ПНЕВМОПРИВОД

В пневматических передачах рабочей средой является сжатый газ (воздух), вырабатываемый компрессором. Пневматический привод представляет собой совокупность взаимосвязанных пневматических устройств, обеспечивающих необходимые рабочие движения машин. При этом исполнительное устройство преобразует энергию сжатого воздуха в механическую энергию рабочего органа. Как и гидропривод, пневмопривод по виду движения может быть вращательным или поступательным.

Преимуществом пневмопривода являются плавность работы, простота конструкции и эксплуатации; удобство и легкость управления; возможность работы с большим числом включений в единицу времени; надежность в работе; простота регулирования скорости и нагрузки в широких пределах; малая чувствительность к динамическим нагрузкам и способность переносить длительные перегрузки вплоть до полного стопорения. К основным недостаткам, ограничивающим широкое применение пневмопривода, следует отнести наличие гибкого воздухопровода и большой расход воздуха вследствие значительных утечек через уплотнения; трудность точного регулирования и низкий к.п.д.

Типовой пневмопривод изображен на рис.1. Поршень 1 перемещается в рабочем цилиндре 2 под воздействием сжатого воздуха, поступающего попеременно в обе полости цилиндра из магистрали через распределитель 3. В конце хода кулачок, укрепленный на штоке (не показан на чертеже), нажимает на рычаг одного из конечных выключателей 4 или 5. В положении, изображенном на чертеже, поршень перемещается направо, переключая выключатель 4, и когда он займет положение, показанное штриховой линией, конечный выключатель 5 переключится. Сигнал в виде давления сжатого воздуха передается от выключателя на вход распределителя 3, в результате чего золотник перемещается в правое положение. Сжатый воздух из магистрали через этот же распределитель направляется в правую полость цилиндра 2 и перемещает поршень 1 влево, при этом распределитель выключается. В конце обратного хода кулачок на штоке нажимает на конечный выключатель 4, снова переключается золотник, и цикл повторяется.

Пневмоприводы служат для получения поступательного, вращательного движения или того и другого вместе. Выше описан привод поступательного движения. На рис. 2 показан привод вращательного движения, изображенный в упрощенном виде без воздухораспределителя. В корпусе 1 установлен ротор 2, ось вращения которого смещена относительно центра корпуса (эксцентриситет е). В пазы ротора помещены пластины 3. Сжатый воздух, подаваемый через окно 4 корпуса, воздействует на пластины. Так как площади этих пластин, в разной степени выдвинутых из пазов ротора, отличаются друг от друга, то создается момент от сил давления сжатого воздуха, благодаря чему ротор вращается. В период его вращения пластины под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности корпуса. Чтобы обеспечить более надежное уплотнение, к пазам ротора иногда подводят сжатый воздух или в них помещают пружины: это способствует также и более быстрому выдвижению пластин из пазов. Отработанный воздух выходит из привода через выхлопное окно 5 в атмосферу.

Вращательное движение наряду с поступательным может быть также осуществлено посредством поршневых пневмоустройств и шарнирно-рычажных передаточных механизмов. На рис. 3 приведена схема пятицилиндрового пневмопривода. Поршни 1 посредством шатунов 2 шарнирно соединены с кривошипом 3, вал которого жестко связан с воздухораспределителем 4. Последний вращается в неподвижной втулке 5, окна которой посредством каналов сообщаются с рабочими цилиндрами. При этом сжатый воздух, подводимый к воздухораспределителю, подается в соответствующие полости цилиндров (см. отверстие А на рис. 3), а отработанный воздух отводится из выхлопных полостей (отверстия Б и В). За один оборот вала каждый поршень совершает возвратно-поступательное движение (рабочий и холостой ход), благодаря чему на валу привода обеспечивается вращательный момент, близкий к равномерному.

Кроме поршневых пневмоустройств в приводах поступательного движения используют также устройства с упругими элементами, в качестве которых могут служить мембраны, сильфоны, шланги и пр.

На рис. 4 изображен привод стрельчатой резинотканевой мембраной. При подаче сжатого воздуха из магистрали через распределитель 1 мембрана 2 прогибается; шток, жестко связанный с ее металлическим центром, перемещается на заданный рабочий ход s (до упора). Обратный ход мембраны совершается под действием пружины 3. Наряду с односторонними мембранными приводами иногда применяются двусторонние приводы, у которых обратный ход также совершается под действием сжатого воздуха. Мембранные приводы по сравнению с поршневыми имеют недостатки: ограниченный рабочий ход, невысокое давление, падение усилия при перемещении штока. Но они просты в изготовлении, герметичны, срок службы их в несколько раз больше, чем поршневых устройств.

ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

В основу классификации поршневых компрессоров положены следующие признаки:

1) способ приведения в действие – компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом (с приводом от обособленного двигателя через трансмиссию или непосредственно со встроенным двигателем, в том числе газомоторные компрессоры) и дизель-компрессоры со свободными поршнями (СПДК);

2) число ступеней компрессора – одно-, двух-,..., семиступенчатые;

3) число цилиндров – одно-, двух-, многоцилиндровые;

4) расположение осей цилиндров – вертикальные, горизонтальные, угловые. К угловым относятся машины с вертикально-горизонтальным и с наклонным расположением цилиндров (V-образные, веерообразные и звёздообразные);

5) производительность всасывания – малые (до 10 м³/мин), средние (10 – 100 м³/мин) и крупные (свыше 100 м³/мин);

6) конечное избыточное давление – низкого давления (до 1 Мн/м²), среднего давления (1 – 10 Мн/м²), высокого давления (свыше 10 Мн/м²);

7) состав сжимаемого газа – воздушные, кислородные, аммиачные, азотоводородные, для природного газа и др.;

8) установка – стационарные, полустационарные, передвижные;

9) охлаждение – с воздушным, с внутренним водяным и с внешним (промежуточным).

ТИПЫ И СХЕМЫ КОМПРЕССОРОВ

Тип компрессора определяется расположением цилиндров. Каждый тип компрессоров имеет свои преимущества.

Основное преимущество вертикальных компрессоров – равномерный износ цилиндров и поршней вследствие меньшего давления поршней на стенки цилиндров благодаря равномерному распределению смазки и оседанию твёрдых частиц на торце поршня. Это преимущество является решающим для компрессоров без смазки или с неполной смазкой там, где не допускается применение минерального масла (кислородные, хлорные и другие компрессоры).

Горизонтальные компрессоры более удобны при обслуживании, что очень важно для стационарных крупных компрессоров.

Преимущества угловых компрессоров – относительно малая масса и компактность – имеют решающее значение для компрессоров в передвижных установках.

Компрессоры одного типа с кривошипно-шатунным механизмом различаются числом рядов цилиндров, равным числу шатунов, расположением цилиндров и ступней, конструкцией кривошипно-шатунного механизма, который может быть крейцкопфным или безкрейцкопфным. Эти признаки объединены общим понятием схемы компрессора, которая предопределяет конструкцию машины, её массу, габариты и стоимость, а также экономичность в эксплуатации, надёжность, простоту обслуживания и ремонта.

Различие требований, предъявляемых компрессорам в зависимости от их назначения, отражено в разнообразии применяемых схем. Наиболее распространённые из них приведены на рис. 5, а – т, на котором римскими цифрами обозначены ступени сжатия, а буквами Ур – уравнительная полость; последняя в отличие от рабочих полостей не имеет клапанов и находится под постоянным давлением газа для уравнивания поршневых сил.

Бескрейцкопфные компрессоры просты по конструкции и компактны, вследствие чего их применяют для передвижных установок.

В крупных компрессорах сказываются недостатки такой схемы: пониженный механический к.п.д., большие утечки газа через поршневые кольца, повышенный унос масла и картера и сильное загрязнение им сжимаемого газа, неэффективное использование объёма цилиндра вследствие одинарного действия. Поэтому она уступает место схеме с крейцкопфом.

На рис. 5, з, м представлены схемы со встречным движением поршней (оппозитное расположение). Колена вала каждой пары противолежащих рядов взаимно смещены на 180°. В этой схеме полностью уравновешиваются силы инерции поступательно движущихся масс, поршневые силы рядов противоположны по направлению, вследствие чего на коренные подшипники действует их разность. Тем самым уменьшается работа трения, а следовательно, износ подшипников и коренных шеек вала. Горизонтальные оппозитные компрессоры примерно в 2 раза легче, чем машины с односторонним расположением цилиндров.

Несколько ступеней в одном ряду объединяют в дифференциальный блок (см. рис. 5, и, л), за счёт чего уменьшается число сальников и длина ряда. Ступень высокого давления для снижения утечек газа уплотняют по возможно меньшему периметру поршня, располагая её в торце дифференциального блока.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

И СИСТЕМЫ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

Все детали поршневого компрессора (рис. 6) можно распределить в конструктивные группы в зависимости от их назначения:

группа механизмов движения – рама, станина или картер, коренные подшипники, коленчатый вал, шатуны, крейцкопфы, маховик;

цилиндровая группа – цилиндры, втулки цилиндров, крышки, уплотнения штока;

поршневая группа – поршни, поршневые кольца, штоки;

группа распределения – клапаны;

система смазки – масляные насосы, фильтры, маслопроводы, холодильники для масла, маслоотделители и др.;

система охлаждения – промежуточный и концевой холодильники для сжимаемого газа, трубопроводы;

система регулирования – средства регулирования производительности (цилиндры дополнительных «мёртвых» пространств, вспомогательные клапаны, трубопроводы);

группа установки машины – щит управления, привод, газопроводы, ресиверы, воздушные фильтры, ограждение и др.

Группа механизма движения состоит из деталей, свойственных другим поршневым машинам, например двигателям внутреннего сгорания, паровым машинам.

Цилиндры для давлений до 6 Мн/м² изготавливают из чугуна, для давлений до 15 Мн/м² – литым из стали, для более высоких давлений – кованными из стали. Чугунные цилиндры отливают заодно с водяной рубашкой, стальные цилиндры обычно имеют съёмный кожух. Для упрощения отливки иногда цилиндры составляют из отдельных частей. Рабочую поверхность цилиндра шлифуют или хонингруют. В цилиндры часто вставляют чугунные втулки для улучшения качества поверхности и для снижения требования к отливке цилиндров (см. рис. 6). Клапаны размещают в цилиндре или в его крышке; при этом оси клапанов расположены радиально, наклонно или параллельно оси цилиндра. Воду подводят к рубашкам цилиндров снизу, а отводят в самой верхней точке во избежание воздушных мешков. В случае воздушного охлаждения на внешней поверхности цилиндра устанавливают рёбра.

Сальники в компрессорах применяют главным образом самоуплотняющиеся (под давлением газа), металлические, с плоскими и коническими уплотняющими элементами. В качестве плоского уплотняющего элемента металлического сальника служат два чугунных кольца – замыкающее и уплотняющее (рис. 7, а). Каждое кольцо охвачено браслетной пружиной, создающей предварительное уплотнение между кольцами и поршневым штоком. Число колец зависит от давления в цилиндре. Конические уплотняющие элементы (рис. 7, б) выполняются из мягкого антифрикционного сплава и с гидравлическим затвором, осуществляемым подачей масла в кольцевые камеры сальника. Пружины, действующие в осевом направлении на уплотняющие элементы, компенсирует их износ. Для изготовления уплотняющих элементов сальников в последнее время широко используют фторопласт и его композиции.

Поршни бывают открытыми (тронковыми), дисковыми и дифференциальными (ступенчатыми). Их выполняют составными и сплошными. Поршневые кольца изготавливают из высококачественного перлитного чугуна. Они бывают двух видов: уплотняющие и маслосъёмные. Поршневое кольцо прижимается к стенке цилиндра под действием сил упругости и главным образом под действием разности давлений газа, действующих по внутреннему и внешнему контурам кольца. На поршни малого диаметра кольца не могут быть надеты обычным путём, так как в них возникают недопустимые напряжения. В этом случае поршень изготавливают с наборными кольцами или кольца выполняются разрезными из трёх частей и под них подкладывают кольцевые пружины.

Клапаны должны закрываться плотно и своевременно, иметь малое гидравлическое сопротивление, быть износоустойчивыми и прочными в условиях воздействия температур и динамических нагрузок. Стремясь к предельному уменьшению массы подвижных частей, их изготавливают главным образом пластинчатыми. В зависимости от формы пластин и направления потока различают клапаны: кольцевые, полосовые, прямоточные и дисковые. Кольцевой клапан (рис. 8, а) состоит из седла 1, ограничителя подъёма пластин 2, одной или нескольких кольцевых пластин 3, клапанных пружин 4 и стяжного болта 5. В полосовом клапане (рис. 8, б) пластины 1 имеют прямоугольную форму. В свободном состоянии они прилегают к седлу, а под давлением газа выгибаются в пределах углублений, сделанных в ограничителе подъёма 2. В прямоточном клапане (рис. 8, в) тонкие пластины, зажатые между сёдлами, свободно отгибаются в нишах, имеющих клиновидные скосы. Но здесь пластины расположены не перпендикулярно потоку газа, а параллельно ему, благодаря чему гидравлические потери в клапане значительно снижаются. В каналах прямоточного клапана почти нет завихрений газа и потому нагар накапливается мало; клапан отличается долговечностью.

Всасывающий и нагнетательный клапаны выполняются одинаковыми и отличаются только постановкой стяжного болта.

Смазка компрессоров служит для уменьшения износа и охлаждения трущихся деталей, уменьшения работы трения и улучшения к.п.д. машины, для обеспечения герметичности поршневых колец и сальников. В бескрейцкопфных компрессорах цилиндры и механизм движения смазываются одним и тем же маслом, залитым в картер. В крейцкопфных машинах чаще всего имеются две системы смазки. Компрессорные цилиндры и сальники смазываются компрессорными и другими маслами или смазывающими жидкостями, отличающимися высокой стабильностью (способностью противостоять окислению), высокой (210 - 240°С) температурой вспышки и кинематической вязкостью 12 – 20 см²/сек при 100°С, а также незначительной кислотностью.

Смазку цилиндров производят разбрызгиванием (в бескрейцкопфных компрессорах), под давлением (в крейцкопфных компрессорах) и распыливанием (в кислородных компрессорах). Для смазки цилиндров и сальников под давлением служат лубрикаторы, т.е. многоплунжерные насосы с приводом от механизма компрессора, в которых каждый плунжер подаёт строго определённое количество масла в отдельную точку смазки.

Смазка механизма движения осуществляется принудительно по замкнутому контуру: маслосборник (картер машины) – шестерённый насос – фильтр – холодильник – детали механизма движения – маслосборник.

Для отделения от сжатого газа или воздуха масла и влаги служат масловлагоотделители, установленные непосредственно после холодильников. Их действие основано на инерции: при повороте струи газа частицы жидкости, имеющие более высокую плотность, выпадают из струи. На рис. 9 показано несколько схем масловлагоотделителей.

ПРИВОД ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА

Наиболее распространён электрический привод компрессоров, отличающийся простотой устройства и обслуживания, надёжностью, компактностью, постоянной готовностью к действию. При мощности до 50 квт применяют преимущественно короткозамкнутые электродвигатели, свыше 50 квт – также с фазовым ротором. При мощности свыше 100 квт предпочитают синхронные электродвигатели.

Компоновка электродвигателя с компрессором зависит от частоты вращения вала компрессора и двигателя. Если эта частота меньше, чем у электродвигателя, соединение осуществляется с помощью клиноремённой передачи или ротора. Когда частоты вращения валов одинаковы, соединение компрессора с обособленным электродвигателем производят нежесткими муфтами или применяют электродвигатели консольного типа, статор которых устанавливают на общем с компрессором фундаменте, а ротор насаживают на удлинённый конец коленчатого вала. Для получения компактной установки применяют фланцевые или встроенные электродвигатели, статор которых крепят фланцем к станине компрессора или выполняют с ним заодно, а ротор насаживают на конец коленчатого вала. Горизонтальные компрессоры часто приводятся в движение малооборотными электродвигателями, расположенными между рядами, причём ротор двигателя, насаженный на коренной вал компрессора, служит его маховиком.

На нефтяных и газовых промыслах для привода компрессоров широко применяют двигатели внутреннего сгорания: дизели с искровым зажиганием, работающие на жидком топливе, а также газовые двухтактные и четырёхтактные. Для передвижения компрессорных установок используют автотракторные двигатели, соединённые с валом компрессора посредством муфты или редуктора.

Газомоторные компрессоры едставляют собой агрегаты, в которых газовый двигатель и компрессор объединены общими станиной и коленчатым валом. Наиболее широко распространены газомоторные компрессоры с вертикально или V-образно расположенными силовыми цилиндрами и с горизонтальными компрессорными цилиндрами (рис. 10). Газомоторные компрессоры выпускают сериями с определённой индикаторной мощностью компрессоров; например серия 8ГК (мощность 220 квт) или серия 10ГКН (мощность 1100 квт) и т.д. В каждой серии имеются модификации, отличающиеся числом и размерами цилиндров компрессора, благодаря чему установленная мощность может быть использована при различных начальном и конечном давлениях компрессора и при разной производительности.

Другой разновидностью компрессоров с непосредственным приводом от поршневого ДВС являются дизель-компрессоры со свободными поршнями (СПДК). На рис. 11 дана схема одноступенчатого СПДК. Давление газов расширяющихся в цилиндре 1 дизеля, расположенного в середине машины, сообщает движение двум поршням 2, синхронно перемещающимися к внешним мёртвым точкам. По мере сжатия газа в цилиндрах компрессора противодействие поршням возрастает. При некотором их положении силы давления сжатого воздуха превышают уменьшающиеся по ходу поршней движущие силы дизеля. Возврат поршней к внутренним «мёртвым» точкам происходит под давлением воздуха, оставшегося в «мёртвых» пространствах 3 цилиндров компрессора. Полости 4 цилиндра, примыкающие к цилиндру дизеля, служат как продувочные насосы дизеля. Для обеспечения синхронного движения свободных поршней дизель-компрессор снабжён специальным механизмом, размещённым по бокам цилиндра дизеля. Запуск производят сжатым воздухом.

Дизель-компрессор идеально уравновешен, благодаря чему он не нуждается в фундаменте. Его к.п.д. имеет высокое значение (0,40 – 0,45) по сравнению с 0,25 у комбинированной установки компрессора с дизелем автотракторного типа.

Мощность существующих СПДК сравнительно невелика (30 – 80 квт).

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Назначение регулирования сводится в большинстве случаев к поддержанию постоянного конечного давления, которое зависит от соотношения между подачей компрессора и расходом газа из ёмкости или из сети трубопроводов, куда падает компрессор. Если расход газа возрастает из-за увеличения его потребления, то давление в нагнетательной сети падает, что является сигналом о необходимости увеличить подачу компрессора и привести его в соответствие с потреблением.

Способы регулирования поршневых компрессоров весьма разнообразны. Наиболее распространены следующие:

1) временная остановка двигателя или отключение от него компрессора;

2) изменение частоты вращения вала компрессора;

3) отжим всасывающих клапанов;

4) изменение объёма «мёртвого» пространства;

5) дросселирование во всасывающей линии;

6) перепуск газа во всасывающую линию.

Остановка одного или нескольких компрессоров для ступенчатого изменения производительности компрессорной станции – целесообразный способ регулирования. Отключение компрессора от двигателя, производимое посредством пневматических или электромагнитных муфт, менее экономично, чем остановка двигателя, но более удобно.

Изменение частоты вращения вала компрессора – наиболее выгодный способ регулирования при условии, что двигатель допускает экономичное изменение частоты вращения. К сожалению, этой способностью не обладают не электродвигатель переменного тока, ни в должной мере двигатель внутреннего сгорания, которые в основном используются для привода компрессоров. Регулировать производительность компрессоров можно при помощи коробок передач; однако их применение усложняет установку.

Отжим всасывающих клапанов (рис. 12) производится вилкой 5, действующей на пластину 6. Вилка связана с поршнем 4, находящимся в цилиндре 3 и нагруженным пружиной. К цилиндру по трубке 2 подводится газ из области нагнетания. Поршень опускается, вилка ложится на пластину всасывающего клапана и держит его открытым до тех пор, пока давление в воздухосборнике 1 компрессора не снизится до нормального. В рассматриваемой схеме осуществлено прерывистое регулирование. Имеются также схемы с плавным регулированием, обеспечивающим открытие клапана на части хода. По экономичности этот способ уступает рассмотренным выше, так как при отжатом клапане в цилиндре затрачивается некоторая мощность (рис. 13, а).

Изменение объёма «мёртвого» пространства осуществляется подключением дополнительных полостей и, следовательно, уменьшением объёмного коэффициента. Производительность компрессоров при наименьшем объёме «мёртвого» пространства пропорциональна объёму V ₁ (рис. 13, в), а при включении «кармана» объёму V^’₁, который меньше объёма V _1­. Дополнительные полости выполняют постоянного или переменного объёма и располагают в крышке цилиндра или в отдельных баллонах.

Экономичность этого способа высокая. При снижении производительности на 30% повышение удельного расхода энергии не превышает 2% полной индикаторной мощности.

Дросселирование воздуха во всасывающей линии путём частичного перекрытия приводит к падению давления на приёме компрессора, что равноценно увеличению гидравлического сопротивления всасывающего клапана, вызывающему уменьшение l_О и l_Р (рис. 13, г). Дросселирование – неэкономичный способ регулирования, так как приводит к увеличению удельного расхода энергии. Кроме того, следует иметь в виду, что дросселирование во всасывающей линии вызывает опасное возрастание в конечной температуры воздуха (из-за повышения отношения давлений). Частным случаем дросселирования является перекрытие всасывания (рис. 13, б).

Перепуск газа из нагнетательной линии во всасывающую является основным средством разгрузки компрессора при пуске. Для длительного регулирования этот способ не пригоден вследствие его неэкономичности.

РОТОРНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Роторные компрессоры так же, как и поршневые относятся к классу машин объёмного действия. По кинематике рабочих органов они аналогичны роторным насосам. Роторные компрессоры применяются при умеренных производительностях и давлениях в химической, газовой, холодильной промышленности, в системах пневматического управления, в двигателях внутреннего сгорания для наддува. В нефтепромысловых компрессорных станциях их используют для перекачки попутного газа.

Наиболее распространены следующие роторные компрессоры:

1) одновальные – пластинчатые, с качающимся ротором, водокольцевые;

2) двухвальные – двухлопастные и трёхлопастные, винтовые.

По характеру процесса сжатия роторные компрессоры делятся на три группы:

1) машины, в которых сжатие происходит в результате непрерывного изменения объёма рабочих камер;

2) машины, в которых перенос порций газа из всасывающей линии в нагнетательную происходит при постоянном объёме и давлении, а давление газа возрастает скачком в момент сообщения рабочей камеры с областью нагнетания;

3) машины, в которых используются одновременно оба принципа.

ОДНОВАЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Пластинчатый компрессор (рис. 14) состоит из цилиндра, в котором эксцентрично расположен ротор с пластинами, вставленными в его пазы. В отличие от шиберного насоса, вращающиеся межпластинчатые камеры, будучи изолированными, изменяют свой объём от максимального значения до минимального, вследствие чего газ сжимается постепенно от момента отсечки камеры от всасывающего канала в точке а до момента, когда передняя пластина камеры достигнет кромки выхлопного окна b. После мгновенного выравнивания давление в камере сохраняется постоянным до тех пор, пока задняя пластина камеры не достигнет кромки с выхлопного окна. При движении камеры от с до d остаток газа расширяется.

Как видно из диаграммы изменения давления, изображённой справа на том же рисунке, действие рассматриваемого компрессора в основном аналогично действию поршневого. Однако в отличие от последнего конечное давление сжатия зависит не от давления в нагнетательном патрубке компрессора, а только от степени сжатия камеры на участке ab.

Число пластин изменяется от двух для малых машин, до 20 – 30 для крупных машин. Наклонное расположение пластин в сторону вращения вала уменьшает опасность защемления в пазах ротора ввиду благоприятного направления усилия, действующего на каждую пластину. Материал пластин – сталь, дюраль, пластмасса. Частота вращения ротора ограничивается максимальной окружной скоростью конца пластины, равной примерно 13 м/сек, превышение которой приводит к быстрому износу пластин. Для уменьшения сил трения в цилиндр устанавливают два кольца, свободно вращающиеся и увлекаемые пластинами. Последние прижимаются к кольцам и скользят по их внутренней поверхности. При этом окружную скорость можно увеличить примерно до 18 м/сек.

В одноступенчатом охлаждаемом компрессоре отношение давлений не превышает 5. Более высокие отношения давлений осуществляют в двухступенчатых компрессорах.

Водокольцевой компрессор (рис. 15) отличается тем, что в качестве замыкателей используют водяное кольцо, образующееся внутри цилиндра при вращении в нём рабочего колеса с радиальными лопатками. Рабочей камерой служит серповидное в поперечном сечении пространство, образующееся вследствие эксцентриситета между ротором и водяным кольцом. Всасывающее и нагнетательное отверстия расположены в торцевых крышках. Вода непрерывно обновляется, что обеспечивает охлаждение газа в процессе сжатия.

Коэффициент полезного действия водоканальных компрессоров невелик (0,4 – 0,45) вследствие трения лопаток о воду и слоя воды о стенки цилиндра. Однако для некоторых условий, например для подачи запылённого газа, такие компрессоры очень выгодны. Эти же машины используют в качестве вакуум-насосов, когда среда содержит капельную влагу, а также для создания разрежения в центробежных насосах при их запуске.

ДВУХВАЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Компрессор типа Рутс (рис. 16), применяется при невысоких отношениях давлений, действует аналогично шестерённому насосу, но для увеличения объёма межзубцевых впадин число зубьев (лопастей) уменьшено до 2 – 3. В данном случае передача равномерного вращения становится затруднительной. Эта передача осуществляется зубчатой парой, расположенной вне компрессора, а между лопастями сохраняется зазор, что позволяет избежать их износа и необходимости вводить в компрессор смазку. Отсутствие контакта сжимаемого газа с маслом даёт компрессору типа Руст важное преимущество. Порция газа переносится между лопастями ротора при постоянном объёме, а сжатие газа происходит в момент, когда рабочая камера сообщается с нагнетательной стороной машины. Для уменьшения шума и создания более равномерного потока газа применяют трёхлопастные винтовые роторы.

Винтовые компрессоры (рис. 17) аналогичны воздуходувке типа Рутс, но отличаются от неё формой роторов и расположением окон для подвода и отвода газа в осевом направлении, как в винтовом насосе. Роторы выполнены в виде винтовой зубчатой передачи, в которой так же, как и в компрессоре типа Рутс, зубья не соприкасаются благодаря шестерням, синхронизирующим движение винтов. При вращении роторов полости А, А^’, А^’’ и В, В^’, В^’’ (рис. 17) последовательно изолируются от области всасывания, затем их объём уменьшается, так как впадины одного ротора заполняются зубьями другого. Газ, заполняющий полости, сжимается до тех пор, пока полости не сообщаются с областью нагнетания. В винтовом компрессоре так же, как и в пластинчатом, конечное давление сжатия в полости зависит не от противодавления, а от геометрии роторов и расположения нагнетательного отверстия.

Число зубьев у ротора может быть различным: 2 + 2, 2 + 4, 3 + 3, 4 + 4, 4 + 6 и т.д. На рис. 17 показаны ротор с числом зубьев 4 + 6.

Корпус и ротор выполняются из стали, чугуна или цветного металла. Корпус имеет разъём параллельно оси роторов и снабжён рубашкой для водяного охлаждения. В местах вывода валов ротора из корпуса устанавливают уплотнения (угольные, медные или пластмассовые кольца).

Винтовые компрессоры действуют при высокой окружной скорости, достигающей 120 м/сек и характеризуются весьма высокими адиабатическим коэффициентом мощности и коэффициентом производительности.

Преимуществом компрессоров этого типа являются простота конструкции и обслуживания, высокая степень надёжности и длительный срок службы без ремонта, а недостатком – высокий уровень шума, вследствие чего возникает необходимость установки глушителей на всасывающей и нагнетательной линиях.

Винтовые компрессоры начинают более широко применять. Выпускают их как машины общего назначения производительностью в пределах примерно от 5 до 700 м³/мин и давлением нагнетания до 4 Мн/м² (в нескольких ступенях).

Поиск по сайту: