4.2. Расчет водокольцевых компрессоров

По образованию рабочей полости водокольцевые компрессоры простого действия аналогичны пластинчатым компрессорам. При расчетах, используя соответствующие формулы, внутренний радиус цилиндра пластинчатого компрессора следует заменить внутренним радиусом жидкостного кольца, а вместо радиуса ротора принять радиус ступицы, на которой размещены лопатки.

Схема для расчета теоретического всасываемого объема водокольцевого компрессора

Рис. 40 Схема для расчета теоретического всасываемого объема водокольцевого компрессора

Теоретическая производительность за один оборот ротора определяется по уравнению

f030-2

поскольку число лопаток, как правило, больше 12.

Радиус водяного кольца R (рис. 40) определяется как разность между радиусом рабочего колеса f030-3 и эксцентриситетом е, уменьшенная на минимальную глубину а погружения лопаток в водяное кольцо. Следовательно,

f030-4

Радиус ступицы колеса f030-5:

f030-6

Отношение длины колеса L к его диаметру равно

f030-7

при двустороннем всасывании газа. При одностороннем всасывании газа величина θ уменьшается наполовину. При данной скорости вращения ротора n и при окружной скорости на лопатках u, которая для вакуум-насосов выбирается в пределах u=16÷17 м/сек, определяется

f030-8

По данным опытов, проведенных в ГДР на машине, которая работала в качестве компрессора, оптимальная окружная скорость составляла 23–24 м/сек. Это означает, что если машину необходимо перевести с вакуумного режима на режим компрессора, то целесообразно изменить скорость вращения, иначе машина будет работать в невыгодной зоне характеристики.

Объем, занимаемый лопатками, рассчитывается аналогично тому, как это делается для пластинчатых компрессоров, только взамен 2е в уравнении (7) принимается l – длина непогруженной в жидкость части лопатки в момент максимального удаления жидкостного кольца от рабочего колеса. Поскольку литые лопатки имеют толщину b, большую, чем толщина пластин, то и потери объема оказываются больше.

Производительность с учетом потерь за счет объема лопаток определяется из уравнения

(31)

f031

Указанный способ расчета справедлив при условии, что всасывающее окно в торце цилиндра расположено в таком месте, что ячейка между лопатками ротора и жидкостным кольцом разобщается с окном в момент, когда ее объем будет максимальным. У многих водокольцевых компрессоров и вакуум-насосов ячейка отсекается от всасывающего окна в момент, когда увеличение ее объема не закончено и ячейка не может быть полностью заполнена, в результате чего происходит излишнее расширение всасываемого газа. Объем ячейки в этом случае, когда она смещена на угол φ от положения с максимальным объемом, определяется из уравнения (13) для радиальных лопаток или из уравнения (18) для наклонных лопаток.

Положение нагнетательного окна определяется так же, как и для пластинчатых компрессоров [см. уравнение (19)] но с той разницей, что нагнетательное окно располагается не на поверхности цилиндра, а на его торце или на внутреннем конусе. Методика расчета может быть та же, но показатель политропы сжатия следует принимать близким к 1.

Действительная форма водяного кольца на всасывающей и нагнетательной сторонах водокольцевого вакуум-насоса

Рис. 42. Действительная форма водяного кольца на всасывающей и нагнетательной сторонах водокольцевого вакуум-насоса

Из результатов исследований водокольцевых компрессоров и вакуум-насосов следует, что форма внутренней поверхности водяного кольца (рис. 42) в машине сильно отличается от предполагаемой выше цилиндрической формы. Особенно значительное отклонение заметно на стороне нагнетательного окна. В месте максимального удаления жидкостного кольца от ротора имеется хорошее соответствие между действительным и предполагаемым профилем кольца, и поэтому приведенный выше метод расчета производительности можно считать в достаточной степени точным. Нет полной ясности в вопросе о том, какой должна быть минимальная глубина погружения лопаток в жидкостное кольцо. Эта глубина, особенно у вакуум-насосов, сильно колеблется (в пределах от 2 до 10 мм) в зависимости от глубины вакуума. Помимо этого, вследствие завихрений вращающейся жидкости затруднительно точно определить границу между жидкостью и газом. Таким образом, пет твердой базы для разработки более точной методики расчета.

Коэффициент подачи водокольцевых машин зависит в большой степени от давлений всасывания и нагнетания и от размеров нагнетательного и всасывающего окон, поскольку от этого, в свою очередь, зависит количество газа, остающееся между ступицей рабочего колеса и жидкостным кольцом в месте минимального расстояния между ними. Пространство, занимаемое этим сжатым газом, равнозначно мертвому пространству.

Величина коэффициента подачи у вакуум-насосов и компрессоров средней производительности находится в пределах 60–70%. Изменение производительности и мощности водокольцевого компрессора с повышением давления всасывания при сохранении степени повышения давления можно определить, пользуясь теорией подобия. При сжатии имеет место подобие, если

f031-1

где Р – давление газа; γ – плотность жидкости, сжимающей газ; u – окружная скорость рабочего колеса.

Всасываемый газ может содержать и определенное количество капельной жидкости (например, 5–6%). Это количество не влияет на надежность работы машины, однако у вакуум-насосов при этом происходит ухудшение достигаемого вакуума и значительно повышается мощность машины.

Действительную мощность водокольцевого компрессора лучше всего подсчитывать по формуле изотермической мощности

f031-2

где f031-3 и f031-4 – давления всасывания и нагнетания в Мн/кв.м; f031-5 – производительность по всасыванию в куб.м/мин.

© 2017: ООО Техпром-Н, производство компрессоров ВР 8, компрессорных станций КС