2302

2.2. Роторные компрессоры

Роторные компрессоры, действующие по принципу передачи энергии сжимаемому газу, относятся к классу объемных компрессоров. В них, как и у поршневых компрессоров, сжатие газа происходит в замкнутом пространстве при уменьшении его объема. В отличие от поршневых двигателей, у роторных компрессоров нет поршня, совершающего возвратно-поступательное движение.

К роторным компрессорам относятся пластинчатые, винтовые, жидкостно-кольцевые и компрессоры типа «Рутс».

Пластинчатый компрессор. На рис. 43 приведен пластинчатый компрессор. В корпусе 1 компрессора вращается эксцентрично установленный ротор 2. В роторе расположены пазы 3, в которые вставлены рабочие пластины 4, способные свободно перемещаться в радиальном направлении. При вращении ротора под действием центробежной силы пластины выдвигаются из ротора и прижимаются к кор-

60

61

Для предотвращения прорыва сжатого газа из зоны нагнетания в зоны всасывания ротор плотно прижимается к поверхностям нижней части корпуса. Корпус компрессора имеет водяную рубашку для охлаждения.

На рис. 44 представлен ротационный пластинчатый холодильный компрессор Р-90.

Пластинчатые компрессоры выпускаются одно- и двухступенчатые с конечным давлением до 0,7 МПа.

Преимуществом пластинчатых компрессоров является плавная подача сжатого газа. Эти компрессоры можно использовать для создания вакуума.

Жидкостно-кольцевой компрессор. Жидкостно-кольцевые ком-

прессоры (рис. 45) используются обычно только для откачки воздуха и создания вакуума. Компрессор состоит из цилиндрического корпуса 1, в котором эксцентрично расположен ротор 2. Ротор компрессора имеет связанные с ним профилированные лопатки. В корпус залита вода, которая при вращении ротора отбрасывается к стенкам и образует жидкостное кольцо. В центральной зоне корпуса из-за эксцентриситета ротора образуется рабочее пространство серповидной формы, разделенное на камеры переменного объема. Принцип работы жидкостно-кольцевого компрессора аналогичен пластинчатому. Для уплотнения лопаток рабочего колеса предназначено кольцо вращающейся жидкости. Всасывание воздуха в жидкостно-кольцевом компрессоре происходит через окно 5, а нагнетание – через окно 6.

Рис. 45. Жидкостно-кольцевой компрессор: 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – водяное колесо; 4 – всасывающий штуцер; 5 – всасывающее окно; 6 – нагнетательное окно; 7 – напорный штуцер

62

Винтовые компрессоры. К преимуществам винтовых компрессоров относится простота их конструкции. На рис. 46 изображен винтовой компрессор, который состоит из корпуса 3, ведущего 4 и ведомого 5 роторов, редуктора 1 с кожухом 2, присоединительной муфты 8 и подшипников 6 и 7.

Роторы винтовых компрессоров представляют собой крупномодульные винтовые колеса с зубьями специального профиля. Зоны всасывания и нагнетания расположены у торцов роторов (рис. 46, 47).

При вращении роторов, начиная от зоны всасывания, зубья выходят из зацепления, открывая между собой полости, в которых давление ниже, чем во всасывающем трубопроводе, и в которые засасывается газ. При дальнейшем вращении происходит отсекание объема всасанного газа от окна в стенке корпуса и его сжатие.

Полость между роторами уменьшается при вращении роторов, и процесс сжатия газа продолжается до тех пор, пока сжимаемый объем газа не подойдет к противоположным торцам роторов и не переместится в зону нагнетания, расположенную в стенке корпуса.

В нижней части корпуса компрессора (см. рис. 47) находится механизм регулирования производительности 2, перемещающийся параллельно осям винтов. Производительность регулируется золотником 1 (рис. 48), который штоком 2 связан с сервопоршнем 10 гидроцилиндра 5. В направлении нагнетательной секции для уменьшения производительности механизм перемещается под давлением масла, подаваемого в левую полость гидроцилиндра 5 по трубке 6. В обратном направлении для увеличения производительности компрессора он перемещается вследствие разности давлений нагнетания и всасывания.

Винтовые компрессоры выпускают одно- и двухступенчатыми с максимальным давлением нагнетания соответственно 0,4 и 1,15 МПа.

Винтовые компрессоры по способу охлаждения бывают маслозаполненными и сухого сжатия.

Винтовые компрессоры сухого сжатия подают сухой газ, не содержащий масло. Винты вращаются в корпусе без контактов, отсутствует и взаимный контакт роторов, что обеспечивается парой зубчатых колес, синхронизирующих вращение роторов. Охлаждение таких машин осуществляется через водяные рубашки в отливке корпуса.

63

64

а

Рис. 47. Винтовой компрессор: а – общий вид; б – профиль винтов; 1 – сальник; 2 – механизм регулирования производительности; 3 – крышка; 4, 5

– разгрузочные поршни; 6 – винт ведущий; 7 – винт ведомый; 8, 10-12 – подшипники; 9 – корпус; 13 – секция нагнетания; 14 – секция винтовая; 15 – секция всасывающая

б

65

Рис. 48. Механизм регулирования производительности компрессора: 1 – золотник; 2 – шток; 3 – уплотнитель; 4 – стержень; 5 – цилиндр; 6 – штуцер; 7 – потенциометр; 8 – штифт; 9 – крышка; 10 – сервопоршень; 11 – сливная пробка

В маслозаполненных компрессорах охлаждение газа происходит за счет впрыскивания в рабочие полости роторов масла или другой жидкости. Впрыск масла позволил получить отношение давлений до 10 15 в одноступенчатой машине против 4 5 в компрессоре сухого сжатия. Зазоры в маслозаполненном компрессоре в 2 раза меньше, чем в компрессоре сухого сжатия, в связи с менее напряженным температурным режимом. Кроме того, масло, заполняя зазоры, способствует уменьшению внутренних перетечек.

В результате подачи масла в рабочую полость винтового компрессора:

повышается производительность (за счет уменьшения внутренних перетечек);

упрощается конструкция компрессора, возможно непосредственное соприкосновение зубьев роторов, отпадает необходимость в синхронизирующих шестернях;

66

увеличивается отношение давлений в ступенях;

повышается энергетическая эффективность, надежность и долговечность.

Маслозаполненные винтовые компрессоры не нуждаются в глушителях из-за снижения уровня шума благодаря низким окружным скоростям, поглощения звуковых волн маслом, а также потому, что роль глушителя на нагнетании выполняют маслоотделитель и маслосборник. Снижение температурного перепада уменьшает тепловые деформации его деталей.

Следует отметить, что маслосистема увеличивает габариты компрессорной установки и ее стоимость и усложняет эксплуатацию. Масляная смазка положительно влияет на эксплуатационные качества винтовых компрессоров. Однако использование минеральных масел приводит к загрязнению газа парами масел. Поэтому промышленностью разработаны водозаполненные компрессоры, в которых роль смазки и уплотнителя зазоров играет чистая, не содержащая агрессивных примесей вода.

На рис. 49 представлен винтовой маслозаполненный холодильный компрессор ВХ-350.

67

68

2.3.Компрессоры динамического действия

Вкомпрессорах динамического действия процессы сжатия проходят непрерывно в потоке движущегося вещества. Рабочими органами таких компрессоров являются колеса с расположенными на них рабочими лопатками. От вращающихся лопаток механическая энергия непрерывно передается движущемуся веществу. При этом в рабочем колесе обычно увеличивается кинетическая и потенциальная энергии вещества, т.е. его скорость и давление возрастают. В расположенных за колесом неподвижных лопаточных аппаратах уже без подвода энергии извне происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную. Процессы сжатия в компрессорах динамического действия совершаются при больших скоростях и главным образом за счет использования сил инерции. К этому классу относятся центробежные, осевые и вихревые компрессоры.

Компрессоры динамического действия имеют следующие преимущества перед объемными поршневыми.

1. Значительно меньшие габаритные размеры и массу по сравнению с объемными компрессорами той же производительности. Это обусловлено непрерывностью потока вещества и высокими скоростями движения.

2. Надежность в работе вследствие малого износа при сжатии незагрязненных веществ. Единственными узлами, где имеются механические трения, являются подшипники.

3. Практически полная уравновешенность вращающегося ротора, что позволяет устанавливать компрессоры на легких фундаментах.

4. Равномерность подачи сжатого вещества.

5. Отсутствие загрязнения вещества смазочным маслом.

6. Возможность получения значительно большей производительности.

7. Возможность непосредственного соединения с высокооборотным приводом двигателем – паровой или газовой турбиной, высокочастотным электродвигателем. Это позволяет повысить КПД агрегата за счет уменьшения механических потерь и сделать его более компактным.

Основными недостатками компрессоров динамического действия являются следующие.

1. Трудность выполнения их для получения малой производительности, так как это сопряжено с необходимостью иметь очень высокую

69