Главная \ Информация \ Устройство и рабочий процесс винтового компрессора

Устройство и рабочий процесс винтового компрессора

Устройство и рабочий процесс винтового компрессора
Витовой компресор   Рабочими органами винтового компрессора являются роторы с нарезанными на них винтовыми зубьями, количество роторов от одного до трех. Наибольшее распространение получили двухроторные машины. Роторы вращаются в корпусе, выполняющем роль цилиндра (рис. 3.32).
  Роторы современных винтовых компрессоров представляют собой косозубые шестерни с малым числом зубьев специального профиля. Каждая пара зубьев образует винтовой канал, заполняемый газом. Ротор, называемый ведущим, имеет выпуклые, широкие зубья и чаще всего соединен с двигателем. Ведомый ротор имеет зубья вогнутые и тонкие.
   Расточки корпуса под роторы пересекаются между собой, образуя в поперечном сечении фигуру в видевосьмерки.По диагонали эти полости соединены с камерами всасывания и нагнетания через специальныевсасывающие и нагнетательные полости (окна).
   По диагонали эти полости соединены с камерами всасывания и нагнетания через специальныевсасывающие и нагнетательные полости (окна). Окно всасывания имеет форму кольцевого сектора и рас-положено с торца винтов, окно нагнетания располагается сбоку или с торца винтов. В области сжатиягаза окружные скорости винтов направлены навстречу друг другу и зубья винтов сходятся. С противо-положной стороны под винтами окружные скорости направлены друг от друга и зубья винтов расходятся,благодаря чему происходит всасывание газа (область всасывания). Газ проходит последовательновсе фазы процесса компрессора. При этом полости с газом находятся на различной стадии сжатия. Профильзубьев винтов должен обеспечить герметичность в сечениях, нормальных к осям роторов и в осевом на-правлении, а также герметичность компрессора по вершинам зубьев и с торцов роторов.Объем впадин между зубьями ведущего и ведомого роторов называется парной полостью.
 Рабочий процесс винтового компрессора состоит из четырех фаз:
1.Всасывания.
2.Переноса.
3.Сжатия.
4.Нагнетания.
(см. рис. 1.18).
  При вращении винтов на стороне выхода зубьев из зацепления постепенно, начиная от торца всасывания, освобождаются впадины между зубьями. Эти полости благодаря создаваемому в них разрежениюзаполняются газом, поступающим из камеры всасывания. С поворотом роторов заполненное про-странство увеличивается до тех пор, пока с торцевой стороны, где расположена камера нагнетания, зубьяне выйдут из зацепления полностью. На этом этап всасывания заканчивается.  При дальнейшем повороте роторов полость между зубьями перейдет через кромку всасывающегоокна, ее соединение с этим окном прекращается, газ оказывается в изолированной полости и без изме-нения замкнутого объема парной полости переместится на некоторый угол (перенос) и затем начнется сжатие.
 Процесс работы винтового компрессора
   С торцевой стороны всасывающего окна в пространство между зубьями начинает проникать зуб ро-тора. С поворотом роторов линия зацепления зубьев перемещается к торцевой стороне нагнетательногоокна. Уменьшение объема парной полости приведет к росту давления, которое будет продолжаться до техпор, пока полость сжатия не соединится с окном нагнетания. В этот момент процесс внутреннего сжатиязаканчивается.
   При сообщении полости сжатия с нагнетательным окном дальнейшее вращение приводит к выталки-ванию сжатого газа в нагнетательный патрубок. Повышение давления газа в винтовом компрессоре зависит от размеров окна нагнетания: с уменьшением его внутреннее сжатие будет увеличиваться.  Винтовые компрессоры делятся на две группы:  машины сухого и мокрого сжатия (маслозаполнен-ные).  Винтовые компрессоры сухого сжатия подают сухой газ, не содержащий масла. Винты вращаются вкорпусе без контактов, отсутствует и взаимный контакт роторов, что обеспечивается парой зубчатых ко-лес, синхронизирующих вращение роторов и устанавливающих междуними требуемый зазор. Охлаждение таких машин осуществляется через водяные полости в отливке корпуса.Значительное развитие и расширение области применения винтовых компрессоров связано с появ-лением маслозаполненного компрессора.
   Впрыск масла в рабочее пространство позволил получить отношение давлений до 10—15 в одно-ступенчатой машине против 4—5 в компрессоре сухого сжатия. Зазоры в маслозаполненном ком-прессоре в 2 раза меньше, чем в компрессоре сухого сжатия, в связи с менее напряженным температур-ным режимом. Кроме того, масло, заполняя зазоры, способствует уменьшению внутренних перетечек. Частота вращения роторов маслозаполненного компрессора ниже компрессора сухого трения, поэто-му опорами роторов могут быть подшипники качения или скольжения. Осевые силы, действующие на ро-торы, частично уравновешиваются специальными поршнями, частично воспринимаются упорными подшип-никами. Упрощается конструкция концевых уплотнений, поскольку уплотнение осуществляется тем жемаслом, которое подается в рабочую полость, а также в подшипниковые камеры для смазки.
   В результате подачи масла в рабочую полость винтового компрессора:
1.Повышается производительность(за счет уменьшения внутренних перетечек);
2.Упрощается конструкция компрессора, возможно непосредственное соприкосновение зубьев роторов;
3.Отпадает необходимость в синхронизирующих шестернях;
4.Увеличивается отношение давлений в ступени;
5.Повышается энергетическая эффективность, надежность и долговечность;
   Маслозаполненные винтовые компрессоры не нуждаются в глушителях из-за снижения уровня шумаблагодаря низким окружным скоростям, поглощения звуковых волн маслом, а также потому, что рольглушителя на нагнетании выполняют маслоотделитель и маслосборник. Снижение температурного пе-репада уменьшает тепловые деформации его деталей. Необходимо, однако, отметить, что маслосистема увеличивает габариты компрессорной установки и ее стоимость и усложняет эксплуатацию. Масляная смазка положительно влияет на эксплуатационные качества винтовых компрессоров. Однако использование минеральных масел приводит к загрязнению газа парами масел. Поэтому промышленностью разработаны водозаполненные винтовые компрессоры, в которых роль смазки и уплотнителя зазоров играет чистая, не содержащая агрессивных примесей вода. Зацепление называется герметичным, если при изготовлении вин-тов и корпуса создаются полностью изолированные друг от друга полости всасывания и нагнетания.   
   Герметичность зависит от особенностей профилей, по которым очерчены зубья. В реальном сухом
компрессоре между винтами и корпусом и между самими винтами должны быть зазоры. Зазоры вы-бираются минимальными, но достаточными для безопасной работы машины. Влияние на герметичность зацеп-ления, на экономичность, на массовые и габаритные показатели компрессора оказывает профиль зубьев.Зацепление должно обеспечивать герметичность между областями нагнетания и всасывания, герметичность между парными полостями газа, т. е. в осевом направлении. Основные геометрические характеристики винтового зацепления: длина линии контакта, величина треугольной щели, защемленный объеми площадь впадин между зубьями роторов.
   Линией контакта называется линия соприкосновения сопряженных
профилей зубьев. В маслозаполненном компрессоре может быть непосредственный контакт между зубья-ми. В сухих машинах линия контакта— это линия сопряжения. Через зазоры по линии контакта про-исходит утечка газа из полостей с повышенным давлением в полости с пониженным давлением. Защемленный объем — это часть объема парной полости газа, заключенная между торцом расточки кор-пуса со стороны нагнетания и линией контакта сопряженных зубьев, которая с определенного моментаизолируется в самостоятельный замкнутый объем. В защемленном объеме происходит сжатие газа. Чем больше защемленный объем, тем больше внутренние потери в компрессоре и ниже его КПД.Треугольная щель образуется между гребнем расточки корпуса и верхней точкой линии контакта вин-тов; она соединяет соседние полости, находящиеся под разным давлением, и снижает КПД компрессора.
  
Площадь впадин между зубьями роторов определяет при прочих равных условиях объем парной полости и, следовательно, теоретическую производительность компрессора.   
  Профилем зуба называется кривая, очерчивающая поверхность зуба в плоскости, нормальной оси вращения.
В зависимости от того, симметричны ли боковые поверхности зуба относительно радиальной линии,проведенной в его вершину, все профили делятся на симметричные и асимметричные. Профиль задаетсяв торцевом сечении, нормальном к оси вращения, что позволяет получить уравнение винтовой поверхности зуба как результат винтового движения профиля. Профили ведущего и ведомого винтов являются сопряженными, т.е. образованы взаимоогибаемыми кривыми. При профилировании, решая задачу зацепления, находят уравне-ние сопряженного профиля по выбранному профилю одного из зубьев, определяют линию зацепления,а также линию контакта винтов. Огибаемый и огибающий профили должны удовлетворять теореме зацепления и обеспечивать минимальную длину линии контакта без разрывов, петель и точек возврата, минимальную площадь треугольной щели и защемленный объем
   В качестве профилей зубьев применяются:
1.
Циклоидные профили—применение циклоидного профиля хотя бы для одной половины профиля отно-сительно радиальной оси может в принципе обеспечить выполнение второго требования осевую гермитичность. (рис. 3.33)2.Окружные профили, в том числе частный случай с центром профильной окружности на начальной окружности винта — цевочный профиль (рис. 3.34)
3.
Эллиптический профиль с расположением большей оси эллипса в радиальном или перпендикулярномк нему направлении.
4.Асимметричные профили, позволяющие усилить в желаемом направлении то или иное свойство вин-тового' компрессора (рис. 3.35).
Гипоциклонный профиль винтов Симметричный профиль зубьев с одинаковыми геометрическими параметрами винтов
Асимметричный профиль, образованный состыкованными участками дуг
   Зацепления сопряженных профилей не позволяют, к сожалению, ограничиться однородной аналитической кривой для боковых участков профиля. Профили зубьев винтовых компрессоров представляют собойкомбинацию различных профилей. Профили получили название по основному участку, определяющемусвойства зацепления. Необходимо отметить, что важен профиль всего контура зуба, а не только его основ-ных ветвей. Для устранения недостатков профилей во многих случаях проводится корригирование. Обычно в винтовых компрессорах зубья ведомого имеют малые головки, а  зубья ведущего малые ножки.