5. TURBOKOMPRESORI 5.. OSNOVNE KONSTRUKCIJSKE ZNAČAJKE Trbokomrsori sadaj strojv a strjaj. Osovi sklo trbokomrsora čii kolo rotora koj s razmjro vlikom brziom vrti a vratil a koj j asađ i riadi stator koji mirj. Ertsko staj ar rad tvari mijja s tako što s ri strjaj ar kaalima izmđ loatica rotora ovćava ja kitička rija slijd djlovaja ctrifal sil i otcijala rija (rija tlaka). Ulaskom ar iz rotora difzor koji či loatic statora, kitička s rija ar rtvara otcijal, t tlak orast a koač vrijdost. Karaktristič krivlj staih i trbokomrsora s začajo razlikj. Dok kod staih komrsora dobava ostaj ribližo kostata kod rmj komrsijsko omjra, kod trbokomrsora oa zato ovisi o komrsijskom omjr. Tlak a - stai komrsor b - aksijali trbokomrsor c - radijali trbokomrsor Dobava V & Slika 5.. Karaktristič krivlj stao komrsora i aksijalo radijalo trbokomrsora Pli ili ara strj kolo rotora arallo s osi stroja kom brziom c 0. Skr li kolo strj lia ili ar tako da a izlaz ima okomit smjr obzirom a vratilo rotora ovori s o radijalom trbokomrsor. Ukoliko ako aštaja kola rotora strja zadržava smjr arallo s osi stroja oda s ovori o aksijalom trbokomrsor. 87
Slika 5.. Staj radijalo trbokomrsora Slika 5.3. Izld trostajsko radijalo trbokomrsora 88
Slika 5.4. Staj aksijalo trbokomrsora Slika 5.5. Izld višstajsko aksijalo trbokomrsora 89
5.. TEORETSKE OSNOVE RADA TURBOKOMPRESORA Za razmijvaj ačla djlovaja strojva a strjaj kao osova slž tri osova stavka hidromhaik: Brollijva jdadžba, jdadžba kotiitta i imlsi stavak. 5... BERNOULLIJEVA JEDNADŽBA Brollijva jdadžba za komrsibilo strjaj bz bitaka lasi c + vd P + h kost dj j c ostita brzia strj, totali tlak a očtk a statički tlak a kraj romatraja, brzaj sil tž i h odtska razlika visii. Pri romatraj strjaja kroz trbokomrsor čla h s mož zamariti. 5... JEDNADŽBA KONTINUITETA Jdadžba kotiitta lasi M & & Vρ Acρ kost 5..3. IMPULSNI STAVAK Imlsi stavak kazj da j otrbi zakrti momt za održavaj rotacij kola trbokomrsora jdak razlici momta imlsa (vliči ibaja). Pri račaj imlsa trba zti samo obod komot laz i izlaz brzi c i c, jr s samo o odir zakrtaj kola. Slika 5.6. Trokti brzia za radijali (lijvo) i aksijali dso) trbokomrsor 90
Momt imlsa rotoč mas M & a laz kolo rotora izosi I & M Mc r Momt imlsa rotoč mas M & a izlaz iz kola rotora izosi I &, M Mcr Potrbi zakrti momt kola j tada I M ( c r c ) I &. M I M M r Uvrštjm izraza za kt brzi ω r r rthod jdadžb dobiva s ako srđivaja izraz za sa otrb za oo trbokomrsora ω & ( c c ) P I M M 5..4. GLAVNE JEDNADŽBE STROJEVA NA STRUJANJE IDEALNO KOLO Da bi s savladala ravitacijska sila za odizaj mas od M & [k/s] a visi otrbo j trošiti sa P I M ω, a vrijdi ω M& I M iz ča slijdi I M ω. M & Ako s orji izraz rimiji a kolo trbokomrsora, oda s z korištj ω M & c c mož isati I M izraza ( ) ( c c ) tor 9
ili z c 0, tj. za α 90 o za radijali laz kolo tor c Za aksijalo rostrjavaa kola, dj za jd strjic vrijdi a c w w, roizlazi c ( w w ) tor Gorj tri jdadžb za tor či tzv. I lav jdadžb strojva a strjaj. Iz trokta brzia a slici 5.5 lijvo (radijali trbokomrsor) omoć kosisovo očka roizlazi c c cosα ( c + w ) i c c cosα ( c + w ) Kad s to vrsti I lav jdadžb strojva a strjaj dobiva s tzv. II lava jdadžba strojva a strjaj Za radijalo kolo oa j [( c c ) + ( ) + ( w w )] tor, Za aksijalo kolo (slika 5.5 dso) vrijdi z tor [( c c ) + ( w w )] Prvi ribrojik a dsoj strai, ( c ) c j mjra orasta kitičk rij lia kada m s brzia ovća od laz c a izlaz c. Taj s izos kitičk rij tk difzorskim kaalima statora rtvara otcijal rij i zrokj orast tlaka rma Brollijvoj jdadžbi. Dri ribrojik a dsoj strai, ( ) ctrifal sil a čstic lia. dirkti j orast tlaka zbo djlovaja 9
Posljdji ribrojik a dsoj strai, ( w ) w j smajj kitičk rij lia kol koj rma Brollijvoj jdadžbi vć jm rtvara t kitičk rij otcijal rij i zrokj orast tlaka. 5..5. STVARNO KOLO Za idalo kolo trbokomrsora rtostavljo j strjaj bz trja s arallim strjicama, t da s sva rivda rija kol iskoristi za komrimiraj lia. Stvaro kolo ima koači broj loatica i strjic jovim kaalima is arall. Strjaj lia kroz kaal rotora i statora odvija s z ojav trašj trja a j rasoloživa rija za komrimiraj lia tim maja. Koačo, liska strja ašta stvari stator s kom izlazom brziom c 3, što zrokj izlazi bitak. Utjcaj koačo broja loatica iskazj s kroz otklo mlaza slijd razlik tlakova a izlaz iz kola, a strja lia ašta rotor od ktom β koji j maji od izlazo kta loatic β, a s zbo toa mijja izlazi trokt brzia, a tim s i oboda komota c mijja c. Tim s smajj moćost rijosa rij a li kol a rva lava jdadžba radijalo trbokomrsora sada ostaj. tor c Slika 5.7. Utjcaj koačo broja loatica Za odos tor tor mož s litratri roaći izraz c + z ε tor c π si β, tor ( r r ) dj j z broj loatica a r i r lazi i izlazi radijsi brida loatic. Utjcaji koačo broja loatica, trašj trja i izlazo bitka rikazai s, V & - dijaram a slici 5.8. Za k rojktira dobav V & rikazaa j visia dizaja tor točkom. Uzvši obzir otklo mlaza, rotor s mož rdati samo rija odrđa sa 93
tor, točka. Ako s od toa odbij i rija koja s troši a savladavaj bitaka trja kol, bitaka trja i vrtložja rasor i trja stator, t vtalo ridodaom rkrtom kaal, dobiva s točka 3 koja odrđj fktiv visi dizaja, dakl oa rija koja j rostala rasoloživa za komrimiraj lia. Staj iskoristivosti rij j tada Prma slici 5.6. mož s izraziti c ϕ, η tor c kao dio, tj. a ϕ ovisi samo o kostrkciji kola i kostat j vrijdosti ϕ ta β taα + ta β Izraz za izos rij koja s fktivo troši a komrimiraj lia lasi η tor εη tor εηc εηϕ μ Prodkt ε ηϕ aziva s faktorom visi tlaka μ. Slika 5.8. Visi dizaja i bici 94
Na osovi trbokomrsora trba rivoditi rij tot koja mora biti dovolja da amiri oaj izos rij koji s mož rdati kol rotora tor, a zatim i izos za okrivaj vajskih bitaka stroja (bici trja a vajskim ovršiama diska kola, labiritim brtvicama i lavim lžajvima). as li s izosi ovih bitaka izad tor dobiva s točka 5, tot. Efktivi j staj djlovaja trbokomrsora odos o rij koja slži za iskljčivo komrimiraj lia i rij koja s mora trošiti a sojci trbokomrsora tot, dakl η. tot Saa otrba za komrimiraj j stvari P M & M & μ. Komrsija j olitroska a izraz za otrb sa ri olitroskoj komrsiji lasi R P M& RT M& T, m dj j R 834 [J/kmol K] oća liska kostata, a m [k/kmol] molklara masa lia. Izjdačjm slijdi izraz koji daj jdozač vz troš sa i fktiv visi dizaja R M & μ M& T. m Srđivajm orj izraza mož s dobiti vrijdost za ostizivi komrsijski omjr + m T R μ. Iz ovo s izraza vidi da j z kostat brzi vrtj komrsijski omjr to vći što j vća molklara masa lia i što j vći faktor visi tlaka μ koji zima obzir sv okolosti strjaja stvarom komrsor. Takođr s vidi da komrsijski omjr rast roorcioalo kvadrat brzi vrtj kola. 95
96 5..6. VIŠEKRATNA KOMPRESIJA Povćajm obod brzi rast i komrsijski omjr s jim kvadratom. Oraičja koja s ostavljaj a ovćaj obod brzi s ovzaa s čvrstoćom matrijala kola i otrbom da a kritičim mjstima strjaja Machova začajka strjaja koja s izračava kao w z w Ma dj j RT w z brzia zvka, rmaši vrijdost 85 0, 0,8 Ma. Za laz rotor vrijdi 0,85 Ma, a za izlaz iz rotora + 0,9 Ma. Ukoliko Machova začajka strjaja ili oboda brzia za traži komrsijski omjr rijđ dozvolj vrijdost (za to j 00 300 ms - ) mora s rijći a viškrat komrsij, ri čm s komrsijski omjr ojdiom stj izračava iz izraza R + N T m μ, dj j N broj stjva komrsij.
5.3. RADNE KARAKTERISTIKE TURBOKOMPRESORA 5.3.. RADNE KARAKTERISTIKE RADIJALNI TURBOKOMPRESORA Tortska visia dizaja za radijali komrsor j tor c w ta β V& Dπb ta β V& π Db. ta β Ovdj j D vajski romjr kola a b širia kaala a izlaz (obod kola). Vidi s da tor ovisi o izlazom kt loatic β. Taj kt mož biti maji, jdak ili vći od 90 o, a ovorimo o atra zakrivljim loaticama, radijalim loaticama i arijd zakrivljim loaticama. Slika 5.9. Karaktrističi oblici loatica radijalih komrsora i riadi trokti brzia Tmljm orj izraza mož s iscrtati ravc za, V & - dijaramima. tor Za rojktirai omiali rotok Valazi s a raij oisai ači tor, ri čm j zt obzir bitak zbo otkloa mlaza. Odbij li s još trašji bici i izlazi bitak, dobiva s točka 3, koja za V odrđj. Točka 3 j omiala rada točka komrsora za brzi vrtj. Za svaki dri rotok V & V& javljaj s još i dodati bici sdara (jr s smjrovi brzia takvi da strja lazi tacijalo a loatic rotora i statora) a j maja rostala rasoloživa rija za komrimiraj lia. Odbij li s ovi bici (3'-4' i 3''-4'') dobivaj s i za rotok V & V& točk stvar rad karaktristik ( ) f V&. Dobiv karaktristik imaj maksimm (točk K). Dsa straa karaktristik V & > V& rdstavlja j radi ili stabili dio, dok j lijva straa V & < V& raktički ostvarivi, stabili dio. Kolo a β < 90 o odabir s kada s tijkom rada komrsora očkj i vć romj rotoka, a da s ritom koači tlak samo malo mijja, z dobar staj iskoristivosti rij. Rashladi s komrsori izrađj s ovakvim kolima. Odabir s kt β 40 60 o. 97
Kolo b β 90 o odabir s kada j odrđom odrčj romj rotoka otrba raktički romjjiv komrsijski omjr x. Kolo c β > 90 o odabir s kada žlimo ostići što vći komrsijski omjr x, bz obzira a al romj komrsijsko omjra ri romjjivom rotok. Slika 5.0. Rad karaktristik radijalih trbokomrsora različitih izlazih ktova loatica rotora β 5.3.. RADNE KARAKTERISTIKE AKSIJALNI TURBOKOMPRESORA Sličo kao i za radijal komrsor mož s dobiti rada karaktristika aksijalih komrsora. Karaktristika j o strmija, što zači da mala romja rotoka zrokj zat romj komrsijsko omjra. Slika 5.. Rada karaktristika aksijalih trbokomrsora 98
5.3.3. RADNE KARAKTERISTIKE TURBOKOMPRESORA I BRZINA VRTNJE Ako s romiji brzia vrtj od a x mijja s visia dizaja, a s zbo μ mož za kostata μ isati x, x x tj. visia dizaja rast roorcioalo kvadrat brzi vrtj. Za radijali komrsor rotok s mož izračati kao ( ) β x Vx Dπ b ϕ ta, dok j za aksijali trbokomrsor rotok ( D d )( ϕ ) ta β x π, 4 Vx Protok oba slčaja ovisi o obodoj brzii x. Mož s zakljčiti da j V& x x x V V. Promjom brzi vrtj mijja s i saa, a kako j saa roorcioala rodkt rotoka i visi dizaja, to j P 3 x x P 3 P 3 x 3 Pozavaj ovih odosa, mož s iz ozato toka omial rad karaktristik i toka otrb sa brzi vrtj za koj j komrsor rađ, odrditi ova rada karaktristika a romijj brzi vrtj i tok ov karaktristik otrb sa. 5.4. REGULACIJA DOBAVE TURBOKOMPRESORA Rlacija dobav trbokomrsora mož s rovsti romjom brzi vrtj. Žli li s održati kostata dobavi tlak z romj rotoka, rilaođava s brzia vrtj tako da ova rada karaktristika bd takva da zadovoljava žlji rotok ri kostatom tlak kost. 99
Slika 5.. Rlacija dobav trbokomrsora romjom brzi vrtj Rlacij dobav trbokomrsora moć j rovsti i rišivajm ar a sis komrsora, ali to j koomiča ači, a s rjđ rimjjj. 00