Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I P O Z N A Ń S K I E J

Nr 6 Budowa Maszyn i Zarządzanie Produkcją 2007

JANUSZ WALCZAK

PODSTAWY I PROBLEMY PROJEKTOWANIA PROMIENIOWYCH MASZYN SPRĘŻAJĄCYCH

W referacie wskazano, że metody projektowania maszyn sprężających nie są wystarczająco

dokładne. Droga do ich doskonalenia wiedzie poprzez badania eksperymentalne oraz analizy nume-

ryczne przepływu. Projektowanie procesu sprężania i stopni sprężających należy rozpatrywać także

w kontekście konstrukcji całego agregatu maszyny. Do wstępnych wyborów konstruowania stopnia

w dalszym ciągu pomocna jest teoria podobieństwa przepływu i wprowadzone na tej podstawie

wskaźniki charakterystyczne. W referacie zasygnalizowano tematykę prac prowadzonych w Kate-

drze Techniki Cieplnej oraz przedstawiono producentów i sprzedawców maszyn sprężających na

terenie Wielkopolski.

Słowa kluczowe: maszyny sprężające, mechanika płynów

Spis oznaczeń

a – prędkość dźwięku

b – szerokość wirnika

c – prędkość bezwzględna

cp, cv – ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu lub objętości

D – średnica

i– entalpia

Kn – wskaźnik szybkobieżności

niVψK scsVn ×××=×=−−∗ 75,05,075,05,0

∆0351,0 &

m& – strumień masy

M – liczba Macha, M = c/a

n – prędkość obrotowa

∆p,∆pc – przyrost ciśnienia statycznego i całkowitego

r– promień s – szczelina

Re – liczba Reynoldsa, Re =u2D2/ν u – prędkość obwodowa wirnika

V& – strumień objętości, wydajność α – kąt położenia wektora prędkości bezwzględnych

J.Walczak 136

β – kąt położenia wektora prędkości względnych

δ – wskaźnik średnicy

2

25,05,025,05,0* ∆0536,1 DiVψδ scsv ×××=×= −−&

ζ – współczynnik strat

ηs, ηp, ηst – współczynnik sprawności: sprawność izentropowa, politropowa i

stopnia

κ – stosunek ciepeł właściwych, κ = cp /cv, lub wykładnik izentropy,

ν – współczynnik lepkości kinematycznej

π – spręż, stosunek ciśnień, π = pt / p

s

ρ – gęstość

∗Vϕ – wskaźnik wydajności,

222

4

uD

VV

πϕ

&

=∗

ϕV – wskaźnik prędkości, 2

2

2

22 4

D

b/

u

cV

rrV

∗=== ϕϕϕ

ψc – wskaźnik spiętrzenia całkowitego, 22

2

1u

pcc

ρ

ψ∆

=

ψs – wskaźnik izentropowego całkowitego przyrostu entalpii 22

2

1u

iscs

∆=ψ

ψp – wskaźnik pracy, st

sup

u

cu

η

ψψ ==

22

22

2

1.

1. WPROWADZENIE

Metody projektowania promieniowych maszyn sprężających są dość rozwi-

nięte, nie na tyle jednak, aby można było w sposób jednoznaczny i optymalny

zaproponować rozwiązanie konstrukcyjne.

Niedostateczne rozpoznanie zjawiska przepływu i niewystarczająca dokład-

ność metod jego obliczania oraz projektowania maszyn były impulsem do pod-

jęcia szerokich prac eksperymentalnych i teoretycznych dotyczących zasadni-

czych kanałów promieniowego stopnia sprężającego – wirników, dyfuzorów

bezłopatkowych i łopatkowych, kolektorów oraz kierownicy wstępnej.

Nowych maszyny mogą być projektowane przebiegać w różny sposób. Może

to być powielanie rozwiązań konstrukcyjnych znanych maszyn (pierwsze podej-

ście) lub kojarzenie elementów stopnia – wirnika, dyfuzora, kolektora i innych –

o znanych osiągach i tworzenie z nich nowych konstrukcji, również w innej skali

Podstawy i problemy projektowania ... 137

geometrycznej (drugie podejście). Można też proponować zupełnie nowe roz-

wiązania konstrukcyjne na podstawie własnych szerokich analiz przepływu w

poszczególnych elementach stopnia (trzecie podejście). W zależności od oko-

liczności wybiera się odpowiednie podejście do projektowania.

Aby dokonać wstępnego wyboru rozwiązania konstrukcyjnego, na ogół po-

sługujemy się teorią podobieństwa przepływów. Po wstępnym ustaleniu zakre-

sów prędkości obrotowej wirnika oraz jego średnicy, ewentualnie jeszcze kilku

innych wielkości, należy przeanalizować możliwości rozwiązań konstrukcyj-

nych ze względów technologicznych, wytrzymałościowych, materiałowych,

trwałościowych, niezawodnościowych, ekonomicznych (np. koszt wykonania i

eksploatacji) oraz innych. Chociaż z reguły zamierza się zaprojektować maszyny

o wysokiej sprawności, opierając się na wiedzy termodynamiczno-

przepływowej, to ostateczny rezultat jest kompromisem między dążeniem do

maksymalnej sprawności a wyżej wymienionymi względami, które mogą to

dążenie ograniczać. Ograniczenia te nie muszą być niezmienne. Wraz z rozwo-

jem możliwości konstrukcyjnych, technologicznych i materiałowych oraz metod

obliczania i projektowania ograniczenia te maleją, zmieniają się lub znikają. Stąd pewne starsze rozwiązania konstrukcyjne maszyn, uwzględniające ówcze-

sne ograniczenia, nie muszą być obecnie wzorem do powielania.

W następnej kolejności, po uwzględnieniu powyższych ograniczeń i wyborze

ogólnej koncepcji, można przystąpić do szczegółowego kształtowania geometrii

wszystkich kanałów stopnia sprężającego. To szczegółowe kształtowanie geo-

metrii kanałów może przebiegać różnie w zależności od dostępu do szerokich

danych doświadczalnych oraz teoretycznych metod analiz przepływu, które mo-

gą być oparte na ujęciach jednowymiarowych lub bardziej zaawansowanych

rozwiązaniach trójwymiarowych przepływów płynów lepkich i ściśliwych. Moż-liwości dysponowania bogatymi danymi doświadczalnymi oraz odpowiednio

zaawansowanymi programami analizy przepływu określają szansę na uzyskanie

rozwiązania konstrukcyjnego o wysokiej sprawności.

Przykłady maszyn sprężających podano na rys. 1, 2 i 3.

2. PROBLEMY PROJEKTOWANIA AGREGATÓW PROMIENIOWYCH MASZYN SPRĘŻAJĄCYCH

2.1. Sformułowania ogólne

Problemy projektowania maszyn sprężających są bardzo różnorodne. Tutaj

ograniczymy się wyłącznie do sprężania gazów w maszynach promieniowych.

Maszyny te, ze względu na wysokość sprężu (przyrostu ciśnienia), dzielimy

umownie na:

– wentylatory – tylko jednostopniowe,

J.Walczak 138

– dmuchawy – jednostopniowe i wielostopniowe, jednowatowe,

– sprężarki – jednostopniowe i wielostopniowe, jedno i wielowałowe.

Rys. 1. Sprężarka promieniowa

Fig. 1. Radial compressor

Podstawy i problemy projektowania ... 139

Rys. 2. Dmuchawa wielostopniowa

Fig 2. Multi stage blower

Rys. 3. Schemat odprężarki

Fig 3. Scheme of the compressor

J.Walczak 140

W tytule tego punktu użyto pojęcia „agregat”, jako że w procesie projekto-

wania należy brać pod uwagę nie tylko sam stopień sprężający, ale wszystkie

elementy, zespoły czy układy, które tworzą maszynę – agregat.

Na maszynę sprężającą – agregat, składają się: – stopień sprężający, spełniający zasadniczą funkcję agregatu – sprężanie gazu;

– napęd: przekładnia zębata (na ogół multiplikator), przekładnia pasowa, łoży-

skowanie wału (toczne lub ślizgowe), sprzęgło, silnik – elektryczny, spali-

nowy, turbinowy, przemiennik częstotliwości (zmiana prędkości obrotowej

silnika elektrycznego a tym samym zmiana charakterystyk maszyn sprężają-cych);

– układ smarowania;

– układy chłodzenia: sprężanych gazów, wody chłodzącej, oleju, łożysk, ukła-

dy rozruchu i zatrzymania, kontroli pracy, sterownia i regulacji procesu sprę-żania;

– układy tłumienia hałasu: tłumiki hałasu, obudowy dźwiękochłonne;

– podstawa – rama wraz z układem tłumienia drgań mechanicznych.

Kryteria doboru rozwiązań konstrukcyjnych agregatu oraz jego układów i

podzespołów są bardzo zróżnicowane; należy wymienić przede wszystkim:

– sprawność energetyczna stopnia sprężającego;

– sprawność energetyczna napędu – przekładni zębatej, pasowej, łożyskowa-

nia;

– zużycie wody chłodzącej, oleju;

– okresy wymiany części i zespołów oraz remontów;

– trwałość i niezawodność; – koszty wytwarzania – materiały i technologia.

Funkcją celu procesu konstruowania i wytwarzania jest optymalne zaprojek-

towanie i wytworzenie agregatu maszyny sprężającej z uwzględnieniem powyż-szych kryteriów, zapewniających minimum kosztów sprężania (inwestycji i eks-

ploatacji), w określonym przedziale czasu eksploatacji maszyny. Jest to kryte-

rium przyjmowane przez użytkownika (kompetentnego, przygotowanego), który

dokonuje wyboru producenta.

Spełnienie tego kryterium zapewnia się przede wszystkim na etapie projek-

towania. Stąd należy przyjąć odpowiednią metodykę projektowania, której pod-

stawy są następujące:

– każdy zespół, układ czy element agregatu ma swoje kryteria czy wymogi

optymalnego konstruowania;

– kryteria te mogą być ze sobą sprzeczne, zatem konstrukcja agregatu jest

kompromisem i odstępstwem od optymalnych rozwiązań poszczególnych ze-

społów i układów;

– stąd też niezbędne jest przyjęcie stosownej filozofii (metodyki) projektowa-

nia – kompleksowej, integralnej, równoczesnej, współbieżnej, z uwzględnie-

niem wzajemnych oddziaływań kryteriów poszczególnych układów w celu

poszukiwania optymalnego kompromisu;

Podstawy i problemy projektowania ... 141

– przeciwieństwem tej metodyki jest projektowanie szeregowe każdego zespo-

łu oddzielnie, po kolei, bez poszukiwania optymalnego rozwiązania i analizy

rozwiązań wariantowych poszczególnych zespołów i układów – wymaga to

współpracy na etapie projektowania różnych specjalistów z branż: termody-

na-miczno-przepływowej, z zakresu wytrzymałości materiałów, materiało-

znawstwa, podstaw konstrukcji maszyn, technologów, eksploatatorów, wi-

broakustyków itd.

Tworzenie konstrukcji maszyny jest zatem bardzo złożonym problemem, de-

cydującym o ostatecznym efekcie produkcyjnym i ekonomicznym. Zgodnie z tą ogólną metodyką projektowania prowadzone są prace badawczo-rozwojowe,

stosownie do danego typu maszyn sprężających.

Głównym jednak układem agregatu są stopnie sprężające i zagadnienia ter-

modynamiczno-przepływowe procesu sprężania oraz optymalizacja doboru

geometrii stopnia sprężającego, ale z uwzględnieniem innych kryteriów, warun-

kujących spełnienie ogólnego kryterium użytkownika, czyli minimalnego kosztu

wytwarzania sprężonego gazu.

2.2. Optymalizacja termodynamiczno-przepływowa promieniowego stopnia sprężającego

Promieniowe maszyny sprężające są budowane w różnych układach:

1) jednostopniowe – kierownica wstępna, wirnik, dyfuzor bezłopatkowy, łopat-

kowy – stały lub nastawialny, kolektor, dyfuzor wylotowy;

2) wielostopniowe:

– wielowałowe – mogą mieć takie same układy jak maszyna jednostopniowa,

– jednowałowe – dodatkowo: skrzynia wlotowa, przewały i kanały nawrotne.

W procesie projektowania dąży się do ustalenia optymalnej geometrii i kine-

matyki stopnia sprężającego, tak aby suma poszczególnych strat stopnia była jak

najmniejsza.

Na straty w stopniu składają się: – straty w skrzyni wlotowej,

– straty w kierownicy wstępnej,

– straty w wirniku – jako suma strat tarcia i mieszania,

– straty w dyfuzorach,

– straty w kolektorze,

– straty w przewale i kanale nawrotnym,

– straty tarcia i brodzenia tarcz wirnika,

– straty przecieków.

Sprawność stopnia η i wielkość powyższych strat oraz ich udział w stratach

ogólnych stopnia ∆η są różne w zależności od wyboru geometrii i kinematyki

stopnia, a głównie od obranych wskaźników szybkobieżności Kn

J.Walczak 142

η = 1− Σ∆η =

1− ∆ηskrz.wlotowej − ∆ηkierownicy wstępnej − ∆ηwirnika − ∆ηdyfuzora bezłopatkowego −

∆ηdyfuzora łopatkowego − ∆ηprzewału − ∆ηkanału nawrotnego − ∆ηkolektora − ∆ηbrodzenia wirnika −

∆ηprzecieków .

Możliwość ustalenia optymalnej geometrii i kinematyki stopni (trójkątów

prędkości w poszczególnych przekrojach kontrolnych) oraz geometrii poszcze-

gólnych kanałów zależy od znajomości struktury przepływu w kanałach stopnia,

posiadanych wyników badań kanałów lub całych stopni – np. współczynników

strat lub sprawności jako funkcji różnych wielkości geometrycznych i kinema-

tycznych, lub też od dostępu do programów komputerowych do rozwiązywania

przepływu 3D.

Jest oczywiste, że na obecnym etapie badań nasza wiedza nie jest pełna a

możliwości wykorzystania programów komputerowych 3D w praktyce projek-

towej nie są jeszcze zadowalające.

Obecnie w dalszym ciągu podstawą w projektowaniu maszyn sprężających są jednowymiarowe ujęcia opisu ruchu płynu oraz teoria podobieństwa przepływu.

Posługujemy się tutaj różnymi wskaźnikami: wydajności *Vϕ , prędkości ϕ2r,

izentropowego przyrostu entalpii ψsc, przekazanej pracy ψp, szybkobieżności Kn

oraz średnicy δ. Na podstawie wyników badań tworzy się różne zależności sprawności stop-

nia od ww. wskaźników, np.:

( )scV ψfη ,*= ( )δKfη n ,= .

Wykresy te pozwalają na ustalenie zakresów prędkości obrotowych n oraz

średnic wirników D2. W następnym etapie projektowania, na podstawie analiz

przepływowych, ustala się szczegółową geometrię kanałów. Na tym etapie mogą być użyte programy komputerowe do analiz przepływu wariantowych geometrii

kanałów i do optymalizacji ich geometrii.

Powyższe ogólne sformułowania należy odpowiednio rozszerzyć pod kątem

danego typu maszyny – jednostopniowej lub wielostopniowej (jedno-/ lub wie-

lowałowej). W przypadku sprężarek wielostopniowych wykonuje się dodatkowo

analizę procesu sprężania z chłodzeniem, zmierzającą do optymalnego doboru

liczby stopni oraz rozmieszczenia chłodnic w procesie sprężania.

3. ZASTOSOWANIE TEORII PODOBIEŃSTWA PRZEPŁYWÓW W PROJEKTOWANIU

Bardzo przydatna, we wstępnym wyborze rozwiązania konstrukcyjnego jest

teoria podobieństwa przepływów. Wskaźniki charakterystyczne sprężarek i wen-

Podstawy i problemy projektowania ... 143

tylatorów, określające kinematyczne i dynamiczne podobieństwo przepływów,

ustalone dla zbadanych maszyn o dobrej sprawności, mogą być wykorzystane do

tworzenia różnych wykresów, na przykład Cordiera, i być pomocne we wstęp-

nym wyborze zasadniczych wielkości konstrukcyjnych. Takie postępowanie

daje szansę na uzyskanie dobrej sprawności maszyny, choć nie zawsze wybrane

rozwiązanie jest optymalne. Postępowanie to określa jednak pewne zakresy, w

których ostateczne rozwiązanie powinno się znaleźć. Zgodnie z teorią podobieństwa, aby przepływy przez dwie maszyny były po-

dobne, musi być zachowane:

– podobieństwo geometryczne kanałów przepływowych;

– podobieństwo kinematyczne, co oznacza też, że trójkąty prędkości, np. na

wlocie i wylocie wirnika (rys. 1) powinny być podobne;

– podobieństwo dynamiczne – znaczy to, że siły bezwładności i siły czynne

działające na gaz powinny być w stałym stosunku; w maszynach sprężają-cych tymi siłami są siły tarcia, wynikające z lepkości gazu, oraz siły normal-

ne, zmieniające gęstość gazu; podobieństwo tych pól sił określają odpowied-

nio liczby Reynoldsa i Macha;

– stałość własności termodynamicznych gazu, czyli takiego samego stosunku

wartości ciepła właściwego k (wykładnika izentropy).

Jeśli warunki te są zachowane, to sprawność maszyn powinna być równa.

Rys. 4. Schemat dmuchawy promieniowej z wirnikiem osiowo-promieniowym typu półodkrytego

Rys. 4. Scheme of the radial flower with axial-radial impeller of the type uncovered

W zastosowaniu do maszyn sprężających, geometrycznie podobnych, w celu

zachowania powyższych warunków podobieństwa używa się odpowiednich

wskaźników charakterystycznych. Są to wskaźniki wydajności *Vϕ (lub prędko-

ści ϕ2r) oraz spiętrzenia całkowitego ψc lub izentropowego całkowitego przyro-

stu entalpii ψS (ewentualnie wskaźnika pracy ψp). Zamiast wskaźników *Vϕ i ψs

D3

D1h

D1

t

D1s

D2

b1

b3

b2

c1t

u1t

β1t

β1t*

β2* β2α2

c2r

c2u

c2 w2

u2

2

1

s

s

3

J.Walczak 144

można wprowadzić nową parę wskaźników jako ich kombinację, mianowicie

wskaźniki szybkobieżności Kn i średnicy δ. Definicje wyżej wymienionych

wskaźników podano w spisie oznaczeń.

Wskaźniki wydajności *Vϕ (oraz prędkości ϕ2r), jeśli mają określać kinema-

tykę w całym stopniu, związane są ze ściśliwością gazu, czyli liczbą Macha.

Wskaźniki ψC, ψs, lub ψp są związane głównie z geometrią łopatek – *2β , ale

będąc analogią do współczynników sił, są również funkcjami liczb Reynoldsa

i Macha oraz wykładnika izentropy κ. Można to zapisać w postaci

ψs (lub ψc, ψp, ψst) = f (∗Vϕ , Re, M, κ).

Wskaźniki charakterystyczne sprężarek i wentylatorów mogą służyć do iden-

tyfikacji zbadanych konstrukcji i

wyłonienia tych, które wykazywały

wysoką sprawność. Tworząc z tych

danych doświadczalnych wykresy

Kn= f(δ), η = f ( *Vϕ ), η = f (Kn) lub

inne, można uzyskać informacje

przydatne do doboru wskaźników

dla nowo projektowanych maszyn

pod kątem uzyskania wysokiej

sprawności. Przykład takiego wy-

kresu podano na rys. 5.

Wykres ten jest zbiorem informacji

z badań wielu sprężarek i dmuchaw

– osiowych i promieniowych. Spo-

śród opisanych wskaźników posłu-

żono się tutaj jedynie wskaźnikiem

szybkobieżności nK . Wysoka

sprawność sprężarek promienio-

wych uzyskuje się dla zakresu Kn =

0,15÷0,25. Ta wskazówka dla kon-

struktora nie jest wystarczająca aby

dokonać wyboru rozwiązania

optymalnego, ponieważ dla wybra-

nej wartości Kn można zapropono-

wać różne rozwiązania, z różnymi

wskaźnikami δ czy *

Vϕ i ψs. Za-

tem bez dodatkowych informacji – wskazań co do geometrii i kinematyki stop-

nia – wybór dobrego rozwiązania jest utrudniony. Te problemy nie będą rozpa-

trywane.

0,60,06

0,08

0,1

0,2

0,3

0,4

0,6

0,8

1

2

3

4

6

8

10

0,8 1 2 3 4 6 8 10 20δ

Kn1

η=65%

Ψs=0,01

0,02

0,05

0,1

0,2

0,5

70

75

60

6050

50

80

85

Promieniowe

Osiowe

1,0

2,0

Rys. 5. Zależność między wskaźnikiem Kn a

wskaźnikiem δ

Fig. 5. Dependence between specific Speer Kn

and specific diameter δ

Podstawy i problemy projektowania ... 145

4. WSPÓŁPRACA Z PRZEMYSŁEM

Katedra Techniki Cieplnej Politechniki Poznańskiej zajmuje się tematyką maszyn sprężających od początku lat sześćdziesiątych. Inicjatorem tych prac o

charakterze naukowo-badawczym i rozwojowym był prof. E. Tuliszka. Wtedy

nawiązaliśmy współpracę z Zakładami Budowy Maszyn i Aparatury im. L. Zie-

leniewskiego oraz OBR CEBEA w Krakowie. Wynikiem tych prac było kilka

konstrukcji jednostopniowych dmuchaw promieniowych, a ich produkcja była

przeznaczona na potrzeby krajowe oraz na eksport, głównie do pracy w fabry-

kach kwasu siarkowego. Do dzisiaj wiele z nich jest dalej eksploatowanych.

Były to konstrukcje oparte na wirnikach typu zakrytego, nitowane, a później

spawane.

Od połowy lat siedemdziesiątych podjęto badania wirników osiowo-

promieniowych typu półodkrytego. Następnie w latach osiemdziesiątych zaczęto

prace nad koncepcją typoszeregu jednostopniowych dmuchaw promieniowych,

konstrukcją stopnia sprężającego oraz agregatem dmuchawy. Prace te wykony-

wano we współpracy z OBR CEBEA oraz ZBMiA im. L. Zieleniewskiego. Były

one finansowane w ramach Centralnych Programów Prac Badawczo-

Rozwojowych w latach 1986÷2000.

W 1989 roku nawiązano współpracę z Fabryką Urządzeń Mechanicznych W-

5 HCP. Program produkcyjny oraz zamierzenia rozwojowe tej fabryki pokazano

na rys. 6. Od ponad 25 lat fabryka W-5 jest producentem typoszeregu sprężarek

tłokowych chłodzonych wodą na ciśnienie 30 bar, przeznaczonych głównie do

rozruchu silników okrętowych – pole 3. Ze względu na wysoki koszt produkcji

tych sprężarek w porównaniu z konkurencją, trzeba opracować nową generację konstrukcyjną sprężarek chłodzonych wodą i powietrzem oraz doprężarek. Prace

są w toku. Na rysunku 3 pokazano prototypową sprężarkę tłokową chłodzoną wodą. W 1989 roku podjęto pracę nad konstrukcją i uruchomieniem produkcji jed-

nostopniowych dmuchaw promieniowych. Prototyp takiej dmuchawy powstał w

1991roku. Na tym prototypie z dyfuzorem bezłopatkowym i kierownicą wstępną zrealizowano szeroki program badań wariantowych geometrii wirników po stro-

nie wlotu. W wyniku tych badań ustalono optymalną geometrię wirnika oraz

wskaźniki bezwymiarowe – wydajności *

Vϕ oraz szybkobieżności Kn.

Produkcja tych dmuchaw rozwinęła się. W-5 HCP SA produkuje obecnie

sześć wielkości typoszeregu o zakresie wydajności od ok. 1000 do ok. 40000

m3/h oraz przyrostów ciśnień od 0,3 do 0,95 bar – pole pracy 1. Dmuchawy te

produkowane są w układzie z dyfuzorem bezłopatkowym lub nastawialnym

dyfuzorem łopatkowym (rys. 4).

J.Walczak 146

0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 50 10020100.1

0.2

0.5

1

2

5

10

20

50

100

65

1

4

2

3

p [bar]

[ ]hm1000 V 3∗&

Rys. 6. Pola 1 – jednostopniowe dmuchawy promieniowe, 2 – sprężarki promieniowe, 3 – sprężar-

ki tłokowe, 4 – dmuchawy wysokociśnieniowe, 5 – dmuchawy wysokociśnieniowe na łożyskach

tocznych, 6 – dmuchawy wielostopniowe

Fig. 6. Fields 1 – one-stage radial flower, 2 – radial compressors, 3 – reciprocating compressors, 4

– multi-stage flower, 5 – high pressure flower with ball Bering, 6-multi-stage blower

Potrzeby rynku określiły dalsze działania badawczo-rozwojowe w celu opra-

cowania konstrukcji i uruchomienia produkcji następujących typoszeregów ma-

szyn sprężających:

1) jednostopniowych dmuchaw promieniowych na wysokie ciśnienia:

– na średnie i duże wydajności spręż 32 ÷=π – pole pracy 4 (rys. 6),

– na małe wydajności z użyciem łożysk tocznych, spręż do 6,1=π –pole pra-

cy 5 (rys. 6),

– konsekwencją jest przejście od dmuchaw jednostopniowych do maszyn wie-

lostopniowych, czyli sprężarek promieniowych – pole pracy 2 (rys. 6),

2) wielostopniowe jednowałowe dmuchawy promieniowe o zakresie wydaj-

ności 100÷1500 m3/h oraz sprężu 6,12,1 ÷=π , konkurencyjne wobec dmuchaw

Roots’a oraz jednostopniowych dmuchaw promieniowych – pole pracy 6 (rys.

6).

Prace naukowo-badawcze oraz badawczo-rozwojowe objęte były dwoma

projektami badawczymi oraz czterema projektami celowymi KBN.

Podstawy i problemy projektowania ... 147

5. NAGRODY

1. Nagroda Ministra Nauki, Szkolnictwa Wyższego i Techniki, zespołowa II

stopnia za osiągnięcia w dziedzinie badań naukowych – za kompleksową pracę z zakresu wysokosprawnych sprężarek i dmuchaw”, Warszawa 1977;

2. Nagroda Ministra Nauki, Szkolnictwa Wyższego i Techniki, zespołowa III

stopnia za pracę pt.„Teoria i badania trójwymiarowej turbulentnej warstwy

przyściennej oraz metoda obliczania przepływu w dyfuzorze bezłopatkowym,

Warszawa 1981;

3. Nagroda Ministra Edukacji Narodowej, indywidualna I stopnia za opracowa-

nie projektów i wdrożenie do produkcji jednostopniowych dmuchaw promie-

niowych, Warszawa 1994;

4. Złoty Medal Międzynarodowych Targów Poznańskich POLEKO’94 za dmu-

chawę promieniową DA253A (w ramach współpracy z HCP), Poznań 1994;

5. Złoty Medal w konkursie „Głosu Wielkopolskiego” – „Swego nie znacie” za

produkcję dmuchaw dla oczyszczalni ścieków (w ramach współpracy z

HCP), Poznań 1994;

6. Brązowy Medal na Międzynarodowej Wystawie Innowacji Technicznych –

Pekin 1996 (w ramach współpracy z HCP);

7. Lider Polskiej Ekologii 1998 za pracę: Typoszereg dmuchaw promieniowych

DA – Ministerstwo Ochrony Środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa

(w ramach współpracy z HCP).

8. II Międzynarodowy Konkurs na rozwiązanie z dziedziny OCHRONY Środo-

wiska. Nagroda III Stopnia – za rozwiązanie: Typoszereg dmuchaw promie-

niowych DA, przyznana przez Stowarzyszenie Inżynierów i Techników

Przemysłu Hutniczego – Czechy. Nagroda dla prof. J. Walczaka i mgr inż. K.

Jazikowskiego – Bielsko Biała, 01.06.1999. (w ramach współpracy z HCP).

9. Nagroda Prezesa Rady Ministrów III Stopnia za wybitne krajowe osiągnięcia

naukowo-techniczne dla zespołu Politechniki Poznańskiej i firmy H. Cegiel-

ski-Poznań SA w składzie: mgr inż. Leszek Cichoń, mgr inż. Andrzej Ogór-

kiewicz, mgr inż. Witold Trzeciak, pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Ja-

nusza Walczaka,Warszawa 2000.

10. Lider Rynku i Euro Lider – dwa certyfikaty za Dmuchawy promieniowe dla

HCP Poznań SA, Warszawa 2006.

Producenci oraz dystrybutorzy maszyn i urządzeń z zakresu techniki sprę-żonego powietrza z terenu Wielkopolski

1. Spomasz-Roots sp. z o.o. Dmuchawy i sprężarki śrubowe, 63-400 Ostrów

Wielkopolski, tel. 0 62 592 17 99.

2. AIRPOL Przedsiębiorstwo Produkcji Sprężarek, sp. z o. o. ul. Krańcowa 15,

61-022 Poznań, tel. 0 61 650 45 80.

J.Walczak 148

3. Systemy pneumatyki. Sprężarki, narzędzia. Instalacje, serwis. 63-400

Ostrów Wielkopolski, tel. 0 62 591 04 44.

4. Vector. Sp. z o.o. Technika sprężonego powietrza, 62-080 Tarnowo Podgór-

ne, tel. 0 61 814 64 41.

5. HCP Poznań SA. Sprężarki promieniowe i tłokowe, dmuchawy, 60-965

Poznań, tel. 0 61 831 13 50.

6. Inter-Air. Biuro handlowe sprężarek, 61-037 Poznań, tel. 0 61 876 29 72.

7. Kaeser Kompressoren, sp z o.o. Sprężarki, dmuchawy, osuszacze, 02-829

Poznań, tel. 0 61 826 91 98.

8. NOK. Sprzedaż i serwis sprężarek, 62-010 Pobiedziska, tel. 0 61 815 35 57.

9. Alup Kompressoren Sauer&Sohn, 60-479 Poznań, tel. 0 61 656 70 22.

10. Aspar. PHU. Pompy i sprężarki, 60-161 Poznań, tel. 0 61 868 58 28.

11. Atlas Copco Polska, sp z o.o, 60-185 Poznań, tel. 0 61 894 63 69.

12. Ceccato-Elektra Beckum. Sprężarki powietrza, osuszacze, filtry, 60-251

Poznań, tel. 0 61 866 58 65.

13. Erkomp. Sprężarki, osuszacze, filtry. Serwis. Szyrner G, 62-030 Luboń, tel.

0 61 813 15 17.

LITERATURA

[1] Czarnecki A., Walczak J., Problemy projektowania i prace badawczo-rozwojowe z zakresu

maszyn sprężających na rzecz H. Cegielski-Poznań S. A. Przepływowe maszyny wirnikowe:

Rotary fluid-flow machines: Zbiór prac IX Międzynarodowej konferencji, Politechnika Rze-

szowska [i in.] [org.], Rzeszów-Myczkowce, 16-18 października 2003 r Oczoś K. O. [red.],

Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2003. s. 365-376.

[2] Grzelczak M., Grudziński M., Dembski G., Walczak J., Selected results of investigations

of single-stage centrifugal blower for small flow rates-influence of splitter blades length,

Cieplne Maszyny Przepływowe, Turbomachinery No 128, Łódź SYMKOM’2005.

[3] Grzelczak M., Grudziński M., Dembski G., Walczak J., Bździel J., Charakterystyki pracy

dmuchawy DA200 z różnymi układami regulacji. Cieplne Maszyny Przepływowe Turboma-

chinery Nr 130 I Krajowe Forum Sprężarek Powietrznych KOMPRESOR, Łódź 2006.

[4] Walczak J., Cichoń L., Grudziński M., Haberko M., Zozuliński St., Zozuliński J., Kap-turzak J., Wegnerowski P., Wielostopniowe sprężarki promieniowe - konstrukcja i badania.

Przepływowe maszyny wirnikowe: Rotary fluid-flow machines: Zbiór prac IX Międzynaro-

dowej konferencji, Politechnika Rzeszowska [i in.] [org.], Rzeszów-Myczkowce, 16-18 paź-dziernika 2003 r. Oczoś K. O. [red.]. – Rzeszów : Oficyna Wydawnicza Politechniki Rze-

szowskiej, 2003. s. 349-354.

[5] Walczak J., Cichoń L., Haberko M., Grudziński M., Grzelczak M., Zozuliński St., We-gnerowski P., Kapturzak J., Kapturzak J., Typoszereg wysokociśnieniowych dmuchaw

promieniowych – konstrukcja i badania wielkości DA500/2, Przepływowe maszyny wirni-

kowe: Rotary fluid-flow machines: Zbiór prac IX Międzynarodowej Konferencji, Politechni-

ka Rzeszowska [i in.] [org.], Rzeszów-Myczkowce, 16-18 października 2003 r Oczoś K. O.

[red.], Rzeszów: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, 2003. s. 355-364.

[6] Walczak J., Inżynierska mechanika płynów, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Po-

znań 2006.

Podstawy i problemy projektowania ... 149

[7] Walczak J., Podstawy i problemy projektowania promieniowych maszyn sprężających

Cieplne Maszyny Przepływowe Turbomachinery Nr 130 I Krajowe Forum Sprężarek Po-

wietrznych KOMPRESOR, Łódź 2006.

[8] Walczak J., Przegląd prac badawczo-rozwojowych na potrzeby Zakładów H.Cegielskiego-

Poznań S.A. w zakresie maszyn sprężających. Cieplne Maszyny Przepływowe Turbomachi-

nery Nr 130 I Krajowe Forum Sprężarek Powietrznych KOMPRESOR, Łódź 2006.

[9] Walczak J., Cichoń L., Grudziński M., Grzelczak M., Dembski G., Haberko M., Zozu-liński S., Zozuliński J., Kapturzak J., Wegnerowski P., Wielostop-niowe sprężarki pro-

mieniowe – konstrukcja i badania. Cieplne Maszyny Przepływowe Turbomachinery Nr 130 I

Krajowe Forum Sprężarek Powietrznych KOMPRESOR, Łódź 2006.

[10] Walczak J., Grudziński M., Cichoń L., Haberko M., Zozuliński S., Wegnerowski P., Kapturzak J., Jednostopniowe dmuchawy promieniowe typoszeregi konstrukcje i badania.

Cieplne Maszyny Przepływowe Turbo-machinery Nr 130 I Krajowe Forum Sprężarek Po-

wietrznych KOMPRESOR, Łódź 2006.

Recenzent: prof. dr hab. inż. Jerzy Merkisz

BASES AND PROBLEMS OF THE DESIGNING OF THE RADIAL COMPRESSORS

S u m m a r y

The paper proves, that constructing methods of the compressors are not accurate enough. Ex-

perimental tests and numerical analyses of the flow are the way to improvement. Designing of the

compression process and stages should be verified concerning the whole aggregate of the machine.

The theory of the flow similarity is still helpful to preliminary chooses of the constructing method.

So are the characteristic indexes. The paper indicates the subject of the research conducted I the

chair of thermal engineering and presents manufactures and companies which sell compressors in

the region of Wielkopolska.

Key words: radial compressors

prof. dr hab. inż. Janusz WALCZAK Politechnika Poznańska, Katedra Techniki Cieplnej, ul. Piotrowo 3, 61-138 Poznań, tel. (061) 665 23 42