Ротационные компрессоры.

Мембранные компрессоры.

В мембранном компрессоре [2] объем рабочего тела меняется вследствие перемещения в полости сжатия гибкой мембраны, зажатой по периметру между профилирован­ными дисками и приводимой в дви­жение с помощью гидропривода или непосредственно от кривошипно-ша­тунного механизма.

Особенности процесса сжатия вмембранном компрессоре по сравне­нию с поршневым определяются большей относительной поверхно­стью охлаждения полости сжатия. Тепло от рабочего тела отводится через мембраны, что приближает процесс сжатия к изотермическому

и позволяет увеличить давлений в одной ступени до 10 – 15. В то же время относительно большое влияние мертвого пространства вследствие малого объёма полости сжатия приводит к более низким коэффициентам подачи.

В мембранном компрессореполость сжатия герметично отделена от внешней среды и от смазки, что позволяет применять эти машины для сжатия таких газов, как кислород, фтор, хлор, закись азота, а также в случае жестких требований по чистоте сжимаемого газа.

Вследствие ограничений размеров полости сжатия мембранные компрессоры имеют сравнительно малую производительность, но и меньшее, чем поршневые, число ступеней. Так, серийный воздушный компрессор МК-2,5/200 производительностью 2,5 м³/ч и давлением 20 МПа имеет всего две ступени.

Ротационные компрессоры.

Ротационными называются компрессоры в которых изменение объема совершается при вращении поршня.

По принципу действия они сходны с поршневыми, но роль поршня в них выполняют либо непосредственно вращающийся ротор (в малых машинах), либо пластины, расположенные в роторе и вращающиеся в виде винтов (в винтовом компрессоре). J

Ротационные компрессе имеют ряд преимуществ перед поршневыми;

а) сравнительно малую массу (вследствие более высокой частоты вращения она в несколько раз меньше, чем у поршневого компрессора при равных производительностях);

б) меньшие габариты (на единицу производительности);

в) отсутствие поступательно движущихся частей, что обеспечивает большую уравновешенность; ротационные компрессоры не требуюткаких-либо специальных фундаментов и могут устанавливаться на простых сварных рамах;

г) отсутствие всасывающих и на­гнетательных клапанов (исключение составляют малые однопластинча­тые компрессоры, у которых имеет­ся нагнетательный клапан). В сред­них и крупных многопластинчатых компрессорах вместо нагнетательно­го клапана за компрессором на ли­нии нагнетания устанавливается об­ратный клапан, препятствующий пе­ретеканию хладоагента во всасыва­ющую линию при остановке маши­ны.

На рис. 3.6 показана схема рота­ционного однопластинчатого ком­прессора с катящимся поршнем.

Рабочая (серповидная) полость компрессора образуется стенками цилиндрического корпуса / и экс­центрично сидящим на валу рото­ром II. Пластина III разделяет ра­бочую полость на две части: всасы­вающую и нагнетательную. При вращении вала в направлении, указанном

стрелкой, ротор обходит ра­бочую полость, сжимая в ней ра­бочее тело и выталкивая его через нагнетательный патрубок V. Одно­временно через всасывающий па­трубок IV рабочее тело поступает из всасывающей линии. Постоянное прижатие лопасти к ротору обеспе­чивается пружиной VI.

Рис. 3.7. Схема ротационного пластинчато­го компрессора. I — корпус; II — ротор; III — пластина; IV — наг­нетательный патрубок; V — всасывающий патру­бок.

Всасывающая полость компрес­сора имеет максимальный объем в тот момент, когда ротор (катящий­ся поршень) полностью перекрывает живое сечение нагнетательного па­трубка компрессора.

Винтовые компрессоры — отно­сительно новый тип машин; они при­меняются в холодильных и криоген­ных установках лишь в последнее время.

Преимущества этого типа ма­шин: обусловленные большой часто­той вращения (до 1000 об/мин) ма­лые габариты и масса (габариты

винтовых компрессоров в 2—10 раз, а масса в 10—100 раз меньше, чем у поршневых той же производитель­ности); широкий диапазон объем­ных производительностей (от 25 до 30 000 м³/ч); отсутствие клапанного распределения и трения деталей в полости сжатия и как следствие вы­сокая эксплуатационная надеж­ность; полная уравновешенность, ис­ключающая необходимость в тяже­лых фундаментах;отсутствие зон неустойчивой работы при давлениях нагнетания, превышающих номи­нальные. Такие помпажные зоны ха­рактерны для компрессоров кинети­ческого действия.

Сжатие рабочего тела (пара или газа) в винтовом компрессоре (рис. 3.8) происходит в полости, образуе­мой цилиндрической и торцевыми стенками корпуса и винтовыми впа­динами роторов. Рабочее тело по­ступает в рабочую полость из каме­ры всасывания через окно всасыва­ния, расположенное с торца винтов. Окно нагнетания расположено ча­стично на торцевой стенке корпуса, а частично на его цилиндрической поверхности. Расположение окон всасывания и нагнетания диагональ­ное.

При вращении роторов винтовые впадины соединяются с окном вса­сывания и заполняются рабочим те­лом. При дальнейшем вращении впадины отсекаются от полости вса­сывания, и происходит внедрение зубьев одного ротора во впадины другого, приводящее к сжатию и распространяющееся в направлении к нагнетательному окну.

Производительность винтового компрессора определяется харак­терными размерами роторов (рис.3.9).

Рис. 3.8. Винтовой компрес сор.

/—* корпус; II — ведущий ротор; III —- ведомый ротор; IV — син­хронизирующие шестерни; V — подшипники; VI — сальники.

Рис. 3.9. К определению производительнос­ти винтового компрессора.

.

3.4. КОМПРЕССОРЫКИНЕТИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ (ТУРБОКОМПРЕССОРЫ)

Турбокомпрессоры относятся к машинам кинетического дейст­вия. Вследствие того, что преобра­зование энергии в них происходит в потоке рабочего тела, их назы­вают иногда поточными машинами.

Рис. 3.12. Принципиальная схема ступени турбокомпрессора (а) и треугольники скоро­стей (б).

Объемная производительность большинства используемых турбокомпрессоров значительно больше производительности машин объёмного действия и достигает 0,5*10⁶ м ³/ч. Напротив, при очень ма­лых значениях производительностей применение турбокомпрессоров ста­новится проблематичным из- за не­обходимости увеличивать частоту вращения ротора и неизбежного па­дения КПД машины, связанного с уменьшением размеров проточной части.

На рис. 3.12 показаны принци­пиальная схема ступени радиально­го центробежного компрессора, (а) и треугольники скоростей в ступе­ни (б).

При вращении колеса I рабочее тело перемещается от центра к пе­риферии по межлопаточным кана­лам. Это движение сопровождается увеличением окружной скорости и, абсолютной скорости с повышением давления рабочего тела вследствие уменьшения скорости w.

Абсолютные скорости тела на входе и выходе из рабочего колеса с₁и с₂определяются геометрической суммой скоростей переносного (скорость и) и относительного (w) (вдоль неподвижного канала) движений.

В диффузоре II скорость рабочего тела падает вследствие увеличения площади прохода, кинетическая энергия потока уменьшается, при этом давление увеличивается. Обратный направляющий канал III служит для подвода потока к следующей ступени; преобразование энергии в нем практически непроисходит.

Работа, подведенная к компрессору с помощью описанного выше механизма, передается рабочему телу, параметры которого (давление, температура) изменяются в соответствии с уравнениям (3.12) и (3.13а).