compressor

Η συμπίεση του αέρα στον αεροστρόβιλο επιτυγχάνεται με δύο τύπους συμπιεστών βασικά, τον συμπιεστή φυγοκεντρικής ροής και τον συμπιεστή αξονική ροής. Και οι δύο τύποι παίρνουν κίνηση από τον στρόβιλο μέσω κατάλληλου άξονα.

5. Άξονας στροφείου προσαρμοσμένος κατ’ ευθείαν στον στρόβιλο

Σχήμα 4-1: Τυπικός φυγοκεντρικός αεροσυμπιεστής (διπλός)

Ο φυγοκεντρικός συμπιεστής (σχήμα 4.1) είναι ένα συγκρότημα μιας ή δύο βαθμίδων. Κάθε βαθμίδα χρησιμοποιεί ένα στρεφόμενο τμήμα (impeller) για να επιταχύνει τον αέρα και ένα διαχύτη (diffuser) για να επιταχύνει την απαιτούμενη αύξηση της πίεσης. Ο αξονικός συμπιεστής (σχ. 4.7 και 4.8) είναι ένα συγκρότημα πολλών βαθμίδων, που χρησιμοποιεί διαδοχικές σειρές στρεφτών και σταθερών πτερυγίων, για να επιταχύνει και συμπιέσει διαδοχικά τον αέρα μέχρι την επιθυμητή πίεση.

Ο φυγοκεντρικός συμπιεστής είναι γενικά πιο ισχυρής κατασκευής και κατασκευάζεται πιο εύκολα. Ο αξονικός συμπιεστής όμως αναρροφά πολύ μεγαλύτερη μάζα αέρα για δεδομένη μετωπική επιφάνεια και μπορεί να σχεδιασθεί για μεγαλύτερους βαθμούς συμπίεσης. Η δυνατότητα εισαγωγής μεγαλύτερης ποσότητας αέρα σημαίνει ικανότητα παροχής μεγαλύτερης ώσης. Η επίτευξη μεγαλύτερου βαθμού συμπίεσης εξ άλλου σημαίνει μεγαλύτερη απόδοση λειτουργίας, δηλαδή μικρότερη ειδική κατανάλωση (σχήμα 4.2).

Φυγοκεντρικός συμπιεστής (centrifugal flow compressor) Οι φυγοκεντρικοί συμπιεστές αποτελούνται από ένα απλό στρεφτό τμήμα (δίσκο) με πτερύγια από την μία ή και τις δύο πλευρές ή από δύο δίσκους στη σειρά, με πτερύγια από την μία πλευρά. Το στροφείο περιέχεται σε ένα περίβλημα, που περιλαμβάνει επίσης ένα δακτύλιο με τους διαχύτες.Αν χρησιμοποιείται διπλό στροφείο τότε στο πίσω μέρος, θα έχουμε αναστροφή ροής και χρειάζεται ειδική διαμόρφωση.

Αρχές λειτουργίας

Το στροφείο στρέφεται με μεγάλη ταχύτητα από τον στρόβιλο και έτσι δημιουργείται συνεχής ροή αέρα προς το κέντρο του. Οι φυγοκεντρικές δυνάμεις που δημιουργούνται ωθούν την ροή ακτινικά προς τα έξω κατά μήκος των πτερυγίων, Έτσι επιτυγχάνεται επιτάχυνση του αέρα και μια μικρή αύξηση πίεσης. Ο αγωγός εισαγωγής μπορεί να διαθέτει πτερύγια για την δημιουργία αρχικού στροβιλισμού πριν ο αέρας εισέλθει στον συμπιεστή

Σχήμα 4-2: Μεταβολή ειδικής κατανάλωσης σε σχέση προς λόγο πιέσεων

Τα κύρια τμήματα του συμπιεστή είναι το σύστημα εισαγωγής αέρα, το στροφείο και οι διαχύτες.

Ο άξονας του συμπιεστή περιστρέφεται σε τριβείς κύλισης (σφαιρικούς ή κυλινδρικούς) και είναι ολόσωμος μέχρι τον στρόβιλο ή σε δύο τμήματα, που ενώνονται με ειδικό προσαρμογέα, σχεδιασμένο για εύκολη αποσύνδεση.

Στροφείο Το στροφείο αποτελείται από ένα σφυρήλατο δίσκο με ολόσωμα, ακτινικά πτερύγια στη μία ή και στις δύο πλευρές, που σχηματίζουν αποκλίνοντες αγωγούς (σχήμα 4.5).

Σχήμα 4-5: Τυπικά στρεφόμενα μέρη φυγοκεντρικού συμπιεστή

Τα πτερύγια μπορεί να έχουν καμφθεί προς τα πίσω, αν και συνήθως χρησιμοποιούμε ίσα πτερύγια για ευκολία κατασκευής. Για να διευκολυνθεί η αλλαγή της διεύθυνσης της ροής από την αξονική προς την ακτινική ροή, τα πτερύγια στο κέντρο του συμπιεστή κλίνουν προς το μέρος της περιστροφής. Τα τμήματα που έχουν καμφθεί μπορεί να είναι ολόσωμα με τα ακτινικά πτερύγια ή να είναι ξεχωριστά για μεγαλύτερη ακρίβεια κατασκευής.

Το συγκρότημα των διαχυτών μπορεί να είναι ολόσωμο με το περίβλημα του δίσκου ή να αποτελεί ξεχωριστό τμήμα. Και στις δύο περιπτώσεις αποτελείται από ένα αριθμό πτερυγίων εφαπτομενικών προς την περιφέρεια του δίσκου. Αυτά σχηματίζουν αποκλίνοντες αγωγούς για την μετατροπή της κινητικής ενέργειας σε ενέργεια πίεσης. Οι εσωτερικές ακμές των πτερυγίων είναι σε ευθεία με την διεύθυνση της ροής από το στροφείο (σχήμα 4.6). Το διάκενο μεταξύ στροφείου και διαχυτών είναι σημαντικό για την ομαλή λειτουργία του κινητήρα. Πολύ μικρό διάκενο μπορεί να δημιουργήσει αεροδυναμικούς παλμούς, που αν μεταφερθούν στον δίσκο μπορεί να προκαλέσουν ασταθή ροή και κραδασμούς.

Ο αξονικός συμπιεστής αποτελείται από ένα ή περισσότερα στρεφόμενα μέρη, που φέρουν στην περιφέρειά τους πτερύγια με διατομή σχήματος αεροτομής. Κατά την περιστροφή οι σειρές αυτών των πτερυγίων στρέφονται ανάμεσα σε σειρές σταθερών πτερυγίων με ανάλογο σχήμα προσαρμοσμένων σε εξωτερικό κυλινδρικό περίβλημα (σχήματα 4.7, 4.8). Ο συμπιεστής είναι ένα συγκρότημα με πολλές βαθμίδες επειδή η εργασία (αύξηση πίεσης) από κάθε μία είναι μικρή. Μία βαθμίδα αποτελείται από μια σειρά στρεφτών πτερυγίων, που ακολουθείται από μια σειρά σταθερών. Μερικοί συμπιεστές έχουν μια πρόσθετη σειρά σταθερών πτερυγίων που ονομάζονται πτερύγια εισόδου ή οδηγά πτερύγια, για να κατευθύνουν τον αέρα προς την πρώτη βαθμίδα. Η γωνιακή θέση των πτερυγίων μπορεί να ελεγχθεί αυτόματα, για να ανταποκρίνεται σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας (βλέπε παρακάτω).

Ένας απλός συμπιεστής (single spool) αποτελείται από ένα τύμπανο και σειρές σταθερών πτερυγίων. Ο αριθμός των βαθμίδων καθορίζεται από την επιθυμητή αύξηση πίεσης. Όλη η ροή του αέρα γίνεται μέσα από τον συμπιεστή.

Ο πολλαπλός συμπιεστής (multi-spool) αποτελείται από δύο ή τρία τύμπανα με κινητά πτερύγια και ανάλογα σταθερά. Κάθε συμπιεστής κινείται από δικό του στρόβιλο σε μια άριστη ταχύτητα, ώστε να εξασφαλίζεται ο μέγιστος δυνατός λόγος συμπίεσης και η μέγιστη προσαρμογή στις συνθήκες λειτουργίας.

Παρ’ όλο ότι ο διπλός συμπιεστής (twin-spool) μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για απλό αεροστρόβιλο, είναι οπωσδήποτε κατάλληλος για αεροστρόβιλο διπλής ροής, όπου ο μπροστινός συμπιεστής ή συμπιεστής χαμηλής πίεσης σχεδιάζεται για την αρχική συμπίεση μεγαλύτερης μάζας αέρα, από ότι ο δεύτερος συμπιεστής ή συμπιεστής ψηλής πίεσης. Μόνο ένα ποσοστό του αέρα από τον πρώτο συμπιεστή εισέρχεται στον δεύτερο. Το υπόλοιπο μέρος της ροής (ή ροή παράκαμψης), οδηγείται γύρω από τον συμπιεστή ψηλής πίεσης. Οι δύο ροές ενώνονται στο τμήμα της εξαγωγής πριν το ακροφύσιο εξαγωγής

1. Περίβλημα εισαγωγής 11. Συμπιεστής διπλού άξονα

2. Πτερύγιο στάτη 12. Άξονας κίνησης από στρόβιλο

3. Πτερύγιο στροφείου 13. Άξονας κίνησης από στρόβιλο

5. Λήψη κίνησης παρελκομένων 14. Άξονας; Κίνησης από στρόβιλο

Σχήμα 4-7: Τυπικοί άξονες συμπιεστές (απλός και διπλός)

4. Άξονας κίνησης από στρόβιλο ενδιάμεσης πίεσης

5. Άξονας κίνησης από στρόβιλο χαμηλής πίεσης

Κατά τη λειτουργία το κινητό μέρος στρέφεται σε ψηλές στροφές από τον στρόβιλο, ώστε εξασφαλίζεται μια συνεχής εισαγωγή αέρα. Ο αέρας επιταχύνεται από τα κινητά πτερύγια και οδηγείται προς την επόμενη σειρά σταθερών πτερυγίων. Η αύξηση της πίεσης προέρχεται από την διάχυση, που πραγματοποιείται μεταξύ των σταθερών πτερυγίων και μεταξύ των κινητών πτερυγίων. Τα σταθερά πτερύγια εκτός από την διάχυση χρησιμεύουν και για να

διορθώσουν την γωνιακή διεύθυνση ροής του αέρα από την προηγούμενη σειρά κινητών πτερυγίων, ώστε να εξασφαλίζεται η κανονική γωνία για την επόμενη σειρά κινητών. Η τελευταία σειρά σταθερών πτερυγίων συνήθως χρησιμεύει για εξομάλυνση της ροής, ώστε να απαλειφθεί ο πιθανός στροβιλισμός και ο αέρας να εισέλθει στο θάλαμο καύσης σαν εντελώς ομοιόμορφο αξονικό ρεύμα. Οι αλλαγές στην πίεση και ταχύτητα του αέρα μέσω του συμπιεστή παριστάνονται διαγραμματικά στο σχήμα 4.9. Αυτές οι αλλαγές συνοδεύονται από μια σταδιακή αύξηση θερμοκρασίας, καθώς αυξάνει η πίεση και πυκνότητα.

Σχήμα 4-9: Μεταβολές πίεσης και ταχύτητας του αέρα σε ένα αξονικό συμπιεστή

Σε κάθε βαθμίδα ο λόγος της αύξησης της πίεσης είναι πολύ μικρός και κυμαίνεται μεταξύ 1,1 και 1,2. Η αιτία της μικρής αύξησης της πίεσης σε κάθε βαθμίδα είναι, ότι η διάχυση και η γωνία απόκλισης του αέρα στα πτερύγια, πρέπει να είναι μικρές, για να αποφευχθούν απώλειες, που οφείλονται σε απόσπαση της ροής και απώλεια στήριξης (stall) των πτερυγίων. Η μικρή αύξηση της πίεσης σε κάθε βαθμίδα και η ομαλή ροή του αέρα είναι οι βασικές αιτίες της καλύτερης απόδοσης του αξονικού συμπιεστή. Σαν παράδειγμα αναφέρουμε, ότι η μέγιστη ταχύτητα σε αξονικό συμπιεστή ανταποκρίνεται σε αριθμό Μάχ 0,9 και η ροή είναι εντελώς ευθεία. Αντίθετα η μέγιστη ταχύτητα σε φυγοκεντρικό συμπιεστή είναι υπερηχητική και φθάνει σε μερικά σημεία το 1,2 Μάχ. Η ροή σε αυτόν δεν είναι ευθεία και στην έξοδο προς τον θάλαμο καύσης κάνει ορθή γωνία.

Κατασκευή

Η κατασκευή του συμπιεστή σημαίνει την κατασκευή του στρεφτού μέρους του περιβλήματος. Ο άξονας του στροφείου στηρίζεται σε τριβείς κύλισης και συνδέεται με τον άξονα του στροβίλου με τρόπο, που να επιτρέπει μικρές μεταβολές ευθυγράμμισης. Το περίβλημα αποτελείται από ένα αριθμό κυλινδρικών περιβλημάτων, από τα οποία μερικά είναι σε δύο μισά, για να διευκολύνεται η συναρμολόγηση και η επιθεώρηση του κινητήρα. Αυτά βιδώνονται μεταξύ τους, για να αποτελέσουν ολόκληρο το περίβλημα.

Στροφεία

Το στροφείο μπορεί να είναι ένα ολόσωμο τύμπανο ή συναρμογή δίσκων (σχήμα 4.10) ή συνδυασμός των δύο αυτών τύπων. Στην πρώτη περίπτωση το στροφείο αποτελείται από ένα σφυρηλατημένο τύμπανο σε ένα ή δύο τμήματα, πάνω στο οποίο ασφαλίζονται τα κινητά πτερύγια. Στην δεύτερη περίπτωση κάθε σειρά πτερυγίων ασφαλίζεται σε ιδιαίτερο δίσκο, που προσαρμόζεται στον άξονα και ξεχωρίζει από τους άλλους με ανεξάρτητα ή ολόσωμα δακτυλίδια (διαστημοδακτύλιοι). Στη περίπτωση του τυμπάνου, οι περιοχές του δίπλα στις ρίζες των πτερυγίων πρέπει να παραλαμβάνουν και τα αξονικά και τα ακτινικά φορτία. Στην περίπτωση του στροφείου με δίσκους, το ακτινικό φορτίο παραλαμβάνεται από τους δίσκους και το αξονικό από τους διαστημοδακτυλίους. Η συνολική ώση παραλαμβάνεται από το άκρο του τυμπάνου στην πρώτη περίπτωση ή από τους τελευταίους δίσκους στην δεύτερη.

Σχήμα 4-10: Στροφεία τύπου τυμπάνου και τύπου δίσκων

Κατασκευή

------Requirements------ OS-Windows XP,7(64 bit) Display 1920x1080 Intel Core i7 Intel Core Duo 2.2GHz Internet ADSL >8Mbs Internet Explorer 8 Adobe Reader 8,9,10 Quick Time Player ----------------------- ----Enjoy Exploring---- Admin