Ротационные пластинчатые компрессоры
Пластинчатый компрессор (роторно-пластинчатый) — компрессор, в котором в цилиндре вращается эксцентрично установленный ротор с радиальными пазами и свободно скользящими в них пластинами. Центробежная сила прижимает пластины к стенке цилиндра, и между ними образуются камеры, объём которых уменьшается от всасывания к нагнетанию. Такие компрессоры компактны, работают без клапанов всасывания и применяются в авторефрижераторах, на транспорте и в охладителях жидкости.
Принцип работы этого типа компрессора заключается в том, что внутри цилиндрического статора вращается эксцентрично установленный ротор, соприкасающийся с внутренней поверхностью цилиндра статора и имеющий на своей поверхности радиально расположенные щели (прорези) с вставленными в них пластинами. Эти пластины могут свободно скользить в щелях под действием центробежных сил, которые прижимают их к внутренней поверхности цилиндра при вращении ротора.
Устройство
Литой статор, составляющий основу компрессора, имеет внутреннюю некруговую цилиндрическую поверхность, контур основания которой рассчитывается по специальной программе и имеет сложную геометрию. Эта геометрия позволяет оптимизировать характер движения пластин при вращении ротора, обеспечивая Длинную дугу зоны сжатия без выделения зон всасывания и нагнетания. Литой статор образует картер. Ротор, так же как и его вал, изготовленный из шаровидного графита, укреплен в двух роликоподшипниках. Его расположение очень важно для КПД компрессора, поэтому оптимальным вариантом будет такой, при котором зазор между ротором и статором по образующей их поверхностей в зоне, отделяющей полость сжатия от полости всасывания, окажется минимальным.
Пластины, число которых в этом типе компрессора доходит до восьми, изготовлены из углеродного волокна, связанного ароматическим линейным полимером и пропитанного политетрафторэтиленом (PTFE или тефлон). Такая специальная обработка обеспечивает режим самосмазывания в случае неисправности масляного контура. Материал пластин очень прочный и способен выдерживать высокие температуры порядка 180 °C. На выходе вала компрессора из картера предусмотрено классическое уплотнение, состоящее из стальной обоймы, керамического вкладыша и металлического сильфона.
Принцип работы по зонам
Модель, содержит только двенадцать основных деталей, из которых одна подвижная. Принцип работы этого компрессора может быть объяснен, если выделить в нем пять зон:
- Зона всасывания: в процессе вращения ротора пары хладагента проникают в эту герметичную зону через отверстие всасывания. На протяжении этой зоны пластина, которая была полностью утоплена в тело ротора в начале зоны, должна полностью выйти из него в конце зоны. Следовательно, профиль внутренней поверхности статора должен быть таким, чтобы не допустить чрезмерных скоростей радиального движения пластины.
- Нейтральная зона: речь идет о зоне постоянного объема, герметично отделяющей полость всасывания от полости сжатия. Величина дугового угла этой зоны определяется таким образом, чтобы между полостью всасывания и полостью сжатия всегда находилась по меньшей мере одна пластина.
- Зона сжатия: полезная зона сжатия имеет дуговой угол примерно 160°. Эту зону рассчитывают таким образом, чтобы иметь максимально возможную длину с сохранением эффективности зон всасывания и нагнетания. При выборе длины зоны сжатия принимаются во внимание два фактора: обеспечение как можно более медленного сжатия, чтобы ограничить подогрев хладагента, и снижение усилий, действующих на пластины. Действительно, если перепад давления на компрессоре разделить на 3 или 4 полости, образуемые соседними пластинами, на каждую из пластин будет действовать всего около 30% полного перепада давления.
- Зона нагнетания: в этом месте пары удаляются из компрессора с максимальной эффективностью.
- Зона уплотнения: это единственная часть дуги профиля внутренней поверхности статора, совпадающая с окружностью. Она рассчитывается таким образом, чтобы по крайней мере одна пластина всегда находилась между зоной нагнетания и зоной всасывания.
Работа при низких температурах кипения
Благодаря использованию дополнительного контура с теплообменником пластинчатый компрессор может работать при температурах испарения до −40 °C. В этом случае жидкость высокого давления используют для питания промежуточного теплообменника: жидкость в основном контуре перед дросселированием переохлаждается, в то время как газ, расширившийся во вторичном контуре, впрыскивается в компрессор через отверстие, расположенное в зоне сжатия. В результате установки дополнительного теплообменника достигается двойной эффект: холодопроизводительность возрастает примерно на 20–30% при повышении потребляемой мощности всего на 8%, т. е. повышается холодильный коэффициент, и, с другой стороны, падает температура нагнетания.
Что касается возможности изменения холодопроизводительности, то в этом типе компрессоров не предусматривается никаких внутренних устройств. Учитывая невысокую стоимость таких компрессоров и некоторые другие преимущества, их обычно используют только в установках, нагрузка которых меняется очень мало. Если же все-таки появляется желание изменить их холодопроизводительность, то необходимо менять число оборотов компрессора с помощью либо многоскоростного двигателя, либо преобразователя частоты, который может обеспечить непрерывное изменение скорости вращения в диапазоне от 400 до 4000 об/мин.
Защита от гидроудара и смазка
В пластинчатых компрессорах имеются также устройства защиты от гидроударов. Благодаря наличию отжимаемой плиты с возвратными пружинами в случае гидравлических уцаров можно открывать полости сжатия, в результате чего компрессор может непрерывно работать, даже если во всасывающую магистраль попадает жидкость.
Пластинчатые компрессоры имеют также систему смазки с контролем расхода масла, назначение которого состоит в защите компрессора от дефицита масла. Система смазки оснащена маслоотделителем, расположенным на нагнетательной магистрали. Масло при давлении нагнетания возвращается в компрессор для смазки уплотнений, двух роликоподшипников вместе с ротором и пластин, перед тем как вновь выйти через нагнетательное отверстие. Этот тип компрессора не требует ни масляного насоса, ни картера, ни подогревателя картера. Пластинчатые компрессоры используются на авторефрижераторах, междугородних автобусах, поездах и т.д. Ими оборудуют также охладители жидкостей.
Где применяют пластинчатые компрессоры
Пластинчатый компрессор — ротационный компрессор, у которого в эксцентрично расположенном роторе скользят пластины; центробежная сила прижимает их к стенке цилиндра, и между пластинами образуются ячейки, объём которых сначала растёт (всасывание), потом уменьшается (сжатие). В холодильной технике такие компрессоры ставят в небольшие холодильники и кондиционеры, транспортные и бустерные ступени низкотемпературных установок, а в пневматике — как воздушные компрессоры и вакуумные насосы.
| Плюсы | Минусы |
|---|---|
| Нет всасывающих клапанов, меньше мёртвый объём | Износ пластин и цилиндра, нужна хорошая смазка |
| Ровная подача, малая пульсация | Ограниченная степень сжатия в одной ступени |
| Компактность при высокой частоте вращения | Чувствительность к жидкому хладагенту и грязи |
Ротационный компрессор: принцип работы кратко
Ротационный компрессор с катящимся ротором, который ставят в бытовые сплит-системы, устроен иначе: эксцентриковый ротор обкатывается по цилиндру, а одна неподвижная пластина-разделитель отделяет полость всасывания от полости сжатия. Принцип тот же — уменьшение замкнутого объёма вращением, — но пластина одна и не скользит в роторе. Подробнее — в статье «ротационные компрессоры».
Частые вопросы
Как работает пластинчатый компрессор?
Ротор вращается эксцентрично в цилиндре, пластины выдвигаются из пазов и скользят по стенке. Объём между соседними пластинами сначала растёт — идёт всасывание, затем уменьшается — газ сжимается и выталкивается в нагнетание.
Где применяют роторно-пластинчатые компрессоры?
В транспортных холодильных установках, авторефрижераторах, автобусных кондиционерах, вакуумных насосах и пневматике. В стационарном холоде их вытеснили спиральные и винтовые компрессоры.
Как работает пластинчатый компрессор?
В эксцентрично расположенном роторе скользят пластины, прижатые к цилиндру центробежной силой. Ячейки между ними при вращении сначала увеличиваются и всасывают газ, затем уменьшаются и сжимают его.
Читайте также