kompresory

1
KOMPRESORY
Pracovní stroje určené ke stlačování plynů a par.
KOMPRESORY
OBJEMOVÉ
ROTAČNÍ LOPATKOVÉ
PÍSTOVÉ KOMPRESORY
TURBOKOMPRESORY
ŠROUBOVÉ KOMPRESORY
PROUDOVÉ KOMPRESORY
Objemové kompresory
zvýšení tlaku dosaženo zmenšováním objemu pracovního prostoru se stlačeným plynem.
Rotační lopatkové kompresory
1.1
tlak vzrůstá zvyšováním rychlosti plynů a
následující přeměnou energie pohybové
v tlakovou.
PÍSTOVÉ KOMPRESORY
Podstatou práce pístového kompresoru je posuvný pohyb pístu ve válci
z jedné úvratě do druhé → při tomto pohybu se plyn střídavě nasává, stlačuje
a vytlačuje.
Pracovní oběh pístového kompresoru :
SÁNÍ (bod1)
• samočinné otevření sacího ventilu (vlivem přetlaku
atmosférického vzduchu)
• sací ventil zůstává otevřen do přední úvrati pístu
(bod 2)
• sací tlak ps zůstává během sání stálý,
KOMPRESE (bod 2)
• píst se začíná pohybovat do zadní úvratě → stlačuje
nasátý vzduch
• sací a výtlačný ventil je uzavřen
• stlačování probíhá „polytropicky“ (teplo vzniklé při stlačování se neodvádí 100% → při stlačování se zvyšuje
teplota)
PRI-STR-09.01_kompresory_turbokompresory
1 / 6
VÝTLAK (bod 3)
• v okamžiku překonání výtlačného tlaku pv se otevře
výtlačný ventil
• vytlačovaný vzduch se dodává při stálém tlaku do potrubí nebo vzdušníku
• část vytlačovaného vzduchu zůstává mezi hlavou válce
a pístem v zadní úvrati, tzv. škodlivém prostoru o objemu Vš
EXPANZE (bod4)
• vzduch se rozpíná (expanduje) z původního objemu Vš
• tlak klesá na hodnotu tlaku ps (sací tlak)
• sací ventil se otevírá → pracovní oběh se opakuje
Pracovní oběh pístového kompresoru
1 píst, 2 válec, 3 sací ventil, 4 výtlačný ventil, 5 škodlivý prostor
PRI-STR-09.01_kompresory_turbokompresory
2 / 6
Obecná charakteristika pístového kompresoru :
• Stlačováním se plyn zahřívá → zhoršuje se mazání → vznik nebezpečí
vznícení oleje ← kompresor je nutno chladit :
vzduchem
pro kompresory s výtlačným tlakem do 0.7
MPa,
vodou
pro vyšší výtlačné tlaky, přívod vody je vždy
zespod, odtok oteplené vody shora; při úspoře
vody se voda ochlazuje v trubkovém chladiči a vrací zpět do chladicího pláště kompresoru.
• Ventily kompresorů se otevírají a uzavírají tlakem vzduchu → jsou samočinné.
• Ventilové pružiny urychlují uzavření ventilu a přidržují jej v uzavřené poloze.
• K pohonu pístových kompresorů se používá elektromotorů nebo spalovacích motorů → spojení s kompresorem je :
přímé
při vyšších otáčkách,
převodem
při malých otáčkách (např. klínovými řemeny).
1.2
ŠROUBOVÉ KOMPRESORY
• Hlavní částí jsou dva rotory tvaru šroubů s velkým stoupáním, uložené ve
společné skříni.
• Jeden rotor má 4 zuby, druhý rotor 6 dutin.
• Vstupní (sací) otvor je umístěn na jednom konci skříně, výstupní (výtlačný)
otvor umístěn na druhém konci skříně.
Všeobecná charakteristika :
• Oba rotory mají nucený pohyb soukolím se šikmými zuby → zajišťuje
synchronní chod a zabraňuje mechanickému dotyku jejich zubů → nemusí
se mazat → stlačený vzduch je naprosto čistý, bez oleje.
• Během stlačování je vzduch chlazen :
vodou
proudí mezi dvojitými stěnami skříně
olejem
protéká dutými rotory
• Průtok vzduchu je regulován (nejlépe) změnou otáček.
• Při stálých otáčkách hnacího motoru a přebytku vzduchu se regulace provádí uzavřením sacího hrdla a spojením výtlačného hrdla s atmosférou.
• Kompresory stavěny jako :
jednostupňové
pro přetlaky asi do 0.25 MPa, výkonnosti až 27000 m3h-1,
dvoustupňové s mezichladičem pro přetlaky do 0.9 MPa,
výkonnosti stejná jako u
jednostupňových.
PRI-STR-09.01_kompresory_turbokompresory
3 / 6
Princip činnosti :
• Otáčením rotorů se zakryje
vstupní
otvor.
Uzavřený
vzduch je dopravován drážkou
mezi
šrouby
směrem
k výstupnímu otvoru.
• Při dalším otáčení rotoru zasahuje do drážky jednoho
z rotorů zub druhého → dochází k postupnému stlačování uzavřeného vzduchu do
okamžiku, kdy dutina dojde
k výstupnímu otvoru na druhém konci skříně.
• Vzduch je otvorem vytlačován
do potrubí do okamžiku, kdy
zabírající zub vyplní konec
šroubové drážky → v daný
okamžik
se
k výstupnímu
otvoru blíží drážka dalšího závitu → stlačený vzduch vychází ze stroje téměř plynule.
Jednostupňový šroubový kompresor Demag
(s odejmutým víkem)
Příčný řez šroubovým kompresorem Lysholm
1 hnací rotor, 2 hnaný rotor, a) sání, b) výtlak
PRI-STR-09.01_kompresory_turbokompresory
4 / 6
1.3
TURBOKOMPRESORY
Stroje pracující dynamicky → zvýšení tlaku dosahují urychlováním plynu a změnou pohybové energie v tlakovou.
Rozdělení podle směru proudění dopravované látky :
• radiální kompresory (odstředivé),
• axiální kompresory.
1.3.1
RADIÁLNÍ TURBOKOMPRESORY
• Plyn stlačován převážně odstředivou silou.
• Plyn proudí oběžnými koly řazenými za sebou na rychle se otáčejícím hřídeli.
• Práce je plynu předávána lopatkami oběžných kol.
• Hřídel turbokompresoru je poháněn elektromotorem, případně parní nebo
plynovou turbínou.
Všeobecná charakteristika :
• Turbokompresor obsahuje několik stupňů. Tlakový stupeň tvoří :
oběžné lopatkové kolo,
převáděč,
soustava vratných kanálů.
• Z důvodu vysokých nákladů na výrobu se dělají sekce maximálně o dvou
nebo třech kolech téhož průměru. Např. u sedmistupňového kompresoru
jsou 3 sekce rozděleny po 3, 2 a 2 kolech.
Poznámka : Průměry tlakových stupňů jednotlivých částí tlakového spoje by se měly
zmenšovat podle snižujícího se objemu plynu.
• Při přechodu plynu z jedné sekce do druhé prochází plyn mezichladičem.
• Proudící plyn tlačí na oběžné kolo ve směru osy → celý rotor musí být axiálně zachycen v ložisku a těsněn labyrintovými ucpávkami.
• Turbokompresory nemají ventily.
• Regulace plynu se provádí na sací straně škrtící regulační klapkou ← při
rozběhu se uzavírá.
• Radiální turbokompresory se stavějí pro výkonnosti 5000 až 80000 m3h-1
s přetlakem až 1 MPa.
Princip činnosti :
• Plyn proudí zakřivenými kanály oběžného kola → během průtoku se urychluje a stlačuje.
• Sacím hrdlem vstupuje do prvního oběžného kola.
• Z oběžného kola je plyn vytlačován do nehybného kola – převáděče (difuzoru) s pevnými nebo stavitelnými lopatkami → část pohybové energie
se mění na tlakovou.
• Do dalšího stupně je plyn z převáděče veden vratnými kanály.
• Z převáděče posledního stupně proudí stlačený plyn do výstupního hrdla.
PRI-STR-09.01_kompresory_turbokompresory
5 / 6
Třístupňový radiální turbokompresor
1 oběžné kolo, 2 převáděč, 3 vratný kanál
1.3.2
AXIÁLNÍ MNOHOSTUPŇOVÉ TURBOKOMPRESORY
Nejvhodnější pro největší výkonnosti.
• Proud vzduchu se zrychluje v oběžných (rotorových) lopatkách a zpomaluje v lopatkách vodících (statorových).
• Jeden stupeň tvořen jedním věncem oběžných lopatek s příslušnými pevnými vodícími lopatkami (tvar lopatek a způsob průtoku jimi viz. obr. b)..
Princip činnosti :
• Vzduch vstupuje do lopatkového věnce rychlostí c1, rychlostí c2 proudí na
pevné vodící lopatce a rychlostí c3 postupuje k dalšímu stupni.
• V poměru, ve kterém se zmenšuje objem stlačeného vzduchu, zmenšuje
se i délka oběžných a vodicích lopatek.
• Axiální turbokompresory byly postaveny pro výkonnosti až 500000 m3h-1 a
výtlačný tlak 0.6 až 0.8 MPa.
Použití :
• spalovací turbíny → vysoká teplota stlačeného vzduchu není
na závadu,
• aerodynamické tunely v leteckých výzkumných ústavech,
• vysokopecní dmýchadla,
• pohon letadel s vysokými rychlostmi → ve spojení s plynovými
turbínami.
Axiální turbokompresor
Rychlostní poměry
1 rotor, 2 stator, 3 oběžné lopatky, 4 vodící lopatky
PRI-STR-09.01_kompresory_turbokompresory
6 / 6