3.2. VẬN CHUYỂN VÀ NÉN KHÍ
3.2.4. Máy nén và máy thôi khí kiêu tuabin
3.2.4.1. Nguyên tắc làm việc của máy nén, mảy thổi khí kiêu tuabỉn
Trong các máy nén và thối khí kiểu tuabin, quá trình nén và đẩy khí tiến hành dưới tác dụng của lực ly tâm do bánh guồng quay sinh ra. Nguyên tắc hoàn toàn giống bơm ly tâm vận chuyển chất lỏng.
Điểm khác duy nhất giữa chúng là do thay đối áp suất khi đi qua guồng nên khôi lượng riêng của khí cũng thay đổi vì khí chịu nén ép.
Khi cánh guồng quay khí sẽ chuyển động gia tốc từ tâm ra ngoài cánh guồng, làm khôi lượng riêng tăng và tạo ra áp suất thuỷ tĩnh. Đồng thời vối sự chuyển động của khí từ tâm ra ngoài cánh guồng, vì vận tốc tăng lên nên áp suất thuý động (động năng) cũng tăng theo. Căn cứ vào áp suất cần tạo ra mà có các máy nén, máy thổi khí một cấp hay nhiều cấp. Để tạo ra áp suất nhỏ có máy thổi khí một cấp. Nó chỉ có một bánh guồng quay trong vỏ cố định, giống quạt gió cao áp và thông thường tạo ra áp suất dư không quá 0,15 at.
Để tạo ra áp suất cao có máy nén và máy thổi khí tuabin nhiều cấp. Ở máy thổi khí nhiều cấp cánh guồng ơ các cấp giống nhau, còn ỏ máy nén tuabin kích thưóc cánh guồng ở các cấp khác nhau.
Ngoài ra máy nén có số cấp nhiều hơn và giữa các cấp có bộ phận làm nguội khí. Máy thôi khí tạo ra áp suất khoảng từ 1,3 đến 4 at, còn máy nén từ 4 đến 10 at, trong các máy đặc biệt có thể đến 30 at.
Trong máy thổi khí nhiều bâc có cấu tao bộ phận định hướng đô chuyển động năng của các tia khí khi ra khỏi bánh guồng thành tĩnh năng.
Hình 3.44. Máy thối khí kiểu hai cánh guồng
1 - vỏ; 2 - guồng
Nó có nhiệm vụ chuyển động năng của khí phía sau bánh guồng thành áp suất.
Khí chuyên động qua khe giữa các cánh guồng giông như bơm ly tâm rất phức tạp, và áp suất 0 phía ngoài cánh guồng lốn hơn 0 phía trong cánh guong do lực ly tâm. Do đó hiệu sô áp suất ở trong và ngoài cánh guồng được tính hoàn toàn giôhg như bơm ly tâm:
ị 3.2.4.2. Cảu tạo máy nén và máy thổi khí kiểu tuabin
May nen va may thoi khí kiêu tuabin có nhiểư loại khác nhau do đó về cấu tạo cũng có nhiều loại khác nhau.
Hình 3.45 là máy thôi khí một bậc có cấu tạo gồm bánh guồng 1 quay tron trong thân 2. Khí được hút qua cửa 3 vào khe cánh guồng và được đẩy ra qua cửa 4. Nó được nốì trực tiếp vói động cơ điện.
Loại may thoi khi mọt bậc kiêu tuabin ít đươc dùng, trong thưc tê dươc dùng nhiều là loại máy thổi khí nhiều bậc.
Hình 3.45. Máy thổi khí một bậc kiểu tuabin
1 - cánh guồng; 2 - thản; 3 - cửa vào; 4 - cửa ra
"V
Hình 3.46 thể hiện máy thổi khí nhiều bậc. Khí được hút vào bậc một 0 canh guong 3 trong thân 1 qua cứa 2. ỡ đây khí được nén và đẩy vào bậc hai 0 canh guông tiêp theo, v.v... Khí chuyển động qua tất cả các cánh guồng để cuôi cùng vào rãnh có áp suất cao 4 0 cửa 5. Giữa các cánh guồng có bộ phận định hướng 6 với cánh 7 cho khí thoát ra tự do để đến,cánh
H = P - p g
u.^c., cosạ., — u]cì cos(Xj
ẽ
= U ^'u2 - MỊC
ụ i
g (3.93)
guồng tiếp theo. Giữa trục 8 và thân 2, hoặc giữa thành ngăn 9 vối cánh guồng là bộ phận ép labyrin 10, bao gồm một dãy các buồng vói rãnh hẹp. Áp suất dọc trục trong máy thổi khí được loại qua trục giãn 11. Qua trục này khí thừa đượ<j đưa qua cửa hút ỏ ông 12. Máy dược làm trơn nhờ dầu áp lực.
Hình 3.46. Máy thổi khí nhiều bậc kiểu tuabin
1 - thân; 2 - cửa vào; 3 - cánh guồng; 4 - khí áp lực; 5 - cửa ra 6 - bộ phận dịnh hướng; 7 - cánh định hướng; 8 - trục; 9 - tường ngăn; 10 - bộ nén labyrin; 11 - trục giãn; 12 - ống tháo
Hình 3.47 biểu thị máy nén nhiều cấp kiểu tuabin. Vì qua nén, thể tích khí giảm, nên cánh guồng có dường kính khác nhau. Cánh guồng được chia làm bôn bậc và có bề rộng d mỗi bậc bằng nhau. Giữa các bậc có bộ phận làm lạnh trung gian. Kiểu máy nén này có tối đa 12 bậc dược chia làm 4 vùng. Năng suất dao động trong khoang từ 5000 đên 40000 ni Vh. Sô vòng quay từ 3500 đến 6000 vg/ph.
So vối máy nén pittông, máy nén tuabin làm việc đều đặn, nôi trực tiếp vối động cơ điện nên sô vòng quay lổn hơn. Tuy nhiên ở năng suất dưối 6000 nvVh nó có hiệu suất thấp hơn máy nén pittông.
Mặt khác có sự dao động mạnh của áp suất khi thay đổi năng suất, và hiệu suất cũng giảm mạnh. Ở
áp suất dưới 10 — 12 at, máy nén tuabin được dùng thay thê máy nén pittông. Trong công nghiệp hoá chất, máy nén và máy thổi khí kiểu tuabin được dùng đê vận chuyển các loại axit, amoniac, ôxy, v.v...
1 - thân; 2,3,4,5 - cánh guồng bậc bốn, ba, hai và một;
6 - bộ phận định hướng; 7 - cánh định hướng; 8 - pittỏng giãn; 9 - cửa ra (đẩy); 10 - cửa vào (hút); 11 - làm lạnh trung gian
3.2.4.3. Côìig suăt và hiêu suất
Trong máy nén tuabin, ngoài những mất mát thuỷ lực còn có mất mát do bị rò rỉ qua-khe hơ giữa cánh guồng và vỏ, do đó năng suất thực tế Vnhỏ hơn lượng cung cấp lý thuyết v,„ tức là:
V — Vo.rỊo, m7s vối TỊo - hiệu suất thể tích của máy. ■
Công suất hữu ích mà cánh guồng truyền cho khí được tính:
(3.94)
N hi £.g
1000 (3-95)
trong đó Hv - áp suất thực tế do máy tạo ra tính bằng mét cột khí- p - khôi lượng riêng của khí, lấy trung bình giữa đầu và cuôi quá trình nén, kg/m:ỉ. Do có sự mất mát nên công suất hữu ích nhỏ hơn công suất chỉ thị và
tỷ lệ giữa chúng là hiệu suất chỉ thị T|ct:
_ Nh ] ,
1h i = ^ rL (3.96)
Đê xác định công suất trên trục, cần phai kể đến mất mát do ma sát ỏ ổ trục, ma sát cánh guồng và khí, và được tính bằng hiệu suất cd khí T|(.k. Vậy công suất trên trục là:
(3.97)
yã i h - hetTìek - hiihuT-k ~ hiệu suất chung của máy nén tuabin;
110 - hiệu suất thể tích;
111.1 - hiệu suầ't thuỷ lực.