12.4. Мембранные компрессоры

Мембранные компрессоры – машины объемного действия, в которых изменение объема осуществляется мембраной, совершающей колебательное движение 4. Прогибаясь, мембрана приводит к всасыванию и нагнетанию газа. Мембрана полностью изолирует газ, предотвращая попадание в него масла и воды, поэтому компрессоры данного типа используют в тех случаях, когда требуется получение газа высокой чистоты. Они нашли применение при сжатии кислорода, фтора, хлора и других газов, т.е. там, где необходима полная герметичность полости компрессора.

В мембранных компрессорах происходит интенсивное охлаждение сжимаемого газа вследствие большой поверхности мембраны (иногда для более интенсивного охлаждения под диском дополнительно помещают змеевик, охлаждаемый водой) и малого мертвого пространства, что обеспечивает высокую степень сжатия в одной ступени. Так, в трехступенчатом мембранном компрессоре достигается давление, равное 100 МПа.

Недостатками мембранных компрессоров являются малая частота вращения вала, большие габариты и масса, малая долговечность мембран.

12.5. Роторные компрессоры

В компрессорах этого типа изменение объема осуществляется ротором (роторами), совершающим вращательное движение 4.

В зависимости от конструкции рабочей камеры роторный компрессор может быть пластинчатым, жидкостно-кольцевым, с катающимся ротором, винтовым, шестеренчатым и роторно-поршневым.

Рабочая камера образуется в пластинчатом компрессоре корпусом и эксцентрично расположенным по отношению к нему ротором, имеющим подвижные или гибкие пластины; в жидкостно-кольцевом – кольцом жидкости, корпусом и эксцентрично расположенным по отношению к нему ротором; в винтовом – корпусом и винтообразными роторами, имеющими различные профили зубьев; в шестеренчатом – корпусом и шестеренчатыми роторами, имеющими сопряженные профили.

Винтовые компрессоры могут быть двух типов: сухого сжатия и маслозаполненные. В машинах сухого сжатия газ охлаждается с помощью рубашек в корпусе, а также промежуточного и концевого холодильников. В маслозаполненных компрессорах газ охлаждают впрыскиванием масла или воды в рабочие полости винтов (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Схемы компрессоров: а – роторного пластинчатого: 1 – корпус; 2 – ротор; 3 – пластина; 4 – рубашка; 5, 7 – нагнетательный и всасывающий патрубки; 6 – клапан; 8 – камера сжатия; б – винтового: 1 – корпус; 2 – ведущий винт; 3 – ведомый винт; 4 – упорный подшипник; 5, 6 – опорные подшипники; 7, 8 – синхронизирующие шестерни; 9 – уплотнение; 10 – полость для циркуляции охлаждающей жидкости

12.6. Турбокомпрессоры

В компрессорах этого типа ускорение потока происходит в результате его взаимодействия с вращающейся решеткой лопаток 4.

По направлению потока в меридиональной плоскости колеса компрессоры делятся на радиальные, осевые, диагональные и вихревые. Если в радиальном турбокомпрессоре поток направлен от центра к периферии, его называют центробежным; если от периферии к центру – центростремительным.

В центробежных компрессорах (рис. 12.4) давление газа создается под действием центробежных сил, возникающих во вращающемся газовом потоке. Центробежные машины имеют следующие преимущества по сравнению с поршневыми: газ не загрязняется маслом, так как оно подается только в подшипники; благодаря большой частоте вращения достигается высокая производительность; плавный ход поршня и отсутствие вибраций позволяют сооружать облегченные фундаменты; вследствие равномерной подачи газа отпадает необходимость в ресиверах [4, 5]; принцип компримирования, применяемый в турбокомпрессорах, обусловливает высокую производительность при меньших давлениях нагнетания, чем в поршневых компрессорах.

Рис. 12.4. Схема многоступенчатого центробежного компрессора: 1 – подшипник; 2 – уплотнение; 3 – безлопаточный диффузор; 4 – лопаточный диффузор; 5 – обратный направляющий аппарат; 6 – ротор; 7 – рабочее колесо; 8 – корпус

К недостаткам центробежных компрессоров можно отнести ухудшение технико-экономических показателей при увеличении степени сжатия.

Центробежные компрессоры могут быть с горизонтальным и вертикальным разъемом корпуса и отличаются диапазоном создаваемых давлений: первые являются машинами низкого и среднего давлений и создают давление до 7 МПа при производительности до 10 м³/с; вторые развивают давление до 35 МПа при максимальной подаче 10 м³/с.

Для обеспечения производительности от 25 м³/с и выше наряду с центробежными применяют и осевые компрессоры, принцип действия которых заключается в превращении половины кинетической энергии в энергию давления на лопатках ротора, а остальной половины – на лопатках статора. Ряды лопаток статора служат для увеличения кинетической энергии и давления, а также для направления сжимаемого газа на роторных лопатках. Осевые компрессоры имеют более высокие КПД, меньшую массу и меньшие габариты, чем радиальные.

Контрольные задания

1. Классификация компрессоров.

2. Поршневые компрессоры: конструкции, применение, характеристики.

3. Мембранные компрессоры: конструкции, применение.

4. Роторные компрессоры: конструкции, применение.

5. Турбокомпрессоры: конструкции, применение.

Список литературы

1. http://aquilon.sibinfo.org.

2. http://gornoedelo.narod.ru.

3. http://www.himnk.ru.

4. http://www.ogbus.ru.

5. Храпач Г.Е. Монтаж и ремонт компрессоров. – М.: Химия, 1983. – 300 с.

6. Бакиев А.В. Технология аппаратостроения. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 1995. – 297 с.