Ротаційний компресор з ротором (поршнем), що котиться

1.3.1. Загальна характеристика компресора

Компресори внутрішнього стиску з перемінним ступенем стиску.

Виконуються продуктивністю до 1000 м3 /годину з числом обертів валу до 3000 об/хв. Ступінь стиску високий - до 10 [1], [2].

Застосовуються у різних галузях промисловості, а також як холодильні компресори.

1.3.2. Переваги компресора

1. Простота конструкції й обслуговування.

2. Мале число деталей і низька собівартість.

3. Мало поверхонь тертя, причому більшість з них змащуються.

4. Малі втрати на тертя.

5. Малий знос деталей.

6. Висока довговічність.

7. Високий ступінь урівноваженості.

8. Малі зусилля, що діють на опори.

9. Можливість роботи на всіляких агентах.

10. Високий коефіцієнт подачі.

11. Відсутні втрати на дроселювання на усмоктуванні.

12. Високий ступінь стиску, який можна змінювати в широкому діапазоні значень.

1.3.3. Недоліки компресора

1. Значні пульсації тиску на нагнітанні.

2. У конструкціях великих КМ необхідний маховик.

3. Необхідність високої точності виготовлення і зборки деталей КМ.

4. Низький коефіцієнт корисного використання об'єму циліндра (у порівнянні з РЛК).

1.3.4. Конструкція і принцип дії компресора

 

Рис. 10. Схема ротаційного компресора з ротором, що котиться.

1. Циліндр, 2. Ексцентрик вала, 3. Ротор, 4. Розділова пластина,

5. Пружина, 6. Вікно усмоктування, 7. Нагнітальний клапан

 

Компресор складається з циліндра з радіусом R з двома бічними кришками, що утворюють об'єм циліндра (рис 10). У кришках маються посадкові поверхні, у яких установлюють підшипники ковзання чи качення, у яких установлюється эксцентриковый вал, що обертається навколо осі циліндра. Вал має ексцентрик, вісь якого зміщена відносно осі валу на величину е. На ексцентрик одягнений ротор з зовнішнім радіусом r.

З рисунку видно, що

R = r + e; r = R - e.

У циліндрі є усмоктувальне і нагнітальне вікна, осі яких вилучені одна від одної на кут =γ +β.

На нагнітанні встановлений самодіючий нагнітальний клапан.

Вал обертається навколо осі циліндра. Ротор ковзає по эксцентриковій поверхні вала і перекочується з прослизанням по внутрішній поверхні циліндра. Таким чином, при роботі КМ утворюється серповидний простір між внутрішньою поверхнею циліндра і зовнішньою поверхнею ротора, що обертається навколо осі циліндра. Цей серповидний простір розділяється пластиною 4, що ковзає в пазу в тілі циліндра і притискається пружиною 5 до зовнішньої поверхні ротора. Величина виходу пластини з паза коливається від 0 до 2e. Розділова пластина розділяє серповидний простір на 2 частині, які при обертанні вала змінюють свій об'єм. У тій частині, що збільшується, відбувається усмоктування, а в тій, котра зменшується, відбувається стиск і нагнітання.

1.3.5. Індикаторна діаграма ротаційного компресора

 

Рис. 11. Індикаторна діаграма ротаційного компресора з ротором, що котиться:

1'-2 - політропічний стиск; крапка 2 - підрив нагнітального клапана; 2-3 - процес нагнітання; крапка 3 - ротор проходить вікно нагнітання; 1-4 - усмоктування; крапка 5 - змішання газу, що залишився в мертвому обсязі, з газом, що заповнив частину 2 серповидного простору в процесі усмоктування; 5-1' - серповидний простір переміщається на кут = γ +β.

Тому що в компресорі немає усмоктувального клапана, тоді

= 0, 7 ÷ 0, 85 - у середніх і великих КМ із невисоким ступенем підвищення тиску.

1.3.6. Конструктивні співвідношення і продуктивність КМ

1. Відношення = 0, 08 ÷ 0, 2.

2. Відношення θ = = 0, 4 ÷ 0, 75,

де L - робоча довжина циліндра.

Визначимо обсяг, описаний ротором, без обліку об'єму розділової пластини V_ц:

;

Тоді:

 

Ми одержали робочий обсяг циліндра без обліку пластини, тобто теоретичний обсяг газу, усмоктуваного за один оберт вала. Тому що усмоктування газу в циліндр КМ закінчується в момент нульового виходу пластини з паза, її обсяг практично не впливає на V_ц і його можна не враховувати.

Теоретична продуктивність КМ:

Дійсна продуктивність КМ:

.

По заданій величині V_д, задаючись співвідношеннями і , можна визначити радіус циліндра R:

Коефіцієнт корисного використання циліндра К_к

дорівнює відношенню робочого обсягу циліндра V_ц до повного обсягу циліндра V_nц:

K_к =

K_к = ω (2 – ω) = 0.15 ÷ 0.35

1.3.7. Методи регулювання продуктивності КМ

1. Регулюванням числа обертів.

2. Дроселюванням газу на усмоктуванні.

3. Перекриттям вентиля на усмоктуванні.

4. Шляхом включення і включення; цей спосіб найбільш простий і найбільше часто застосовується, тому що такі КМ звичайно виконуються з приводом від двигуна перемінного струму з короткозамкнутым ротором.

При потребі в великій продуктивності, що часто значно змінюється по величині, установлюють паралельно декілька КМ для роботи на одну систему, частина з яких може включатися чи виключатися в міру потреби.

 

1.3.8.Конструктивне виконання КМ

Компресори даного типу мають вал з ексцентрично розташованим на ньому ротором. Обертання вала викликає виникнення відцентрової сили через таке розташування ротора. Для урівноважування цієї сили на валу встановлюють противаги або виконують вал із двома эксцентриковыми поверхнями, зміщеними на 180 ° відносно одна одної. У цьому випадку

два ротори працюють у двох, ізольованих один від одного циліндрах. Циліндр і кришки КМ виготовляються з чавуна. У кришках розміщаються підшипники качіння - при великій продуктивності компресора чи підшипники ковзання - при малої продуктивності компресора.

Вал звичайно виконується сталевим. Якщо ексцентрик на валу один, то він виконується разом з валом. Ротор виконується з чавуна. Пластина - сталева зі спеціальною фізико-хімічною обробкою, що підвищує її зносостійкість, міцність і довговічність. Змащення подається за допомогою спеціального масляного насоса по всіх парах тертя і стікає в масляну ванну в корпусі КМ, забезпечуючи рідинне тертя в сполученнях КМ.

У деяких конструкціях передбачено упорскування мастила в об'єм стиску, яке здійснюється за рахунок тиску в порожнині нагнітання.

1.3.9. Ротаційний компресор з хитним поршнем

Рис. 12. Конструкція ротаційного компресора з хитним поршнем:

1 – корпус компресора, 2 – ротор, виготовлений разом з пластиною, через яку проходить всмоктуване повітря, 3 – ексцентрик, 4 - циліндрична напрямна, 5 –вал, 6 - нагнітальний клапан.

Основною особливістю такого компресора є те, що в ньому розділова пластина жорстко з'єднана з ротором (рис. 12) (за рахунок спільного виготовлення або приварки) і виконується з внутрішнім каналом, через який здійснюється подача усмоктуваного газу в циліндр [1]. Тому ротор виконує не обертальний, а коливальний рух у циліндрі. Пластина ж, крім зворотньо-поступального руху в пазу, змушена робити коливальний рух в межах невеликого кута, обумовленого величиною подвоєного ексцентриситету 2e. Можливість такого руху пластини забезпечується установкою в корпусі циліндра спеціальної циліндричної напрямної 4, що обертається в циліндричному гнізді, і виконана з пазом, у якому ковзає пластина з усмоктувальним каналом. Циліндрична напрямна виготовляється зі спеціального легкого і міцного сплаву, що має добрі антифрикційні властивості як стосовно чавунного циліндра, так і сталевої розділової пластини. Завдяки такій конструкції в цьому компресорі виключається досить небезпечна пара тертя ротаційного компресора з поршнем, що котиться, - ротор-пластина. У результаті виключається знос торця пластини, протечки по цьому сполученню і можливість заклинювання пластини і виходу компресора з ладу. Також істотно знижуються втрати на тертя і потужність тертя компресора, підвищується його довговічність і надійність. Такі компресори часто застосовуються як вакуумнасоси.

Компресори і вакуум-насоси з ротором, що хитається, працюють, як правило, з високими ступенями підвищення тиску і виконуються з водяним охолодженням циліндра.