РОТАЦІЙНІ КОМПРЕСОРИ

Ротаційні компресори – це досить широкий клас об’ємних компресорних машин, загальною рисою яких є обертальний рух витискувального органа.

Принцип дії ротаційного компресора найбільш наочно можна пояснити на прикладі пластинчастої машини, схема якої зображена на рис. 17.

Ротаційний пластинчастий компресор складається з корпусу 1, який має циліндричну розточку, де ексцентрично розташований ротор 2. Завдяки такому розміщенню ротора простір між його боковою поверхнею та поверхнею розточки в корпусі набуває серпоподібного вигляду. Уздовж бокової поверхні ротора зроблені радіальні або похилі пази, куди вільно вставлені пластини 3. При обертанні ротора пластини під дією відцентрової сили притискаються до стінки корпусу і розділяють серпоподібний простір на окремі камери. Якщо прослідкувати за об’ємом камер навколо ротора, то видно, що він змінюється – на половині кола від місця, де ротор майже торкається стінки корпусу до діаметрально протилежного місця з найбільшою відстанню між ротором і корпусом цей об’єм зростає, а на другій половині кола об’єм зменшується. У торцевих криш ках корпусу зроблені вікна спеціальної форми через одне з яких внутрішній простір компресора сполучається з усмоктувальним, а через друге – з нагнітальним патрубками.

На дузі кола І–ІІ, де об’єм робочої камери поступово зростає, вивільнюваний простір через усмоктувальне вікно заповнюється повітрям – це зона всмоктування. При переході пластини через лінію ІІ камера відокремлюється від усмоктувального вікна і при подальшому переміщенні ротора об’єм її зменшується – відбувається стискання газу в камері. Цей процес закінчується в момент переходу пластини через лінію ІІІ, коли внутрішній об’єм камери з’єднується з нагнітальним вікном (зона стискання IІ–ІІІ). Під час подальшого переміщення ротора стиснутий газ виштовхується із робочої камери доки пластина не перейде через лінію ІV, відокремлюючи камеру від нагнітального вікна (зона нагнітання ІІІ–ІV). Защемлений газ, що залишається в камері після цього, розширюється на дузі ІV–І, доки пластина не перейде через лінію І, з’єднуючи робочу камеру з усмоктувальним вікном.

Кількість защемленого повітря визначається зазором між ротором і корпусом на лінії ІV і зазвичай не перевищує 1...2% від максимального об’єму камери.

Як видно з опису роботи ротаційного компресора процеси, що відбуваються в кожній його камері, схожі з робочим процесом поршневого компресора. Це дає підставу відображати робочий процес ротаційного компресора за допомогою індикаторної -діаграми. Але між цими машинами існує і суттєва відмінність. Вона полягає в тому, що кожна фаза в циклі роботи ротаційного компресора розпочинається в момент переходу пластини через певну граничну лінію незалежно від співвідношення між тиском у камері та в середовищі зовні компресора, із яким ця камера з’єднується. Місцезнаходження граничних ліній визначається конструкцією машини. Якщо в поршневому компресорі, який має самодіючі клапани, ці тиски завжди майже однакові (різниця між ними обумовлена дросельними втратами тиску на клапанах), то в ротаційному компресорі можлива значна різниця між тиском повітря в нагнітальному патрубку і в робочій камері, а також між тисками у всмоктувальному патрубку та робочій камері в моменти з’єднання зазначених об’ємів між собою. Поява цієї різниці тисків є наслідком примусового газорозподілу в ротаційних компресорах, що робить можливою розбіжність між внутрішнім та зовнішнім с.п.т. компресора. Внутрішній або геометричний ступінь підвищення тиску визначається відношенням максимального об’єму робочої камери до її об’єму в момент з’єднання з нагнітальним патрубком. Зовнішній с.п.т. – це відношення абсолютних тисків повітря в нагнітальному та всмоктувальному патрубках компресора.

У разі, коли кінцевий тиск стиснутого повітря в робочій камері співпадає з тиском і індикаторна діаграма для довільної камери ротаційного компресора має такий же вигляд, як і для поршневого компресора. На рис. 18 вона зображена площею 1–2–3–4–1, де лінія 4–1 відповідає фазі всмоктування, лінія 1–2 – фазі стискання, лінія 2–3 – фазі виштовхування, лінія 3–4 – фазі розширення защемленого повітря.

Якщо < , то кінцевий тиск повітря в камері перевищує тиск у нагнітальному патрубку . Це призводить до ізохорного вихлопу надлишкового повітря з камери в момент з’єднання її з нагнітальним вікном. Такий характер вирівнювання тиску в камері та нагнітальному патрубку пояснюється тим, що повітря з камери витікає практично зі швидкістю звуку, яка набагато перевищує швидкість змінювання об’єму камери, що обумовлена частотою обертання ротора. Індикаторна діаграма для цього випадку відповідає пл. 1–2–5–6–4¢–1.

„Перетискання” повітря в робочих камерах ротаційного компресора викликає збільшення затрачуваної роботи в порівнянні з поршневим компресором на величину, що еквівалентна пл. 7–2–5–7. У крайньому випадку, коли ротаційний компресор працює на вихлоп у атмосферу, індикаторна діаграма його визначається площею 1–2–8–1.

У разі, коли > кінцевий тиск повітря в камері менший ніж тиск у нагнітальному патрубку . Через це в момент з’єднання її з нагнітальним вікном відбувається ізохорне дотискування повітря в камері газом, що надходить туди із нагнітального патрубка. Індикаторна діаграма для цього випадку зображується пл. 1–2–9–11–4¢¢–1. Зворотний рух повітря, що дотискує газ у камері, обумовлює зростання витрачуваної роботи в ротаційному компресорі в порівнянні з поршневим на величину, еквівалентну пл. 2–9–10–2.

Отже, будь-яке відхилення фактичного робочого процесу ротаційного компресора від розрахункового викликає збільшення індикаторної роботи і відповідне зменшення його ККД.

Теоретична подача пластинчастого ротаційного компресора (м³/c) без урахування об’єму, що займають пластини, дорівнює

,

де – середня швидкість руху пластини, що перетинає лінію ІІ (рис. 17); – площа зазору між ротором і корпусом при цьому ж розташуванні пластини; – частота обертання ротора; – величина ексцентриситету; – довжина пластини вздовж осі ротора; – радіус ротора.

Оскільки частину об’єму, що обмежений лінією ІІ, займають пластини, а також внаслідок витоків, нагрівання повітря, дросельних втрат тощо фактична подача компресора менша від теоретичної. Вона дорівнює

,

де – коефіцієнт подачі.

Для пластинчастих компресорів 0,55…0,85.

Показник процесу стискання в ротаційних компресорах пластинчастого типу, який визначається за початковими та кінцевими параметрами повітря, зазвичай більший ніж у поршневих компресорах з тим же зовнішнім с.п.т. Це пояснюється впливом тепла, що виділяється при терті пластин із стінками корпусу, яке через швидкоплинність процесу сприймається стискуваним газом. Якщо не застосовувати спеціальні заходи для зниження температури, цей показник дорівнює 1,45…1,60, що обмежує граничний с.п.т. у одному ступені на рівні 3…4. При необхідності більш значного підвищення тиску використовують двоступінчасті компресори з проміжним охолодженням повітря.

Потужність на валу компресора, що розглядається, визначають за формулою (33). Для ротаційного пластинчастого компресора індикаторний адіабатний ККД становить = 0,65…0,85, механічний ККД = 0,85…0,92.

Регулювання подачі ротаційних компресорів здійснюють за рахунок змінювання частоти обертання ротора або шляхом дроселювання потоку на всмоктуванні.

Головними перевагами ротаційних компресорів є їх швидкохідність, яка обумовлена відсутністю частин, що рухаються зворотно-поступально; можливість безпосереднього з’єднання з валом швидкохідних електродвигунів; рівномірна подача стиснутого повітря в зовнішню мережу; відсутність клапанів.

Недоліком є дещо менші значення ККД та коефіцієнта подачі в порівнянні з поршневими компресорами.

Поиск по сайту: