Ротационные компрессоры

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.

Ротационные (роторные) компрессоры  имеют один или несколько роторов, которые выпускаются и разрабатываются  различных конструкций. Значительное распространение в современной  промышленности получили ротационные  пластинчатые компрессоры, которые  имеют ротор с пазами, в которые  свободно входят рабочие пластины. Принцип работы и устройства ротационного и поршневого компрессоров в основном аналогичны и отличаются только тем, что в поршневом компрессоре  все процессы происходят в определенном месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего потребовалось предусмотреть  рабочие клапаны), а в ротационном  компрессоре всасывание и нагнетание газов осуществляются одновременно, но в совершенно различных местах, разделенных рабочими пластинами ротора.

 

 

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.

Винтовые компрессионные станции были запатентованы в  Германии в  1878 году. Необходимость  разработки экономичного и производительного  компрессора была продиктована растущими  темпами модернизации и требованиями снижения энергозатрат. Первый созданный винтовой компрессор был уже заметно меньше поршневых аналогов и производил при работе значительно меньше шума. В настоящее время стационарный винтовой компрессор широко применялся на производствах, обеспечивая непрерывность технологических процессов, повышая качество и сокращая себестоимость выпускаемой продукции.  Многие предприятия уже отказались от устаревших поршневых компрессоров и их аналогов и перешли на тихий и экономичный компрессор винтовой. Обладая многими преимуществами, этот компрессор отличается ещё и длительным сроком службы (до десяти лет непрерывной работы).

Для экономичного и современного метода производства сжатого воздуха  воздушный компрессор винтовой с  впрыском масла является самым оптимальным. Компрессор винтовой — это герметичная  система, которая к тому же обладает высоким КПД и прекрасной износостойкостью. Это компрессорная установка  компактных размеров, надёжная и функциональная.

 

1. Строение винтового компрессора

Винтовой компрессор представляет собой ротационный компрессор, в  котором сжатие среды достигается  с помощью двух сцепленных между  собой роторов с винтовыми  зубьями. Такие компрессоры —  это один из наиболее эффективных  способов получения сжатого воздуха  на производстве. Следует учесть, что  именно винтовой компрессор обеспечивает прочность, надёжность и высокие  рабочие характеристики компрессорного оборудования.

Компрессоры состоят из корпуса, ведущего и ведомого роторов с  зубчато-винтовыми лопастями. С каждым днем в типовых условиях производства всё более востребованными становятся именно винтовые компрессоры, поскольку для этих условий они являются наиболее выгодными. Применение винтовых компрессоров намного сокращает стоимость обслуживания компрессорного оборудования. Они рассчитаны на постоянный режим работы. Винтовые компрессоры особенно эффективны для больших производств, т.к. позволяют экономить электроэнергию и сокращать затраты на строительно-монтажных работах.

 

Рис. 5. Схема  работы винтового компрессора:

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

 

 

2. Принцип действия винтового процессора

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.

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.

 

3.

Винтовые  компрессоры имеют постоянную величину внутреннего сжатия (πГ). 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 (πВ).

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 πГ:

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

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

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