Ротационные и спиральные компрессоры

Ротационные компрессоры конструктивно (рис. 4.4.) делятся на два типа: с катящимся поршнем (а) и пластинчатые (б).

а) б)

 

Рис. 4.4 - Типы ротационных компрессоров

 

Ротационные компрессоры лучше уравновешены по сравнению с поршневыми, но у них происходят большие перетечки сжимаемого пара со стороны сжатия на сторону всасывания. Поэтому их применяют в маши­нах, работающих при малых отношениях давлений Р_к/Р₀, – автономных кондиционерах (компрессоры с катящимся поршнем) или в качестве пер­вой ступени (бустер компрессоры) в двухступенчатых холодильных маши­нах (пластинчатые компрессоры), а также в транспортных кондиционерах.

Компрессоры с катящимся поршнем имеют цилиндрический ро­тор, который вращается на эксцентриковом валу, внутри цилиндра. При вращении вала ротор перекатывается по стенке цилиндра в направлении вращения вала, находясь со стенкой цилиндра в постоянном контакте.

В щели стенки цилиндра находится лопасть 1, которая пружиной 2 постоянно прижимается к ротору. При перекатывании ротора по стенке цилиндра лопасть входит и выходит из щели, следуя за ротором и отде­ляя полость всасывания от полости сжатия. Всасывающее и нагнетатель­ное отверстия расположены с разных сторон цилиндра вблизи щели для лопасти. Пар непрерывно проходит через всасывающее и нагнетательное отверстия, за исключением момента, когда ротор закрывает одно из них.

На нагнетательном трубопроводе обычно устанавливают обратный клапан, препятствующий возврату сжатого пара во время остановки компрессора в испаритель. С обеих сторон цилиндра имеются торцевые крышки, в которых крепится вал ротора.

В ротационном пластинчатом компрессоре (рис. 4.4, б) в пазах ротора имеется несколько пластин, устанавливаемых на одинаковом расстоянии. Вал ротора установлен эксцентрично в стальном цилиндре так, что ротор почти касается с одной стороны стенки цилиндра. В этой точке ротор от стенки цилиндра отделяет лишь масляная пленка.

На концах цилиндра установлены торцевые крышки, которые служат опорами для вала ротора. Пластины в пазах ротора движутся под действи­ем центробежных сил радиально. В ряде конструкций, показанных на рис. 4.4, б, под пластинами пружины отсутствуют, и контакт между пластина­ми с цилиндром осуществляется только за счет центробежных сил.

Пар поступает в цилиндр через отверстие в стенке в полость между соседними вращающимися пластинами и сжимается при уменьшении объема полости от точки с максимальным зазором между ротором и ци­линдром до точки с минимальным зазором. Таким образом, в ротацион­ных компрессорах так же, как и в винтовых, имеется внутренняя (геомет­рическая) степень сжатия p, определяемая отношением объемов полос­тей в начале и в конце сжатия.

Как и в компрессоре с катящимся поршнем, ротационный пластин­чатый компрессор должен иметь обратный клапан на нагнетательном трубопроводе.

Наличие у ротационных компрессоров внутренней конструктивной (геометрической) степени сжатия вызывает повышенные энергозатраты при их использовании по сравнению с поршневыми компрессорами. Однако они менее подвержены вибрации, более быстроходны, имеют меньшие габариты, почти отсутствует пульсация нагнетаемого пара.

Выпускавшиеся ранее Рижским заводом «Компрессор» ротационные компрессоры с катящимся поршнем использовали для охладителей газиро­ванной воды и других напитков. Это были герметичные компрессоры ма­лой холодопроизводительности (до 1 кВт). Пластинчатые ротационные компрессоры средней производительности использовали в качестве бустер компрессоров в аммиачных двухступенчатых машинах. Однако они оказа­лись малонадежными и в настоящее время не применяются.

Спиральные компрессоры также относятся к компрессорам объем­ного сжатия. Они наиболее «молодые», их начали применять за рубе­жом в 80-х годах XX века. В настоящее время их используют в ма­шинах малой и средней производительности.

Спиральные компрессоры могут быть маслозаполненные и с впры­ском холодильного агента, а также сухого сжатия.

В зависимости от вида хладагента и производительности, они мо­гут быть герметичными, бессальниковыми и сальниковыми.

Различают два типа спиралей: эвольвентные и спирали Архимеда. Расположение вала может быть горизонтальным и вертикальным.

Основными достоинствами спиральных компрессоров являются [8]:

• высокая энергетическая эффективность, их эффективный КПД достигает 80–86%;

• высокая надежность и долговечность;

• хорошая уравновешенность и низкий уровень шума;

• высокая быстроходность (число оборотов вала компрессора дости­гает 13000 об/мин);

• отсутствие мертвого объема, незначительные перетекания, отсут­ствие контакта всасываемого пара с горячими деталями компрес­сора, высокий коэффициент подачи;

• отсутствие всасывающих, а часто, и нагнетательных клапанов.

Все это дает следующие преимущества перед поршневыми ком­прессорами той же производительности:

• более высокий холодильный коэффициент (на 10–15%);

• более высокий коэффициент подачи (на 20–30%);

• меньшие размеры (на 30–40%) и меньшую массу на (15–18%). К недостаткам следует отнести:

• необходимость производства новых для машиностроения деталей-спиралей, для которых необходимы специальные станки, более высо­кий технологический уровень и высокая организация производства;

• более сложный расчет, с учетом сложной системы действующих сил – осевых, тангенциальных, центробежных.