ДРУГИЕ ОДНОВАЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Жидкостнокольцевые компрессоры (рис. 20.2, а) по образованию рабочей полости родственны пластинчатым, но серповидное пространство в них ограничено жидкостным кольцом, формирующимся внутри цилиндра при вращении в нем рабочего колеса с радиальными или загнутыми вперед лопастями. Всасывающие и нагнетательные окна расположены в торцовых крышках, закрывающих цилиндр с двух сторон[1].

Установленная степень повышения давления, как и в пластинчатом компрессоре, определяется положением всасывающего и нагнетательного окон.

Обычно в начале сжатия газа в ячейку подается охлажденная жидкость взамен нагретой, выбрасываемой вместе с газом через нагнетательное окно. Циркуляция жидкости обеспечивает столь интенсивный отвод тепла от сжимаемого газа, а также тепла, генерируемого при вихревом ее движении между лопастями, что процесс сжатия протекает почти изотермически.

Достоинства жидкостнокольцевых компрессоров: простота конструкции, отсутствие масла и трущихся элементов в рабочей полости машины, хорошее уплотнение зазоров жидкостью, низкий уровень шума и равномерная, практически без пульсаций, подача газа.

Эти достоинства обеспечивают высокую надежность компрессоров в самых тяжелых условиях эксплуатации при минимальных требованиях к обслуживанию; возможность сжатия токсичных, взрывоопасных, легкоразлагающихся, полимеризующихся и воспламеняющихся газов, паров и газожидкостных смесей, в том числе агрессивных и загрязненных механическими примесями; возможность использования в качестве вакуумных насосов; перспективность применения в качестве химических реакторов для среды жидкость—газ (благодаря интенсивному перемешиванию двух фаз на гpaнице контакта).

Жидкостнокольцевые компрессоры в одноступенчатом исполнении рассчитаны на давление до 0,2 МПа, а при трех ступенях — до 2 МПа. Объемный расход газа на входе компрессоров составляет до 10 тыс. м³/ч.

Предельный вакуум, достигаемый водокольцевыми вакуумными насосами, определяется давлением насыщенного пара при температуре водяного кольца (95%-ный вакуум в одноступенчатых, 97%-ный в двухступенчатых). Более глубокий вакуум достигается при замене воды жидкостью с низким давлением паров — соляным раствором, маслом или серной кислотой.

Частота вращения ротора — от 4 (крупные компрессоры) до 60 об/с (небольшие машины). При малой частоте вращения жидкостное кольцо разрушается.

Рабочий объем рассматриваемого типа машин можно определить по соответствующей формуле для пластинчатого компрессора, если диаметр цилиндра заменить внутренним диаметром жидкостного кольца. Указанный способ расчета справедлив при условии, что внутренняя поверхность кольца, концентричная стенке корпуса, касается поверхности ступицы, (это условие обеспечивает отсутствие мертвого пространства), а всасывающее окно расположено так, что межлопастная ячейка отсекается от него при максимальном ее объеме (так же, как и у пластинчатого компрессора). Действительная форма внутренней поверхности жидкостного кольца сильно отличается от указанной идеальной, особенно вблизи нагнетательного окна. Помимо этого, вследствие завихрений вращающейся жидкости трудно определить границу между жидкостью и газом. Неточность расчета рабочего объема компенсируется коэффициентом объемного расхода l, который так же, как и у поршневых машин, зависит в большой степени от e и от объема мертвого пространства, остающегося между ступицей рабочего колеса и жидкостным кольцом в месте минимального расстояния между ними. В компрессорах со средним значением этот коэффициент находится в пределах 0,60—0,70.

В компрессорах большое, а в вакуумных насосах решающее влияние на коэффициент lоказывает зазор между рабочим колесом и крышками цилиндра (из-за перетекания сжатого газа). Зазор в 0,1—0,2 мм зависит от точности изготовления.

Жидкостнокольцевые компрессоры имеют сравнительно низкий изотермический к. п. д. В лучших образцах максимальное его значение равно 0,55—0,60. Из универсальной характеристики компрессора с линиями постоянных изотермических к. п. д. (см. рис. 20.2,6) видно, что при работе в режиме компрессора оптимальная частота вращения значительно выше, нежели в режиме вакуумного насоса. Оптимальная окружная скорость концов лопастей равна 16,5—20 м/с для компрессоров и 12,5—15,5 м/с для вакуумных насосов (при работе на воде). Как для компрессора, так и для вакуумного насоса оптимум степени повышения давления e » 2.

[1] Как в открыто-вихревом насосе. В пластинчатом компрессоре подвод и отвод газа — по периферии, как в закрыто-вихревом насосе (см. § 4).

ДРУГИЕ ОДНОВАЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Трохоидный компрессор построен по схеме, которая в последние годы все шире используется как в компрессорах, так и в двигателях внутреннего сгорания. Основными органами служат две детали: охватывающая и охватываемая. Цилиндрическая поверхность одной из них выполняется по трохоиде, а другой — по огибающей семейства трохоид.

Трохоида — кривая, описываемая точкой А (рис. 20.3, а). Звено длиной r(эксцентриситет) вращается с угловой скоростью w₁, а звено длиной а (производящий радиус) — со скоростью w₂. Передаточное отношение z = w₁/w₂; параметр формы k = а/r. Кривая при z>0 называется эпитрохоидой, при z<0 — гипотрохоидой. Эпи- и гипотроходмды с заострениями (при k = | z |) называются циклоидами (см. рис. 10 2), а при k=| z | — укороченными трохоидами.

При относительном вращении двух деталей между профилированными поверхностями образуются камеры переменного объема, в которых осуществляется рабочий процесс.

Наибольшее применение нашла геометрическая схема компрессора с эпи-трохоидной расточкой в неподвижном корпусе и двухвершинным ротором, совершающим планетарное вращение (рис. 20.3, б). Это вращение обеспечивается передачей с внутренним зацеплением Воздух всасывается и нагнетается через газообменные каналы. За один оборот ротора каждая его грань совершает один рабочий цикл, т. е. такой компрессор двукратного действия.

Трохоидные машины долгое время не реализовались из-за отсутствия эффективного уплотнения рабочих камер. В последние годы эта проблема решена с помощью контактной системы уплотнений. Применение последних снижает требования к макрогеометрии и точности изготовления профилированных поверхностей, что упрощает изготовление трохоидного компрессора по сравнению с другими роторными машинами.

Изотермический к. п. д. более высокий, чем у других роторных компрессоров, и приближается к уровню поршювых, а по ресурсу в условиях запыленности воздуха превышают последние. Небольшой относительный остаточный объем (менее 0,01) позволяет сжимать воздух в одной ступени до 0,8—0,9 МПа при до 1 м³/мин (у охлаждаемых до 12 м³/мин) и до 0,4 МПа при до 40— 50 м³/мин.

Трохоидные компрессоры, выпускаемые в нашей стране, предназначаются для пневмосистем железнодорожного и автомобильного транспортов. За рубежом их применяют в различных областях, в том числе в вакуумной и холодильной технике.

Компрессоры с катящимся ротором удобны при работе с переменным e, поскольку конечное давление сжатия, как и в поршневых машинах, зависит от противодавления в нагнетательном трубопроводе. Их изготовляют при до 1000 м³/ч и применяют в вакуумных системах и в холодильных установках[1].

[1] Подробнее см. [5] и [16].