Рубрики
Разное

Двигателя компрессор: Выбор электродвигателя для компрессора | Техпривод

Содержание

Выбор электродвигателя для компрессора | Техпривод


Компрессоры широко применяются в быту и промышленности для сжатия воздуха и других газов с целью обеспечения работы пневматического инструмента и иного оборудования. Роль привода компрессорной установки чаще всего выполняет электродвигатель. При проектировании важно правильно подобрать двигатель по ряду критериев. Ниже мы расскажем, как это сделать.

Синхронный или асинхронный?


Как показывает опыт, для использования в составе компрессорных установок наилучшим образом подходят синхронные электродвигатели. Этому есть несколько причин:

  • при одинаковых габаритных размерах синхронные двигатели мощнее асинхронных;
  • при увеличении нагрузки на вал обороты синхронного привода не падают, что позволяет поддерживать высокую производительность компрессора;
  • КПД синхронных электродвигателей на несколько процентов выше, чем асинхронных, что объясняется использованием постоянных магнитов и наличием увеличенного воздушного зазора;
  • возможность работы с коэффициентом мощности вплоть до cosφ=1;
  • при аварийном падении напряжения двигатель сохраняет высокую перегрузочную способность и продолжает надежно работать;
  • при эксплуатации в режиме перевозбуждения синхронные электродвигатели отдают в электросеть реактивную мощность, что сводит к минимуму потери и падения напряжения в ней.


Однако, несмотря на все эти достоинства, синхронные двигатели применяются сравнительно редко, поскольку имеют целый ряд существенных недостатков:

  • сложная конструкция, снижающая надежность;
  • сложная схема запуска, увеличивающая стоимость компрессора и затраты на его обслуживание;
  • сложная система управления оборотами, не позволяющая в полной мере применять плавный пуск и регулировку давления компрессора путем изменения скорости;
  • сравнительно высокая стоимость.


Перечисленные недостатки синхронных агрегаты перевешивают их преимущества, поэтому в компрессорах используются надежные, дешевые асинхронные двигатели. О них и пойдет речь ниже.

Характеристики электросети


При выборе двигателя необходимо принимать во внимание особенности электросети, в которую он будет включаться. В одних случаях потребуются однофазные модели, рассчитанные на переменный ток напряжением 220 В, в других — трехфазные электродвигатели, работающие от сети 380 В. В настоящее время большинство промышленных компрессоров имеют питание 380 В.

Режим работы


Чаще всего компрессоры работают в продолжительном режиме работы (S1 по ГОСТ). С учётом этого оптимальным выбором становятся нереверсивные электродвигатели, рассчитанные на редкие запуски. Двигатели с режимом работы S1 способны работать продолжительное время без остановки при должном охлаждении.

Пусковой статический момент


Еще один важный фактор, который нужно учитывать — особенности запуска компрессора. Его пусковой статический момент может значительно превышать номинальный, поэтому необходимо располагать точными данными и подбирать электродвигатель, способный привести компрессор в действие с учетом пускового момента.


Указанное обстоятельство имеет значение не только при комплектации компрессора новым двигателем, но и при замене вышедшего из строя привода, особенно при установке однофазной модели вместо трёхфазной. Первая имеет приблизительно в три раза меньший пусковой момент. Таким образом, есть вероятность, что компрессор, который успешно функционировал с трёхфазным двигателем, с однофазным не запустится.

Скорость и охлаждение


Регулировка скорости двигателя в компрессоре имеет смысл в двух случаях:

  • Плавный пуск. Обычно реализуется схемой «звезда-треугольник».
  • Плавный пуск и изменение скорости при работе с целью регулировки и поддержания заданного давления на выходе компрессора. Реализуется применением преобразователя частоты.


Несмотря на то, что в компрессорах электродвигатель работает со скоростью не менее 50% от номинала, при понижении оборотов двигателя с крыльчаткой существенно ухудшается воздушное охлаждение. Поэтому в случае с регулировкой скорости необходимо выбирать агрегат с принудительным охлаждением, в котором есть встроенный вентилятор с отдельным питанием.

Геометрические параметры


Подбирайте двигатель так, чтобы его габариты, диаметр вала и другие геометрические параметры соответствовали тем, которые имеет компрессорная установка. Тогда механические соединения двигателя и компрессора не будут представлять особых сложностей.

Выбор мощности


Как было сказано выше, компрессор — устройство с постоянной нагрузкой и продолжительным режимом работы. Как и для прочих машин с аналогичными характеристиками, требуемая мощность электродвигателя для компрессора определяется по мощности на валу.


Если двигатель будет соединяться с компрессором ременной или шестерёнчатой передачей, необходимо закладывать в расчёты КПД последней. Для этого используется следующая формула:


P = kЗ x (Q x A x 10-3) / (ηК х ηП)


где:
P — требуемая мощность электродвигателя в кВт;
— коэффициент запаса, варьирующийся, как правило, от 1,05 до 1,15. Он необходим, чтобы включить в расчёты факторы, не поддающиеся вычислениям;
Q — подача (производительность) компрессора, выраженная в м3/с;
А — работа адиабатического и изотермического сжатия атмосферного воздуха объёмом 1 м3 до требуемого давления;
ηК — индикаторный КПД компрессора. В этом значении отражается потеря мощности, возникающая при реальном сжатии воздуха. Как правило, оно варьируется от 0,6 до 0,8;
ηП — КПД передачи, соединяющей электродвигатель и компрессор. Как правило, его значение варьируется от 0,9 до 0,95.

Запас мощности


В некоторых случаях компрессор работает с производительностью, превышающей расчётную. Это, как правило, бывает связано с особенностями градации моделей и ограниченной возможностью выбора. Если предполагается эксплуатация устройства в таких условиях, его нужно комплектовать электродвигателем повышенной мощности. Это увеличит ресурс двигателя и создаст запас по мощности для компрессора.


Другие полезные материалы:
Мотор-редуктор для буровой установки
Сервопривод или шаговый двигатель?
Принципы программирования ПЛК

причины неисправностей и способы предотвращения

Компрессоры: устройство и причины нарушенного функционирования


Компрессор представляет собой устройство, преобразующее энергию в механическую работу. Он сжимает и перемещает под давлением воздух и другие газообразные вещества.


Такие энергетические машины благодаря высокому коэффициенту полезного действия получили широкое распространение в:



  • Быту

  • Газовой и нефтяной промышленности

  • Строительстве

  • Энергетике

  • Металлургии

  • В пищевой промышленности

  • Машиностроении

  • Медицине

  • Дорожно-монтажных работах


В отраслях, где чистота выпускаемого воздуха и отсутствие в нем посторонних веществ и твердых частиц имеют большое значение, особой популярностью пользуются безмасляные воздушные компрессоры. Плюсом также является отсутствие необходимости приобретали дополнительные очистительные фильтры и постоянно доливать масло.


Компрессоры делятся на два основных вида: поршневые и винтовые.


Ключевым элементом первых является поршень, за счет возвратно-поступательных движений которого происходит сжатие воздуха. Во вторых эту функцию осуществляют вращающиеся навстречу друг другу винты.


Преимущества винтовых компрессоров:



  • Работают беспрерывно

  • Высокая производительность

  • Редкая необходимость ремонта


Недостатки:



  • Высокая стоимость

  • Не предназначены для работы в помещении с повышенной запыленностью


Преимущества поршневых компрессоров:



  • Низкая стоимость

  • Работают в загрязненных условиях


Недостатки:



  • Необходимость постоянного технического обслуживания

  • Высокий уровень шума и вибраций


За преобразование какой-либо энергии в механическое действие в любом устройстве отвечает главный рабочий компонент – двигатель.


Неблагоприятные условия эксплуатации и отсутствие планового обслуживания могут привести к некорректной работе двигателя. Он гудит, но нагнетание не происходит, не запускается вообще и т.д.


Причиной неработоспособности двигателя могут быть:



  • Недостаточное напряжение сети
  • Повышенное трение
  • Коррозия металлических деталей
  • Попадание абразивных частиц
  • Перегрев

  • Заклинивание поршневой группы

  • Плохой контакт в электрической цепи

  • Перегрузки


К выходу винтового компрессора из строя может привести попадание внутрь абразивных частиц. Они вызывают соприкасание винтов, образование задиров и интенсивный износ.


В конструкции поршневого устройства много деталей, который постоянно взаимодействуют друг с другом, поэтому повышенное трение и перегревы являются актуальной проблемой.

Ремонт двигателя компрессора и способы предотвращения поломок


Некоторые неисправности можно устранить самостоятельно. И сделать это нужно сразу после их обнаружения.


Ремонт двигателя компрессора включает в себя следующие этапы:



  • Демонтируются все узлы устройства

  • Очищаются корпус и элементы двигателя

  • Проводится полная диагностика всех компонентов

  • Заменяются износившиеся детали

  • Замеряются и устраняются зазоры

  • Выполняется ремонт коленчатого вала при необходимости

  • Дорабатывается и корректируется геометрия компонентов


Ремонт – времязатратный и иногда очень дорогостоящий процесс. Чтобы его избежать необходимо обеспечить качественный технический уход за деталями устройства. Для винтовых компрессоров подходят антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY 1007 и MODENGY 1014, для поршневых – MODENGY Для деталей ДВС.


Причина потери производительности и преждевременного износа поршневого устройства – повышенное трение. Снизить его коэффициент позволяет покрытие MODENGY Для деталей ДВС.


Рис. 1. Элементы поршневого компрессора с покрытием MODENGY


Покрытия MODENGY 1007 и MODENGY 1014 препятствуют налипанию пыли и прочих загрязнений, нарушающих стабильное функционирование винтового компрессора, поскольку образуют на поверхностях деталей гладкую сухую пленку.


Рис. 2. Роторы винтовых компрессоров до и после нанесения покрытия MODENGY


Материалы также эффективно защищают металлические детали от воздействия коррозии и других неблагоприятных факторов. Они не нуждаются в частом обновлении, поскольку наносятся однократно и работают весь срок эксплуатации механизма.


Компрессорная секция авиационного газотурбинного двигателя и типы компрессоров

Компрессорная секция газотурбинного двигателя выполняет множество функций. Его основная функция заключается в подаче воздуха в количестве, достаточном для удовлетворения потребностей горелок. В частности, для выполнения своего назначения компрессор должен повышать давление массы воздуха, поступающего из воздухозаборного тракта, а затем нагнетать его на горелки в необходимом количестве и под требуемыми давлениями.

Второстепенной функцией компрессора является подача отбираемого воздуха для различных целей в двигателе и самолете. Отбираемый воздух берется из любой из различных ступеней давления компрессора. Точное расположение выпускных отверстий, конечно же, зависит от давления или температуры, необходимых для конкретной работы. Порты представляют собой небольшие отверстия в корпусе компрессора, примыкающие к конкретной ступени, из которой должен выпускаться воздух; таким образом, различные степени давления доступны, просто нажав на соответствующую ступень. Воздух часто отбирается из конечной ступени или ступени с самым высоким давлением, поскольку в этот момент давление и температура воздуха максимальны. Иногда может возникнуть необходимость охладить этот воздух под высоким давлением. Если он используется для наддува кабины или других целей, для которых избыточное тепло было бы неудобным или вредным, воздух проходит через блок кондиционирования воздуха, прежде чем он попадет в кабину. Отработанный воздух используется по-разному. Некоторые из текущих применений отбираемого воздуха:

  1. Наддув, обогрев и охлаждение кабины
  2. Противообледенительное и противообледенительное оборудование
  3. Пневматический запуск двигателей
  4. Вспомогательные приводные агрегаты (ADU)

Два основных типа газовых компрессоров, используемых в настоящее время в авиационных турбинах двигатели бывают центробежные и осевые. Компрессор с центробежным потоком достигает своей цели, подбирая входящий воздух и ускоряя его наружу за счет центробежного действия. Компрессор с осевым потоком сжимает воздух, в то время как воздух продолжает двигаться в своем первоначальном направлении потока, что позволяет избежать потерь энергии, вызванных поворотами. Компоненты каждого из этих двух типов компрессоров имеют свои индивидуальные функции при сжатии воздуха для секции сгорания. Ступенью в компрессоре считается повышение давления.

Центробежные компрессоры

Центробежный компрессор состоит из рабочего колеса (ротора), диффузора (статора) и коллектора компрессора. [Рисунок 1] Центробежные компрессоры имеют высокий подъем давления на ступень, который может составлять около 8:1. Как правило, центробежные компрессоры ограничены двумя ступенями из-за соображений эффективности. Двумя основными функциональными элементами являются крыльчатка и диффузор. Несмотря на то, что диффузор представляет собой отдельный блок, который размещается внутри и крепится болтами к коллектору, весь узел (диффузор и коллектор) часто называют диффузором. Для уточнения при ознакомлении с компрессором блоки рассматриваются индивидуально. Рабочее колесо обычно изготавливается из кованого алюминиевого сплава, термически обработанного, обработанного и сглаженного для минимального ограничения потока и турбулентности.

Рис. 1. (A) Компоненты центробежного компрессора; (B) Колено выпуска воздуха с поворотными лопастями для снижения потерь давления воздуха

В большинстве типов рабочее колесо изготавливается из цельной поковки. Крыльчатка этого типа показана на рис. 1. Крыльчатка, функция которой состоит в том, чтобы подбирать и ускорять воздух, направляемый наружу к диффузору, может быть двух типов — с одинарным или двойным входом. Принципиальные различия между двумя типами крыльчаток заключаются в размере и расположении воздуховодов. Двусторонний тип имеет меньший диаметр, но обычно работает с более высокой скоростью вращения, чтобы обеспечить достаточный поток воздуха. Одностороннее рабочее колесо, показанное на рис. 2, обеспечивает удобный воздуховод непосредственно к проушине рабочего колеса (нагнетательные лопасти), в отличие от более сложного воздуховода, необходимого для доступа к задней стороне двухстороннего типа. Хотя крыльчатка с односторонним входом немного более эффективна в приеме воздуха, она должна быть большого диаметра, чтобы подавать такое же количество воздуха, как и рабочее колесо с двойным входом. Это, конечно, увеличивает габаритный диаметр двигателя.

Рис. 2. Рабочее колесо одностороннего входа

В воздуховод двухкамерного компрессора входит воздуховод. Эта камера необходима для компрессора двустороннего входа, потому что воздух должен поступать в двигатель почти под прямым углом к ​​оси двигателя. Следовательно, чтобы создать положительный поток, воздух должен окружать компрессор двигателя с положительным давлением перед входом в компрессор. В состав некоторых установок в качестве необходимых частей нагнетательной камеры входят вспомогательные дверцы воздухозаборника (продувочные дверцы). Эти продувочные люки пропускают воздух в моторный отсек во время наземной эксплуатации, когда потребности в воздухе для двигателя превышают расход воздуха через воздухозаборники. Двери удерживаются закрытыми под действием пружины, когда двигатель не работает. Однако во время работы двери автоматически открываются, когда давление в моторном отсеке падает ниже атмосферного. Во время взлета и полета набегающее давление воздуха в моторном отсеке помогает пружинам удерживать двери закрытыми.

Диффузор представляет собой кольцевую камеру с несколькими лопастями, образующими ряд расходящихся проходов в коллектор. Лопасти диффузора направляют поток воздуха от крыльчатки к коллектору под углом, предназначенным для сохранения максимального количества энергии, передаваемой крыльчаткой. Они также подают воздух в коллектор со скоростью и давлением, достаточными для использования в камерах сгорания. Обратитесь к рисунку 1-A и обратите внимание на стрелку, указывающую путь воздушного потока через диффузор, а затем через коллектор.

Коллектор компрессора, показанный на рис. 1-A, отводит поток воздуха от диффузора, который является составной частью коллектора, в камеры сгорания. Коллектор имеет по одному выпускному отверстию для каждой камеры, что обеспечивает равномерное распределение воздуха. Выходное колено компрессора прикручено болтами к каждому выходному отверстию. Эти воздуховыпускные отверстия выполнены в виде воздуховодов и известны под разными названиями, например воздуховоды, выпускные колена или впускные воздуховоды камеры сгорания. Независимо от используемой терминологии, эти выпускные каналы выполняют очень важную часть процесса диффузии; то есть они меняют радиальное направление воздушного потока на осевое, в котором процесс диффузии завершается после поворота. Чтобы колена могли эффективно выполнять эту функцию, внутрь колен иногда встраивают поворотные лопатки (каскадные лопатки). Эти лопасти уменьшают потери давления воздуха за счет гладкой вращающейся поверхности. [Рисунок 1-Б]

Осевой компрессор

Осевой компрессор состоит из двух основных элементов: ротора и статора. Ротор имеет лопасти, закрепленные на шпинделе. Эти лопасти толкают воздух назад так же, как пропеллер, из-за их угла наклона и контура аэродинамического профиля. Ротор, вращающийся с высокой скоростью, всасывает воздух на входе в компрессор и прогоняет его через ряд ступеней. От входа к выходу воздух течет по оси и сжимается в соотношении примерно 1,25:1 на ступень. Действие ротора увеличивает сжатие воздуха на каждой ступени и ускоряет его назад через несколько ступеней. При такой повышенной скорости энергия передается от компрессора воздуху в виде энергии скорости. Лопасти статора действуют как диффузоры на каждой ступени, частично преобразовывая высокую скорость в давление. Каждая следующая пара лопаток ротора и статора образует ступень давления. Количество рядов лопаток (ступеней) определяется количеством воздуха и требуемым повышением общего давления. Коэффициент сжатия компрессора увеличивается с количеством ступеней сжатия. В большинстве двигателей используется до 16 ступеней и более.

Статор имеет ряды лопаток, которые, в свою очередь, закреплены внутри кожуха. Статорные лопасти, которые неподвижны, выступают радиально к оси ротора и плотно прилегают к обеим сторонам каждой ступени лопастей ротора. В некоторых случаях корпус компрессора, в который вставлены лопатки статора, горизонтально разделен на половины. Верхнюю или нижнюю половину можно снять для осмотра или обслуживания лопастей ротора и статора.

Функция лопаток статора состоит в том, чтобы получать воздух из впускного воздуховода или с каждой предыдущей ступени, повышать давление воздуха и подавать его на следующую ступень с нужной скоростью и давлением. Они также контролируют направление воздуха к каждой ступени ротора для достижения максимально возможной эффективности лопаток компрессора. На рисунке 3 показаны элементы ротора и статора типичного осевого компрессора. Лопаткам ротора первой ступени может предшествовать узел входного направляющего аппарата, который может быть фиксированным или регулируемым.

Рис. 3. Элементы ротора и статора типичного осевого компрессора движения воздуха, поступающего в компрессор. Эта предварительная закрутка в направлении вращения двигателя улучшает аэродинамические характеристики компрессора за счет уменьшения сопротивления лопаток ротора первой ступени. Входные направляющие лопатки представляют собой изогнутые стальные лопатки, обычно приваренные к стальным внутреннему и внешнему кожухам.

На нагнетательном конце компрессора лопатки статора сконструированы так, чтобы выпрямлять воздушный поток и устранять турбулентность. Эти лопасти называются выпрямляющими лопастями или узлом выпускной лопасти. Корпуса осевых компрессоров не только поддерживают лопатки статора и обеспечивают внешнюю стенку осевого пути, по которому следует воздух, но также обеспечивают средства для извлечения компрессорного воздуха для различных целей. Лопатки статора обычно изготавливаются из стали, устойчивой к коррозии и эрозии. Довольно часто они обтянуты полосой из подходящего материала для упрощения проблемы с креплением. Лопасти вварены в кожухи, а наружный кожух прикреплен к внутренней стенке корпуса компрессора радиальными стопорными винтами.

Лопасти ротора обычно изготавливаются из нержавеющей стали, а последние ступени — из титана. Конструкция крепления лопастей к венцам дисков ротора различается, но обычно они вставляются в диски либо бульбовым, либо елочным способом. [Рисунок 4] Затем лезвия фиксируются на месте различными способами. Концы лопаток компрессора имеют уменьшенную толщину за счет вырезов, называемых профилями лопаток. Эти профили предотвращают серьезное повреждение лопасти или корпуса в случае контакта лопастей с корпусом компрессора. Это состояние может возникнуть, если лопасти ротора слишком ослаблены или опора ротора уменьшается из-за неисправного подшипника. Несмотря на то, что профили лопаток значительно снижают такие возможности, иногда лопатка может сломаться под нагрузкой от трения и нанести значительный ущерб лопаткам компрессора и узлам лопаток статора. Лопасти различаются по длине от входа до выхода, потому что кольцевое рабочее пространство (от барабана до кожуха) постепенно уменьшается к задней части за счет уменьшения диаметра кожуха. [Рисунок 5] Эта функция обеспечивает довольно постоянную скорость прохождения через компрессор, что помогает поддерживать постоянный поток воздуха.

Рис.

Ротор имеет барабанную или дисковую конструкцию. Ротор барабанного типа состоит из колец, которые соединены фланцами так, чтобы они подходили друг к другу, при этом вся сборка может быть скреплена сквозными болтами. Этот тип конструкции подходит для низкоскоростных компрессоров, где центробежные напряжения невелики. Ротор дискового типа состоит из ряда дисков, изготовленных из алюминиевых поковок, насаженных на стальной вал, с лопастями ротора, соединенными ласточкиным хвостом с ободами дисков. Другой метод изготовления ротора состоит в том, чтобы выточить диски и вал из цельной алюминиевой поковки, а затем прикрепить болтами стальные короткие валы к передней и задней части узла, чтобы получить опорные поверхности подшипников и шлицы для соединения с валом турбины. Роторы барабанного и дискового типа показаны на рисунках 5 и 6 соответственно.

2

0

2 СВЯЗАННЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

  • Типы и конструкция газотурбинных двигателей
  • Воздухозаборник
  • Вспомогательная секция
  • Диффузор
  • Секция турбины
  • Секция выхлопа
  • Подшипники и уплотнения газотурбинного двигателя
  • Характеристики газотурбинного двигателя

Что такое останов компрессора реактивного двигателя и как его можно предотвратить?

Вы, должно быть, слышали или даже сталкивались с глохнущим двигателем в автомобиле. Но знаете ли вы, что реактивные двигатели тоже страдают от глохнет? Эти остановки, или, точнее, остановки компрессора двигателя, вызваны нестабильностью воздушного потока внутри двигателя.

Что вызывает остановку компрессора

Работа компрессора в реактивном двигателе заключается в сжатии воздуха на впуске. Это сжатие вызывает увеличение давления воздуха. В то же время он уменьшает скорость воздуха. Узел компрессора состоит из лопаток ротора и статора. За каждым ротором следует статор. Роторы являются движущимися телами, а статоры остаются неподвижными.

Когда воздушный поток проходит через роторы, происходит чистое увеличение скорости воздушного потока, и, когда он проходит через статоры, кинетическая энергия в нем преобразуется в энергию давления. Это делается путем создания расходящихся проходов между лопастями ротора и статорами.

В типичном реактивном двигателе повышение давления в каждой паре ротора и статора довольно мало и составляет от 1,1 до 1,2:1. Это означает, что для достижения степени сжатия, скажем, 20:1 потребуется несколько роторов и статоров. В двигателях раннего поколения это делалось на одном узле турбины компрессора или на одном золотнике. Это была одна из основных причин, по которой их часто подвергали киоскам.

Как происходит зависание? Лопасти ротора компрессора представляют собой небольшие аэродинамические поверхности, подобные крыльям. Из-за этого им требуется, чтобы воздух обтекал их под оптимальным углом атаки. Если этот угол слишком мал или слишком велик, лопасти больше не смогут поддерживать равномерный поток воздуха внутри двигателя. Угол атаки на ротор создается оборотами компрессора и осевой скоростью воздушного потока 902:30 .

Изображение: Оксфорд ATPL

Реактивные двигатели

(особенно с одной катушкой) имеют фиксированные лопасти ротора, обеспечивающие наилучшие характеристики при очень высоких оборотах. При низких оборотах сбивается угол атаки по лопасти и нарушается воздушный поток внутри двигателя. Двигатели раннего поколения нередко глохли при рулении по земле, поскольку на этом этапе обороты двигателей работали ниже оптимальных.

Фото:
клипперарктика через Wikimedia Commons

Чтобы дать вам пример того, как это работает на самом деле, вы можете представить себе компрессор двигателя, работающий на скорости 100% (оптимальная частота вращения). В этом состоянии он может сжимать воздух со степенью сжатия 20:1.

Это означает, что воздух, проходящий через узел компрессора, становится все меньше и меньше в объеме. На выходе он сжат до 20:1. В этом сценарии, поскольку лопасти оптимизированы для работы на 100% оборотах в минуту, роторы могут получить оптимальный угол атаки, а воздушный поток внутри двигателя остается равномерным.

Теперь предположим, что мы уменьшили обороты двигателя примерно до 50%. Это снижает скорость компрессорного агрегата, и поступающий в него воздух сжимается уже не до 20:1, а, скажем, примерно до 8:1. В этом случае больший объем воздуха проходит через компрессор с более высокой скоростью или более высокой осевой скоростью.

Из-за этого сбивается угол атаки лопастей и нарушается воздушный поток внутри двигателя. Точно так же, если двигателю разрешено работать на более высоких оборотах, чем его проектные обороты, скажем, 110%, воздушный поток будет более сжатым.

Это заставляет его проходить через барабан компрессора с более высокой осевой скоростью, в результате чего угол атаки роторов становится выше оптимального, что приводит к нарушению воздушного потока и остановке компрессора.

Сваливание само по себе является частичным нарушением воздушного потока. Когда воздушный поток полностью разрушается внутри двигателя, это называется помпажем двигателя. Пилоты должны оперативно реагировать на сваливание, чтобы предотвратить помпаж.

Изображение: Оксфорд ATPL

Изображение: Оксфорд ATPL

Какие условия могут вызвать остановку компрессора?

Установлено, что всякий раз, когда поток воздуха на лопатки оказывается ниже или выше оптимального угла, происходит нарушение потока воздуха, что приводит к остановке компрессора. Здесь мы рассмотрим некоторые условия, которые могут привести к остановке компрессора.

Неправильное обращение с дроссельной заслонкой или рычагом управления двигателем

Если пилот открывает дроссели слишком быстро, увеличивается массовый расход через двигатель. Более высокая скорость потока может не позволить компрессору сжимать воздух с требуемой скоростью, в результате чего поток воздуха сгущается между камерой сгорания и задней частью барабана компрессора, увеличивая противодавление в камере сгорания. Это может снизить осевую скорость поступающего воздуха, что приведет к остановке лопастей и, в конечном счете, к остановке компрессора.

Фото:
airinteriorsinternational.com

Искажение потока воздуха через двигатель

Теперь совершенно ясно, насколько важно, чтобы воздушный поток проходил через компрессор под идеальным углом. Если это каким-либо образом нарушено, компрессор может заглохнуть. К этому может привести боковой ветер, а также это может быть вызвано эксплуатацией самолета на очень больших углах атаки. Это также может исказить воздушный поток, поступающий в двигатель.

Лопасти компрессора повреждены

Если лопасти компрессора эродированы или повреждены, они не могут эффективно сжимать воздушный поток. Это также может привести к остановке двигателя. Это может быть вызвано повреждением посторонними предметами (FOD), столкновениями с птицами или даже плохим обслуживанием.

Регулируемые направляющие лопатки и регулируемые статорные лопатки

Впускные направляющие лопатки с изменяемой геометрией находятся в самом начале узла компрессора. Они могут двигаться в зависимости от скорости двигателя, чтобы обеспечить правильный поток воздуха на лопасти ротора и статоры.

Когда скорость двигателя низкая, лопасти располагаются под крутым углом вниз, что создает завихрение для оптимизации воздушного потока. Когда двигатель вращается на более высокой скорости, угол уменьшается, чтобы уменьшить завихрение. Это снижает риск зависания.

Подобно регулируемым впускным направляющим лопаткам, лопатки статора также могут быть сконструированы таким образом, чтобы обеспечить движение воздуха под правильным углом к ​​лопасти ротора, которая следует за соответствующей лопастью статора.

Изображение: Оксфорд ATPL

Прокачка компрессора

Выпускные клапаны компрессора представляют собой клапаны в секции компрессора двигателя, которые открываются, когда двигатель работает на низких оборотах или когда требуется резкое ускорение. Клапаны в открытом состоянии позволяют выходить скопившемуся воздуху, снижая давление в задней части компрессора. Это снижает риск остановки компрессора.

Изображение: Оксфорд ATPL

Использование мультизолотников в двигателях

В наши дни это считается само собой разумеющимся, поскольку сегодня большинство двигателей имеют как минимум две катушки. Раньше использовалась одинарная катушка, и, поскольку она оптимизирована для лучшей работы при одном единственном числе оборотов в минуту, они имеют тенденцию глохнуть, когда скорость двигателя отклоняется от этого оптимального уровня.

Многозолотниковые двигатели состоят из нескольких золотников. Это означает, что каждый компрессор может работать от собственной турбины и не имеет связи с другими компрессорами. Например, двухконтурный двигатель состоит из компрессора низкого давления (LP) и компрессора высокого давления (HP).

Компрессор низкого давления вращается своей турбиной низкого давления, а турбина высокого давления вращает компрессор высокого давления. В этой конфигурации лопатки компрессора низкого давления оптимизированы для вращения на более низких оборотах, чем лопатки компрессора высокого давления. Таким образом, когда пилот уменьшает дроссель, обороты компрессора НД падают намного быстрее, чем у компрессора высокого давления. Таким образом, каждый компрессор постоянно поддерживает оптимальную скорость вращения.

Некоторые большие современные двигатели имеют три золотника. Они содержат компрессор LP, HP и промежуточного давления (IP), что еще больше улучшает характеристики двигателя.

Изображение: Оксфорд ATPL

Какие процедуры следует выполнять в случае остановки компрессора в полете?

Столкновение с остановкой двигателя сопровождается одним или несколькими громкими ударами. Удары похожи на выстрелы из дробовика.

Это также может вызвать колебания параметров двигателя, вызвать аномально высокие вибрации и даже привести к повышению температуры выхлопных газов (EGT). Снаружи самолета пламя также может быть видно из выхлопной трубы, а иногда и из воздухозаборников двигателя.

 Изображение: Airbus

 

Как только двигатель заглохнет, пилот должен уменьшить тягу до холостого хода, переместив рычаг(и) двигателя(ей) двигателя(ей) назад. Это должно снизить противодавление и помочь стабилизировать поток воздуха. Когда двигатель (двигатели) работает на холостом ходу, необходимо проверить параметры двигателя, чтобы убедиться, что они стабильны. В зависимости от типа самолета в этот момент можно сделать очень интересную вещь.

В частности, на самолетах с системами защиты от обледенения, работающими от отбираемого от двигателя воздуха, пилоты могут включить систему защиты от обледенения. Это удаляет воздух из компрессора двигателя, обеспечивая стабильный поток воздуха.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Рисунок 6. Ротор компрессора дискового типа Общий вал получается путем соединения валов турбины и компрессора подходящим способом. Золотник двигателя поддерживается подшипниками, установленными в соответствующих корпусах подшипников.

Как упоминалось ранее, в настоящее время используются две конфигурации осевого компрессора: один ротор/золотник и двойной ротор/золотник, иногда называемый цельным золотником и разделенным золотником (двухзолотниковый, двойной золотник).

В одной версии цельнозолотникового (однозолотникового) компрессора используются регулируемые направляющие лопатки на входе. Кроме того, первые несколько рядов лопаток статора являются переменными. Основное различие между регулируемым входным направляющим аппаратом (VIGV) и регулируемым статорным аппаратом (VSV) заключается в их положении относительно лопаток ротора. VIGV находятся перед лопастями несущего винта, а VSV — за лопастями несущего винта. Углы входных направляющих лопаток и первых нескольких ступеней статорных лопаток могут быть переменными. Во время работы воздух поступает в переднюю часть двигателя и направляется в компрессор под нужным углом с помощью регулируемой впускной направляющей и направляется VSV. Воздух сжимается и нагнетается в камеру сгорания. Топливная форсунка, которая входит в каждую гильзу сгорания, распыляет топливо для сгорания. Эти переменные контролируются в прямой зависимости от количества мощности, которую двигатель должен производить в зависимости от положения рычага управления мощностью.

Большинство турбовентиляторных двигателей относятся к типу компрессоров с разделенной катушкой. В большинстве больших турбовентиляторных двигателей используется большой вентилятор с несколькими ступенями сжатия, называемый золотником низкого давления. Эти турбовентиляторные двигатели включают в себя два компрессора с соответствующими турбинами и соединительными валами, которые образуют две физически независимые роторные системы. Во многих системах с двумя роторами роторы вращаются в противоположных направлениях и не имеют механической связи друг с другом. Второй золотник, называемый золотником высокого давления, является компрессором для газогенератора и активной зоны двигателя и подает воздух в секцию сгорания двигателя.

Преимущества и недостатки обоих типов компрессоров перечислены в следующем списке. Несмотря на то, что каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, каждый из них имеет свое применение в зависимости от типа и размера двигателя.

Преимущества центробежного компрессора:

  • Высокий подъем давления на ступень
  • Эффективность в широком диапазоне частот вращения
  • Простота изготовления и низкая стоимость
  • Малый вес
  • Низкая пусковая мощность.

Недостатки центробежного компрессора:

  • Большая лобовая площадь при заданном расходе воздуха
  • Потери в оборотах между ступенями

Достоинства осевого компрессора: площадь для заданного расхода воздуха

  • Прямоточный поток, обеспечивающий высокую эффективность поршня
  • Увеличенный рост давления за счет увеличения количества ступеней с незначительными потерями
  • Недостатками осевых компрессоров являются:

    • Хороший КПД только в узком диапазоне частот вращения
    • Сложность изготовления и высокая стоимость
    • Относительно большой вес
    • Высокие требования к пусковой мощности (частично преодолеваемые сплит-компрессорами)