Рідинно-кільцевий (водо-кільцевий) компресор

1.4.1. Загальна характеристика компресора

Компресор цього типу виконується продуктивністю від 12 до 10 000 м3/год з числом обертів валу від 250 до 3500 об/хв.

Забезпечує тиск нагнітання 0, 2 ÷ 1 МПа в одній ступіні, 3-х ступінчасті - до 2 МПа. Вакуумнасоси досягають в одній ступіні 95% вакууму, у 2-х ступінчастому виконанні - 97%.

Застосовуються в різних галузях промисловості (металургія, хімічна, харчова промисловість та ін.). Компресори внутрішнього стиску з постійним ступенем стиску [1][3].

1.4.2. Переваги компресора

1. Простота конструкції і мале число деталей; як наслідок - низька собівартість.

2. Малі габарити і масса компресора, невеликі фундаменти, машинні відділення.

3. Мало пар тертя, стала робота КМ у всьому діапазоні робочих режимів.

4. Висока урівноваженість КМ.

5. Малий знос деталей, висока надійність і довговічність.

6. Робочий процес близький до ізотермічного, звідси низька температура кінця стиску. Безпечна робота на вибухонебезпечних газах.

7. KM може стискувати забруднені пари з наявністю твердих включень.

8. Очищення стислуваного газу здійснюється компресором. В результаті забезпечується подача чистого газу без домішок мастила.

9. Невеликі пульсації тиску на нагнітанні компресора.

1.4.3. Недоліки компресора

1. Наявність рідини в робочому обсязі.

2. Низький ізотермічний ККД (0, 4 - 0, 5).

3. Постійний ступінь стиску.

1.4.4. Конструкція і принцип дії водо-кільцевого компресора

 

Рис. 13. Схематична конструкція водо-кільцевого компресора

1 -циліндр; 2 - ексцентричний ротор; 3 - пластини однакової довжини, нерухомо закріплені на роторі; 4 - серповидное простір, розділений на осередки пластинами; 5 - усмоктувальне вікно; 6 - нагнітальне вікно; 7 - рідинне кільце.

Конструкція водокільцевого компресора /ВКК/ досить проста [1][3]. Вона складається з циліндра, незображеного на рис. 13, торці якого закриті бічними кришками, й ексцентрично розташованого в циліндрі ротора з жорстко закріпленими на ньому пластинами однакової довжини. Величина ексцентриситету приймається такою, щоб у зоні найбільшого наближення пластин до внутрішньої поверхні циліндра відстань між ними було можливо мінімальною (І-4 мм). В об'єм циліндра заливається вода (або інша рідина), що при обертанні ротора " розкидається" пластинами більш-менш рівномірно по всій поверхні циліндра, утворюючи рідинне кільце, що разом із кришками обмежує циліндричний робочий простір компресора. Т.я. рідинне (водяне) кільце з однієї сторони примикає до зовнішньої поверхні ротора, робочий простір має серпоподібний профіль. Цей серпоподібний робочий простір компресора при його роботі нерухомий. Але він розділяється пластинами на сектори, що при обертанні ротора змінюють свій об'єм від нуля до максимальної величини і потім - знову до нуля (за один оберт вала). Ця зміна елементарних робочих об’ємів компресора і дозволяє здійснювати його робочий процес. Для цього в бічній кришці компресора розміщуються усмоктувальне і нагнітальне вікна. Їхній профіль забезпечує з'єднання елементарного робочого об’єму з порожниною усмоктування в період його збільшення, потім - відсікання від вікна усмоктування і стиск газу до зустрічі робочого об’єму з вікном нагнітання. Далі, аж до зменшення робочого обсягу до величини, близької до нуля, він з'єднаний з порожниною нагнітання через нагнітальне вікно. Завдяки цьому здійснюється процес нагнітання. Кут, на який вилучені одне від одного усмоктувальне і нагнітальне вікна, і число розділових пластин цілком визначають внутрішню ступінь підвищення тиску компресора.

 

1.4.5. Конструктивні особливості КМ

Циліндр, звичайно чавунний, виконується з фланцями, до яких прикріплюються бічні кришки.

Для зменшення габаритів n у малих КМ кришки можуть кріпитися безпосередньо до корпуса.

Вал КМ може мати число обертів у межах 250-3500 об/хв,

при n нижче 250 об/хв не утворюється рідинне кільце;

при n вище 3500 об/хв швидкість газу у вікнах нагнітання перевищує припустимі величини.

Якщо продуктивність КМ невелика, вал виконують з одним ущільненням, а усмоктувальне і нагнітальне вікна розміщають в одній бічній кришці компресора. Але при підвищенні продуктивності і числа обертів компресора вікна усмоктування і нагнітання розміщають в обох кришках, тому що площі однієї кришки виявляється недостатньо.

Пластини можуть бути прямими або з загинами вперед, убік обертання валу; число пластин може бути від 8 до 20.

Зазор між пластинами і циліндром у зоні максимального їх зближення - 1-4 мм,

Мінімальне занурення пластин у водяне кільце - 4-6 мм.

Вал монтується в підшипниках; ущільнення виконуються в кришках а підшипники виносяться за кришки.

Усмоктувальне і нагнітальне вікна можуть розташовуватися в кришках і в самому валу, який при цьому виконується порожнім.

Усмоктувальне вікно розміщене в бічній кришці так, що передня крайка усмоктувального вікна відсікається від елементарного робочого обсягу в момент його максимального об'єму.

 

У процесі роботи КМ вода впорскується в робочу порожнину, компенсуючи унесення рідини стиснутим газом.

Вода (рідина) виконує наступні функції.

1. Вода забезпечує геометричну конфігурацію водяного кільця, близьку до циліндричної.

2. Вона є ущільнювачем зазорів в робочому обсягу КМ.

3. Вода забезпечує змащення поверхонь деталей, що сполучаються.

4. Вона охолоджує КМ, відводячи тепло стиску, тепло тертя, тепло від завихрень у рідинному шарі, тобто тепло внутрішнього тертя в рідинному кільці.

Для розвантаження опор можуть застосовуватися два циліндри, що працюють у противофазі;

З цією ж метою виконують циліндри овальними, у результаті чого одержують КМ подвійної дії;

Якщо рідина агресивна, то поверхні ротора і пластин гумуються або легуються;

Перемінний ступінь внутрішнього стиску компресора може забезпечуватися конструктивно установкою в кришці циліндра перед нагнітальним вікном підпружинених кулькових клапанів, які при досягненні Р_ст > Р_наг відкриваються і з'єднують обсяг стиску з обсягом нагнітання.

1.4.6. Продуктивність компресора

За аналогією з роторно-лопатевим компресором визначимо теоретичний обсяг газу, усмоктуємого за один оберт вала компресора

де R - радіус водяного кільця

R = r_p – e – a,

де a - глибина занурення лопатки в рідину;

l - висота лопатки.

Теоретична продуктивність компресора:

при 2х- стороннім усмоктуванні в компресор.

Дійсна продуктивність компресора:

Індикаторна потужність компресора розраховується як потужність теоретичного стиску.