Тема 6. Ротационные компрессоры.

Лекция 1. Типы и конструкции. Пластинчатые ротационные компрессоры. Особенности рабочих процессов. Подбор и расчет.

Этот тип машин относится к компрессорам объемного принципа действия, которые достаточно широко применялись в холодильной технике последнего времени.

Достоинства ротационных компрессоров:

1. Малое число деталей, простота конструкции, относительно малая стоимость изготовления;

2. Надежность в эксплуатации, несложное обслуживание;

3. Хорошие массогабаритные показатели, особенно у пластинчатых ротационных компрессоров;

4. Отсутствие клапанов, что, как известно, снижает суммарные гидравлические потери.

Недостатки ротационных компрессоров:

1. Изнашивание движущихся частей (пластин);

2. Необходимость подбора материала пластин с такими свойствами как износостойкость, антифрикционность, прочность, легкость.

Пластинчатые ротационные компрессоры (ПлРК) используются в аммиачных холодильных машинах средней производительности. При работе на R12, R22, R502 в режиме кондиционирования достигает 20 – 25 кВт. Они работают при подаче небольшого количества смазки в цилиндр. В последние годы появились ротационные компрессоры с подачей масла в ячейки сжатия в значительном количестве.

Рис.15. Однокамерный пластинчатый ротационный компрессор

Рис.16. Двухкамерный пластинчатый ротационный компрессор

В однокамерном ротационном компрессоре рис. 15, за один оборот ротора, в каждой ячейке совершается один рабочий цикл, в двухкамерном рис. 16 – два рабочих цикла.

При вращении ротора, когда впереди идущая пластина ячейки пройдет кромку, а окна всасывания, начнется всасывание газа. Когда ячейка достигнет максимального объема, всасывание закончится и начнется сжатие газа вследствие уменьшения объема ячейки. Заканчивается сжатие в момент соединения ячейки с окном нагнетания, когда впереди идущая пластина пройдет кромку б окна. После этого начнется нагнетание газа, которое заканчивается в момент перехода задней пластиной кромки в. Для полного вытеснения газа из ячейки существует перепускной канал в ячейку с низким давлением.

В пластинчатом компрессоре, как и в винтовом, возможны три типа режимов работы: Р_н = Р_а; Р_н > Р_а; Р_н < Р_а, где Р_а – внутренне давление сжатия газа в ячейке.

Производительность ПлРК.

(57)

где z – число ячеек;

e – эксцентриситет;

l – длина ротора;

R_Ц – радиус цилиндра ротора;

n – частота вращения;

C – коэффициент, учитывающий влияние числа пластин на полезный объем.

Для двухкамерных:

(58)

Эффективная мощность:

(59)

Адиабатная работа:

(60)

где υ_в – удельный объем газа при условиях всасывания;

k – показатель адиабаты;

π_а = Р_а/Р_Н – внутренняя степень повышения давления.

Массовый расход:

(61)

где Q₀ – заданная холодопроизводительность;

q₀ – удельная массовая холодопроизводительность.

Конструктивные параметры и их соотношения оказывают решающее влияние на энергетическую эффективность и массогабаритные показатели ротационных компрессоров.

Относительный эксцентриситет:

ē (62)

Относительная длина:

ĺ (63)

Средняя окружная скорость скольжения пластин по цилиндру:

(64)

Радиус цилиндра:

(65)

Производительность компрессора регулируют способом «пуск-остановка», изменением положения кромки всасывающего окна в конце процесса всасывания, перепуском газа с нагнетания на всасывание.

Лекция 2. Ротационные компрессоры с катящимся ротором.

Ротационный компрессор с катящимся ротором (РККР) рис. 17, состоит из неподвижного цилиндра 1, эксцентрикового вала 2, насаженного на него ротора 3 и разделительной пластины 5. При вращении вала 2 вокруг оси О ротор 3 катится по внутренней поверхности цилиндра 1. Между цилиндром и ротором образуется серповидная полость, изменяющаяся в зависимости от угла поворота. Она делится на две изолированные части пластиной 5, плотно прижимающейся к ротору пружиной 6. Одна из частей через окно 7 сообщается со всасывающей камерой, другая через нагнетательный клапан 4 с нагнетательной камерой.

Достоинства РККР по сравнению с ПлРК.

1. Меньше работа механического трения и меньший износ лопасти;

2. Меньшая относительная величина перетечек газа;

3. Возможность осуществить в одной ступени более высокую степень повышения давления.

По сравнению с поршневыми компрессорами РККР имеют лучшие массогабаритные показатели, меньший износ деталей, лучшую уравновешенность и более низкий уровень звукового давления.

Максимальная площадь серповидной полости РККР наступает в тот момент, когда лопасть 5 полностью задвинута в паз корпуса, а ось эксцентрика – точка О₁ – и ось его вращения – точка О – находится на одной линии с осью лопасти.

(66) (66)

Рис. 17. Ротационный компрессор с катящемся ротором.

Объем серповидной полости:

(67)

где l – длина цилиндрической части ротора;

R_Ц – радиус цилиндра;

R_Р – радиус ротора.

Действительная объемная производительность:

(68)

Длину ротора принято выражать в долях от его диаметра.

l = k_P D_P = 2 k_P R_P. (69)

Подставим в предыдущее выражение и выразим R_P:

(70)

Основными конструктивными размерами РККР являются: радиус ротора R_P, длина ротора l, эксцентриситет e.

Практика выработала оптимальные соотношения между этими параметрами:

(71)

Толщина лопатки b = 2 e.

Ширина лопатки H = (5÷10) e.

Лекция 3.Спиральные компрессоры

Спиральные компрессоры (СПК) относятся к одновальным машинам объемного принципа действия. Как известно, машины такого принципа действия обратимы, т. е. могут работать прак­тически без изменения конструкции, и как компрессоры, и как моторы (детандеры или расширители).

В настоящее время в холодильной технике СПК используют в основном в бытовых и транспортных кондиционерах, тепловых насосах, холодильных машинах малой и средней мощности до 50 кВт. Но расчеты показывают, что холодильную мощность СПК можно существенно увеличить — до 100 и более кВт по мере совершенствования их конструкции и технологии изготовления.

Спиральные компрессоры классифицируются следующим об­разом: маслозаполненные; с впрыском капельной жидкости (на­пример, холодильного агента); сухого сжатия.

И, естественно, одно- и двухступенчатые с различным рас­положением ступеней по отношению к двигателю.

В зависимости от рода газа, мощности и других условий: гер­метичные; бессальниковые; сальниковые.

По типу применяемых спиралей: с эвольвентными спираля­ми, со спиралями Архимеда, с кусочно-окружными и др.

Основными достоинствами СПК являются: высокая энергетическая эффективность, эффективный КПД 80-86%; высокая надежность и долговечность; хорошая уравновешенность; незначительное изменение кру­тящего момента на валу компрессора; малые скорости движе­ния газа; быстроходность — число оборотов вала компрессора от 1000 до 13000 об/мин; отсутствие мертвого объема, малая доля протечек, и, следо­вательно, более высокий индикаторный КПД; всасываемый ком­прессором газ не соприкасается с горячими стенками деталей компрессора; отсутствие клапанов на всасывании, а часто и на нагнетании; спиральный компрессор, как и все компрессоры объемного принципа действия, может работать на любом холодильном аген­те.

По сравнению с поршневым компрессором одинаковой мощ­ности СПК имеет следующие преимущества: более высокий КПД — на 10-15%; более высокий коэффициент подачи λ— на 20-30%; меньшие размеры — на 30—40%; меньшая масса — на 15-18%;

у ровень звукового давления (шума) ниже на 5-7 дБА; нет деталей, часто выходящих из строя — поршневых колец, клапанов; меньшее число деталей, меньшая стоимость производства.

К недостаткам СПК надлежит отнести следующие.

1.Сложность изготовления самих спиралей.

2.На подвижную спираль

Рис.18. Поперечное сечение действует

спиралей компрессора. сложная система сил: осевых,

тангенциальных, центробежных.

3. Если отсутствует нагнетательный клапан, то возможно «недожа-тие» и пережатие газа, т. е. дополнительные потери.

Основные детали СПК следующие: вал с эксцентриком, оси которых должны быть строго параллельны друг другу и рас­положены на расстоянии эксцентриситета е. Вал вращается в двух опорных подшипниках, находящихся на одной оси. Вместе с валом вращается и эксцентрик вокруг оси вала. Эксцент­рик соединяется шарнирно с подвижным элементом, состоящим из его платформы (или диска) и спирали. Другой спиральный элемент (другая спираль) имеет такие же размеры, как и элемент, но другое направление закрутки спирали. Неподвижная спираль (ее платформа) закрепляется от поворота в корпусе или крышке компрессора. Платформа неподвижной спирали имеет сквозное отверстие для выхода сжа­того газа. Если вставить спирали ПСП и НСП одна в другую, то между стенками перьев (или ребер) спиралей образуются ячейки. Не­которые из них замкнутые. Размер ячеек (их объем) при враще­нии ПСП изменяется. Подвижная спираль не должна вращаться вокруг своей оси. Она должна совершать движение по определенной орбите с радиусом е вокруг оси неподвижной спирали.