разное

Ротационные компрессоры

В холодильной и теплонасосной технике наибольшее рас­пространение получили два типа ротационных компрессоров:

• пластинчатые с вращающимся ротором (рис.8.18) - ось ротора фиксирована относительно оси цилиндра;

• с катящимся ротором (рис.8.19) - ось ротора вращается вокруг оси цилиндра, и ротор при этом обкатывает цилиндр.

Области применения ротационных компрессоров зависят от их производительности и типа компрессора:

• компрессоры большой производительности (пластинчатые с вращающимся ротором) применяют в качестве бустер-компрессоров в агрегатах двухступенчатого сжатия;

• малые ротационные компрессоры (с катящимся ротором) ис­пользуются в бытовой холодильной (теплонасосной) технике, торго­вых прилавках, витринах, шкафах, транспортных кондиционерах.

Схема пластинчатого ротационного компрессора изображена на рис.8.18. В цилиндрическом корпусе 1 эксцентрично расположен ротор 3 с пластинами (лопастями) 2, свободно вставленными в пазы. Оси цилиндра и ротора неподвижны и смещены на величину эксцентриситета е.

При вращении ротора под действием центробежной силы пластины выдвигаются из пазов и скользят по внутренней поверх­ности цилиндра. По мере уменьшения зазора между ротором и цилиндром пластины задвигаются в пазы, и в точке касания ротора и цилиндра пластина оказывается полностью утопленной в пазу ротора.

Количество пластин в ротационных пластинчатых комп­рессорах колеблется от 4 до 30; меньшее количество соответствует малым компрессорам, большее - крупным. В любом ротационном компрессоре отсутствует всасывающий клапан, а во много пластинча-

Том ротационном - и нагнетательный. Конечное давление сжатия рабочего вещества не зависит от давления в нагнетательном патрубке компрессора, а определяется только отношением объемов рабочей полости в начале и конце сжатия.

К основным конструктивным параметрам пластинчатого компрессора относят: R - радиус цилиндра; г - радиус ротора; е - R - г - эксцентриситет; I - длину ротора; А - высоту пластины.

Считая, что сжатие в компрессоре политропное, определим давление конца сжатия рнаг при известном давлении всасывания Рвс-Ро• В соответствии с уравнением политропы

РсУ" = Риаг^2 (8-47)

Отсюда

РНаг=Ро^=РоЄП - (8-48)

Отношение объемов называют геометрической сте­

Пенью сжатия ротационного пластинчатого компрессора.

За один оборот ротора в каждой рабочей иолости, образо­ванной соседними пластинами, осуществляется рабочий процесс: всасывание, сжатие, нагнетание.

Максимальный объем всасываемого рабочего вещества (объем серповидной полости) равен

(8.49)

Теоретическая объемная производительность пластинчатого компрессора определяется следующим образом. За один оборот ротора в рабочую полость при всасывании поступает рабочее вещество в объеме Vj. Суммарный объем, поступающий в компрессор, за единицу времени составит

Vk=Vrz-n9

Где z - число лопаток (число полостей ) и п - частота вращения вала.

Действительная объемная производительность У^, по аналогии с поршневым компрессором, связана с теоретической производитель­ностью Vh коэффициентом подачи компрессора {A) Vd=Vh-А.

Для анализа ротационного компрессора (как компрессора объемного сжатия) коэффициент подачи А можно представить произ­ведением частных коэффициентов - ур. (8.28), при этом следует учесть:

• в конструкции пластинчатого компрессора «мертвое прост­ранство» значительно меньше, чем в поршневом;

• в пластинчатом компрессоре отсутствует всасывающий кла­пан, поэтому для ротационного компрессора

• в пластинчатом ротационном компрессоре при равной объем­ной производительности с поршневым, площадь боковой поверхности рабочей полости больше, поэтому влияние теплообмена рабочего вещества со стенкой выражено более сильно, т. е. Хдр (для РК) < Хдр (для ПК);

• количественная оценка утечек и перетечек рабочего веще-ства в ротационном компрессоре составляет 2...4%, поэтому Хпл (для РК) <1 (для сравнения Хт (для ПК) ~1).

В целом значение коэффициента подачи пластинчатого ком­прессора выше, чем значение коэффициента подачи поршневого компрессора и, по экспериментальным данным различных заводов - изготовителей, колеблется в диапазоне А = 0,55 ... 0,85.

Для проведения расчетов коэффициент подачи может быть определен в первом приближении как

Л = 1-а(8.51) Ро

Где а - эмпирический коэффициент, зависящий от конструкции и размеров компрессора, например, а=0,05 - для крупных компрес­соров; а-0,1 - для малых компрессоров.

Негативное влияние на КПД ротационного пластинчатого компрессора оказывают следующие факторы:

• фиксированная геометрическая степень сжатия;

• вредный теплообмен рабочего вещества со стенками рабочей полости;

• перетечки рабочего вещества;

• трение пластин и ротора.

Для повышения Л в рабочий объем ротационного пластин­чатого компрессора подают смазочное масло. Оно способствует уменьшению трения, охлаждению стенок рабочей полости, уменьше­нию температуры конца сжатия и перетечек.

Поскольку для конкретного компрессора e=const, то при po=const и pHa2=const, то есть конечное давление сжатия рнаг не зависит от давления в нагнетательном патрубке компрессора, а определяется только отношением объемов камер в начале и в конце сжатия. Эта зависимость - главная характеристика рабочего процесса в пластин­чатом компрессоре.

При работе компрессора возможны три случая: рк~Рнаг Рк<Ршг'> Рк>Рнаг На рис.8.20 изображены три индикаторных диаг­раммы, описывающие рабочий процесс в соответствии с указанными условиями.

Случай Рк-Рнаг соответствует ротационному пластинчатому компрессору, который энергетически эквивалентен поршневому компрессору с нагнетательным клапаном.

Случай рк<Рнаг• В точке 2 (рис.8.20б) рабочая полость соеди­няется с окном нагнетания, где давление рабочего вещества меньше. Происходит мгновенное выравнивание давлений при постоянном объеме V2, и давление падает от р до рк. Процесс выравнивания давления называют «выхлопом» или расширением, за ним следует нагнетание. Заштрихованная площадка эквивалентна перерасходу ра­боты в пластинчатом ротационном компрессоре по сравнению с поршневым.

Рис.8.20. Три возможных варианта индикаторной диаграммы работы действительного пластинчатого ротационного компрессора: а) Рк-Р нагі б) Рк<Рнаг', 0)рК>рнаг

Случай рк>рнаг В точке 2 (рис.8.20в) рабочая полость соединяется с окном нагнетания, где давление рабочего вещества рк больше. Возникает обратное движение рабочего вещества из нагнета­тельной полости в рабочую. Происходит мгновенное выравнивание давлений при постоянном объеме V2, и затем следует нагнетание. В этом случае процесс выравнивания объема называют «наддувом» или внешним сжатием. Заштрихованная площадка эквивалентна перерас­ходу работы в ротационном пластинчатом компрессоре по сравнению с поршневым.

На основании изложенного можно сделать вывод, что ротационным пластинчатым компрессорам без нагнетательного клапана свойственны специфические энергетические потери, снижаю­щие КПД компрессора.

Рассмотрим преимущества и недостатки пластинчатых рота­ционных компрессоров по сравнению с поршневыми. К преиму­ществам относятся: простота конструкции; низкая стоимость; просто­та обслуживания и ремонта; высокая эксплутационная надежность и большой ресурс работы; компактность; хорошая уравновешенность; стабильность характеристик. Недостатки заключаются в: необходи­мости высокой точности изготовления и обработки соприкасающихся поверхностей для уменьшения перетечек; существующих малых перепадах давлений между всасыванием и нагнетанием; относительно больших потерях на трение; повышенном уровне шума.

Схема ротационного компрессора с катящимся ротором изоб­ражена на рис.8.196. В этом типе ротационных компрессоров ось цилиндра 1 неподвижна, а ось ротора 2 описывает вокруг нее окруж­ность, радиус которой равен эксцентриситету вала е. В пазу цилиндра
размещена одна лопасть 5, которая постоянно касается ротора, благо­даря пружине 6. Лопасть разделяет полость цилиндра на две части.

Цилиндр имеет два отверстия:

• всасывающее 4, соединенное со всасывающим патрубком;

• нагнетательное, закрытое нагнетательным клапаном 7 и подсоединенное к нагнетательному патрубку.

Как только некоторая условная точка ротора пройдет всасы­вающее отверстие, в цилиндре образуются две полости объемами Vj и У2, разделенные лопастью. При заданном направлении вращения вала объем V] увеличивается, а объем У2 уменьшается. Объем Vj соединен со всасывающим патрубком, и нем происходит всасывание. Объем У2 уменьшается, т. е. в нем происходит сжатие рабочего вещества, пока нагнетательный клапан закрыт. Когда давление в объеме У2 становит­ся больше рк, открывается самодействующий нагнетательный клапан (подобно поршневому компрессору) и происходит нагнетание.

Наличие нагнетательного клапана приводит к тому, что в компрессоре с катящимся ротором отсутствует фиксированная геометрическая степень сжатия. Давление нагнетания рнаг всегда выше рк на величину депрессии в нагнетательном клапане. Мертвое пространство в этом типе компрессоров настолько мало, что им зачастую пренебрегают, поэтому точка 4 (начало всасывания) лежит на оси ординат (например, рис.8.20а).

Процессы всасывания, сжатия и нагнетания в ротационном компрессоре с катящимся ротором происходят не за один оборот вала, а за два, поэтому скорости всасывания и сжатия здесь, примерно, вдвое меньше, чем в поршневом компрессоре.

Теоретический цикл и тепловой расчет холодильной машины с поршневым или ротационным компрессором одинаковы. Причины, вызывающие объемные и энергетические потери в компрессоре с катящимся ротором, в основном, те же, что и в поршневом, поэтому для их оценки используют такие же объемные и энергетические коэффициенты. Коэффициент подачи Л определяют в соответствии с ур.(8.51) как для ротационного пластинчатого компрессора.

Особенностью расчета ротационного компрессора является более сложная зависимость теоретической объемной производи­тельности Уи от угла поворота вала.

Рассмотрим преимущества и недостатки ротационного ком­прессора с катящимся ротором. Преимущества: малые массо-габарит­ные характеристики по сравнению с поршневым компрессором при одинаковой холодопроизводительности Qo; практически полное отсутствие мертвого пространства; хорошая уравновешенность; простота конструкции; бесшумность.

К недостаткам следует отнести высокую стоимость изго­товления ротационных компрессоров, вызванную необходимостью высокой точности обработки смежных деталей и узлов, а также тщательным подбором конструкционных материалов.