Особенности течения газа в лопаточном диффузоре

Применение только безлопаточного диффузора в компрессоре возможно, когда скорость с₂ выхода из рабочего колеса невелика. Это имеет место в компрессорах с сильно загнутыми назад лопатками (b_2л > 150⁰), у которых с₂=150÷200 м/с.

В судовых компрессорах с радиальными лопатками скорость газа на выходе из рабочего колеса достигает 300÷450 м/с, вследствие чего применение только безлопаточного диффузора для уменьшения скорости входа в улитку до 80÷120 м/с требует больших радиальных размеров диффузора. Кроме того, при большой протяженности безлопаточного диффузора снижается КПД компрессорной ступени из-за увеличения потерь энергии на трение. В связи с этим, для уменьшения габаритов компрессора и увеличения его КПД в судовых компрессорах чаще применяют направляющие устройства, включающие одновременно безлопаточный и лопаточный диффузоры.

В лопаточном диффузоре требуемая диффузорность обеспечивается и увеличением диаметра (d₄>d₃) и повышением выходного лопаточного угла (a_4л>a_3л).

Степень диффузороности безлопаточного диффузора

. (1.25)

степень диффузорности лопаточного диффузора

(1.26)

при равной степени диффузорности отношение наружных диаметров

.

В судовых компрессорах разность углов a_4л и a_3л лопаточного диффузора составляет 12÷18⁰. В этом случае наружный диаметр безлопаточного диффузора будет больше наружного диаметра лопаточного диффузора в 1,6÷2,0 раза.

Входной угол a_3л лопаточного диффузора принимается равным углу выхода потока из рабочего колеса или большим на 2÷5⁰. Учитывая, что a₂= 16÷24⁰, выходной угол лопаток диффузора a_4л=28÷38⁰.

Число лопаток диффузора обычно выбирают z_л.д.=13÷31 и не принимают кратным числу лопаток рабочего колеса во избежание резонансных явлений.

Профилирование лопаток диффузора производится обычно по дугам окружности с радиусом кривизны лопатки (при a_3л <20⁰), определяемым по формуле

(1.27)

Радиус окружности центров дуг лопаток определяют из выражения:

(1.28)

Кроме криволинейных применяют прямолинейные лопатки в лопаточных диффузорах.

При выходе из лопаточного диффузора (а при его отсутствии из щелевого) воздух поступает в спиральную камеру (улитку), которая может иметь различную форму меридионального сечения (круглую, прямоугольную, трапецеидальную).

Для повышения КПД компрессора скорость воздуха в различных сечениях спиральной камеры принимается по возможности постоянной и равной или немного меньшей скорости воздуха при выходе его из лопаточного диффузора. Скорость с₅ в выходном сечении нагнетательного патрубка в судовых компрессорах чаще всего находится в пределах 60÷80 м/с (на номинальном режиме).

В компрессорах, у которых отсутствует направляющий аппарат за рабочим колесом, улитка полностью выполняет функцию диффузора. Это имеет место в компрессорах с сильно загнутыми назад рабочими лопатками при небольшой скорости выхода газа из рабочих каналов.

При выборе числа лопаток диффузора следует учитывать, что в широком диапазоне режимов оптимальная густота решетки находится в интервале l/t= 2,0÷2,4.