Жидкостнокольцевые компрессоры

Жидкостнокольцевые компрессоры (рис. 17.2, а) по образованию рабочей полости родственны пластинчатым, но серповидное пространство в них ограничено жидкостным кольцом, формирующимся внутри цилиндра при вращении в нём рабочего колеса с радиальными или загнутыми вперёд лопастями. Всасывающие и нагнетательные окна расположены в торцовых крышках, закрывающих цилиндр с двух сторон¹.

Установленная степень повышения давления, как и в пластинчатом компрессоре, определяется положением всасывающего и нагнетательного окон.

Обычно в начале сжатия газа в ячейку подаётся охлаждённая жидкость взамен нагретой, выбрасываемой вместе с газом через нагнетательное окно.

_____________________

¹Как в открыто – вихревом насосе. В пластинчатом компрессоре подвод и отвод газа – по периферии, как в закрыто – вихревом насосе.

Циркуляция жидкости обеспечивает столь интенсивный отвод тепла от сжимаемого газа, а также тепла, генерируемого при вихревом её движении между лопастями, что процесс сжатия протекает почти изотермически.

Рис. 17.2. Схема (а) и характеристика (б) жидкостнокольцевого компрессора:

1 – отверстие всасывания; 2 – отверстие нагнетания; 3 – жидкостное кольцо

Достоинства жидкостнокольцевых компрессоров: простота конструкции, отсутствие масла и трущихся элементов в рабочей полости машины, хорошее уплотнение зазоров жидкостью, низкий уровень шума и равномерная, практически без пульсаций, подача газа.

Эти достоинства обеспечивают высокую надёжность компрессоров в самых тяжёлых условиях эксплуатации при минимальных требованиях к обслуживанию; возможность сжатия токсичных, взрывоопасных, лёгкоразлагающихся, полимеризующихся и воспламеняющихся газов, паров и газожидкостных смесей, в том числе агрессивных и загрязнённых механическими примесями; возможность использования в качестве вакуумных насосов; перспективность применения в качестве химических реакторов для среды жидкость – газ (благодаря интенсивному перемешиванию двух фаз на границе контакта).

Жидкостнокольцевые компрессоры в одноступенчатом исполнении рассчитаны на давление до 0, 2 МПа, а при трёх ступенях – до 2 МПа. Объёмный расход газа на входе компрессоров составляет до 10 тыс. м³ / ч.

Предельный вакуум, достигаемый водокольцевыми вакуумными насосами, определяется давлением насыщенного пара при температуре водяного кольца (95 % - ный вакуум в одноступенчатых, 97 % - ный в двухступенчатых). Более глубокий вакуум достигается при замене воды жидкостью с низким давлением паров – соляным раствором, маслом или серной кислотой.

Частота вращения ротора – от 4 (крупные компрессоры) до 60 об / с (небольшие машины). При малой частоте вращения жидкостное кольцо разрушается.

Рабочий объём рассматриваемого типа машин можно определить по соответствующей формуле для пластинчатого компрессора, если диаметр цилиндра заменить внутренним диаметром жидкостного кольца. Указанный способ расчёта справедлив при условии, что внутренняя поверхность кольца, концентричная стенке корпуса, касается поверхности ступицы (это условие обеспечивает отсутствие мёртвого пространства), а всасывающее окно расположено так, что межлопастная ячейка отсекается от него при максимальном её объёме (так же, как и у пластинчатого компрессора). Действительная форма внутренней поверхности жидкостного кольца сильно отличается от указанной идеальной, особенно вблизи нагнетательного окна. Помимо этого, вследствие завихрений вращающейся жидкости трудно определить границу между жидкостью и газом. Неточность расчёта рабочего объёма компенсируется коэффициентом объёмного расхода λ, который так же, как и у поршневых машин, зависит в большей степени от ε и от объёма мёртвого пространства, остающегося между ступицей рабочего колеса и жидкостным кольцом в месте минимального расстояния между ними. В компрессорах со средним значением этот коэффициент находится в пределах 0, 60 – 0, 70.

В компрессорах большое, а в вакуумных насосах решающее влияние на коэффициент λ оказывает зазор между рабочим колесом и крышками цилиндра (из–за перетекания сжатого газа). Зазор в 0, 1 - 0, 2 мм зависит от точности изготовления.

Жидкостнокольцевые компрессоры имеют сравнительно низкий изотермический КПД. В лучших образцах максимальное его значение равно 0, 55 – 0, 60. Из универсальной характеристики компрессора с линиями постоянных изотермических КПД (см. рис. 17.2, б) видно, что при работе в режиме компрессора оптимальная частота вращения значительно выше, нежели в режиме вакуумного насоса. Оптимальная окружная скорость концов лопастей равна 16, 5 – 20 м / с для компрессоров и 12, 5 – 15, 5 м / с для вакуумных насосов (при работе на воде). Как для компрессора, так и для вакуумного насоса оптимум степени повышения давления ε ≈ 2.