Объемные воздуходувки и компрессоры
Группа объемных воздуходувно-компрессорных машин более многочисленна, чем динамических. Рассмотрим лишь некоторые из них.
Водокольцевые машины широко используются в системах водопровода и канализации. Они предназначены для создания вакуумметрического (вакуум-насосы) или избыточного (воздуходувки, компрессоры) давления. В качестве рабочей жидкости применяется вода.
Рассмотрим работу водокольцевого вакуум-насоса (рис. 5.4). Ротор 1, представляющий собой цилиндр с радиальными лопатками, эксцентрично расположен в цилиндрическом корпусе 2, который частично заполнен водой. При вращении ротора за счет центробежной силы вода отбрасывается к стенке корпуса, образуя водяное кольцо 3 и серповидную полость 4. Объем рабочих камер, замкнутых втулкой ротора, внутренней поверхностью водяного кольца и лопатками, при вращении pOTqpa изменяется от Vmax до нуля. Рабочие камеры через окна 6 и 5 в боковых крышках сообщаются соответственно со всасывающим и нагнетательным патрубками. Когда камеры сообщаются со всасывающим патрубком по ходу вращения ротора, их объем увеличивается, происходит всасывание перекачиваемой газовой среды. Максимально наполненные камеры замыкаются и по ходу вращения ротора переносятся в область уменьшения их объема, т. е. сжатия и выталкивания. Для обеспечения нормального рабочего процесса в корпус насоса непрерывно должна подаваться вода из сети или циркуляционного бачка. Расход воды должен быть таким, чтобы в верхней части втулки рабочего колеса водяное кольцо касалось ее поверхности, а в нижней части лопатки погружались на некоторую глубину а. При подаче вакуум-насосом 1 м3/мин воздуха расход воды составляет 0,2…0,3 м3/ч.
У компрессора предусмотрен промежуточный отбор сжатого воздуха через патрубок 6 после восьмой ступени. Ротор компрессора вращается на двух подшипниках скользящего трения, которые смазываются жидким минеральным маслом.
Изменение параметров Q и р (регулирование) осевых воздуходувок и компрессоров производится за счет изменения частоты вращения ротора, а в отдельных случаях за счет направляющего аппарата с подвижными лопатками на входе в первую ступень.
Подачу перекачиваемой газовой среды (м3/с) при нормальной работе вакуум-насоса определяют по формуле где Z)p — внешний диаметр ротора, м; а — глубина погружения лопатки, мм; D— диаметр втулки ротора, м; z— число лопаток; 1 — толщина водяного кольца в сечении I—I, м; S — толщина лопатки, мм; п — частота вращения ротора, об/мин; то — объемный КПД: По = 0,7…0,8.
Водокольцевые воздуходувки (компрессоры) отличаются от вакуум-насосов (рис. 5.5) при одинаковых подачах размерами и размещением распределительных окон, что дает возможность несколько уменьшить удельные затраты мощности при работе компрессора.
Водокольцевые машины в соответствии с ГОСТ 20889—80 выпускаются двух типов (В — простого действия; ДВ — двойного действия) и в двух исполнениях (ВН — для работы в качестве вакуум-насоса; К — для работы в качестве компрессора (воздуходувки)). Основные их параметры приведены в табл. 5.1 и 5.2.
Пластинчатые (шиберные) компрессоры по конструкции аналогичны шиберным насосам. На рис. 5.6 показан поперечный и продольный разрезы двухступенчатого пластинчатого компрессора, конструктивно объединенного с охлаждающим устройством.
Табл. 5.1 Основные параметры водокольцевых вакуум-насосов (ГОСТ 20889—80)
|
Типоразмер |
Подача номинальная, м3/мин |
Вакуум при номинальной подаче, %, не менее |
Максимально достигаемый вакуум, %, не менее |
Удельная мощность, кВт/м3/мин, не более |
Масса, кг, не более |
|
ВВН-0,75 |
0,75 |
60 |
85 |
2,8 |
50 |
|
ВВН-1,5 |
1,5 |
70 |
90 |
2,2 |
110 |
|
ВВН-3 |
3 |
70 |
90 |
2 |
120 |
|
ВВН-6 |
6 |
70 |
95 |
2 |
320 |
|
ВВН-12 |
12 |
70 |
95 |
7,7 |
475 |
|
ВВН-25 |
25 |
70 |
95 |
1,7 |
1300 |
|
ВВН-50 |
50 |
70 |
95 |
1,7 |
3000 |
|
ДВВН-100 |
100 |
65 |
85 |
1,8 |
8000 |
|
ДВВН-150 |
150 |
65 |
85 |
1,8 |
1200 |
Табл. 5.2. Основные параметры водокольцевых воздуходувок (компрессоров) (ГОСТ 20889 — 80)
|
Типоразмер |
Подача номинальная, м3/мин |
Конечное давление сжатия при номинальной подаче, МПа, не менее |
Максимально достижимое давление сжатия, МПа, не менее |
Удельная мощность, кВт/м 3/мин |
Масса- кг, не более |
|
В К-0,75 |
0,75 |
0,5 |
_ |
_ |
50 |
|
ВК-1,5 |
1,5 |
0,5 |
1,8 |
2,2 |
НО |
|
ВК-3,0 |
3 |
0,5 |
1,8 |
2,2 |
120 |
|
В К-6 |
6 |
0,5 |
1,8 |
2,2 |
320 |
|
ВК-12 |
12 |
0,5 |
1,8 |
2,2 |
475 |
|
В К-25 |
25 |
0,5 |
1,8 |
2 |
1300 |
|
ВК-50 |
50 |
0,5 |
1,8 |
2 |
3000 |
|
двк-юо |
100 |
0,5 |
1,8 |
2 |
8000 |
|
ДВК-150 |
150 |
0,5 |
1,8 |
2 |
1200 |
Воздух, сжатый в первой ступени, поступает в трубы охладителя, в межтрубном пространстве которого циркулирует охлаждающая вода. Далее охлажденный воздух подводится во вторую ступень и, получив дополнительное сжатие, повторно1 поступает в охладитель, после чего— к потребителю. Кроме холодильника вода циркулирует в охлаждающей рубашке корпуса и крышек компрессора. Для уменьшения потерь энергии на трение концов пластин о корпус в каждой ступени помещают по два свободно вращающихся разгрузочных кольца. К наружной поверхности колец подводится смазочный материал. При вращении ротора пластины с проскальзыванием упираются во вращающиеся разгрузочные кольца. С целью уменьшения сил трения пазы пластин наклонены по отношению к радиусу на 7… 10° в сторону вращения ротора.
Регулирование подачи пластинчатых компрессоров осуществляется изменением частоты вращения ротора (наиболее экономично), дросселированием потока на всасывающей стороне и перепуском части сжатого воздуха из нагнетательного трубопровода во всасывающий.
Пластинчатые компрессоры имеют подачу до 500 м3/мин и давление до 1,5 МПа.
Поршневые компрессоры, как и насосы, по конструктивным признакам представляют собой наиболее многочисленную группу машин.
С целью сокращения числа разновидностей поршневых компрессоров проведена их нормализация. Заводами выпуг скаются компрессоры стандартизированного номенклатурного ряда с унифицированными узлами (поршни, цилиндры, валы, рамы и др.). Это дает возможность выпускать компрессоры с различными параметрами (Q, р) при меньших затратах.
Основным отличием одноступенчатого поршневого компрессора (рис. 5.7) от насоса является наличие камеры охлаждения цилиндра, в которую подается вода. В поршневых компрессорах также не предусматриваются колпаки.
В поршневой ступени в наибольшей степени достигается повышение давления (до е = 7), а следовательно, температура сжатого воздуха будет наибольшей. Поэтому в многоступенчатых компрессорах предусматривается охлаждение воздуха в водяных охладителях после каждой ступени сжатия.
Регулирование подачи одноступенчатых поршневых компрессоров проводится изменением частоты вращения вала компрессора, дросселированием при всасывании, отжиманием пластин всасывающего клапана, изменением объема мертвого пространства, перепуском сжатого воздуха из всасывающего в нагнетательный трубопровод. При регулировании подачи многоступенчатых поршневых компрессоров необходимо изменять подачу всех ступеней одновременно. Если же регулировать подачу только на первой ступени сжатия, автоматически перераспределяется работа между всеми ступенями и температура конца сжатия в нерегулируемых ступенях достигает недопустимых значений.