Струйные насосы и их особенности

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Роторный насос

Насос с вращательным или вращательным и поступательно-возвратным движением рабочих органов, которые перемещают жидкую среду в результате периодического изменения объёма заполняемых ею камер или цилиндров. К Р. н. относятся: винтовые насосы (См. Винтовой насос), коловратные насосы (См. Коловратный насос), лабиринтные насосы (См. Лабиринтный насос), пластинчатые насосы (См. Пластинчатый насос), шестерённые насосы (См. Шестерённый насос), (только с вращательным движением рабочих органов), радиально-поршневые и аксиально-поршневые насосы (с вращательным и поступательно-возвратным движением рабочего органа).

В радиально-поршневом Р. н. оси поршней располагаются перпендикулярно к оси вращения ротора (рис. 1) или составляют с ней угол не менее 45°; ротор установлен эксцентрично по отношению к оси барабана.

Всасывание и нагнетание жидкости происходят при поступательном движении поршней (под действием центробежных сил и пружин). Такие Р. н. могут иметь до 72 поршней (при многорядном их расположении), обеспечивать подачу Q ? 400 л/мин, создавать давление нагнетания р ? 100 Мн/м2 (1000 кгс/см2).

В аксиально-поршневом Р. н. ось вращения ротора параллельна осям цилиндров или составляет с ними угол менее 45°. Такие Р. н. бывают с наклонными по отношению к оси вала диском ротора или блоком, в котором находятся цилиндры с поршнями. Всасывание и нагнетание происходят при вращении ротора и поступательно-возвратном движении поршня. Движение поршня совершается, например, под действием наклонного диска ротора (рис. 2). Р. н. имеют обычно 7--9 цилиндров, обеспечивают подачу Q ? 800 л/мин при давлении р ? 20 Мн/м2 (200 кгс/см2) и Q ? 1000 л/мин при р ? 35 Мн/м2 (350 кгс/см2) и более.

Радиальные и аксиальные Р. н. изготовляются для постоянной и регулируемой подачи. Применение радиальных Р. н. предпочтительно для малых частот вращения и больших крутящих моментов, а аксиальных -- для высоких частот вращения и малых крутящих моментов. Роторно-поршневые насосы используют в гидросистемах с высоким давлением рабочей жидкости.

Рис. 1. Схема радиально-поршневого роторного насоса: 1 -- ротор; 2 -- поршень; 3 -- барабан (статор); 4 -- цапфа; 5 -- полость нагнетания; 6 -- полость всасывания.

Рис. 2. Продольный разрез аксиально-поршневого роторного насоса с наклонным диском: 1 -- корпус: 2 -- блок цилиндров; 3 -- поршень; 4 -- наклонный диск; 5 -- вал; 6 -- полость всасывания; 7 -- палец (стержень); 8 -- золотник; 9 -- полость нагнетания.

Ротационный насос был специально разработан для химической промышлености, а так же для работы с крайне опасными жидкостями. Во время холодной войны, это вид насосов использовал военными лабораториями, работающими со смертельными патогенными и опасными химическими элементами. Устройство представляет собой, основание в виде трубы, на это основание устанавливается специальный шланг из плотного пластика, поверх шланга, а именно по всей его окружности монтируются вращающиеся ролики. Между основанием и роликами существует прослойка несжимаемой жидкости, это может быть вода и чаще всего вода, т.к. большинство отравляющих веществ абсорбируются в воде и не могут улетучиться, прослойка несжимаемой жидкости служит для безопасности и устойчивости шланга.Принцип работы насоса заключается в следующем, когда начинает вращаться корпус ротора, специальные обжимные ролики начинают кататься по шлангу и проталкивают жидкость в область нагнетания, давление внутри шланга начинает повышаться, но, не сжимая жидкость, удерживает шланг в устойчивом состоянии и не позволяет ему критически деформироваться.

2. Особенности насоса, плюсы и минусы

Ротационные насосы бываю обычными и шиберные, шиберные насосы более эффективны в перекачивании жидкости, но конструкция их лопастей очень сложна, и в достаточной степени не может обеспечивать герметизацию жидкостей при работе, поэтому такие насосы можно использовать при работе лишь с материалами слабой токсичности, но не с радиоактивными или высокотоксичными материалами.

Основным недостатком ротационного насоса является сложность его конструкции, сам ротор размещен глубоко внутри корпуса, если ротор вышел из строя, получить доступ к нему, будет совсем не просто, так же крайне сложно регулировать мощность насоса, т.к. для этого нужен прямой доступ к ротору. Вообще ротационные насосы крайне плохо переносят ремонт, для ремонтных работ необходим возврат на завод изготовитель, т.к. опасность обрабатываемых насосами материалов слишком велика, а достигнуть должного уровня герметичности после разборки насоса, совсем не просто.Устанавливается ротационный насос на бетонную плиту, которая установлена максимально устойчиво, затем к насосу присоединяется шланг (или всасывающий отвод), этот шланг протягивается к емкости, из которой будет осуществляться забор жидкости. Если насос устанавливается впервые лучше всего испытать его, прокачивая воду, т.к. можно сразу же увидеть насколько герметична конструкция, а при малейшей разгерметизации при работе с радиоактивными веществами последствия, катастрофические.

3. Ротационный насос

Ротационный насос предназначен для использования в химической, нефтехимической промышленности и в других областях для перекачки высокотоксичных и отравляющих веществ, где требуется высокая надежность. Насос состоит из трубного основания, на которое по спирали навит шланг, а поверх шланга, на вращающемся корпусе-роторе монтируется свободно вращающиеся продольные обжимные ролики. Между поверхностью основания во внутреннюю полость корпуса-ротора закачена несжимаемая жидкость, например вода. При вращении корпуса-ротора обжимные ролики, обкатываясь по шлангам, продавливают перекачиваемый агент в сторону нагнетания, повышающееся давление через стенки шлангов воспринимается несжимаемой средой и удерживает тело шланга в сжатом состоянии в пределах упругой деформации. Отсутствие герметизирующих устройств позволяет использовать насос в любых загрязненных условиях. 3 ил.

4. Компрессоры: принцип работы и типы

Один из главных элементов любой холодильной машины - это компрессор. Компрессор всасывает пар хладагента, имеющий низкие температуру и давление, затем сжимает его, повышая температуру (до 70 - 90°С) и давление (до 15 - 25 атм.), а затем направляет парообразный хладагент к конденсатору.

Основные характеристики компрессора - степень компрессии (сжатия) и объем хладагента, который он может нагнетать. Степень сжатия - это отношение максимального выходного давления паров хладагента к максимальному входному.

В холодильных машинах используют компрессоры двух типов:

Поршневые - с возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах

Ротационные, винтовые и спиральные - с вращательным движением рабочих частей.

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры используются чаще всего. Принцип их работы показана на схеме.

При движении поршня (3) вверх по цилиндру компрессора (4) хладагент сжимается. Поршень перемещается электродвигателем через коленчатый вал (6) и шатун (5).

Под действием давления пара открываются и закрываются всасывающие и выпускные клапаны компрессора холодильной машины.

На схеме 1 показана фаза всасывания хладагента в компрессор. Поршень начинает опускаться вниз от верхней точки, при этом в камере компрессора создается разрежение и открывается впускной клапан (12). Парообразный хладагент низкой температуры и низкого давления попадает в рабочее пространство компрессора.

На схеме 2 показана фаза сжатия пара и его выхода из компрессора. Поршень поднимается вверх и сжимает пар. При этом открывается выпускной клапан компрессора (1) и пар под высоким давлением выходит из компрессора.

Основные модификации поршневых компрессоров (отличаются конструкцией, типом двигателя и назначением):

Герметичные компрессоры

Полугерметичные компрессоры

Открытые компрессоры

Герметичные компрессоры

Используются в холодильных машинах небольшой мощности (1.5 - 35 кВт). Электродвигатель расположен внутри герметичного корпуса компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самим всасываемым хладагентом.



5. Полугерметичные компрессоры

Используются в холодильных машинах средней мощности (30 - 300 кВт). В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор соединены напрямую и размещены в одном разборном контейнере. Преимущество этого типа компрессоров в том, что при повреждениях можно вынуть двигатель, чтобы ремонтировать клапаны, поршень и др. части компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самим всасываемым хладагентом.

6. Открытые компрессоры

Имеют внешний электродвигатель, выведенный за пределы корпуса, и соединенный с компрессором напрямую или через трансмиссию.

Мощность многих холодильных установок может плавно регулироваться с помощью инверторов - специальных устройств, изменяющих скорость вращения компрессора. В полугерметичных компрессорах возможен и другой способ регулировки мощности - перепуском пара с выхода на вход либо закрытием части всасывающих клапанов.

7. Основные недостатки поршневых компрессоров

Пульсации давления паров хладагента на выходе, приводящие к высокому уровню шума.

Большие нагрузки при пуске, требующие большого запаса мощности и приводящие к износу компрессора.



8. Ротационные компрессоры вращения

Принцип работы ротационных компрессоров вращения основан на всасывании и сжатии газа при вращении пластин.

Их преимущество перед поршневыми компрессорами состоит в низких пульсациях давления и уменьшении тока при запуске.

Существует две модификации ротационных компрессоров

Со стационарными пластинами

С вращающимися пластинами

Компрессор со стационарными пластинами

В компрессоре со стационарными пластинами хладагент сжимается при помощи эксцентрика, установленного на ротор двигателя. При вращении ротора эксцентрик катится по внутренней поверхности цилиндра компрессора, и находящийся перед ним пар хладагента сжимается, а затем выталкивается через выпускной клапан компрессора. Пластины разделяют области высокого и низкого давления паров хладагента внутри цилиндра компрессора.

Пар заполняет имеющееся пространство

Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента

Сжатие и всасывание продолжается

Сжатие завершено, пар окончательно заполнил пространство внутри цилиндра компрессора.

Компрессор с вращающимися пластинами

Схема работы ротационного компрессора с вращающимися пластинами

В компрессоре с вращающимися пластинами хладагент сжимается при помощи пластин, закрепленных на вращающемся роторе. Ось ротора смещена относительно оси цилиндра компрессора. Края пластин плотно прилегают к поверхности цилиндра, разделяя области высокого и низкого давления. На схеме показан цикл всасывания и сжатия пара.

Пар заполняет имеющееся пространство

Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента

Сжатие и всасывание завершается.

Начинается новый цикл всасывания и сжатия.

Спиральные компрессоры SCROLL

Спиральные компрессоры применяются в холодильных машинах малой и средней мощности.

Такой компрессор состоит из двух стальных спиралей. Они вставлены одна в другую и расширяются от центра к краю цилиндра компрессора. Внутренняя спираль неподвижно закреплена, а внешняя вращается вокруг нее.

Спирали имеют особый профиль (эвольвента), позволяющий перекатываться без проскальзывания. Подвижная спираль компрессора установлена на эксцентрике и перекатывается по внутренней поверхности другой спирали. При этом точка касания спиралей постепенно перемещается от края к центру. Пары хладагента, находящиеся перед линией касания, сжимаются, и выталкиваются в центральное отверстие в крышке компрессора. Точки касания расположены на каждом витке внутренней спирали, поэтому пары сжимаются более плавно, меньшими порциями, чем в других типах компрессоров. В результате нагрузка на электродвигатель компрессора снижается, особенно в момент пуска компрессора.

Пары хладагента поступают через входное отверстие в цилиндрической части корпуса, охлаждают двигатель, затем сжимаются между спиралей и выходят через выпускное отверстие в верхней части корпуса компрессора.

Недостатки спиральных компрессоров

Сложность изготовления.

Необходимо очень точное прилегание спиралей и герметичность по их торцам

Винтовые компрессоры

Винтовые компрессоры применяются в холодильных машинах большой мощности (150 - 3500 кВт). Существуют две модификации этого типа:

С одинарным винтом

С двойным винтом

Ротационные компрессоры -- это компрессоры объемного принципа действия с одним или несколькими вращающимися роторами различной конструкции.

Достоинствами ротационных компрессоров являются:

отсутствие клапанов всасывания;

низкие газодинамические потери;

высокий коэффициент подачи и КПД;

простота конструкции;

высокая надежность;

хорошая уравновешенность, низкий уровень шума.

Недостатком ротационных компрессоров является необходимость применения износостойких и антифрикционных материалов для отдельных деталей,

В настоящее время в системах кондиционирования практическое применение получили компрессоры с катящимся ротором и пластинчатые.

Ротационный компрессор с катящимся ротором (рис. 4.1.16) состоит из неподвижного корпуса (цилиндра) (7), эксцентричного вала (10), насаженного на ротор (5), и разделительной пластины или лопасти (1). При вращении эксцентричного вала (10) вокруг оси ротор (5) катится по внутренней поверхности цилиндра (7). Между цилиндром и ротором образуется объем, изменяющийся в зависимости от угла поворота ротора. Он делится на две изолированные области пластиной (1), плотно прижимаемой к ротору пружиной (2). Одна область сообщается с всасывающей камерой, другая через клапан (4) -- с нагнетательной камерой. Процессы всасывания, сжатия и нагнетания происходят одновременно в двух областях, разделенных ротором и разделительной пластиной, за один оборот эксцентричного вала. Однако полный цикл происходит за два оборота вала. Теоретические циклы холодильной машины с поршневым или ротационным компрессором одинаковы. Особенностью ротационного компрессора является более сложная зависимость объема, описанного ротором, от угла поворота вала. Индикаторная диаграмма приведена на рис. 4.1.19.

В ротационных компрессорах с катящимся ротором ось цилиндра неподвижна, а ось ротора описывает вокруг нее окружность, радиус которой равен эксцентриситету вала (рис. 4.1.18):

Процесс сжатия в ротационном компрессоре:

цилиндр;

эксцентричный зал;

ротор;

нагнетательный клапан;

пружина;

окно всасывания пройдет кромку (а) окна всасывания (рис. 4.1.20), начинается всасывание газа. Когда ячейка достигнет максимального объема,

всасывание закончится и начнется сжатие газа вследствие изменения объема ячейки. Сжатие заканчивается в момент соединения ячейки с окном нагнетания, когда впереди идущая пластина ячейки

пройдет кромку (б) окна. После этого начнется нагнетание (вытеснение) газа, которое заканчивается в момент перехода задней пластиной кромки (а).

Для полного вытеснения газа из ячейки осуществляется через канал (показан штриховой линией) в ячейки с низким давлением газа.

Положение выпускной (верхней) кромки (в) окна определяет геометрическую степень сжатия Е которая равна отношению максимального объема ячейки У, в начале сжатия газа к ее полному объему Vtx в конце такта сжатия.

Пластинчатые ротационные компрессоры работают при подаче небольшого количества масла в цилиндр (капельная смазка). В некоторых компрессорах для уплотнения зазоров в ячейки сжатия подается значительное количество масла. В этом случае на выходе компрессора устанавливается маслоотделитель.

9. Ротационные компрессоры

В холодильной технике применяют компрессоры с катящимся ротором-поршнем и вращающимся ротором.

Рис. 26. Компрессор с катящимся ротором:

1 -- ось цилиндра,

2 -- ось ротора,

3 -- лопасть,

4 -- всасывающий патрубок,

5 -- нагнетательный патрубок,

6 -- нагнетательный клапан,

7 -- цилиндр,

8 -- ротор,

9 -- вал

Компрессор с катящимся ротором (рис. 26) приводится в движение эксцентриком центрального вала. Диаметр поршня меньше диаметра цилиндра. При вращении эксцентрика ротор 8 как бы катится по внутренней боковой поверхности цилиндра 7, создавая серповидную полость, положение которой зависит от угла поворота ротора.

При помощи разделяющей лопасти 3, постоянно прижимающейся к ротору, серповидная полость разделяется на две изолированные части. Одна из них сообщается со всасывающим патрубком 4, другая -- с нагнетательным 5. По мере приближения ротора к верхнему положению всасывающая полость увеличивается и заполняется хладагентом, в то же время из нагнетательной полости пары вытесняются. За один оборот ротора эксцентрикового вала совершается полный цикл работы компрессора.

Рис. 27 Компрессор с вращающимся ротором:

1 -- ротор,

2 -- пластины,

3 -- водяная рубашка,

4 -- кожух

Компрессор с вращающимся ротором (рис. 27) имеет эксцентрично расположенный в цилиндре ротор-поршень 1, который вращается вокруг своей оси. В роторе сделаны радиальные прорези, в которых размещены скользящие пластины 2, плотно прижимаемые при вращении к поверхности цилиндра действием центробежных сил. Работа этих пластин обеспечивает всасывание и сжатие пара. Ротационные компрессоры такого типа называют еще пластинчатыми.

Во избежание большого износа пластин и чрезмерного шума их окружная скорость не должна превышать 12 м/с.

Статор выполняют двух типов: в одном пластины скользят непосредственно по его корпусу, в другом -- по свободно вращающимся кольцам.

Сжатие пара, отсеченного двумя пластинами, происходит непрерывно по мере прохождения его по окружности цилиндра.

Пластинчатые компрессоры отличаются легкостью запуска. Их объемная производительность в два раз выше объемной производительности компрессоров с катящимся ротором. Они надежны в эксплуатации, спокойнее переносят режим влажного хода.

Ротационные компрессоры пластинчатого типа очень удобны для перемещения больших объемов пара при малой степени сжатия (допустимая степень сжатия не более 6). Поэтому их используют чаще всего в качестве первой ступени низкотемпературных холодильных установок.

Рис. 28. Ротационный аммиачный бустер-компрессор РАБ-100:

1 -- цилиндр, 2 -- вал, 3 -- барабан, 4 -- крышка цилиндра, 5 -- масляный бачок сальника, 6 -- сальник, 7 -- кольцо торцового уплотнения, 8 -- роликоподшипник, 9 -- газовый фильтр, 10 -- пластина

Ротационный аммиачный бустер-компрессор РАБ-100 (рис. 28) используют в качестве ступени низкого давления в двух- и трехступенчатых холодильных установках в диапазоне температур кипения от --65 до --25° С.

В цилиндре 1 компрессора эксцентрично расположен вращающийся многопластинчатый стальной ротор. Цилиндр 1 и торцовые крышки 4 компрессора -- литые чугунные с охлаждающими водяными рубашками. Пластины 10 выполнены из асботекстолита и расположены радиально. Вал 2 опирается на однорядные радиальные роликоподшипники 8, расположенные в расточках торцевых крышек.

Рабочая полость компрессора отделена от подшипниковых камер асботекстолитовыми кольцами. Выходной конец вала уплотнен сталеграфитовым двусторонним сальником 6. Корпус сальника снабжен водяной рубашкой и указателем уровня масла.

Смазка подшипников, пластин и цилиндра производится плунжерным насосом-лубрикатором, приводимым в действие от электродвигателя через клиноременную передачу. На лубрикаторе установлен масляный бачок (смазочное масло ХА-30). На всасывающей линии установлен газовый сетчатый фильтр 9, на нагнетательной-- обратный клапан. Для защиты компрессора от чрезмерного повышения давления и температуры нагнетания предусмотрено реле.

Соединение с электродвигателем -- через муфту. Компрессоры типа РАБ устанавливаются вместе с электродвигателями на специальных фундаментах.

Самый крупный из выпускаемых отечественной холодильной промышленностью ротационный компрессор РАБ-300А, имеющий четыре вида исполнения, дает при температуре испарения --30° С 460000 ккал/ч холода.

Ротационные компрессоры работают по тому же принципу, что и поршневые машины, т. е. по принципу вытеснения. Основная часть энергии, передаваемой газу, сообщается при непосредственном сжатии. Сущность действия ротационного компрессора заключается в том, что, независимо от его конструктивных особенностей, всасывание газа или воздуха производится той полостью компрессора, объем которой увеличивается при вращении ротора. Засосанный газ попадает в замкнутую камеру, объем которой, перемещаясь при вращении ротора, уменьшается. Сжатие за счет уменьшения объема приводит к увеличению давления и выталкиванию газа в нагнетательный патрубок.

Ротационные нагнетатели, развивающие избыточное давление до 0,28--0,3 МПа (при атмосферном давлении на входе), называются воздуходувками, а создающие более высокое давление -- компрессорами. Ротационные компрессоры и воздуходувки имеют ряд преимуществ перед поршневыми: уравновешенный ход из-за отсутствия возвратно-поступательного движения; возможность непосредственного соединения с электродвигателем; равномерная подача газа; меньший вес конструкции, отсутствие клапанов и т. д. Вместе с тем, по сравнению с поршневыми, ротационные компрессоры имеют более низкий механический КПД, развивают более низкое давление, требуют более высокой точности изготовления.

Наибольшее распространение в различных отраслях пищевой промышленности получили два типа ротационных машин: пластинчатые и с двумя вращающимися поршнями. Оба типа машин применяются как компрессоры или воздуходувки, а также как вакуум-насосы. Для создания относительно высокого давления (0,3-- 0,4 МПа) применяют одноцилиндровые пластинчатые компрессоры. Если установить последовательно два ротационных пластинчатых компрессора с промежуточным охлаждением воздуха, то можно обеспечить давление до 0,7 МПа и более.

Одноступенчатый пластинчатый компрессор, работая как вакуум-насос, может создавать вакуум до 90%, а при особой тщательности изготовления и монтажа -- до 95%. Как низконапорные воздуходувки с избыточным давлением 0,06--0,08 МПа широко применяются ротационные машины с двумя вращающимися поршнями. Такой компрессор, работая как вакуум-насос, создает вакуум до 70%.

Благодаря эксцентричному расположению ротора при его вращении образуется серповидное пространство, разделенное пластинами на отдельные камеры. Пластины выходят из пазов ротора вследствие действия центробежной силы и прижимаются к стенкам цилиндра. Так как крышки компрессора примыкают к торцевым поверхностям ротора с малым зазором, отдельные камеры, на которые делится серповидное пространство, оказываются изолированными, увеличивающимися до некоторого объема, а затем уменьшающимися. Вследствие того, что объем газа в камерах левой части серповидного пространства увеличивается, всасывание происходит через патрубок, так как при дальнейшем перемещении ротора происходит уменьшение объема газа в камерах и выталкивание его.

Ротационные компрессоры относятся к объёмному типу компрессоров и осуществляют нагнетание за счёт сжатия вещества с помощью вращающегося ротора. Иногда этот тип компрессоров называют роторным, но это ошибочно, возникла эта ошибка, скорее всего, из-за некорректного перевода иностранной технической литературы.

Различают ротационные компрессоры с неподвижными пластинами, с вращающимися пластинами, двухроторные и с качающимся ротором.



10. Компрессор с неподвижными пластинами

Другое название данного компрессора - с катящимся ротором (ККР).Конструктивно такой компрессор представляет из себя вал двигателя на котором насажен цилиндрический ротор, но вал находится не в центре окружности, а эксцентрично,то есть смещён от центра. Вращается ротор внутри также цилиндрического корпуса. Между ротором и корпусом образуется зазор, величина которого при вращении из-за эксцентричности ротора изменяется. Где его величина минимальна находится нагнетательный патрубок, а где максимальна - всасывающий. Пространство между ними перекрывает подвижная пластина, плотно прижимающаяся пружиной к вращающемуся ротору,предотвращая перетекание рабочего вещества из зоны высокого давления в зону низкого.

Преимущества этого вида компрессоров:

-очень простая конструкция

-немного движущихся деталей

-надёжность

-отсутствуют клапаны

-меньшие пульсации давления, так как ротор движется непрерывно

-отличные массогабаритные показатели

-маленькие газодинамичесие потери на всасывании

-невысокая цена, из-за массовой распространённости

Недостатки:

-перетекание газа из области всасывания в область нагнетания

-наличие "горячей точки", т.е. трения в месте соприкосновения ротора с корпусом.

11. Компрессоры с подвижными пластинами

Принцип действия этого типа компрессора такой же как и у предыдущего, с той лишь разницей, что пластины находятся на роторе и вращаются вместе с ним. Подробней это видно рисунке, для упрощения показано всего две пластины.

Преимущества и недостатки этого типа такие же как и у первого типа, за исключением:

-возможность развивать большее давление за счёт большего количества пластин

-больше точек трения

-более сложное изготовление

12. Ротационные компрессоры с двумя роторами

Применяет такие компрессоры компания Toshiba. Для чего-же,собственно, понадобилось усложнять конструкцию добавлением ещё одного ротора?

Представим однороторный компрессор, ротор на его валу расположен эксцентрично, то есть смещён геометрический центр и ,соответственно, центр тяжести. Такую конструкцию, например применяют в телефонах для виброзвонка - двигатель с грузиком, смещённым относительно центра. Можно вспомнить и лопасть вентилятора с одним винтом - при вращении идут биения и вибрации. Для уравновешивания и придумали добавить ещё один ротор.

Как следствие этого:

-уменьшенный уровень вибраций и шума

-повышение надёжности и долговечности (не только самого компрессора, но и всей конструкции холодильной машины)

-возможность снижения производительности до 15 % от номинальной

Последний пункт важен для инверторных кондиционеров, так даёт возможность не выключать компрессор, работая на малых оборотах, при этом экономится электроэнергия.

13. Компрессор с качающимся ротором

Данный вид компрессора использует корпорация Daikin, в её терминологии SWING. Основной причиной разработки этого компрессора послужил переход с хладагента R22 на другие виды хладагентов. При использовании фреона R22 для смазки применяется минеральное масло, а в составе самого фреона присутствует хлор, поэтому при работе компрессора с этим видом хладагента на поверхностях трущихся деталей образуется защитная ферро-хлоридная плёнка. Эта плёнка значительно снижает трение и риск коррозии. При использовании R410a и R407c эта плёнка отсутствует.

Следующий неприятный момент при использовании новых хладагентов - потери давления. Эти потери происходят из-за перетекания газа из одной зоны в другую, по исследованиям 70 % перетекания между ротором и цилиндром корпуса, а 30 % между цилиндром и торцом пластины. Эти потери зависят от наличия масляной плёнки и плотности прилегания ротора и пластины,которую, в свою очередь, нельзя сильно уменьшать, иначе увеличится сила трения.

Фирма Дайкин разработала и запатентовала ротационные компрессоры с качающимся ротором. В этом компрессоре пластина и ротор выполнены в виде ондной детали, которая совершает колебательные и возвратно-поступательные движения, из-за чего компрессор и получил название "с качающимся ротором", в англоязычной терминологии SWING (качаться-англ.)

В результате этого уменьшается трение между ротором и цилиндром корпуса, а также исключаются потери на трение и перетекания между пластиной и ротором.

Основная область применения ротационных компрессоров холодильные машины малой производительности - от полутора до десяти киловатт. На данный момент в 90 % кондиционеров применяют компрессоры данного типа в герметичном исполнении.



14. Ротационные и винтовые компрессоры

Ротационные компрессоры. Особенностью ротационных компрессоров по сравнению с поршневыми является отсутствие кривошипно-шатунного механизма и возвратно-поступательно движущегося поршня. Поэтому ротационные компрессоры имеют хорошую уравновешенность, сравнительно малую массу на единицу холодопроизводительности, меньшее количество движущихся частей, подвергающихся износу, отсутствие всасывающих, а в некоторых конструкциях и нагнетательных клапанов. Они проще в обслуживании и более надежны в работе. К недостаткам ротационных компрессоров можно отнести сложность их изготовления и ремонта, большой износ движущихся частей.

Все многообразие конструкций ротационных компрессоров можно свести к двум основным типам - компрессоры с вращающимся ротором, ось которого фиксируется относительно оси цилиндра (пластинчатые ротационные компрессоры), и компрессоры с катящимся ротором, ось которого вращается вокруг оси цилиндра, и ротор при этом обкатывает цилиндр.

Ниже описаны ротационные компрессоры фирмы «Rotasco» (Япония). Удачное решение схемы смазки компрессора и подбор пары трения позволили получить ротационный компрессор одноступенчатого сжатия, который успешно эксплуатируют при сравнительно большом (до 25) отношении давлений конденсации и испарения.

Рис. 1. Последовательность процессов всасывания, сжатия и нагнетания в ротационном компрессоре.

«Rotasco» относится к группе компрессоров с катящимся ротором.

На рис. 1 показана принципиальная схема работы компрессора «Rotasco». В цилиндрическом корпусе 1 на валу 3 эксцентрично насажен поршень 4. Диаметр и эксцентриситет поршня подобраны так, что он касается поверхности цилиндра по линии, разделяющей рабочий объем цилиндра от полости всасывания и нагнетания.

Шибер (пластина) 2, прижимающийся к поршню в верхней части цилиндра, делит рабочий объем его на две рабочие полости. Шибер может совершать колебательное движение. В целях лучшего уплотнения шибера с ротирующим поршнем и уменьшения трения в рабочую поверхность шибера вложена специальная уплотняющая полоска, прижимающаяся к поверхности поршня с помощью пружины. Для лучшего соприкосновения катящегося поршня со стенками цилиндра поршень обтянут тонкостной эластичной втулкой из высококачественной специальной стали.

На наружной поверхности поршня вдоль оси имеется канавка овальной формы, напротив которой на поршневой втулке рассверлено несколько отверстий, через них в полость поршня попадают сжатые пары, образующие эластичную подушку. Эластичное соприкосновение рабочих поверхностей цилиндра и поршня при наличии хорошей циркуляции масла обеспечивает постоянный масляный слой между линией соприкосновения трущихся поверхностей.

В образующуюся при каждом обороте поршня рабочую полость цилиндра, лежащую по одну сторону линии касания поршня с поверхностью цилиндра, засасывается сухой насыщенный или перегретый пар. По другую сторону этой линии касания происходит процесс сжатия и нагнетания паров через нагнетательные клапаны.

Положение А - полость всасывания соединена со всасывающей стороной машины. В этот момент начинается всасывание паров из испарителя, так как увеличивается объем серповидной полости, образованной цилиндром и поршнем. В другой полости с этого момента начинается сжатие паров (положение В). При дальнейшем вращении ротора давление сжатия возрастает и, когда в цилиндре давление превысит давление паров в нагнетательной полости, открывается клапан (положение С) и пары нагнетаются в конденсатор. Положение D характеризует конец процесса нагнетания. Всасывающая полость наполнена парами, и ротор начинает вновь совершать процесс сжатия (положение Е).

Рис. 2. Компрессор «Rotasco»:

1 - крышка клапана; 2 - направляющая клапана; 3 - клапан масляный; 4 - толкатель; 5 - планки расходящиеся; 6- диск; 7 - крышка центробежного клапана; 8 - шарикоподшипник; 9 - роликоподшипник; 10 - бугель эксцентрика; 11 - крышка торцевая; 12 - винт уплотнительный; 13 - направляющая золотниковой крылатки; 14 - корпус; 15 - золотниковая крылатка; 16 - ротор; 17 - крышка; 18- штуцер для масла; 19 - крышка сальника; 20 - муфта; 21 - золотниковая крылатка; 22 - направляющая золотниковой крылатки; 23 - нагнетательный клапан; 24 - уплотняющий нож; 25 - втулка ротора; 26 - поплавок; 27 - смотровое стекло; 28 - всасывающий патрубок.

Величина вредного пространства ротационного компрессора мала, и поэтому объемные потери значительно меньше, чем в поршневом компрессоре.

Цилиндр компрессора закрыт с обеих сторон чугунными крышками, несущими подшипники ротора. Осевой шарикоподшипник 8 (рис. 2) фиксирует положение поршня и вала по отношению к цилиндру. За этим подшипником на торце вала находится центробежный клапан 3, включенный в систему маслопровода. При остановке машины этот клапан закрывается, предохраняя цилиндр от заполнения маслом. При достижении необходимой частоты вращения вала клапан открывается.

Рис. 3. Схема циркуляции масла ротационного компрессора:

1 - маслоотделитель; 2 - обратный клапан; 3 - компрессор; 4 - фильтр; 5 - холодильник; 6 - центробежный клапан; 7 - смотровое стекло; 8 - нагнетательный трубопровод.

Циркуляция масла, поступающего из маслоотделителя 1 (рис. 3), осуществляется под действием разности давлений аммиака в нагнетательной и всасывающей полостях. Поэтому специально циркуляционного масляного насоса не требуется. Масло из компрессора поступает вместе с парами аммиака в маслоотделитель, из него при открытом центробежном клапане проходит в масляный холодильник 5, затем в фильтр 4 и после центробежного клапана 6 через смотровое стекло 7 подается для смазки цилиндра и сальника.

Масло, пройдя через сальниковое уплотнение по сверлению в валу поршня, поступает на смазку опорных подшипников качения и подшипников эксцентриковых бугелей, создающих колебательное движение шибера. Масло с подшипников попадает в поплавковую камеру, из нее периодически подается в полость всасывания. Далее все масло через нагнетательные клапаны вместе со сжатыми парами аммиака подается в маслоотделитель.

Заправка маслом осуществляется централизованно от расходной цистерны. При заправке оно подается в маслоотделитель 1 до заданного уровня. Циркулирующее масло охлаждается в холодильнике забортной водой.

Уплотнение вала ротора достигается при помощи сальника и притертых поверхностей втулки и подвижного кольца, уплотнение по шейке вала - с помощью двух резиновых колец. Нагнетательный клапан компрессора - пластинчатый прямоточный. Компрессор не имеет всасывающих клапанов. На всасывающем патрубке установлен лишь невозвратный клапан, на нагнетательной стороне, после маслоотделителя, тоже установлен невозвратный клапан.

Возможность эффективной работы компрессора при больших значениях отношения давления конденсации к давлению испарения при работе по одноступенчатому циклу объясняется тем, что по сравнению с обычными поршневыми компрессорами у машин фирмы «Rotasco» температура паров в конце сжатия значительно ниже. Сравнительно небольшой перегрев можно объяснить хорошим водяным охлаждением цилиндра (корпуса) компрессора, а также главным образом отводом тепла в холодильнике циркулирующим маслом.



Рис. 4. Ротационный компрессор с вращающимся поршнем:

а - схема работы; б - индикаторная диаграмма.

Ротационные компрессоры с вращающимся поршнем обычно выполняются многопластинчатыми. Ротор вращается вокруг неподвижной оси, а пластины выталкиваются из него центробежной силой и скользят по внутренней поверхности цилиндра. Между торцевыми поверхностями цилиндра, поверхностью ротора и цилиндра образуется замкнутая полость, имеющая переменный объем - наибольший после окончания всасывания и наименьший в конце сжатия. На рис. 4, а показана схема работы многопластинчатого ротационного компрессора с вращающимся поршнем.

Пары холодильного агента, поступающие из всасывающего трубопровода, захватываются и отсекаются пластинами в верхней части, сжимаются при вращении поршня и, наконец, когда ячейка достигнет положения, при котором она соединяется с нагнетательным трубопроводом, пары холодильного агента выталкиваются.

Отношение давлений p2 / p1 изменяется в зависимости от эксплуатационных давлений во всасывающем и нагнетательном патрубках компрессора. В многопластинчатом ротационном компрессоре с вращающимся поршнем степень сжатия для каждой ячейки постоянная, в связи с чем давление конца сжатия pi в ячейке может быть больше или меньше давления р2 в нагнетательном патрубке.

Степень сжатия ротационного компрессора определяется отношением максимального объема ячейки в начале сжатия V1 к ее объему в конце процесса сжатия V2 :

рГ = V1 / V2 .

Величина рГ для данного компрессора является постоянной. Степень сжатия определяется также отношением

рГ = (p2/p1)1/n

где п - показатель политропы сжатия.

Если давление в конце сжатия pi будет больше давления p2 в нагнетательном патрубке, как показано на рис. 4, б пунктирной линией, то возникают энергетические потери. Величина этих потерь определяется площадью заштрихованной части индикаторной диаграммы.

В ротационных компрессорах в отличие от поршневых вредное пространство мало. Кроме того, в пластинчатых ротационных компрессорах осуществляется перепуск пара, поэтому влиянием вредного пространства на производительность компрессора пренебрегают. На рис. 4, а перепускная линия показана пунктиром.

Смазка компрессора производится от многоплунжерного масляного насоса (лубрикатора), который приводится в действие от полумуфты электродвигателя через клиноременную передачу. На лубрикаторе установлен масляный бачок с указателем уровня. Суммарная емкость бачка и насоса рассчитана на 24 ч работы машины. Ротор представляет собой чугунный барабан, напрессованный на стальной вал. По всей длине барабана профрезерованы пазы под пластины. Для удобства сборки и разборки в компрессоре применены радиальные роликоподшипники. Выходной конец вала уплотняется с помощью двойного торцевого сальника трения (пара трения графит - закаленная сталь). Камера сальника постоянно залита маслом. Для контроля уровня масла и наполнения камеры сальника служит бачок с указательным стеклом.

Всасывание и нагнетание паров аммиака происходит через окна цилиндра. Клапаны в компрессоре отсутствуют. На линии всасывания устанавливают сетчатый фильтр, на линии нагнетания - обратный клапан, предотвращающий возникновение обратного потока из нагнетательного трубопровода при остановке компрессора.

Аммиачные ротационные компрессоры, например РАБ-100, используют в качестве бустер-компрессоров (поджимающих) двухступенчатых холодильных машин. Использовать ротационные компрессоры типа РАБ как одноступенчатые запрещено, так как прочность их деталей и узлов не рассчитана на большую разность давлений.

В конструкции ротационного бустер-компрессора РАБ-100А/1 лубрикаторная смазка трущихся частей заменена циркуляционной системой смазки, при которой уменьшаются перетечки аммиака из рабочих полостей, снижается износ деталей, уменьшается перегрев паров аммиака и снижается уровень шума компрессора. Циркуляционная смазка компрессора происходит по схеме маслоотделитель - насос - компрессор - маслоотделитель.

Масло из нижней части маслоотделителя через сетчатый фильтр всасывается шестеренчатым насосом и, пройдя щелевой фильтр, подается в полость сальника. Далее через регулятор давления масло направляется в камеры опорных роликоподшипников. Из подшипников масло через торцевые зазоры поступает в цилиндр, смазывая его рабочую поверхность и пластины. Маслоотделитель представляет собой вертикальный сварной сосуд. Отделение масла от паров аммиака происходит благодаря тангенциальному вводу паров.

Масло из маслоотделителя с помощью шестеренчатого насоса подается в ячейку между пластинами в момент начала сжатия. Подача масла во всасывающую полость вызывает подогрев всасываехмого пара, увеличивается удельный объем рабочего тела, а это приводит к снижению объемных и энергетических коэффициентов компрессора.

Винтовые компрессоры. В настоящее время в холодильной технике применяют маслозаполненные винтовые компрессоры. Подача масла уменьшает перетечки пара между каналами и снижает шум. Кроме того, циркулирующее масло снижает температуру сжимаемого пара, что позволяет работать по одноступенчатой схеме, когда отношение давлений рк/р0 достигает значений 18-20.

Рис. 5. Схема работы винтового компрессора:

а - всасывание; б - отсечка всасывания; в - сжатие; г - нагнетание; 1 - ведомый ротор; 2 - ведущий ротор; д - индикаторная диаграмма.

Принцип действия винтовых компрессоров заключается в следующем. При вращении винтов на стороне выхода зубьев из зацепления постепенно, начиная от торца всасывания, освобождаются впадины между зубьями. Впадины, называемые полостями, благодаря создаваемому в них разрежению заполняются паром, поступающим через окно из всасывающего патрубка. В момент, когда на противоположном торце роторов полости полностью освобождаются от заполняющих их зубьев, объем полости всасывания достигает максимальной величины. Пройдя всасывающее окно, полости разъединяются с камерой всасывания. На рис. 5, а показан момент всасывания (заполнения парами холодильного агента полостей), на рис. 5, б - момент разъединения полостей с всасывающей стороной; происходит отсечка полостей роторов. Подача циркулирующего масла производится в той части корпуса, когда полости между роторами уже не сообщаются с всасывающей стороной. роторный насос компрессор поршневой

По мере входа зуба ведомого ротора во впадину ведущего занимаемый газом объем уменьшается и газ сжимается. Процесс сжатия паров в парной полости продолжается до тех пор, пока всеуменьшающийся объем со сжатым паром не подойдет к кромке окна нагнетания. На рис. 5, в показан процесс сжатия, из рис. 5, г видно, что полость сжатия пара подошла к кромке окна нагнетания, процесс сжатия закончился, начинается процесс нагнетания. Индикаторная диаграмма показана на рис. 5, д.

Рис. 6. Маслозаполненный винтовой компрессор:

а - общий вид; б - схема; 1 - корпус; 2 - ротор ведущий; 3 - опорный подшипник скольжения; 4 - разгрузочный поршень; 5 - упорный подшипник качения; 6 и 7 - шестерни связи; 8 - валик; 9 - винт; 10 - шпонка; 11 - гайка, 12 - золотник (шибер); 13 - ротор ведомый

Винтовые компрессоры с циркуляционной смазкой. Винтовой компрессор, работающий с циркуляционной системой смазки, показан на рис. 6. Корпус компрессора 1 имеет один вертикальный разъем. В цилиндрических расточках корпуса находятся роторы (винты) ведущий 2 и ведомый 13. В качестве опорных подшипников 3 применены подшипники скольжения. Осевое усилие ротора воспринимает упорный подшипник 5. Для уменьшения этого усилия на ведущем роторе имеется разгрузочный поршень 4. Шестерни 6 и7, закрепленные на валах ведущего и ведомого винтов, синхронизируют их вращение. Шестерни связи у маслозаполненных винтовых компрессоров могут и отсутствовать.

Роторы компрессоров стальные цельнокованые, зазор между роторами меньше 1 мм, торцевой зазор со стороны нагнетания составляет 0,1 мм, со стороны всасывания - 0,5 мм; зазор между ротором и цилиндрической частью корпуса - 0,25 мм.

Установочный зазор в подшипниках скольжения составляет 0,07 - 0,095 мм. Большую опасность для радиальных подшипников представляет работа компрессора в режиме так называемого влажного хода. Если объем засасываемого жидкого холодильного агента приближается к конечному объему рабочей полости, то резкое увеличение радиальной нагрузки приведет к задирам подшипников.

Винтовые компрессоры комплектуются с маслоотделителем и выпускаются в виде агрегата.

Производительность винтового компрессора. Винтовые компрессоры имеют постоянную величину внутреннего сжатия (рГ). Внутренняя степень сжатия равна отношению конечного давления в изолированной рабочей полости к давлению в той же полости в момент отсечения ее от всасывающей магистрали, взятая в степени 1/п. Отношение давления нагнетания к давлению всасывания называется внешней степенью сжатия (рВ).

В отличие от поршневых компрессоров с самодействующими клапанами величина внутреннего сжатия пара в винтовом компрессоре зависит от расположения и величины окна нагнетания. Давление внутреннего сжатия (см. рис. 5, д) может не совпадать с давлением нагнетания, т. е. с давлением на нагнетательной стороне компрессора, которое устанавливают для данной машины в зависимости от температуры охлаждающей конденсатор воды. Если давление внутреннего сжатия р1 ниже давления в нагнетательной стороне компрессора р2, то происходит так называемое внегеометрическое дожатие пара до давления нагнетания; если оно выше p2, происходит расширение сжатого в полостях роторов пара и падение давления. При работе компрессора на данных режимах наблюдается повышенный расход энергии. Величина этих потерь определяется площадью одного из заштрихованных треугольников.

С целью уменьшения потерь энергии от дожатия или расширения пара винтовые компрессоры в зависимости от назначения установки изготавливают со следующими значениями внутренней степени сжатия рГ:

для среднетемпературных компрессоров, работающих на аммиаке, фреоне-12 и фреоне-22, рГ = 4,0;

для компрессоров, работающих в режиме кондиционирования воздуха на фреоне-12 и фреоне-22, а также для бустер-компрессоров аммиачных и фреоновых, рГ = 2,6;

для низкотемпературных одноступенчатых компрессоров, работающих на фреоне-22 при температуре кипения от -30 до -45° С и температуре конденсации до 42° С, рГ = 7.

Процессы всасывания, сжатия и выталкивания пара в винтовом компрессоре последовательно чередуются для каждой отдельно взятой парной полости. Однако благодаря непрерывному следованию полостей одна за другой с большой скоростью обеспечивается практически непрерывная подача пара.

Теоретическая объемная производительность винтового компрессора - рабочий объем компрессора - VК равна сумме объемов полостей.

Действительная производительность винтового компрессора ниже теоретической, что вызвано такими потерями, как перетечка пара через щели между полостями, гидравлические сопротивления всасывающего тракта, подогрев всасываемого пара, влияние защемленных объемов. При определении объема пара, действительно засасываемого компрессором, величина потерь учитывается коэффициентом подачи.

Регулирование производительности винтового компрессора можно осуществлять различными способами - перепусканием сжатого пара с линии нагнетания во всасывающую сторону, дросселированием пара во всасывающем патрубке, изменением частоты вращения и с помощью регулировочного шибера. Первые два способа регулирования приводят к большим затратам энергии, так как снижение производительности компрессора происходит почти без снижения расхода энергии. Регулирование производительности изменением частоты вращения подходит для винтовых компрессоров, однако при этом усложняется его привод.

Поэтому самое широкое применение нашло регулирование производительности с помощью регулировочного шибера (золотника) 12 (см. рис. 6). Валик 8 и винт 9 служат для перемещения золотника вместе с гайкой 11. От проворачивания шибер удерживается шпонкой 10. Привод шибера может быть ручной, а в режиме автоматической работы - гидравлический или электрический.

Назначение шибера - задержать начало сжатия, соединяя всасывающую полость компрессора с полостью сжатия, что эквивалентно уменьшению рабочего объема компрессора. Такой способ регулирования производительности компрессора гораздо экономичнее, чем способ регулирования перепуском сжатого пара или дросселированием. С помощью золотника можно регулировать производительность от 10 до 100 %.



Рис. 7. Схема регулирования производительности винтового компрессора:

1 - разгрузочный клапан; 2 - обратный клапан; 3 и 4 - соленоидные вентили; 5 - гидроцилиндр; 6 - золотник компрессора; 7, 8, 9, 10, 11 и14 - трубопроводы; 12 и 13 - полости гидроцилиидра.

На рис. 7 показана схема управления золотником винтового компрессора. Привод золотника гидравлический. Масло подается из системы смазки компрессора. После пуска компрессора масло поступает в разгрузочный клапан 1 и плунжер поднимается вверх, перекрывая линию 7-8. Масло поступает к невозвратным клапанам 2 и к трехходовым соленоидным вентилям 3 и 4, последние соединены трубками 9 и10 с полостями 12 и 13 гидроцилиндра 5.

При остановке компрессора давление падает, плунжер клапана 1 опускается под действием силы пружины и соединяет полости 12 и 13 гидроцилиндра 5. Пружина гидроцилиндра перемещает поршень и соответственно золотник 6 в положение минимальной производительности. Этим обеспечивается разгрузка компрессора при пуске.

Для увеличения производительности компрессора подается питание на соленоидный вентиль 3, который пропускает масло из полости 12 по трубопроводу 14 на всасывание; в полость 13 масло попадает по трубопроводу 10. Поршень, перемещаясь влево, передвигает шибер и увеличивает производительность компрессора. Для уменьшения производительности компрессора подается питание на соленоидный вентиль 4.

Рис. 8. Схема смазки винтового компрессора:

1 - всасывающий патрубок с фильтром; 2- винтовой компрессор; 3- маслоотделитель; 4 - запорный вентиль; 5 - масляный фильтр на всасывающем трубопроводе; 6 - термостат; 7 - масляный насос; 8 - перепускной клапан; 9 - холодильник; 10 - фильтр; 11 - реле протока; 12 - термометр; 13 - манометр для масла; 14, 15 и 16 - маслопровод к радиальным подшипникам; 17 - маслопровод к редуктору-синхронизатору; 18 - фланец всасывающего патрубка; 19 - нагнетательный патрубок; 20 и 21 - патрубки для входа и выхода аммиака из масляного холодильника.

Смазка винтовых компрессоров. Схема смазки компрессора показана на рис. 8. Масляный насос приводится в действие от ведущего ротора. В некоторых конструкциях агрегатов насос для масла приводится от самостоятельного электродвигателя. Масло после насоса 7 подается к холодильнику 9, затем масло проходит через фильтр 10. Контроль за подачей осуществляют с помощью реле протока 11. Давление масла после насоса, как правило, превышает давление нагнетания на 0,25 - 0,3 МПа. Количество подаваемого масла в компрессор в зависимости от его рабочего объема изменяется в среднем от 5 до 8,5 л/ч на 1 м3 рабочего объема компрессора. Например, для компрессора с рабочим объемом 711 м3/ч количество подаваемого масла равно 6 м3/ч.

Около 50% масла идет на смазку подшипников, остальное впрыскивается в полости компрессора. Все масло после компрессора поступает в маслоотделитель 3. Масло, отделенное в маслоотделителе, имеет сравнительно высокую температуру (в среднем от 50 до 90 °С), поэтому охлаждается в масляном холодильнике 9 до температуры 30 - 40 °С. Охлаждение масла производят забортной водой или с помощью небольшого испарителя холодильной машины. Охлаждение водой предпочтительнее, так как оно экономичнее и конструктивно проще.

...