- •Раздел I гидромеханические процессы
- •Основы гидравлики
- •Основные свойства жидкостей в гидравлике
- •Элементы гидростатики
- •Уравнения гидростатического равновесия
- •Давление жидкости на дно и стенки сосуда
- •Практическое использование законов гидростатики
- •Элементы гидродинамики
- •Основные понятия и определения
- •Уравнения динамического равновесия жидкости
- •Основные уравнения гидравлики
- •Уравнение неразрывности или сплошности потока
- •Уравнение Бернулли
- •Теория движения жидкости по трубам
- •Распределение скоростей по сечению трубопровода
- •Сопротивления в трубопроводах
- •Гидродинамическое подобие
- •Движение твердых тел в жидкости (газе)
- •Движение жидкости (газа) через слои пористых и зернистых твердых материалов
- •Движение жидкости через неподвижный слой
- •Движение жидкости через псевдоожиженный слой
- •Перемещение жидкостей. Насосы
- •Общие сведения
- •Основные характеристики насосов
- •Объемные насосы
- •Лопастные насосы
- •Струйные насосы
- •Пневматические насосы
- •Сжатие и разрежение газов
- •Общие сведения
- •Термодинамические основы процесса сжатия газов
- •Поршневые компрессионные машины
- •Установка поршневых компрессоров и вакуум-насосов
- •Центробежные и осевые компрессионные машины
- •Роторные компрессионные машины
- •Струйные компрессионные машины
- •Разделение неоднородных систем
- •Характеристика неоднородных систем и методов их разделения
- •Материальный баланс процесса разделения
- •Разделение неоднородных систем осаждением
- •Отстаивание
- •Устройство отстойников
- •Расчёт отстойников
- •Осаждение под действием центробежной силы
- •Мокрая очистка газов
- •Осаждение под действием электрического поля
- •Устройство и расчёт электрофильтров
- •Фильтрование
- •Скорость фильтрования
- •Фильтровальные перегородки
- •Перемешивание в жидких средах
- •Общие сведения
- •Степень перемешивания
- •Интенсивность перемешивания
- •Эффективность перемешивания
- •Механическое перемешивание
- •Мощность, потребляемая механическими мешалками
- •Сравнительная характеристика и область применения механических мешалок
Роторные компрессионные машины
При относительно небольшой степени сжатия газов (менее 8) широко используются пластинчатые, водокольцевые и винтовые компрессоры, устройство и принцип действия которых аналогичен устройству и принципу действия одноименных насосов.
Пластинчатый компрессор. Пластинчатый компрессор имеет ротор, расположенный эксцентрично относительно внутренней полости корпуса. В пазах ротора свободно перемещаются пластины (см. рис. 3.13). При вращении ротора центробежной силой пластины выбрасываются из пазов и концами плотно прижимаются к корпусу, разделяя пространство между ротором и корпусом на ряд неравных по объему камер. По ходу перемещения газа объем камер вначале увеличивается, а затем, наоборот, уменьшается, что позволяет компрессору производить всасывание газа, а затем его сжатие. Достигаемая на практике степень сжатия газа обычно равна 3–4.
Производительность ротационного пластинчатого компрессора
, (4.59)
где е – эксцентриситет; n – число оборотов ротора (n = 750÷1500 об/мин); l – длина пластины; D – внутренний диаметр корпуса; z = 20÷30 – число пластин; δ – толщина пластины; λ – коэффициент подачи.
Значение эксцентриситета принимается таким, чтобы отношение е/Dне превышало значений 0,06÷0,07.
Коэффициент подачи можно рассчитать по формуле
, (4.60)
где коэффициент 0,05 для машин большой производительности, 0,1 – для малой.
Мощность по валу компрессора:
, (4.61)
где значение ηиздля пластинчатых компрессоров лежит в пределах 0,55÷0,65.
Процесс сжатия газа в пластинчатых компрессорах приближенно принимают изотермическим, так как стенки и крышки корпуса охлаждаются водой.
Для создания разрежения используются пластинчатые вакуум-насосыс двумя, четырьмя, а иногда и большим числом пластин. Принцип действия их идентичен принципу действия пластинчатых компрессоров. Увеличение числа пластин в роторе повышает объемный к.п.д. вакуум-насоса, но одновременно усложняет конструкцию и увеличивает объем вредного пространства. Для уменьшения вредного пространства используется тот же способ, что и у поршневых компрессоров – перепуск газа из вредного пространства в камеру наименьшего давления.
Пластинчатые вакуум-насосы позволяют получить остаточное давление порядка 10 Па. Двухступенчатые вакуум-насосы понижают остаточное давление до 1,3 Па, а трехступенчатые – до 0,13 Па.
В водокольцевых компрессорах ротор также расположен в корпусе эксцентрично. Лопатки ротора расположены радиально и закреплены жестко (см. рис. 3.14). Камеры переменного объема, позволяющие газу расширяться и сжиматься, образуются с помощью водяного кольца, располагающегося на внутренней поверхности корпуса. Для этого корпус компрессора перед пуском примерно наполовину заполняется водой. При вращении ротора центробежной силой воду отбрасывает к стенкам корпуса и она образует кольцо. Лопатки эксцентрично расположенного ротора делят пространство между водяным кольцом и ротором на неравновеликие камеры. Количество жидкости, заливаемое в корпус компрессора, должно быть таким, чтобы концы всех лопаток были погружены в нее.
Производительность и затрачиваемая мощность водокольцевых компрессоров рассчитывается так же, как и пластинчатых, но к.п.д. у них значительно ниже (0,4÷0,45).
Водокольцевые компрессоры получили широкое применение благодаря своему простому устройству, надежности, пригодности для сжатия запыленных и агрессивных газов. В последнем случае в качестве рабочей жидкости используют масла, кислоты и другие жидкости.
Поскольку степень сжатия газа в водокольцевых компрессорах невелика (р2/р1≈ 2), то они в основном используются в качестве газодувок или вакуум-насосов.
Водокольцевые вакуум-насосы. Водокольцевые вакуум-насосы создают разрежение до 98 %. Для обеспечения высокого разрежения необходимо, чтобы температура рабочей жидкости, заполняющей корпус машины, была как можно ниже.
Винтовые компрессоры. Винтовые компрессоры имеют два ротора с параллельными осями, вращающимися в противоположных направлениях (рис. 4.20). Каждый из роторов представляет собой цилиндр с несколькими зубьями (обычно 3–4), расположенными по винтовой линии. Зубья одного ротора имеют выпуклый профиль, а другого – вогнутый. Между поверхностями роторов и корпуса образуются полости, заполняемые газом,перемещающимся при вращении роторов в продольном направлении. Вначале полости сообщаются с всасывающей зоной и заполняются газом. При дальнейшем вращении зубья отделяют этот объем от зоны всасывания, и происходит всасывание новой порциигаза. В это же время ранее поступивший газ сжимается за счет изменения объема полости. При определенном положении ротора сжатый газ сообщается с зоной нагнетания, и происходит выталкивание газа.
Рисунок
4.20 – Схема винтового компрессора:
1
– корпус 2, 3 – роторы;
Затрачиваемая мощность на валу компрессора рассчитывается по работе адиабатического сжатия; адиабатический к.п.д. при этом у них выше, чем в машинах другого типа (0,75÷0,85).
Винтовые компрессоры применяются также в качестве вакуум-насосов, создавая разрежение порядка 98–99 %.
рисунок
4.21 – Схема компрессора
с двумя
вращающимися поршнями:
1
– корпус; 2 – поршень;
3 – всасывающий
патрубок;
4 – нагнетательный патрубок
Один из поршней компрессора приводится во вращение от двигателя, а второй связан с первым зубчатой передачей (передаточное число i= 1).
Производительность компрессора с двумя вращающимися поршнями приближенно может быть рассчитана по уравнению:
, (4.62)
где – диаметр круга, описываемого ротором;b– длина ротора;n –число оборотов ротора;– коэффициент подачи, в среднем
Степень сжатия в компрессоре не превышает
Поскольку сжатие газа происходит практически при = const, то мощность, расходуемая на сжатие газа от давлениядо давления:
при(4.63)
Общими достоинствами описанных ротационных компрессоров и вакуум-насосов являются:
– равномерность подачи газа, независимо от изменения сопротивления в сети;
– отсутствие клапанов;
– компактность конструкции;
– простота регулировки производительности путем изменения числа оборотов ротора;
– относительно невысокая стоимость изготовления и эксплуатации.
Невысокая степень сжатия, сложность монтажа и обслуживания ограничивают их область применения.