Объемные компрессоры

Объемные компрессоры построены на прин­ципе сжатия газа в рабочих камерах с помощью вытеснителей. Если вытеснители совершают только поступательное движение, то такие компрессоры называют возвратно-поступательными или поршневыми.

В промышленных компрессорных установках распространение получили пластинчатые роторные компрессоры, схема которых представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Схема пластинчатого роторного компрессора

1 – ротор, 2 – статор, 3 - пластина

Внешний двигатель вращает ротор, ось которого смещена относительно оси полости в статоре корпуса. Рабочие камеры компрессора образуются поверхностью ротора, стенками корпуса и пластинами (на схеме условно показана одна пластина), которые свободно перемещаются в пазах ротора и центробежной силой прижимаются к корпусу компрессора. За счет эксцентриситета при вращении ротора происходит изменение объема рабочих камер. Между стенками корпуса циркулирует охлаждающая жидкость, обеспечивающая отвод тепла, выделяемого в процессе работы компрессора.

Роторный компрессор

Вакуумные устройства

Общие сведения

Вакуумом называется состояние газа при давлении меньше атмосферного. Слово «вакуум» происходитот латинского слова vacuum, что означает «пустота». Это понятие в технике применяется к газу в замкнутом или отка­чиваемом объеме. Вакуум широко используется во многих технологических процессах, начиная от функций захвата объектов для их переноса до улучшения качества литья изделий.

Степень вакуума опреде­ляют, измеряя величину давления остаточных газов. Физической характеристикой вакуума является соотношение между длиной свободного пробега молекул газа и размером d, характер­ным для каждого конкретного про­цесса или прибора, например, расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода или рас­стояние между электродами электро­вакуумного прибора. Величина равна отношению средней скорости молекулы к числу столкновений, испытываемых ею за единицу времени. Её можно выразить через радиус моле­кулы r п число молекул п в единице объёма как

= 0,056/ r ² п.

В зависимости от величины отно­шения /d различают:

· низкий вакуум - /d << 1,

· средний вакуум - /d ~ 1,

· высо­кий вакуум - /d >> 1.

Вакуумные насосы

Вакуумным насосом называется устройство для удаления газов и паров из замк­нутого объёма с целью получения ва­куума. Вакуумные насосы делятся на проточные, которые удаляют газ из откачиваемого объёма наружу, и сорбционные, свя­зывающие газ внутри насоса.

Основными параметрами вакуумных насосов являются:

1) предель­ное остаточное дав­ление,

2) бы­строта откачки, т.е. объём газа, откачи­ваемый в единицу вре­мени при определенном впускном давлении,

3) производительность - количество газа, удаляемое в единицу време­ни при определённом впускном давлении

4) наибольшее давление запуска, при котором вакуумный насос может начать рабо­тать;

5) наибольшее выпускное дав­ление, при котором вакуумный насос ещё может осуществлять откачку.

Вакуумные насосы бывают форвакуумные - для создания в системе низкого и среднего вакуума давлении запуска 760 мм рт. ст. и высоковакуумные, создающие высокий вакуум.

По принципу действия проточные вакуумные насосы подразделяются на механиче­ские, струйные (эжекторные и паро­струйные), молекулярные (турбомолекулярные) и ионные.

Механиче­ские вакуумные насосы — форвакуумные, они ос­нованы на откачивании газа при периодическом увеличении объёма рабочей камеры и выталкивании газа на выход при уменьшении этого объё­ма и сжатии газа до давлений, доста­точных для открывания выпускных клапанов. Они обеспечивают остаточные давления до 1 мм рт. ст. и скорость откачки до 1000 л/с. Механиче­ские вакуумные насосы бывают поршневые (рис. 2) и вращательные.

Схема поршневого вакуумного насоса приведена на рис. 6.1.

Рис. 6.1. Схема поршневого вакуумного насоса

1 – цилиндр насоса, 2 – поршень, 3 – приводной шток, 4 – вакуумируемая линия, 5 – выпускная линия, 6 – впускной клапан, 7 - выпускной клапан

При движении поршня вверх выпускной клапан закрыт, а впускной клапан открывается за счет расширения объема нижней камеры цилиндра и падения в ней давления. При этом происходит эвакуация газа из вакуумируемой линии. При движении поршня вниз впускной клапан закрывается, а выпускной клапан открывается, что дает возможность поршню занять исходное нижнее положение. Далее цикл работы насоса повторяется.

Поршневой вакуумный насос

Во вращательных водокольцевых вакуумных насосах вода центробежной си­лой от вращения лопастей ротора прижимается к стенкам корпуса, образуя водяное кольцои рабочую камеру, свободную от воды. Газ откачивается в результате изменения объёма рабочей камеры между лопат­ками ротора. Эти насосы могут отка­чивать смесь газа с парами воды, запылённые газы, кислород и другие взрывоопасные газы.

Многопластин­чатые вакуумные насосы также содержат эксцентрично расположенный ротор, в прорези которого вставлены пластины, прижимаемые центробежной силой к внутренней поверхности корпуса. При этом образуются рабочие ячейки с изменяющимся объёмом. Схема использования распространенных вращательных вакуумных насосов, которые также называются насосами Геде, может быть многоступенчатой.

На рис. 6.2 приведена схема двухступенчатого соединения вращательных вакуумных насосов.

Рис. 6.2. Двухступенчатое соединение вращательных вакуумных насосов

1 – вакуумная линия, 2 – линия выхлопа, 3 – статор, 4 – ротор, 5 – разделительная пластина, 6 - пружина

Эксцентрично расположенный статор приводится в движение электрическим двигателем. Разделительная пластина ротора имеет постоянный контакт со статором благодаря пружине. В результате вращения ротора объем насоса, соединенный с вакуумной линией увеличивается и понижает в ней давление. Газ эвакуируется из откачиваемого объема и поступает на вторую ступень насоса, где степень вакуумирования увеличивается, благодаря пониженному давлению на входе второй ступени.

Иногда экономически целесообразно комбинировать вакуумные насосы различных типов на разных ступенях откачки газа.

Действие двухроторных вакуумных насосов (насосов Рутса) основано на встречном враще­нии двух роторов.

В струйных вакуумных насосах откачивае­мый газ всасывается струей жидкости или пара. Различают эжекторные и пароструйные вакуумные насосы.

В эжекторных вакуумных насосах или эжекторах вакуум может образовываться с помощью сжатого воздуха (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Схема эжектора

1 – корпус, 2 – входной дроссель, 3 - выходной дроссель

Сжатый воздух подается на входной дроссель, где он ускоряется и далее попадает в выходной дроссель большего диаметра. В результате в объеме между дросселями возникает область пониженного давления, к которой и подключается вакуумная линия нагрузки.

Конструкция эжектора наиболее компактна по сравнению с другими вакуумными генераторами и не имеет подвижных механических частей, то есть обладает практически неограниченным ресурсом работы и не нагревается.

Конструкция эжектора

Типичная рабочая характеристика эжектора в функции входного давления показана на рис. 6.5.

Рис. 6.5. Рабочая характеристика эжектора в функции входного давления

Из этой характеристики следует, что оптимальная рабочая зона лежит в диапазоне входного давления от 5 до 6 бар. При выходе из этой зоны глубина генерируемого вакуума снижается.