Глава 27. Ротационные компрессоры

§ 116. Ротационные пластинчатые компрессоры

Ротационные пластинчатые компрессоры по принципу действия аналогичны поршневым, т. е. работают по принципу вытеснения. Конструктивное отличие заключается в том, что поршень у них заменен вращающимся ротором со вставленными в него пластинами. Сжатие воздуха происходит в результате уменьшения объема рабочих камер при вращении ротора.

Ротационный пластинчатый компрессор (рис. 79) состоит из ротора 2, в теле которого по всей длине имеются радиальные или наклонные в сторону вращения пазы со свободно вставленными в них тонкими пластинами 5. Ротор с пластинами закреплен на валу 3 с эксцентриситетом е и помещен в неподвижный цилиндрический корпус 7. Сжатие воздуха, поступающего через всасывающий патрубок 1, происходит в отсеках А, ограниченных двумя соседними пластинами и поверхностями ротора и корпуса. При вращении ротора пластины вдвигаются в его пазы, обеспечивая непрерывное уменьшение рабочего объема. В нагнетательный трубопровод сжатый воздух поступает через патрубок 6. В зоне В пластины полностью утоплены в пазы ротора, который в этот момент прижат к корпусу, что исключает проникновение воздуха со стороны нагнетания в камеру всасывания. Для охлаждения компрессора предусмотрены водяные рубашки 4.

Рис. 79. Ротационный пластинчатый компрессор

В ротационном пластинчатом компрессоре, как и в поршневом, рабочий цикл состоит из всасывания, сжатия, нагнетания и расширения. В результате того, что пластины выступают за поверхность ротора и в зоне В получается зазор (вредное пространство), заполненный сжатым воздухом, после нагнетания происходит процесс расширения. Поскольку все процессы происходят одновременно, непрерывно и при большой частоте вращения ротора (750-1500 мин^-1) подача пластинчатого компрессора осуществляется без пульсаций, что является их достоинством.

Работу, а также мощность, затрачиваемую ротационным пластинчатым компрессором, определяют по формулам, полученным для поршневого компрессора. Так как показатель п для ротационных компрессоров выше, чем для поршневых, работа и мощность их также больше, чем у поршневых.

Ротационные пластинчатые нагнетатели в зависимости от конечного давления бывают одно- и двухступенчатыми. Одноступенчатые нагнетатели, развивающие избыточное давление до 0,3 МПа, называют воздуходувками, а создающие более высокое давление (как правило двухступенчатые) – компрессорами.

В двухступенчатых ротационных компрессорах воздух между I и II ступенями охлаждают в промежуточном холодильнике. Предельная степень сжатия у ротационных пластинчатых компрессоров меньше, чем у поршневых.

Подача Q [м³/мин] ротационного пластинчатого компрессора

,

где е – эксцентриситет – расстояние между центрами ротора и цилиндра, м; l – длина цилиндра, м; D – диаметр цилиндра, м; z — число пластин; δ — толщина пластины, м; n — частота вращения ротора, мин^-1; λ — коэффициент подачи.

Наличие вредного пространства, нагрев воздуха в зоне всасывания и утечка воздуха через зазоры между пластинами и корпусом оказывают существенное влияние на снижение коэффициента подачи, который у ротационных пластинчатых компрессоров относительно невелик (λ=0,55÷0,75).

Ротационные пластинчатые компрессоры, выпускаемые отечественной промышленностью, имеют подачу от 6 до 140 м³/мин.

Наибольшее распространение на обогатительных фабриках получили два типа ротационных машин: пластинчатые и с двумя вращающимися поршнями (воздуходувка Рута). Машины обоих типов применяются как компрессоры или воздуходувки, а также как вакуум-насосы. Одноступенчатый ротационный пластинчатый компрессор, работая как вакуум-насос, может создавать вакуум до 90%. В качестве низконапорных воздуходувок с избыточным давлением 0,06-0,08 МПа применяют воздуходувки Рута. Их можно также применять как вакуум-насосы, например, во всасывающих системах пневмотранспортных установок.

Принцип работы воздуходувки с вращающимися поршнями показан на рис. 80. В корпусе 3 вращаются в противоположных направлениях два поршня 4, поперечное сечение которых выполнено в виде восьмерок. Такой профиль поршней позволяет им огибать друг друга с весьма малыми зазорами. Привод осуществляется с помощью зубчатой передачи. При вращении поршни непрерывно соприкасаются, разделяя объем корпуса на отдельные камеры. Воздух всасывается через всасывающий патрубок 5 и далее при повороте поршней попадает в замкнутую камеру 1 (заштрихованную на рисунке). Не меняя объема, воздух перемещается к нагнетательному патрубку 2, через который выталкивается в нагнетательный трубопровод. Таким образом не наблюдается ярко выраженного процесса уменьшения объема и сжатия воздуха. Повышение давления происходит в результате противодавления в момент, когда замкнутая камера (камера нагнетания) сообщается с системой нагнетания.

Рис. 80. Ротационная воздуходувка с вращающимися поршнями

Подача Q [м³/мин] воздуходувки с вращающимися поршнями

,

где λ=0,65÷0,85 — коэффициент подачи; D — диаметр цилиндра, м; l – длина цилиндра, м; n – частота вращения поршней, мин^-1; k=0,5÷0,6 – коэффициент, учитывающий полезное использование поперечного сечения цилиндра (заштрихованная область на рис. 80).

Ротационные компрессоры регулируют дросселированием на всасывание, перепуском части воздуха с нагнетания на всасывание (холостой ход), изменением частоты вращения.

Ротационные компрессоры по сравнению с поршневыми обладают следующими преимуществами: небольшими размерами, позволяющими занимать меньше места при той же подаче; малой массой, позволяющей применять передвижные установки; равномерностью подачи воздуха; быстроходностью, допускающей непосредственное соединение с электродвигателем; наличие только одного обратного клапана на нагнетательном трубопроводе.

Недостатки ротационных компрессоров: сложность изготовления и ремонта; низкие механический кпд и коэффициент подачи; высокая температура сжатия воздуха; быстрый износ.