КОЛОВРАТНЫЙ КОМПРЕССОР

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].

КОЛОВРАТНЫЙ КОМПРЕССОР

Коловратный компрессор типа Руте (рис. 20.4), применяемый при невысоких давлениях, действует аналогично коловратному насосу, .т. е. порция газа переносится между зубьями ротора при постоянном объеме, а сжатие газа происходит в момент, когда рабочая камера сообщается с нагнетательной стороной машины. Вследствие малого числа зубьев передача равномерного вращения от одного ротора к другому становится затруднительной. Передача осуществляется зубчатой парой, расположенной вне компрессора, а между роторами сохраняется зазор в 0,1 — 0,2 мм, что позволяет избежать их износа и необходимости вводить в компрессор смазку. Это — важное достоинство таких машин, используемых в качестве газодувок и вакуумных насосов там, где присутствие масла в сжимаемом газе недопустимо. С другой стороны, они пригодны для нагнетания запыленного газа.

Коловратные компрессоры широко используются для наддува двигателей внутреннего сгорания. Их главное достоинство — надежность и долговечность благодаря исключительной простоте конструкции. Объемный расход газа на входе — от 10 до 60 000 м³/ч, в вакуум-насосах — до 100 тыс. м³/ч. Степени повышения давления — до 1,4, в редких случаях до 1,8. При более высоких отношениях (примерно до 2,5) применяется двухступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением.

Для уменьшения пульсации газа и снижения уровня шума зубья роторов имеют спиральную форму. Существуют секционные машины, роторы секций в которых насажены на вал со смещением на 45 — 60°. С этой же целью кромки входного и выходного окон в цилиндрах делают наклонными.

Рабочий объем компрессора

,

где D — разность между площадью круга радиусом R,описанного сечением ротора, перпендикулярным к его оси, и площадью этого сечения; l — длина ротора; Q — коэффициент использования сечения цилиндра (для двухзубых роторов Q = 0, 51 ¸ 0,59, для трехзубых Q = 0, 49 ¸ 0, 52). Коэффициент объемного расхода газа зависит от степени повышения давления (l = 0,60 ¸ 0,90).

Поскольку прсцесс нагнетания в рассматриваемых машинах протекает без внутреннего сжатия, то полезной мощностью будет изохорическая мощность (как в насосах):

.

Мощность на валу нагнетателя определяется посредством к. п д. (который можно назвать изохорическим)[1]:

где h = 0, 87 ¸ 0, 94. При расчетах мощности коловратного компрессора можно также исходить из адиабатической мощности, используя адиабатический к. п. д. h_ад= 0,5 ¸ 0,7.

[1] Этим коэффициентом учитываются все виды потерь и, кроме того, исправляется неточность расчета полезной мощности по формуле для изохорического сжатия.