Ротационные компрессоры

Согласно классификации (рис. 1) ротационные компрессоры бывают с катящимся ротором, с вращающимся ротором (пластинчатые), спиральные и роторно-поршневые.

3.1 Ротационный компрессор с катящимся ротором

Работа компрессора с катящимся ротором состоит в следующем. В положении катящегося ротора (рис. 7, а) цилиндр имеет одну полость, заполненную холодильным агентом.

Рисунок 7 – Принцип работы ротационного компрессора

При вращении эксцентрикового вала компрессора объем холодильного агента в серповидном пространстве уменьшается
(рис. 7, б), холодильный агент сжимается, повышаются его температура и давление.

При дальнейшем перемещении ротора (рис. 7, в) давление холодильного агента в нагнетательной полости повышается, открывается нагнетательный клапан и пары холодильного агента начинают поступать в конденсатор. Одновременно со сжатием происходит заполнение всасывающей полости компрессора паром. Всасывающий клапан в компрессоре отсутствует, поскольку ротор, перемещаясь по поверхности цилиндра, перекрывает всасывающее отверстие.

Последующее движение ротора (рис. 7, г) завершает процесс сжатия, холодильный агент поступает в полость всасывания.

Сравнительно с поршневыми компрессорами герметичные ротационные компрессоры имеют ряд преимуществ:

ü они имеют меньшие габариты и массу;

ü в них отсутствует всасывающий клапан, что повышает надежность компрессора;

ü компрессор имеет хорошую уравновешенность, поскольку нет линейного перемещения поршня;

ü небольшое количество движущихся частей снижает износ, повышает надежность, упрощает техническое обслуживание.

Эксплуатационные качества компрессора заключены в особенностях его конструкции. Серповидные объемы компрессора образованы, с одной стороны, контактом ротора с поверхностью разделительной лопасти, с другой – контактом ротора с поверхностью цилиндра. Геометрически этот контакт происходит по линии, разделяющей полости нагнетания и всасывания (при давлении кипения и конденсации).

Контакт ротора и цилиндра должен быть таким, чтобы предотвратить перетекание холодильного агента из полости нагнетания в полость всасывания. Это возможно при качественной обработке поверхности ротора и цилиндра, исключающей любые зазоры между ними. Именно в этом заключается одна из эксплуатационных особенностей компрессора.

При загрязнении конденсатора холодильной машины уменьшается площадь поверхности теплообмена конденсатора и ротор компрессора нагревается, переходя порог, ограничивающий величину его теплового расширения.

Следствием этого могут быть царапины на поверхности ротора и цилиндра, в худшем случае может наблюдаться «заклинивание» ротора, т. е. остановка его вращения.

Для торгового холодильного оборудования и системы кондиционирования воздуха герметичные ротационные компрессоры выпускаются холодопроизводительностью от 0,3 до 1,3 кВт.

3.2 Ротационный компрессор с вращающимся ротором

В компрессоре с вращающимся ротором (пластинчатом) эксцентрично расположенный в цилиндре ротор вращается вокруг своей оси (рис. 8). В роторе сделаны радиальные или наклонные прорези, в которых размещены скользящие (во время вращения ротора) пластины, прижимаемые к поверхности цилиндра при вращении ротора действием центробежной силы. Благодаря наличию пластин обеспечиваются всасывание и сжатие пара. Эти компрессоры характеризуются легкостью пуска, так как пластины занимают рабочее положение лишь после достижения ротором определенной частоты вращения.

Рисунок 8 – Схема компрессора с вращающимся ротором

1 – ротор; 2 – пластины; 3 – водяная рубашка; 4 - корпус

При одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения объемная производительность компрессоров с вращающимся ротором более чем в 2 раза выше объемной производительности компрессоров с катящимся ротором.

Пластинчатые ротационные компрессоры удобны, когда требуется перемещать большие объемы пара при умеренных отношениях давлений нагнетания и всасывания. Нередко их используют в качестве поджимающих компрессоров в низкотемпературных установках. Ротационные компрессоры надежны в эксплуатации и просты в обслуживании вследствие небольшого числа движущихся частей, отсутствия всасывающих клапанов, более спокойной работы при влажном ходе.

4 СПИРАЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Концепция создания холодильного компрессора спирального типа запатентована в 1905 г. французским инженером Леоном Креусом (Leon Creux). Однако в силу высоких технологических требований к изготовлению компрессора спиральные компрессоры стали создаваться лишь при внедрении в металлообработку станков с числовым программным управлением.

Спиральный компрессор состоит из двух спиралей – неподвижной (слева) и подвижной (рис. 9).

Одна из спиралей, связанная с эксцентриковым валом, совершает плоскопараллельное орбитальное движение. Вторая спираль закреплена неподвижно относительно корпуса компрессора. В процессе работы места контакта подвижной спирали перемещаются по профилю неподвижной спирали против часовой стрелки. Образующиеся при этом замкнутые серповидные полости концентрически перемещаются от периферии к центру.

Рисунок 9 – Рабочие органы спиральных компрессоров

В начальный момент (рис. 10, а), когда полость еще не замкнута, в нее свободно входит всасываемый пар. В дальнейшем пар перемещается к центру (рис. 10, б, в), испытывая повышение давления и температуры из-за уменьшения объема полости, и в конце процесса сжатия (рис. 10, г) через нагнетательное отверстие в центре выводится из компрессора.

Рисунок 10 – Принцип работы спирального компрессора

Количество движущихся частей спирального компрессора сравнительно с поршневым компрессором снижено на 80%.

Движущаяся спираль совершает плавное движение, так как она хорошо сбалансирована. Поэтому движение потока на всасывании и нагнетании имеет непрерывный характер, что обеспечивает практически бесшумную работу компрессора. Он в 8 раз «тише», чем поршневой аналог.

Спиральный компрессор не боится «влажного хода», а равным образом и механических примесей. Пуск компрессора происходит без нагрузки, поэтому не требует специального вспомогательного пускового устройства.

Спиральные компрессоры имеют наименьший процент отказов по сравнению с компрессорами любых других типов, в силу чего их по праву считают «вечными».

В целом достоинства спиральных компрессоров перед герметичными или бессальниковыми поршневыми аналогами можно отразить в виде перечня следующих качеств:

ü высокая надежность и повышенный срок службы благодаря небольшому количеству деталей, участвующих в процессе сжатия хладагента;

ü крайне низкий уровень шума вследствие отсутствия клапанов и возвратно поступательного движения деталей;

ü крайне малая вибрация вследствие плавного, непрерывного сжатия;

ü очень высокий коэффициент подачи из-за отсутствия «мертвого пространства»;

ü стабильность работы компрессора при работе «влажным ходом» и попадании в зону сжатия механических примесей;

ü малый пусковой момент и пусковые токи. Для однофазных моделей нет необходимости в пусковом оборудовании;

ü компактность и малая масса.

Спиральные компрессоры используются в холодильных машинах малой и средней холодопроизводительности. Они могут быть в герметичном исполнении, бессальниковыми и сальниковыми.

Стоимость спиральных компрессоров сопоставима со стоимостью поршневых компрессоров.

Относительным недостатком компрессора является необходимость его изготовления на высокоточных станках с ЧПУ, поскольку спиральный компрессор – это техническая конструкция очень высокого технологического уровня и организации производства.

5 ВИНТОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Винтовые компрессоры – компрессоры объемного типа, в которых сжатие холодильного агента осуществляется за счет уменьшения замкнутого объема рабочей полости между ведущим и ведомым винтами и корпусом компрессора (рис. 11).

Пар в полости всасывания движется в осевом и радиальном направлениях (рис. 12). Сжатие пара продолжается до тех пор, пока полость между выступом и впадиной не достигнет нагнетательного окна в цилиндре.

Рисунок 11 – Рабочие органы винтового компрессора

1 – ведущий винт; 2 – ведомый винт; 3 – синхронизирующая передача

Рисунок 12 – Принцип работы винтового компрессора

Общий вид винтового компрессора в сборе представлен на рис. 13.

Рисунок 13 –Винтовой холодильный компрессор

1 – камера всасывания; 2 – корпус; 3 – задняя крышка; 4 – ведомый ротор;

5 – ведущий ротор; 6, 7 – подшипники роторов компрессора

К достоинствам этого типа компрессора относят возможность плавного регулирования холодопроизводительности, возможность работы практически на любом холодильном агенте при высокой степени сжатия и в широком температурном диапазоне кипения, прежде всего низкотемпературном диапазоне кипения, и, соответственно, при низкой температуре воздуха в охлаждаемом объеме.

Недостатком компрессора является необходимость создания системы смазки роторов, которая ко всему прочему обеспечивает охлаждение роторов, предотвращает перегрев компрессора, уплотняет рабочие зазоры между роторами. Однако применение масляного охлаждения роторов порождает необходимость применения надежных и эффективных систем отделения масла от холодильного агента (маслоотделителей), поскольку при работе компрессора масло в него впрыскивается в большом количестве. При отсутствии маслоотделителя масло может быть унесено в конденсатор.

Все это недостатки, несмотря на очевидные достоинства компрессора, ограничивают его применение в торговом холодильном оборудовании.

Компрессоры подобного типа применяют в основном в холодильных машинах большой холодопроизводительности.

6 ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Компрессоры этого типа используют для достижения большой холодопроизводительности в установках химической промышленности или системах кондиционирования зданий и зрелищных сооружений.

Центробежные компрессоры конструктивно выполняются из сборки роторов, насаженных на один вал (рис. 14). Каждый ротор помещается в отдельной полости, выполняя функцию отдельной ступени сжатия.

Холодильный агент последовательно переталкивается из одной полости в другую, С→ с возрастающим давлением, равным на выходе давлению конденсации.

Парообразный холодильный агент, сжимаемый в компрессоре, практически не содержит масла. Отсутствие масла на внутренних поверхностях конденсатора и испарителя улучшает процесс теплопередачи в теплообменных аппаратах.

Рисунок 14 – Устройство центробежного компрессора

1 – рабочее колесо; 2 – диффузор; 3 – всасывающий патрубок;
4 – нагнетательный патрубок; С, D, E, F, G – направляющие аппараты;

I. II. III. IV. V – ступени сжатия холодильного агента

Центробежные компрессоры являются уравновешенными, однако они предназначены для работы при большой частоте вращения ротора (от 6 000 до 25 000 об/мин).

Данный тип компрессоров эффективен в холодильных установках большой холодопроизводительности, от 900 до 10 000 кВт.

Контрольные вопросы