работать на высокой скорости вращения. Кроме того, изоляция испытательной установки сильно влияет на величину экспериментальной неопределенности при измерении изоэнтропической эффективности.

В этом исследовании алгоритм искусственной нейронной сети (ИНС) был принят как метод систематического проектирования. Первоначально ИНС была изучена и обучена на основе входных данных, выбранных с использованием плана экспериментов (DOE).ИНС использовалась с генетическим алгоритмом (ГА) для повышения ее точности в процессе оптимизации; Таким образом, время вычислений было сокращено, и был получен глобально оптимизированный результат. Этот метод проектирования с ИНС был применен к компрессору рабочего колеса Эккарда [12, 13] для сравнения экспериментальных результатов и проверки этого метода оптимизации.

Как правило, форма компрессора выражается с помощью широкого диапазона точечных данных. Однако эти данные нельзя напрямую применить к проектным переменным.Для выбора подходящих проектных переменных форма компрессора должна быть повторно выражена в терминах аналитической функции на основе данных множества точек. Таким образом, это исследование показывает, что любой компрессор, даже используемый в промышленных областях, можно оптимизировать с помощью быстрого и точного алгоритма оптимизации.

2. Модернизация рабочего колеса Эккарда
2.1. Параметры формы

Проход центробежного компрессора выражен в меридиональной плоскости. Форма трехмерного рабочего колеса иллюстрируется углом охвата () и радиусом, как показано на рисунке 1.Профили ступицы и кожуха на меридиональной плоскости могут определять проточный канал, а бесконечно малая длина () меридиональной кривой с радиусом может быть выражена как (2.1). В этом месте угол наклона лопастей () крыльчатки можно определить с помощью угла охвата:

Форма крыльчатки обычно выражается через точечные данные вдоль лопасти на поверхности всасывания и поверхности давления на ступице и наконечнике. На рис. 2 показаны точечные данные рабочего колеса Eckardt A-типа [14], которое было выбрано в качестве эталонного центробежного компрессора для применения метода оптимизации, поскольку были доступны характеристики и структура потока этого рабочего колеса.Этот большой набор точечных данных нельзя применить к проектным переменным, поэтому профиль лопасти должен быть выражен аналитической функцией. Первоначально линии изгиба и толщина лопасти были рассчитаны на ступице и вершине на основе данных точки. Эти значения показаны на рисунке 3. Кроме того, данные точек для проточного канала в ступице и кожухе показаны на рисунке 4.


2.2. Кривая формы

Форма, выраженная точечными данными, должна быть преобразована в аналитическую функцию, чтобы выбрать подходящие проектные переменные для оптимизации.В этом исследовании была принята кривая Безье, поскольку эта кривая превосходит с точки зрения гладкости и непрерывности: где — коэффициент Безье, — независимая переменная, — контрольная точка. По заданным точечным данным можно рассчитать контрольные точки кривой Безье с использованием матрицы из (2.3). В этом случае могут применяться дополнительные данные точки помимо контрольных точек, и контрольные точки могут быть получены с помощью. Однако наклон может измениться на концах кривой в зависимости от применяемых данных точки.Поэтому на входе и выходе было добавлено граничное условие уклона, чтобы плавно соединить его с другими частями. где нижний индекс относится к порядку данных точек. Контрольные точки рассчитывались с использованием транспонированной матрицы и обратной матрицы коэффициентов Безье.

Проектирование проточного канала было изменено с использованием кривой Безье, сформулированной по шести контрольным точкам на ступице и кожухе, как показано на рисунке 4. Кривые Безье точно совпадали с точечными данными, несмотря на то, что на каждой линии применялось только шесть контрольных точек.Однако требуется больше контрольных точек, если кривая становится неровной. Для угла лопасти рабочего колеса, рассчитанного с использованием (2.2) по углу охвата лопасти, разница между точечными данными и кривыми Безье показана на рисунке 5 с различным количеством контрольных точек. Кривая Безье в центре хорошо согласовывалась с точечными данными при применении восьми контрольных точек. Применение дополнительных контрольных точек сверх восьми не привело ни к каким улучшениям. На вершине семь контрольных точек показали хорошее совпадение.Значения контрольных точек на каждой линии записаны как нормализованные значения, за исключением угла лопасти, в таблицах 1 и 2.

0

На кожухе На ступице
Точки Точки

Ps1 0,0 0,700 Ph2 0,300
Ps2 0,078 0,695 Ph3 0,223 0,350
Ps3 0,184 0,587 Ph5 0,581
Ps5 0,496 0,886 Ph5 0,632 0,801
Ps520 1.0 Ph6 0,650 1.0

9039 9039 9039

9038

[угол] Точки [угол]

Pt1 0,0 −61,845 Pb1 0.0 −36,399
Pt2 0,167 −59,627 Pb2 0,143 −27,859
Pt3
9022
Pt3
0,335

−39,754 (7)
Pt4 0,499 −84,158 Pb4 0,429 36,429
Pt5 0,661 527 −82,025
Pt6 0,833 −41,912 Pb6 0,714 80,409 (8)
Pt3

26.313
Pb8 1.0 −30.514

2.3. Численный анализ

Для расчета структур течения трехмерного сжимаемого турбулентного потока использовался CFX-12 [15].Для дискретизации было применено высокое разрешение, которое обеспечивает большую точность, чем конечная разность второго порядка, и принята модель турбулентности. На основе тестирования моделей турбулентности модель хорошо предсказала структуру потока внутри прохода вращающегося оборудования. Расчетные области были разделены на входную область, область крыльчатки и область диффузора, поскольку крыльчатка была установлена ​​между входом и диффузором. Интерфейсы между каждым доменом были связаны методом замороженного ротора.

Для граничных условий на входе прикладывалось полное давление со средней интенсивностью турбулентности (5%), а на выходе использовался массовый расход. К поверхности в окружном направлении применялось периодическое граничное условие, а на ступице и бандаже использовалась граница стенки. Между наконечником рабочего колеса и кожухом был вставлен зазор в наконечнике. В тесте на независимость сетки результаты вычислений были аналогичными, когда в расчетной области применялось более 150 000 элементов.В этом вычислении в расчетной области использовалось более 220 000 элементов, а расстояние до первой сетки от стены составляло менее 5 для. Тридцать пять сеток были применены в продольном направлении, включая семь сеток для моделирования зазора кончика. Сетка O-типа из шести сеток была применена вокруг лезвия для улучшения ортогональности сетки у стены. Сетки в расчетной области показаны на рисунке 6. Сходимость была достигнута, когда все невязки (RMS) были уменьшены по крайней мере на 10 до шестого порядка по величине.


Результаты расчетов в расчетной точке показали общую эффективность 91,9% и коэффициент давления 1,89 независимо от того, проводился ли расчет в расчетной области, построенной с использованием точечных данных или кривых Безье. В предыдущем эксперименте [14] общий КПД и отношение давлений были получены как 88,9% и 1,91 соответственно. Хотя эффективность была завышена из-за различных факторов в расчетах, завышенная эффективность и заниженная степень давления были предсказаны последовательно при сравнении с экспериментальными результатами в нерасчетных точках.

На рис. 7 показаны относительные скорости в центральной плоскости между ножом и ножом. Рассчитанные скорости сравнивались со скоростями, измеренными по линиям, перпендикулярным контуру меридионального кожуха [16]. Результаты двух вычислений были очень похожи. Это указывает на то, что точечные данные были хорошо преобразованы в аналитическую функцию кривой Безье. Однако эти результаты расчетов показывают некоторое расхождение с экспериментальными данными. В частности, это несоответствие увеличивается вблизи кожуха, когда поток приближается к выходу из рабочего колеса.Характеристики этой структуры потока предполагают, что зазор наконечника возле выхода в реальной модели будет бесконечно меньше, чем в вычислительной модели: следовательно, этот другой зазор в наконечнике вызывает недооценку отношения давлений в CFD.

3. Расчетные переменные и целевая функция
3.1. Влияние контрольных точек

Хотя точечные данные для конфигурации компрессора были преобразованы в четыре кривые Безье; два для прохода потока на ступице и кожухе, а два других для лопасти рабочего колеса на кожухе и наконечнике, невозможно применить все контрольные точки кривых Безье к проектным переменным, потому что их слишком много .Более того, некоторые из них являются избыточными в отношении изменения формы. Следовательно, контрольные точки, которые имеют сильное влияние на производительность, должны быть выбраны для использования в качестве проектных переменных. Поскольку производительность компрессора тесно связана с изменением формы, все контрольные точки оцениваются с точки зрения их влияния на конфигурацию компрессора.

На рисунке 8 показано изменение контура ступицы прохода потока, когда контрольные точки Ph4 и Ph5 перемещаются одинаково на расстояние 5% от радиуса выхода рабочего колеса () в -направлении и -направлении соответственно.Остальные контрольные точки закреплены так, чтобы не изменять наклон на входе и выходе крыльчатки. В случае Ph4 движение в -направлении более чувствительно с точки зрения изменения контура, чем движение в -направлении. И наоборот, переход в направлении -направлении более чувствителен для контрольной точки Ph5. Следовательно, эти контрольные точки Ph4 и Ph5 в зависимости от направления движения могут быть приняты в качестве проектных переменных, поскольку эти точки полностью выражают изменение контура ступицы. После применения того же метода к контуру бандажа, перемещение в -направлении Ps3 и перемещение в -направлении Ps4 в достаточной степени учитывало изменение контура бандажа.


Эффекты контрольных точек для контура угла лопасти сравниваются на рисунке 9. На кривой Безье для контура угла лопасти на ступице были выбраны восемь контрольных точек. Среди них две контрольные точки на входе и выходе не были перемещены, чтобы зафиксировать угол входа и выхода лопаток, поскольку компрессор работал с одинаковой скоростью вращения. Когда четыре контрольные точки Pb3-Pb6 были одинаково перемещены на десять градусов, влияние на контур угла лопасти было одинаковым для каждой переменной.Когда Pb3 и Pb6 были выбраны в качестве конструктивных переменных, изменение контура угла лопасти на ступице можно было выразить без использования Pb4 и Pb5. На конце рабочего колеса изменение контура угла лопасти было полностью смещено с использованием только двух контрольных точек, Pt3 и Pt5.


3.2. Переменные конструкции

Восемь переменных конструкции для оптимизации компрессора Eckardt A-типа были выбраны путем изучения влияния каждой контрольной точки на кривую Безье; четыре конструктивных параметра были выбраны для проточного канала, а другие четыре были использованы для лопасти рабочего колеса.На рисунке 10 показаны контрольные точки и четыре проектных переменных, используемых для оптимизации протока. Обратите внимание, что Ph4 и Ps3 ограничены тем, что они могут двигаться только в направлении -направлении, тогда как Ph5 и Ps4 могут двигаться только в направлении -направлении. Расположение этих переменных обозначено в таблице 1. На рисунке 11 показано, что контур канала полностью контролируется принятыми конструктивными параметрами ступицы и бандажа.



Для изменения контура угла лопасти контрольные точки Pt3 и Pt5 были приняты в качестве проектных переменных на вершине, в то время как Pb3 и Pb6 использовались на ступице.На рис. 12 показаны контрольные точки и конструктивные параметры, использованные для оптимизации лопасти рабочего колеса, а в таблице 2 показано их расположение, отмеченное значком. Эти восемь конструктивных параметров изменяются одновременно в процессе оптимизации, поскольку на производительность компрессора влияет не только форма канала, но и конфигурация лопастей рабочего колеса. Однако конфигурация компрессора может быть существенно изменена, когда значения этих проектных переменных изменяются в широком диапазоне на основе начального значения.Следовательно, диапазон проектных переменных был ограничен с точки зрения верхней и нижней границы, чтобы избежать неприменимой конфигурации. Эти ограничения были получены из конфигурации компрессора, отображаемой в соответствии с движением проектных переменных. В таблице 3 показаны верхняя и нижняя границы проектных переменных. В частности, нижняя граница проектной переменной, которая представляет собой Ps3, относящуюся к контуру прохода в кожухе, ограничена начальным значением для сборки рабочего колеса внутри кожуха.

9039

Переменные проекта Минимум Начальный Максимум

1, Ps3 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9039 9038 9039 2, Ps4 [] 0,224 0,399 0,494
3, Ph4 [] 0,275 0,400 0,525
4, Ph5 [] 504 0,629 0,679
5, Pt3 [угол] −40,0 −30,022 −5,0
6, Pt5 [угол]
15,0 46392 9039
7, Pb3 [угол] −50,0 −39,754 −28,0
8, Pb6 [угол] −50,0 80,409 90,0
3.3. Целевая функция

Целевая функция для оптимизации компрессора может быть определена в соответствии с требованиями пользователей или приложением. Например, он может быть настроен на аэродинамическую эффективность, высокую степень сжатия, малый вес или небольшие размеры. В этом исследовании КПД и степень сжатия рассматриваются вместе как целевая функция следующим образом: где — весовая функция, индексы и — соответственно КПД и степень сжатия.Целевая функция — это разница между идеальной эффективностью и вычисленной общей эффективностью. Следовательно, максимальная эффективность достигается при минимальном значении:

В производительности компрессора степень сжатия так же важна, как и эффективность. Обычно этот коэффициент давления определяется на ранней стадии проектирования в зависимости от области применения. Если степень сжатия ниже требуемой, рабочее давление следует увеличить, чтобы устройство работало правильно.Кроме того, если степень сжатия выше требуемой, это высокое давление вызывает потерю мощности. Следовательно, степень сжатия должна достигаться в пределах очень небольшого диапазона в зависимости от требований. В данном исследовании этот диапазон был установлен в пределах 1% от необходимого перепада давления (). Если расчетный коэффициент давления отклоняется от этого диапазона, целевая функция увеличивается. Следовательно, эффективность максимизируется, а необходимый перепад давления нарушается, поскольку целевая функция (OF) сводится к минимуму в процессе оптимизации.В этом исследовании весовая функция применялась как единое целое:

Когда форма рабочего колеса изменяется различными конструктивными параметрами в процессе оптимизации, рабочее колесо может быть вынуждено подвергнуться недопустимому уровню механического напряжения. В частности, при сильном изгибе рабочего колеса возникает высокая механическая нагрузка. Если это механическое напряжение превышает допустимое, крыльчатка будет невозможна. Таким образом, на механическое напряжение было наложено условие ограничения следующим образом:

4.Оптимизация
4.1. Метод оптимизации

Существует множество методов нахождения минимального значения целевой функции. В качестве быстрого метода может применяться метод на основе градиента, если целевая функция редко выявляет нелинейные характеристики в виде веера. В этом случае метод на основе градиента будет хорошим выбором, если будут выбраны соответствующие начальные значения, так что оптимум не попадет ни в какой локальный оптимум [17]. Однако целевая функция компрессора показала множество локальных минимумов в проектном пространстве.Если к этой проблеме применить градиентный метод, результатом может быть локальный минимум. Чтобы избежать этого нежелательного результата, применялся метод поверхности отклика (RSM) [18, 19] или генетический алгоритм (GA) [20, 21], но эти методы часто требуют значительного количества вычислительного времени в зависимости от количество проектных переменных. Для сокращения времени вычислений был введен метод, сочетающий RSM и GA [10]. В других методах применялась ИНС [22, 23], а ИНС использовалась вместе с ГА [8, 11, 24].Кроме того, ДОЭ применялся с RSM и GA [9].

Обученная ИНС обеспечивает хорошую методологию поиска глобального оптимума в задаче, имеющей множество локальных оптимумов, если ее точность гарантирована. Следовательно, ИНС была принята здесь в качестве основного метода оптимизации центробежного компрессора, показывающего нелинейный результат. Однако для обучения ИНС требуется много времени, хотя оптимизированный результат можно быстро получить от обученной ИНС. Чтобы сократить время обучения для построения ИНС, был принят DOE.В качестве первого шага пространство дизайна, представляющее все пространство дизайна, было построено с помощью небольшого количества данных, которые систематически выбирались DOE. Затем начальная ИНС была обучена и построена с использованием результатов CFD, полученных в этой области проектирования. На втором этапе с помощью GA были выбраны новые входные данные из всего пространства дизайна. Эти входные данные составляют поколение с его популяциями. Затем были оценены целевые функции для этих групп населения с использованием исходной ИНС с ограничениями.Если какая-либо целевая функция достигала уровня, сопоставимого с лучшим результатом, полученным на предыдущем этапе, эти результаты пересчитывались с использованием CFD и затем применялись для обновления ИНС для повышения ее точности. Следовательно, точность ИНС постоянно улучшалась при каждом поколении ГА в процессе оптимизации. Рабочий процесс для этого процесса показан на рисунке 13.


4.2. Приложение

Дробный факторный план применялся в DOE для набора данных для обучения ИНС в начале.Следовательно, ИНС изначально требовались результаты вычислений для шестидесяти пяти вариантов проектирования, включая центральную точку. Чтобы построить более точную ИНС, диапазон проектных переменных в DOE был ограничен 75% ширины от начального значения до максимума или минимума, показанного в таблице 3, потому что целевая функция вблизи минимума и максимума была хуже по сравнению с исходным значением. Однако в процессе оптимизации проектные переменные для новых вариантов проектирования были определены ГА для всего пространства проектирования.Для следующего поколения вероятность кроссинговера и мутации были выбраны равными 95% и 10% соответственно.

Для условия ограничения был проведен анализ напряжений с использованием ANSYS версии 13 для шестидесяти пяти расчетных случаев. В качестве материала рабочего колеса был выбран сплав АЛ7075. Толщина лопасти была распределена эквивалентно по нормированной меридиональной длине, соответствующей распределению толщины лопасти исходного рабочего колеса. При расчете напряжение и смещение рассчитывались в реальных условиях эксплуатации.На рисунке 14 показано распределение напряжения на крыльчатке, которая серьезно изогнута, для шестидесяти пяти расчетных случаев, а единицей измерения напряжения является Паскаль. Максимальное напряжение возникло в ступице лопасти, расположенной на выходе из крыльчатки, и крыльчатка имела запас прочности по нагрузке, а также смещению для шестидесяти пяти случаев. Таким образом, первоначальная ИНС была обучена с использованием результатов шестидесяти пяти наблюдений.


К ИНС был применен двухуровневый алгоритм обратного распространения ошибки с прямой связью.Функция гиперболического тангенса и линейная функция применялись как передаточная функция в нейроне скрытого слоя и передаточная функция в нейроне выходного слоя, соответственно. В скрытом слое использовалось десять нейронов. Векторы весов и смещения сетей ищутся по отрицательному градиенту функции производительности, вычисленной с использованием алгоритма Левернберга-Марквардта [25, 26] с начальным параметром μ , равным 0,001. Однако они обновлялись со скоростью обучения 0.1 и постоянная импульса 0,9, чтобы не попасть в локальный минимум, в то время как ошибка, которая представляет собой разницу между выходом, предсказанным нейронной сетью, и фактическим выходом, уменьшалась. Обучение и обучение сети проводилось с использованием функции nntool в MATLAB [27].

На основе целевых функций для шестидесяти пяти вариантов проекта DOE оценил основной эффект или эффект взаимодействия переменных проекта, чтобы оценить влияние каждой переменной проекта на целевую функцию.На рисунке 15 показан основной эффект переменных дизайна. Угол лопасти на ступице () среди восьми переменных конструкции показывает самое сильное влияние на изменение средней целевой функции. Однако переход в -направлении на кожухе () слабо влияет на изменение средней целевой функции. В эффекте взаимодействия второго порядка переменных дизайна на среднюю целевую функцию в основном влияли переменные проекта (), (), () и (). Как показано на рисунке 16, для проектных переменных () эффект взаимодействия средней целевой функции увеличивается, когда проектная переменная находится на высоком уровне.Для проектной переменной () эффект взаимодействия усиливается, когда проектная переменная находится на низком уровне. Однако самое низкое значение средней целевой функции было получено в центральной точке.


Новые варианты проектирования из ста популяций для каждого поколения в GA были получены по всему пространству проектирования, а их целевые функции затем оценивались разработанной ИНС. Если выходные результаты были ниже установленного уровня на основе минимума, полученного в предыдущем поколении, эти выходные результаты были пересчитаны с использованием CFD и затем были применены для обновления ИНС.Значение в (4.1) применялось как 4 или 5% в зависимости от поколения. Таблица 4 показывает, что эта ИНС постоянно улучшалась при переходе к новому поколению. Ошибка, которая представляет собой среднюю разницу между результатами, предсказанными ИНС и результатами CFD, была уменьшена до менее 1% в шестом поколении:

После
23

Поколения Обновленные проектные переменные Ошибка [%] Уровень [%]

1-й 5,0
2-й 9 3,50 5,0
3-й 14 3,67 5,0
4-й 1,5 5-я 11 1,60 4,0
6-я 11 0,92 4,0

функция уменьшаться дальше.На рис. 17 показаны КПД и степень сжатия для всех расчетных случаев. Оптимум целевой функции, определенной как (3.1), обозначен буквой «A» на рисунке 17. КПД был улучшен на 1,4% по сравнению с начальным компрессором без ухудшения степени сжатия. Кроме того, на рис. 17 показаны оптимальные по Парето решения зависимости КПД от перепада давлений. Эффективность на Паретооптимальном фронте (POF) увеличивается, когда степень сжатия уменьшается; в противном случае степень сжатия увеличивается по мере снижения эффективности.Следовательно, любое место на POF может быть выбрано в качестве расчетной точки в зависимости от условий эксплуатации. В таблице 5 показаны проектные переменные в начальных условиях, а также в условиях эксплуатации на POF.

9033 9039 9039 9039 0,7753

9039 9039 0,518 0,518 4, Ph5 [] −20 [угол] 9038 9038

Переменные конструкции Начальный A B C

0,790
2, Ps4 [] 0,399 0,345 0,279 0,266
3, Ph4 [] 0,400 0,629 0,638 0,678 0,678
5, Pt3 [угол] −30,022 −19,746 −20,548
46.949 20,414 29,037 33,249
7, Pb3 [угол] −39,754 −31,550 −33,556 −33,556 86,899 79,679 80,682


Контуры полного давления, полученные в исходной конфигурации, сравнивались с контурами, полученными в рабочих точках «A», «B» и «C». »На POF.На рисунке 18 показано, как форма проточного канала была изменена по сравнению с исходной конфигурацией в зависимости от рабочих точек, поскольку они показаны в меридиональной плоскости. Когда рабочая точка перемещается в «C» из «A», степень давления постепенно увеличивается, и форма проточного канала постепенно изменяется, как показано на рисунке 18. В частности, кривизна кожуха уменьшается в соответствии с увеличение степени сжатия. Эта уменьшенная кривизна увеличивает высоту проточного канала около выхода рабочего колеса, что вызывает увеличение степени сжатия.

Относительные изолинии Маха в меридиональной плоскости показаны на рисунке 19. Область низких скоростей создается около ступицы в рабочей точке «C». Эта низкоскоростная область постепенно уменьшается, когда рабочий режим приближается к рабочей точке низкого давления. Относительная скорость на выходе из рабочего колеса становится меньше, когда компрессор работает на POF по сравнению с начальным состоянием. На рисунке 20 показаны относительные скорости, полученные по длине от лопасти к лопатке в середине пролета, где она расположена на поверхности, выровненной перпендикулярно меридиональному контуру бандажа.В рабочей точке «C» относительные скорости немного ниже, чем полученные в других рабочих точках. В частности, относительные скорости, полученные в POF, имеют профиль, который отличается от профилей исходной конфигурации на полшаге около выхода рабочего колеса из-за изменения контура бандажа.

5. Выводы

Исследование оптимизации было проведено на центробежном компрессоре, форма которого была выражена данными множества точек.Этот набор точечных данных был преобразован в кривые Безье для определения наилучших проектных переменных. Каждая форма лопасти рабочего колеса или проточного канала может быть полностью выражена от шести до восьми контрольных точек для каждой кривой Безье. Среди этих контрольных точек восемь контрольных точек, которые сильно влияют на изменение формы, были выбраны в качестве проектных переменных. Целевая функция рассматривалась как с точки зрения эффективности, так и степени сжатия, а ограничение механического напряжения было установлено как ограничение.Для алгоритма оптимизации была принята ИНС, она была обучена и обновлена ​​для повышения ее точности с использованием ДОЭ с ГА. После перехода к шестому поколению ошибка предсказания между ИНС и CFD была уменьшена до менее 1%. Оптимальные по Парето решения были получены после двадцать первого поколения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.