Sprężarki przepływowe

Opis

Skrypt poświęcony jest tematyce sprężarek – jednych z kluczowych maszyn w dzisiejszym przemyśle.

Sprężarki charakteryzują się bowiem bardzo dużym zróżnicowaniem budowy i sposobu działania stąd też wynikła konieczność syntetycznego przedstawienia teorii, konstrukcji, podstawowych własności oraz zasad eksploatacji tych maszyn.

Ta książka jest niezwykle cenna, ponieważ stanowi źródło wiedzy na temat sprężarek przemysłowych, nie tylko dla studentów Politechniki Łódzkiej, ale także dla wszystkich entuzjastów techniki i inżynierii.

Przedmowa

Sprężarki są jednymi z najpowszechniej spotykanych maszyn roboczych. Trudno wyobrazić sobie bez nich dowolny warsztat mechaniczny, na przykład naprawiający samochody. Ale stosujemy również bardzo duże sprężarki przeznaczone dla petrochemii, górnictwa i energetyki, o mocach rzędu kilkunastu megawatów i większych. Tymczasem na Wydziale Mechanicznym PŁ kierunek Energetyka, na wykłady z maszyn sprężających w ramach kursu inżynierskiego przeznaczono jedynie piętnaście godzin. Stąd też wynikła konieczność syntetycznego przedstawienia teorii, konstrukcji, podstawowych własności oraz zasad eksploatacji tych maszyn.

Sprężarki charakteryzują się bardzo dużym zróżnicowaniem budowy i sposobu działania. Ze względu na wymagania kierunku Energetyka skoncentrowano się na sprężarkach przepływowych promieniowych, ponieważ one to głównie tworzą park maszynowy w zakładach chemicznych i energetycznych. Nie poruszano tematyki sprężarek objętościowych, albowiem w tej dziedzinie istnieje w Polsce bogaty rynek i są powszechnie dostępne materiały firmowe odnośnie ich budowy i własności eksploatacyjnych.

Rozdziały od pierwszego po dwunasty niniejszego skryptu zostały opracowane przez prof. dra hab. inż. Władysława Kryłłowicza. Rozdział trzynasty opracowali wspólnie prof. dr hab. inż. Władysław Kryłłowicz oraz dr inż. Kirill Kabalyk. Korekty merytorycznej dokonali również prof. dr hab. inż. Władysław Kryłłowicz oraz dr inż. Kirill Kabalyk.

Autorzy dziękują firmom Atlas – Copco Polska i Sulzer Management za wyrażenie zgody na zamieszczenie ich materiałów firmowych, bez których ta książka byłaby znacznie uboższa. Wyrazy podziękowania należą się również pani mgr Annie Słocie za pomoc w trakcie przygotowania treści skryptu do druku.

Spis treści

Przedmowa / 5
Wykaz ważniejszych oznaczeń / 6

1. Podstawowe definicje / 9

2. Klasyfikacja sprężarek / 11

3. Termodynamika procesu sprężania / 14
3.1. Sprężanie adiatermiczne (adiabatyczne) / 15
3.2. Sprężanie diatermiczne / 21
3.3 Sprężanie gazów wilgotnych / 27

4. Teoria promieniowego stopnia sprężającego / 31
4.1. Działanie i budowa promieniowej maszyny sprężającej / 31
4.2. Rodzaje kół wirnikowych, kinematyka przepływu przez koło wirnikowe / 33
4.3. Rzeczywisty przepływ przez koło wirnikowe / 40
4.4. Dyfuzor sprężarki / 46
4.5. Spirala zbiorcza / 52
4.6. Elementy stopni sprężarek wielostopniowych / 55

5. Przekazywanie energii poza wieńcami wirującymi – przecieki i brodzenie / 62

6. Współpraca maszyn sprężających z odbiornikiem / 68
6.1. Charakterystyka sprężarki przepływowej / 68
6.2. Pompowanie i układ przeciwpompażowy / 74
6.2.1. Praca niestateczna systemu sprężarka – sieć (ang. system surge) / 75
6.2.2. Praca niestateczna sprężarki (compressor stall) / 77
6.2.3. Układ przeciwpompażowy / 83
Zjawisko dławienia (choke) / 84
Praca szeregowa i równoległa sprężarek / 85

7. Określenie zapotrzebowania mocy / 97

8. Regulacja sprężarek / 100
8.1. Regulacja poprzez dławienie na ssaniu / 101
8.2. Regulacja sprężarki poprzez dławienie na tłoczeniu / 106
8.3. Regulacja poprzez zmianę częstości obrotów / 106
8.4. Regulacja zawirowaniem na wlocie / 113
8.5. Regulacja nastawnymi łopatkami dyfuzora / 117
8.6. Porównanie efektywności różnych rodzajów regulacji / 120

9. Zagadnienia wyznaczenia siły osiowej oraz projektowania układów uszczelnień / 121
9.1. Siła osiowa w stopniu sprężarkowym / 121
9.2. Uszczelnienia wirników / 125

10. Technologia kół wirnikowych / 138
10.1. Wytrzymałość koła wirnikowego / 138
10.2. Materiały i półfabrykaty do produkcji kół wirnikowych / 141
10.3. Sposoby wykonywania kół wirnikowych / 143
10.4. Zakresy stosowania poszczególnych technologii / 152
10.5. Test odwirowania koła wirnikowego / 153

11. Przegląd konstrukcji sprężarek i dmuchaw promieniowych / 155
11.1. Sprężarki jednowałowe / 155
11.2. Sprężarki przekładniowe / 162
11.3. Sprężarki wielokadłubowe / 169
11.4 Sprężarki o pionowym podziale kadłuba / 171
11.5. Konstrukcje specjalne sprężarek promieniowych / 175
11.6. Dmuchawy promieniowe / 181

12. Instalacje sprężarkowe / 187

13. Metodyka projektowania promieniowego stopnia sprężarkowego / 192
13.1. Zasady ogólne projektowania stopnia / 192
13.2. Przykład obliczenia stopnia sprężarkowego w oparciu o jednowymiarową metodę elementarną / 197
13.3. Modelowanie numeryczne charakterystyk przepływowych stopnia zaprojektowanego w oparciu o jednowymiarową metodę elementarną / 208

Literatura / 222
Streszczenie / 226
Summary / 228