Tento web obsahuje aplikace Google Adsense a Google analytics, které využívají data ze souborů cookie, více informací. Používání této stránky vyjadřujete souhlas s využitím těchto dat. Využívání dat ze souborů cokie lze zakázat v nastavení Vašeho prohlížeče.
— 1 —

26. Turbokompresor v technologickém celku

Autor: Jiří Škorpík, skorpik@fme.vutbr.cz : aktualizováno 2015-03

Účel turbokompresorů v technologických celcích je celkem zřejmý, komprese pracovní plynu do vyššího tlaku. Oproti pístovým respektive objemovým kompresorům jsou schopny pracovat s vyššími objemovými průtoky pracovního plynu například v kompresních stanicích plynovodů, kompresorových stanicích průmyslových podniků, dolů apod. Turbokompresory jsou také součástí kompaktních strojů jako jsou turbodmychadla a spalovací turbíny. Princip turbokompresoru zůstává při všech aplikací stejný, ale požadavky na jeho vlastnosti se mění podle technologického celku ve kterém pracuje a mění se i schéma zapojení, které souvisí s vlastnostmi pracovní tekutiny, způsobu najíždění a regulace, navíc může mít i několik odběrů.

Napojení turbokompresoru na technologii

Při dimenzování výkonu a konstrukce samotného turbokompresoru je nutné se zajímat i o zařízení, které budou instalovány v trase komprimovaného plynu především o tlakovou ztrátu, kterou představují a požadavků na kvalitu stlačeného plynu. Zařízení bezprostředně spojené s funkcí samotného turbokompresoru musí tedy být uvedeny i při poptávání turbokompresoru:

Příklad zapojení turbokompresoru s mezichladičem.
1.id839 Příklad zapojení turbokompresoru s mezichladičem.
1 sání; 2 tlumiče hluku; 3 filtry; 4 mezichladič; 5 odvodnění chladiče a odvod kondenzátu při chlazení; 6 separátor vlhkosti; 7 vstup plynu do dalších stupňů kompresoru po mezichlazení; 8 odběr stlačeného plynu; 9 škrtící ventil pro regulaci výkonu odfukem; 10 dochlazovač; 11 výtlak; 12 ucpávky hřídele; 13 olejový okruh ložisek; 14 odvodnění stupňové části kompresoru–po délce jich může být několik; 15 sledované veličiny turbokompresoru; 16 regulační ventil pro antipompážní regulaci; 17 najížděcí škrtící klapka. Jedná se o příklad turbokompresoru pro kompresi atmosférického vzduchu s mezichlazením a regulací odfukem.
26.
— 2 —
Tlumič hluku
Bez tlumiče hluku může být na sání kompresoru hladina hluku 100111 dB, navíc u kompresorů má tento hluk vysokou frekvenci. U velkých turbokompresorů jsou tlumiče hluku a filtry umístěné obvykle ve stavebně upraveném prostoru strojovny odkud ke kompresoru vede sací potrubí s maximální délkou 1012 m [4, s. 153], podle rychlosti proudění [6, s. 142], jinak bývájí součástí sání kompresoru.
Filtry
Instalují se na saní kompresoru pokud hrozí, že vstupní plyn je znečištěn látkami, které mohou poškozovat kompresor, především prach. Existuje mnoho typů filtrů přičemž podle principu se dělí na suché (textilie, papír, žaluzie...) a mokré (olejový, skrápěný vodou...). Filtrace je obvykle několikastupňová.
Separátory vlhkosti
Používají se v případě komprese vlhkého vzduchu pro odloučení vodních kapek z proudu vzduchu. Nejčastěji je nutné je umístit za chlazené části kompresoru a mezichladiče, kde dochází ke strhávání vodních kapek proudem vzduchu. Metody separace jsou popsány např. v [4, s. 154]. V případě, že filtr na sání je olejový je nutné počítat i se separací kapiček oleje (pokud to vyžaduje spotřebič na výtlaku). Mimo separátorů vlhkostí se na výstupech z komopresoru mohou instalovat i sušičky vzduchu [4, s. 155], které výrazně snižují relativní vlhkost vzduchu. Instalují se v případech, kdy to požaduje navazující technologie (pneumatické pohony a pneumatické regulační prvky) nebo tam, kde hrozí nízké teploty na výtlaku (například při venkovních rozvodech a skladování stlačeného vzduchu, nebo při směnném provozu v noci za klidu poklesne teplota a v případě, že mrzne mohou se rozvody i poškodit).
Odběr stlačeného plynu
Turbokompresor může zásobovat spotřebiče s různorodými požadavky na tlak, proto může být výhodné část plynu odebírat již při nižším tlaku. Tím odpadne nutnost velkých redukčních stanic tlaku plynu a sníží se i příkon kompresoru.
Výtlak
Na výtlaku obvykle následuje vzdušník (nádoba na stlačený vzduch vyrovnávající tlak v rozvodech stlačeného plynu vlivem nerovnoměrného odběru a výroby stlačeného plynu/snižují se tím výkyvy ve výkonech spotřebičů a chrání i kompresor před výkyvy tlaku na výtlaku). Požadují-li to spotřebiče za vzdušníkem dává se za vzdušník další filtry [4, s. 161] či sušička vzduchu.
Sledované veličiny turbokompresoru
Sledují se tlaky komprimovaného plynu na jednotlivých větvích a jeho teplota a tlaky a teploty v mazacím okruhu. Otáčky se snímají na pohonu turbokompresoru.

Turbokompresory–obvykle jsou dodávány na rámu s pohonem–se ukládají na betonový základ jako parní turbíny, je-li to nutné oddělí se vibračně od zbytku strojovny. Velké turbokompresory se umisťují na betonové stolice, aby se lépe napojovaly na příslušenství, které je umisťováno pod něj, více výkresy v [5, s. 194].

26.
reklama
— 3 —

Jestliže je kompresor poháněn parní turbínou bez odpojitelné spojky, je nutné počítat s otáčením kompresoru během prohřívání turbíny, aby se kompresor nezahříval v důsledku ztrát ventilací rotoru. Například je kompresor vybaven cirkulační smyčkou s chlazením a nebo v případě vzduchu se při najíždění otevře naplno odfuk apod.

Snižování příkonu kompresoru chlazením

Chlazením pracovního plynu již během komprese lze snížit vnitřní příkon kompresoru jak je patrné z T-s diagramu polytropické komprese. K chlazení pracovního plynu v průběhu komprese se používá několik způsobů včetně jejich kombinací:

Povrchové chlazení neboli vnitřní či plášťové

Spočívá v přivedení chladící kapaliny k plášti jednotlivých stupňů. Za tímto účelem je kompresor dvouplášťový a chladící kapalina proudí mezi těmito plášti:

Jedenáctistupňový radiální turbokompresor s povrchovým chlazením.
2.id608 Jedenáctistupňový radiální turbokompresor s povrchovým chlazením.
Obrázek z [3, s. 567]; výrobce DEMAG.

Komprimovaný plyn se ochlazuje plynule a výsledkem je snížení měrné vnitřní práce kompresoru a teploty plynu na výstupu.

Povrchové chlazení je málo účinné a tak se používá u kompresorů s malým stlačením v jednom stupni. Na druhou stranu jeho nízká účinnost umožňuje jeho použití pro chlazení i vlhkého vzduchu obsahující prach s tím, že teplota povrchu kompresoru neklesne pod rosný bod vzduchu, čehož by se u mezichladičů dosahovalo obtížněji.

26.
— 4 —

Kompresory s povrchovým chlazením jsou složité a drahé–jsou nutné rozvodové kanálky a v dělící rovině hrozí únik chladící kapaliny do komprimovaného plynu a obráceně.

Kolik tepla je přibližně nutné odvést během komprese v kompresoru z Úlohy 2 [43.], aby se teplota na konci komprese snížila o 50 °C?
Úloha 1.id612

Turbokompresory s mezichlazením neboli s vnějším chlazením

Pro účinější chlazení je výhodnější, za vybranými stupni kompresoru, komprimovaný plyn odvést mimo kompresor do rekuperačního výměníku tepla, kde se pomocí chladící kapaliny plyn ochladí:

Sedmistupňový radiální turbokompresor se dvěma mezichladiči.
3.id840 Sedmistupňový radiální turbokompresor se dvěma mezichladiči.
První mezichladič je umístěný za druhým stupněm, druhý za čtvrtým stupněm. Na obrázku je i příčný řez odvodu pracovní tekutiny z kompresoru do chladiče* a zpět**. Obrázek z [3, s. 74]; výrobce Escher Wyss.
*Poznámka
Existují i jiné konstrukční uspořádání–napojení chladičů na skříně, u kterých není nutné demontovat chladič, když se sundává vrchní víko turbokompresoru. Takové řešení i s jeho nevýhodami je uvedeno např. v [5, s. 99].
26.
— 5 —
**Poznámka
Do kompresoru se nemusí vracet veškerý plyn, který byl odveden do chladiče. Stejným hrdlem lze totiž odebírat plyn pro jiné využití, pokud je potřeba jeho nižší tlak než je na výtlaku kompresoru.

Jedná se o mnohem účinější typ chlazení než v případě povrchového chlazení. Minimální teplota vychlazení je dána teplotou chladící kapaliny. Při chlazení vlhkého vzduchu obvykle v mezichladiči, podle relativní vlhkosti, dochází k vyloučení vlhkosti a proto je nutné mezichladiče vybavovat odvodem kondenzátu.

Teplota vychlazení pracovního plynu by měla být pro co nejúčinnější chlazení rovna teplotě pracovního plynu na sání (izotermická komprese). Toho nelze vždy dosáhnout, zvláště pokud teplota na sání je rovna teplotě okolí. Vnější chlazení lze provést maximálně po stupních, tak lze dosáhnout nejmenší potřebné kompresní práce, která je konstrukčně realizovatelná:

Průběh komprese v kompresoru se dvěma mezichladiči. 4.id933 Průběh komprese v kompresoru se dvěma mezichladiči.
V tomto případě lze rozdělit celou kompresi na 3 samostatné komprese. T [K] teplota pracovního plynu; s [J·kg-1·K-1] měrná entropie pracovního plynu; i počáteční stav (na vstupu do kompresoru); e konečný stav pracovního plynu na výstupu z kompresoru; e* konečný stav pracovního plynu na výstupu z turbokompresoru v případě komprese bez mezichlazení; pch1, pch2 [Pa] tlak před vstupem do mezichladičů; K průběh komprese s mezichlazením; K* průběh komprese bez mezichlazení; a1, 2, 3 [J·kg-1] měrná vnitřní práce kompresoru na jednotlivých úsecích komprese–měrná celková vnitřní práce kompresoru je součet těchto jednotlivých prací; a*i [J·kg-1] měrná vnitřní práce kompresoru pro případ komprese bez mezichlazení.

Mezichladiče jsou nejčastěji konstruovány jako trubkové výměníky (žebrované trubky), kde v trubkách proudí chladící tekutina (nejčastěji voda).

Nevýhodu tohoto způsobu chlazení jsou vyšší pořizovacích náklady (mimo kompresor je nutné pořídit zařízení pro chlazení) a konstrukční složitost.

Vypočítejte měrnou vnitřní práci kompresoru a teplotu na konci komprese suchého vzduchu, jestliže je použito mezichlazení v okamžiku kompresního poměru 13. V mezichladiči byl suchý vzduch ochlazen na 50 °C. Teplota na sání a celkový kompresní poměr turbokompresoru je stejný jako v Úloze 2 [43.].
Úloha 2.id849

Chlazení chladící vody se provádí podobně jako v případě chladící vody pro chlazení kondenzátorů parních turbín, to znamená buď chlazení odparem nebo chlazení vzduchem.

26.
— 6 —

Chlazení vstřikováním kapaliny do pracovního plynu

Tímto způsobem se plyn ochlazuje v důsledku odpařování chladící kapaliny, která je za tímto účelem do pracovního plynu v průběhu komprese vstřikována. Množství chladící kapaliny závisí na tlaku, požadované teplotě a složení výsledné směsi po vychlazení.

Například pokud je komprimovaným plynem vzduch tak lze vstříknout pouze takové množství chladící vody, aby po odpaření byla relativní vlhkost vzduchu menší než 100%, v opačném případě mohou zůstat ve směsi kapičky vody. Při kompresi čpavku se používá kapalný čpavek, při kompresi nitrózní plynů se používá slabý roztok kyseliny dusičné apod.

Rychlost odpaření a tedy i ochlazení závisí mimo jiné na vzájemné teplosměnné ploše chladící kapaliny a pracovního plynu, proto jsou vstřikovací trysky konstruovány tak, aby měly co největší rozptyl. I tak k odpaření je nutný určitý úsek a z toho důvodu jsou pro chlazení vstřikováním vhodnější radiální kompresory (chladící kapaliny se vstřikuje v místě za difuzorem směrem do vratného kanálu dalšího stupně) v případě axiálních kompresorů by se musela v místě vstřiku zvětšit mezera mezi stupni:

Princip vstřikovací trysky chladící kapaliny kompresoru. 5.id932 Princip vstřikovací trysky chladící kapaliny kompresoru.
Rekonstrukce podle [5, s. 106].

Použití tohoto způsobu chlazení má technologická a užitná omezení. Pro více účinné chlazení roste tlak a počet trysek chladící kapaliny a délka chladícího úseku. Tyto požadavky jsou mnohdy konstrukčně nerealizovatelné. Dalším omezením může být čistota plynu na konci komprese. Například pro pohon pneumatických strojů je vlhký vzduch naprosto nevhodný viz výše. V jistých případech existují i energetická omezení. Například při chlazení vzduchu vstřikováním vody narůstá objem a vzniklou páru je nutné v následujících stupních také komprimovat. To samo o sobě tolik nevadí pokud není za kompresorem umístěn dochlazovač se separátorem vlhkosti a sušičkou vzduchu. V takovém případě totiž dochází ke zmaření práce potřebné ke kompresi vodní páry, která v dochlazovači zkondenzovala [7, s. 54]. Více o metodě chlazení vstřikováním kapaliny v [5, s. 106].

reklama

Pohony turbokompresorů

Pohon turbokompresoru je nutné vybrat s přihlédnutím k požadovanému příkonu, požadovaných otáček, požadavků na regulaci a lokalitě (dostupnost požadovaného elektrického příkonu, v místě kde je zdroj páry pro parní turbínu, zemní plyn pro spalovací turbínu apod.).

26.
— 7 —

Nejčastěji se k pohonu turbokompresorů používají elektromotory. Používají se přibližně do příkonů 4 MW (asynchronní motory) a do 15 MW (synchronní motory) [4, s. 195]. Elektromotory pohání turbokompresor konstantními otáčkami obvykle odpovídající počtu pólů motoru a to v rozsahu 3602950 min-1 (asynchronní) nebo 1501500 min-1 (synchronní) [4, s. 195]. Protože otáčky turbokompresorů bývají mnohem vyšší bývá pohon elektromotorem doplněn převodovkou.

Pro větší výkony s možností regulace otáček (v intervalu 25100%) se používají parní turbíny s regulací škrcením–k tomu je nutné vybudovat blok zařízení pro realizaci parního oběhu. V kompresních stanicích plynovodů se používá k pohonu turbokompresorů spalovacích turbín.

V některých případech lze použít i kombinovaný pohon elektromotoru a turboexpandéru spojených s kompresorem na jedné hřídeli. Tento způsob pohonu se používá v průmyslových závodech, kde se stlačený plyn využívá pro procesy (například chemické), při kterých nedochází k úplné ztrátě tlaku stlačeného plynu. Pokud takový plyn není nijak výrázně znečištěn nebo ho lze jednoduše vyčistit pak ho lze přivést zpět k turbosoustrojí a nechat vyexpandovat v turboexpandéru. Tímto "regeneračním" využití tlakové energie se sníží potřebný příkon elektromotoru. Turboexpandér může být pro tyto případy i integrován přímo do skříně kompresoru:

26.
— 8 —
Devítistupňový turbokompresor s integrovaným turboexpandérem.
6.id841 Devítistupňový turbokompresor s integrovaným turboexpandérem.
Samotné kompresorvé stupně jsou radiální přičemž turboexpandér je tvořen jedním rovonotlakým axiálním stupněm-umístění vlevo. Zároveň si všimněte mohutného vnějšího mezichlazení za každým stupněm (kromě posledního a prvního). Obrázek z [3, s. 75]; výrobce BBC.

Absolutní charakteristika turbokompresoru

Jedná se o grafické znázornění závislost komprimovaného množství pracovního plynu na kompresním poměru, a jestliže lze měnit i otáčky tak při daných otáčkách, přičemž tlak a teplota pracovního plynu na sání zůstávají konstantní:

26.
— 9 —
Absolutní charakteristika turbokompresoru. 7.id1055 Absolutní charakteristika turbokompresoru pro dané .
(b2) změna charakteristiky pro vybrané dvě otáčky při zvýšení vstupní teploty. ε [-] kompresní poměr; m [kg·s-1] hmotnostní průtok; η [-] účinnost turbokompresoru při adiabatické kompresi; P.Č. pumpovní čára je tvořena body meze stability (má stejný význam jako mez stability u charakteristik hydrodynamických čerpadel a ventilátorů) turbokompresoru pro jednotlivé otáčky. Charakteristika je platná pouze pro konkrétní tlak pi a teplotu Ti na sání.

Konstrukce charakteristiky turbokompresoru je obtížné, protože je navrhován pro jmenovitý výkon při konkrétním stavz plynu na sání, který plyne ze zadání. Při jakékoliv změně od těchto jmenovitých parametrů a stavů se mohou měnit ztráty ve stupních (změna rychlostního trojúhelníku, změna entalpického spádu..) a výsledné stavy pracovní látky. Stanovení přesné charakteristiky uvedených strojů je možné pouze z měření. Bez měření ji lze v současné době s přijatelnou přesností stanovit z 3D modelu stroje a pomocí CFD výpočtu. Také existují analytické postupy. Například pro turbokompresory se využívá podobnosti charakteristik jednotlivých strojů podobně jako se to používá u hydrodynamických čerpadel a nebo metoda uvedená v [1, s. 239]. V případě analytického postupu lze využít podobnosti, která vychází z ideální charakteristiky stupně a potom se provede rozbor vlivu jednotlivých ztrát na deformaci této ideální charakteristiky tak jak je popsáno v kapitole Vztah mezi průtokovým a tlakovým součinitelem - bezrozměrové charakteristiky lopatkových strojů [18.].

Univerzánílní charakteristika turbokompresoru

Absolutní charakteristika turbokompresoru má tu nevýhodu, že je naměřena pro konkrétní stav pracovního plynu na saní tj. teplotu a tlak. Změní-li se stav plynu na sání změní se i hmotnostní tok kompresorem při stejných otáčkách. To znamená, že její přesnost se snižuje se změnou teploty nebo tlaku na sání kompresoru. Vytvořit (naměřit) absolutní charakteristiky turbokompresoru pro všechny myslitelné stavy pracovního plynu na sání je prakticky nemožné a i obtížně použitelné v praxi, kdy by bylo neustále nutné vyhledávat charakteristiku turbokompresoru podle situace na sání. Proto se používá přibližný přepočet skutečného hmotnostního průtoku kompresorem pomocí Machova čísla. Při změně teploty a tlaku stavových veličin na vstupu se totiž změní, oproti jiným stavům, především objemový průtok a tedy i rychlost a bezrozměrný ekvivalent rychlosti je Machovo číslo. V turbokompresoru můžeme definovat Machovo číslo absolutní rychlosti Maa a relativní rychlosti Mar na sání respektive na vstupu do prvního stupně kompresoru. Tato čísla jsou funkcí pouze veličin uvedených v absolutní charakteristice turbokompresoru a geometrie prvního stupně (podrobnosti např. v [1, s. 228], [5, s. 64-68]):

26.
— 10 —
Machova čísla před prvním stupně turbokompresoru.
8.id368 Machova čísla před prvním stupně turbokompresoru.
Maa [-] Machovo číslo absolutní rychlosti; Mar [-] Machovo číslo relativní rychlosti; A1 [m2] průtočný průřez na vstupu do prvního stupně; pi [Pa] tlak na sání; Ti [K] teplota na sání; ca1 [m·s-1] absolutní rychlost na vstupu do stupně; u [m·s-1] obvodová rychlost na prvním stupni; r [J·kg-1·K-1] individuální plynová konstanta; κ [-] Poissonova konstanta; D1 [m] průměr prvního stupně; n [s-1] otáčky; M [kg·K0,5·s-1·Pa-1] bezrozměrový průtok (non-dimensional flow); N [s-1·K-0,5] bezrozměrové otáčky (non-dimensional speed). Odvození těchto rovnic je uvedeno v Příloze 368.

Při měření turbokompresoru v laboratoři stačí zapisovat pouze hodnoty bezrozměrového průtoku a bezorozměrových otáček, protože geometrie kompresoru se změnami stavů plynu nesouvisí. Z naměřených hodnot se sestaví charakteristika ε=f(M; N), taková charakteristika se někdy označuje jako univerzální charakteristika turbokompresoru. Na výsledné charakteristice je uveden typ turbokompresoru a stav na sání, tento stav se nazývá referenční (pref, Tref) respektive vzniklá charakteristika ε=f(Mref; Nref). A právě z této charakteristiky lze určit skutečný průtok kompresorem při libovolném stavu na sání, otáček a kompresním poměru pomocí následujících rovnic. Současně platí, že i vnitřní účinnost je funkcí Machových čísel, proto pro stejné bezrozměrové otáčky bude turbokompresor dosahovat i stejných vnitřní účinností:

Výpočet skutečného průtoku turbokompresorem z univerzální charakteristiky. 9.id369 Výpočet skutečného průtoku turbokompresorem z univerzální charakteristiky.
Mref [kg·K0,5·s-1·Pa-1] referenční průtok (reffered flow); Nref [s-1·K-0,5] referenční otáčky (reffered speed). Index ref označuje referenční hodnoty tj. získané při měření pro pref, Tref na sání; ηiz(Nref) [-] křivka vnitřní účinnosti kompresoru při adiabatické kompresi a při konstatních bezrozměrových otáčkách. Odvození rovnice pro výpočet skutečného průtoku turbokompresorem z univerzální charakteristiky je uvedena v Příloze 369.

Charakteristika turbokompresoru s redukovanými parametry

Referenční stav univerzální charakteristiky je dán okolím měřící laboratoře, takže každý kompresor může být měřen při jiných referenčních stavech. To znamená, že prostým porovnáním universálních charakteristik nelze porovnávat dva turbokompresory mezi sebou. Proto se universální charakteristika přepočítává pro standardní podmínky na sání (standardní tlak atmosféry při hladině oceánu ps=101,325 kPa a standardní teplota Ts=288,15 K) a takto vzniklá charakteristika se nazývá charakteristika turbokompresoru s redukovanými parametry:

26.
— 11 —
Charakteristika turbokompresoru s redukovanými parametry.
10.id838 Charakteristika turbokompresoru s redukovanými parametry.
(a) rovnice pro přepočet universální charakteristiky na charakteristiku s redukovanými parametry; (b) rovnice pro výpočet skutečného průtoku turbokompresorem z redukovaného průtoku; ps [Pa] standardní tlak na sání; Ts [K] standardní teplota na sání; mr [kg·s-1] redukovaný průtok* (corrected flow); nr [min-1] redukované otáčky* (corrected speed).
*Poznámka
Referenční otáčky přepočítané na standardni tlak a teplotu se nazývají redukované otáčky a referenční průtok přepočítaný na standardní tlak a teplotu se na nazývá redukovaný průtok.

Regulace turbokompresorů

Způsoby regulace turbokompresorů jsou stejné jako způsoby regulace ventilátorů s drobnými odlišnostmi související s konstrukcí. Regulační orgány jsou ovládány od tlaku na výtlaku nebo dispečinkem kompresorové stanice:

Regulace škrcením na sání turbokompresoru
Používá se především v případech pohonu turbokompresoru elektromotorem. Protože u velkých příkonů je velmi omezena možnost regulace změnou otáček.
Regulace změnou otáček turbokompresoru
Je možná pokud turbokompresor pohání turbína (ať už parní či plynová).
Regulace natáčením lopatek
Provádí se natáčením statorových lopatek. U jednostupňových radiálních kompresorů se používají k regulaci i předřazené natáčivé statorové lopatky podobně jako u axiálních ventilátorů.
Regulace odfukem respektive přepouštěním
Pro snížení průtoku kompresorem při zachování kompresního poměru se přes regulační (škrtící) ventil přepustí část pracovního plynu na výtlaku zpět do sání kompresoru. Při kompresi vzduchu se může jednat o odfuk přímo do atmosféry jako v případě Obrázku 1. To umožní, především při zvýšení teploty pracovního plynu na sání, vyšší kompresní poměr i při menších průtocích.
26.
— 12 —
Vliv regulovaného odfuku (proveden v první třetině lopatkování) na absolutní charakteristiku turbokompresoru. 11.id958 Vliv regulovaného odfuku (proveden v první třetině lopatkování) na absolutní charakteristiku turbokompresoru.
a místo spuštění odfuku při n=konst.; b posunutí pumpovní čáry díky odfuku.

Způsob regulace je přizpůsobován i požadované absolutní charakteristice turbokompresoru–rozsah provozních parametrů, a některé regulační zásahy jsou prováděny za účelem zvětšení tohoto provozního rozsahu. Pro zvětšení provozní oblasti turbokompresoru se provádí ještě další konstrukční opatření (obtoky). Tato opatření se realizují u turbokompresorů s kompresním poměrem větším než 6,57,5 [1, s. 238] (u těchto turbokompresorů už hrozí nutnost velmi přesného vyladění parametrů jednotlivých stupňů, což podstatně zmenší provozní oblast turbokompresoru). Proto se přibližně v první třetině lopatkování instaluje regulovaný odfuk do sání turbokompresoru. U větších turbokompresorů mohou být i dva regulované odfuky v první polovině lopatkování (antipompážní regulace). U leteckých motorů mohou být tyto obtoky nasměrovány do výfuku turbíny, kde je spalovací komora, která funguje na principu raketového motoru. U dvouhřídelových proudových motorů je turbokompresor rozdělen na dvě části, každá se svým rotorem, přičemž rozdílnými otáčkami jednotlivých rotorů se dosahuje většího rozsahu regulovatelnosti turbokompresoru.

Vlastnosti komprimovaného vlhkého vzduchu

Při kompresi vlhkého vzduchu se zvyšuje tlak plynů i tlak páry obsažený ve vzduchu. Při adiabatické kompresi bude obsah páry na konci komprese vždy v přehřátém stavu a to i v případě komprese sytého vzduchu. Znamená to, že relativní vlhkost na konci komprese bude vždy menší než na počátku a proto k vylučování páry ze vzduchu nemůže docházet. Tento efekt se využivá i chlazení komprese vzduchu vstřikováním vody:

T-s diagram komprese páry ve vzduchu. 12.id1050 T-s diagram komprese páry ve vzduchu.
x=1 křivka syté páry; i stav na sání; e stav na výtlaku; p [Pa] parciální tlak vodní páry ve vzduchu; p'' [Pa] parciální tlak syté páry pro danou teplotu vlhkého vzduchu. Na obrázku je případ izoentropické komprese.

Voda z komprimovaného vlhkého vzduchu se může vylučovat při jeho ochlazování v kompresoru, v mezichladičích nebo v potrubí během distribuce ke spotřebičům.

26.
— 13 —

Obvykle se tedy musí počítat s tím, že stlačený vlhký vzduch bude ochlazen na teplotu okolí tj. teplotu na sání kompresoru. Úkolem konstruktéra či projektanta tedy je stanovit jestli při této teplotě dojde k vyloučení kondenzátu a v jakém množství:

Množství vyloučeného kondenzátu z komprimovaného a ochlazeného vlhkého vzduchu.
13.id1049 Množství vyloučeného kondenzátu z komprimovaného a ochlazeného vlhkého vzduchu.
φ [-] relativní vlhkost vzduchu; m·k [kg] množství vyloučeného kondenzátu z komprimovaného a ochlazeného vlhkého vzduchu zpět na teplotu ti (záporná hodnota znamená, že relativní vlhkost vzduchu na konci komprese a po vychlazení φe bude menší než 1 a proto nebude docházet ke kondenzaci); Vi [m3] objem zkomprimovaného vzduchu měřený na sání; v''i [m3·kg-1] měrný objem syté páry při teplotě na sání ti. Tato rovnice byla odvozena za předpokladu, že se vlhký vzduch vychladí na teplotu na sání, jestliže bude výsledná teplota při chlazení menší bude i množství vyloučeného kondenzátu menší. Odvození této rovnice je uvedeno v Příloze 1049.

Měrný objem sytých par je funkcí teploty v''=f(t) [4, s. 244], proto je možné sestrojit nomogram pro určení množství vyloučeného kondenzátu z komprimovaného a ochlazeného vlhkého vzduchu jako funkci teploty na sání, který je uveden v Tabulce 26.1051.

Výrobci a dodavatelé turbokompresorů

Výroba turbokompresoru (především jednostupňového) není v dnešní době technologicky složitá a proto existuje mnoho výrobců především malých jednodstupňových turbokompresorů bez velkých požadavků na účinnost nebo jednoduchých turbodmychadel. Za technologicky náročné typy turbokompresorů se považují vícestupňové turbokompresory s mezichlazením, turbokompresory pro stlačování hořlavých či jinak nebezpečných plynů a turbokompresory speciální s požadavky na vysokou účinnost a nízkou hmotnost (letecké aplikace):

__________________________________1_2_3_4_5_6_7_8_9_10_11_12
SIEMENS AG  2011                  x x x x x x x x           
[http://www.energy.siemens.com]                             
------------------------------------------------------------
GENERAL ELECTRIC COMPANY  2011    x x x x   x x x           
[http://ge-energy.com]                                      
------------------------------------------------------------
MAN DIESEL&TURBO  2011                x x x x x x           
[http://www.mandieselturbo.com]                             
------------------------------------------------------------
ČKD NOVÉ ENERGO, a.s.  2011       x x x     x x             
[http://www.ckdnoveenergo.cz]                               
------------------------------------------------------------
DRESSER-RAND SA  2011               x x x   x x             
[http://www.peterbrotherhood.co.uk]                         
------------------------------------------------------------
ROLLS-ROYCE GROUP PLC  2011         x x     x x             
[http://www.rolls-royce.com]                                
------------------------------------------------------------
HONEYWELL INTERNATIONAL INC. 2011                 x x x     
[http://honeywell.com]                                       
------------------------------------------------------------
26.
— 14 —
PBS TURBO s.r.o.  2011                                 x  x 
[http://www.pbsturbo.cz]                                    
------------------------------------------------------------
ČZ a.s.  2011                                          x    
[http://www.czas.cz]                                        
------------------------------------------------------------
PBS VELKÁ BÍTEŠ, A.S.   2011      x                         
[http://www.pbsvb.cz]                                       
------------------------------------------------------------
MONDO s.r.o.            2011      x                         
[http://www.kturbo.cz/]                                     
------------------------------------------------------------
13.id763 Výrobci a dodavatelé turbokompresorů.
Rozdělení je provedeno podle výkonnosti [m3·h-1], maximálního pracovního tlaku a podle typu dodávaných turbodmychadel: 1 do 1000 m3·h-1; 2 od 1000 do 10000 m3·h-1; 3 od 10000 do 100000 m3·h-1; 4 od 100000 do 1000000 m3·h-1; 5 nad 1000000 m3·h-1; 6 od 0,5 do 10 MPa; 7 od 10 do 30 MPa; 8 nad 30 MPa; 9 turbodmychadla pro osobní automobily; 10 turbodmychadla pro terénní a lehké nákladní vozy; 11 turbodmychadla pro střední a těžké nákladní vozy; 12 turbodmychadla pro velké spalovací motory.

Odkazy

  1. KOUSAL, Milan. Spalovací turbíny, 1980. 2. vydání, přepracované. Praha: Nakladatelství technické literatury, n. p.
  2. KADRNOŽKA, Jaroslav. Teorie lopatkových strojů, 1991. 3. vydání, přepracované. Brno: Vysoké učení technické v Brně, ISBN 80-214-0275-X.
  3. MILLER, Rudolf, HOCHRAINER, A., LÖHNER, K., PETERMANN, H. Energietechnik und Kraftmaschinen, 1972. Hamburg: Rowohlt taschenbuch verlag GmbH, ISBN 3-499-19042-7.
  4. LIŠKA, Antonín, NOVÁK, Pavel. Technika stlačeného vzduchu, 1999. 1. vydání. Praha: Vydavatelství ČVUT, ISBN 80-01-01947-0, 1999.
  5. MISÁREK, Dušan. Turbokompresory, 1963. Vydání první. Praha: Statní nakladatelství technické literatury, n.p.
  6. CHLUMKSÝ, Vladimír, LIŠKA, Antonín. Kompresory, 1977. Vydání první. Praha: Statní nakladatelství technické literatury, n.p.
  7. KADRNOŽKA, Jaroslav. Tepelné turbíny a turbokompresory, 2004. 1. vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., ISBN 80 – 7204 – 346 – 3.

Bibliografická citace článku

ŠKORPÍK, Jiří. Turbokompresor v technologickém celku, Transformační technologie, 2011-12, [last updated 2015-03]. Brno: Jiří Škorpík, [on-line] pokračující zdroj, ISSN 1804-8293. Dostupné z http://www.transformacni-technologie.cz/turbokompresor-v-technologickem-celku.html.

©Jiří Škorpík, LICENCE
26.
reklama