малюнок 4.21 - Схема компресора з двома обертовими поршнями:
Компресори з двома обертовими поршнями мають корпус еліптичної форми. Усередині корпусу розташовані два ротори з перетинами в формі вісімок, що обертаються в протилежних напрямках. При обертанні поршні щільно прилягають один до одного і до корпусу, утворюючи в корпусі дві роз'єднані камери: в одній з них відбувається всмоктування, в іншій - нагнітання газу. При подальшому русі поршнів газ знаходиться в камері без зміни обсягу і тиску до моменту з'єднання її з нагнітальним патрубком. У цей момент газ стискається поршнями і виштовхується в нагнітальний газопровід. Схема компресора з двома обертовими поршнями представлена на рис. 4.21.
Один з поршнів компресора приводиться в обертання від двигуна, а другий пов'язаний з першим зубчастої передачею (передавальне число i = 1).
Продуктивність компресора з двома обертовими поршнями наближено може бути розрахована за рівнянням:
де
Ступінь стиснення в компресорі не перевищує
Оскільки стиснення газу відбувається практично при
Спільними достоїнствами описаних ротаційних компресорів і вакуум-насосів є:
- рівномірність подачі газу, незалежно від зміни опору в мережі;
- простота регулювання продуктивності шляхом зміни числа обертів ротора;
- відносно невисока вартість виготовлення і експлуатації.
Невисока ступінь стиснення, складність монтажу та обслуговування обмежують їх область застосування.
Струменеві компресійні машини
Струменеві компресори (інжектори) і вакуум-насоси (ежектори) за принципом дії і пристрою подібні струменевим насосів.
Компресори стискають пар і газ тими ж парами і газами більш високих тисків. У вакуум-насосах робочими тілами можуть служити пари, гази, а також рідини незалежно від природи відсмоктуваної середовища. По виду робочого тіла розрізняють паро-, газо- і водоструминні машини.
Як струменевих компресорів найбільшого поширення набули парострумінні інжектори, схема пристрою яких представлена на рис. 4.22.
Малюнок 4.22 - Схема одноступінчатого пароструйного інжектора: 1 - сопло; 2 - всмоктуючий штуцер; 3 - камера змішувача; 4 - горло дифузора; 5 - дифузор
Робочий пар надходить в сопло 1, адиабатически розширюється в ньому і виходить з сопла з великою швидкістю (10001500 м / с). Внаслідок зовнішнього тертя пар захоплює засмоктуваний газ, що надходить через всмоктуючий патрубок 2, і змішується з ним в камері змішувача 3. Що Настає суміш зі швидкістю менше швидкості витікання пари з сопла надходить в дифузор 5, де відбувається перетворення швидкості суміші в тиск, т. Е. стиснення. Стиснута суміш надходить далі в нагнітальний трубопровід. Таким чином, відбувається передача частини кінетичної енергії робочого пара газу, яка потім перетворюється в потенційну енергію тиску.
Швидкість витікання газу з сопла може бути виражена відомою залежністю:
де
Оскільки така робота відповідає питомій роботі розширення пара
Висловимо питому роботу розширення
через різницю Тепломісткість пара на вході в сопло
Практично швидкість витікання завжди нижче теоретичної, тому, ввівши коефіцієнт швидкості (0,95), отримаємо:
Якщо пар або газ перед соплом знаходиться не в стані спокою, а підходить до нього з деякою швидкістю
Потенційна енергія, що переходить при закінченні в кінетичну енергію,
Відповідно до законів термодинаміки швидкість витікання пари і газів через отвори в тонких стінках обмежена. Гранична або критична швидкість
де
Цій критичній швидкості відповідає критичне ставлення тисків, при якому кількість пари або газу, що протікає через отвір в одиницю часу, досягає максимуму і зі зростанням тиску не збільшується. Для газів при k = 1,4 критичне значення
У соплі відношення тисків досягає критичного значення в найвужчому перерізі сопла. У конічної - розширюється - частини сопла тиск падає нижче величини, що відповідає критичному ставленню. Отже, швидкість витікання
У загальному вигляді к.к.д. пароструйного компресора може бути представлений формулою
де
Максимально що досягається ККД при адіабатичному стисненні становить близько 6%. Тому парострумінні компресори раціонально застосовувати в тих випадках, коли є можливість використання тепла пара для нагрівання.
Більш високим ККД мають струменеві вакуум-насоси. Робочий процес в паро- і газоструйних ежекторах такий же, як і в струменевих компресорах. Відмінною особливістю водострумного ежектора є ізотермічне стиснення відсмоктується газу або парогазової суміші, так як їх масова витрата значно нижче витрати робочої рідини.
Робота, що витрачається на ізотермічний стиск газу або парогазової суміші струменевим вакуум-насосом:
де
К.к.д. водострумного ежектора:
де
Практично к.к.д. струминного ежектора не перевищує 1520%.
Однак, незважаючи на такий низький к. П. Д. Парострумінні вакуум-насоси мають переваги перед поршневими і ротаційними при створенні глибокого вакууму. Ежекційні парострумінні установки, що працюють на водяній парі, створюють вакуум, відповідний залишковим тиску 0,410 -3 атм, в той час як поршневі і ротаційні вакуум-насоси забезпечують залишковий тиск лише близько 2510 -3 атм. А струменеві вакуум-насоси, що працюють на парах ртуті, дають можливість досягати розрядження, відповідних залишковим тиску порядку 10 -7 атм.
За допомогою одноступінчатого струминного вакуум-насоса досягається вакуум близько 90%. Для отримання більш глибокого вакууму - від 95% і вище - використовують багатоступінчасті установки. Для цього включають послідовно кілька вакуум-насосів. Щоб виключити стиснення відпрацьованого пара в наступному рівні, між ступенями встановлюють проміжні конденсатори, в яких відпрацьований пар конденсується водою, знижуючи загальний витрата енергії.
В цілому до достоїнств струменевих компресійних машин відносяться простота пристрою і відсутність рухомих частин, компактність, відсутність фундаментів для їх установки і трансмісій.
До недоліків, крім низького к. П. Д. Слід віднести значні витрати пара і змішання відсисається потоку з робочим.
Малюнок 4.23 - Схема насоса для глибокого вакууму: 1 - підігрівач; 2 - випарник; 3 - холодильник; 4 - труба; 5 - сопло; 6 - всмоктуючий штуцер; 7 - корпус; 8 - вихідний штуцер
Для створення глибокого вакууму застосовують пароструминні дифузійні насоси, що працюють в поєднанні з насосами попереднього розрідження. Останні створюють попереднє розрідження всій вакуумної системи, включаючи насос. В якості робочих рідин в насосах використовують ртуть і мінеральні масла, що володіють низьким тиском парів при кімнатній температурі. Схема такого насоса показана на рис. 4.23.
У нижній частині корпусу 7 знаходиться шар робочої рідини 2, що випаровується за рахунок припливу тепла від підігрівача 1. Пари, що утворюються піднімаються по трубі 4 і виходять через щелеобразнимі сопло 5, інжектіруя відсмоктуване газ, що надходить через штуцер 6. Надійшов газ дифундує під дією різниці парціальних тисків в струмінь пари. У просторі між корпусом і трубою, охолоджувальної зовні водою, пари робочої рідини конденсуються, і утворився конденсат повертається у випарник, а відсмоктуване газ через штуцер 8 відсмоктується насосом попереднього розрідження.
Вибір робочої рідини визначається конкретними умовами експлуатації. Перевагами ртуті є сталість температури кипіння при даному тиску, нечутливість до перегріву і зіткненню з повітрям в гарячому стані, хімічна інертність (необмежений час застосування). У той же час ртуть токсична, має відносно високий тиск насиченої пари. Пари мінеральних масел, на відміну від парів ртуті, мають низький тиск насичених парів, нетоксичні, але мають неоднорідний склад (відсутність постійної точки кипіння), чутливість до перегріву і до контакту з повітрям в гарячому стані.