5.4. Конструкции газодувок Рутса

Корпус (цилиндр) небольших и средних газодувок Рутса отливается совместно со всасывающим и нагнетательным патрубками. Отливки производят из того же материала, что и ротор, как правило из чугуна, а у быстроходных газодувок – из легких сплавов. Если корпус и ротор сделаны из разных материалов, необходимо устанавливать большие зазоры. В некоторых конструкциях корпус имеет разъем, проходящий через оси роторов. Вследствие низкой степени повышения давления для отвода тепла от газодувок достаточно воздушного охлаждения, для чего цилиндр выполняется оребренным, а в вакуум-насосах во многих случаях оребрение цилиндров не делается, так как считается достаточным иметь ребра только на крышке цилиндра со стороны шестеренчатой передачи.

Лабиринтное уплотнение с гребнями взаимно не западающими друг за друга

Рис 54. Лабиринтное уплотнение с гребнями взаимно не западающими друг за друга со сниженными потерями (на 15–20%). Примерный шаг гребней t=(4÷7)a, где а – ширина зазора

При сжатии воздуха скорость в каналах цилиндра принимается 30 м/сек. Роторы должны иметь очень жесткую конструкцию, чтобы возникающие прогибы не требовали увеличения зазоров. Иногда выполняется горячая заливка ротора из алюминиевых или других сплавов на стальной вал. Валы могут быть сквозными или состоящими из двух частей, выступающих за ротор. Для роторов целесообразно использовать точное литье. Роторы обычно изготовляют пустотелыми с внутренними ребрами; в ряде случаев они закрепляются на сквозных валах с помощью призматических или клиновых шпонок. При опасности коррозии от сжимаемых газов или для предохранения от образования искры при отсасывании шахтных газов роторы изготовляются из бронзы или гуммируются.

Одно из главных требований к ротору – высокая точность изготовления его профиля; другое важное требование – точность укладки ротора. Выполнение этих требований обеспечивает минимальные зазоры, определяющие экономичность работы газодувки. Роторы обычно обрабатываются на фрезерно-копировальных или строгально-копировальных станках. Алюминиевые роторы при серийном их производстве рационально изготовлять из точных заготовок методом холодной протяжки.

Успешно проведены опыты с уплотнением зазоров синтетическими волокнами, нанесенными на покрытый клейким слоем ротор н электростатически направленными. При этом снижаются требования к обработке профилей. Для небольших газодувок хорошо зарекомендовало себя покрытие ротора лаком из поливинилсобутилитена. пигментированного цинковым порошком. В обоих случаях КПД повышайся примерно на 15%. Роторы балансируются статически, а быстроходные роторы и динамически.

К торцам корпуса, как правило, привернуты две крышки, в которых расположены уплотнения и подшипники качении. В воздуходувках до окружной скорости вала 10 м/сек применяются уплотняющие кольца; при более высоких окружных скоростях лучше применять лабиринтные уплотнения с гребнями лабиринтов (рис. 54). Особенно высокие требования предъявляются к уплотнениям вала газодувок, сжимающих сухой хлор. На рис. 55 показано такое уплотнение из графита, стекла н фторопласта с охлаждением воздухом, проходящим через камеру уплотнения. На рис. 56 показана газодувка с уплотнениями, к которым предъявляются исключительно высокие требования. Газодувка работает в системе циркуляции углекислого газа, предназначенного для охлаждения ядерного реактора, при давлении газа 1,6 Мн/кв.м. Корпусы подшипников, а также крышки цилиндров изготовлены из того же материала, что и корпус цилиндра.

Уплотнение газодувки Рутса, сжимающей хлор

Рис. 55. Уплотнение газодувки Рутса, сжимающей хлор

Чтобы при большом маховом моменте ротора синхронизирующая пара не подвергалась торсионным колебаниям от двигателя внутреннего сгорания, с которым сопряжена газодувка, рекомендуется между двигателем и газодувкой установить амортизирующее устройство, как, например, упругую муфту, торсионный валик или клиноременную передачу.

Работа вакуум-насоса Рутса в области среднего вакуума значительно улучшается при установке герметичного электродвигателя, ротор которого непосредственно насаживается на вал вакуум-насоса. В этом случае газодувка совместно с двигателем заключена в стальной герметичный кожух (рис 57) При этом исключаются внешние уплотнения. Выбором низкого напряжения электродвигателя предупреждается образование разрядов. Вместо герметизации всего электродвигателя можно герметизировать тонкостенной втулкой из аустенитной стали только его ротор.

Газодувка Рутса для циркуляции радиактивного углекислого газа

Рис. 56. Газодувка Рутса для циркуляции радиактивного углекислого газа при давлении 1,6 Мн/кв.м
1 – газодувка; 2 – графитовое уплотнение; 3 – подвод СО2 для газового уплотнения; 4 – подвод масла к торцовому уплотнению; 5 – торцовое уплотнение

Обе шестерни, синхронизирующие движение роторов, отливаются из чугуна или изготовляются из стали, в некоторых машинах одна шестерня бронзовая, другая – стальная.

При больших напряжениях смятия в зубьях шестерен (порядка 250 Мн/кв.м) эти зубья калятся и шлифуются, что, однако, значительно повышает стоимость их изготовления. Установлено, что сульфонитрированием при температуре 600°С можно значительно снизить износ зубьев шестерен. После одновременного износа у обоих колес тонкого поверхностного слоя зубьев толщиной несколько микрон колеса быстро приработались.

Схема герметичного вакуум-насоса

Рис. 57. Схема герметичного вакуум-насоса:
1 – герметичный кожух; 2 – корпус вакуум-насоса; 3 и 4 – роторы; 5 – синхронизирующие шестерни,
6 – ротор электродвигателя; 7 – статор электродвигателя; 8 – клеммный разъем; 9 – водяное охлаждение электродвигателя; 10 – масляный насос; 11 – масло

Хорошие результаты были получены после внедрения в серийное производство сульфонитрированных колес для двухроторных газодувок. Шестерни должны устанавливаться возможно ближе к подшипникам. Привод следует располагать со стороны шестерен, при этом усилия не передаются через ротор, деформация последнего уменьшается и, следовательно, можно устанавливать меньшие радиальные зазоры.

Зазоры в газодувках Рутса. Во избежание соприкосновения одного ротора с другим или роторов с цилиндром следует установить необходимые монтажные зазоры, при этом нужно принять во внимание температурные деформации, зазор между зубьями синхронизирующих шестерен, прогиб и скручивание валов роторов, а также деформацию роторов от центробежных сил и давления газа.

При определении зазоров между роторами рассмотрим два характерных положения:
1) оси профилей взаимно перпендикулярны – зазор f041-42;
2) оси профилей параллельны – зазор f041-43.

Зазор f041-42 определяется в первую очередь температурными деформациями и в меньшей степени центробежной силой, действующей на головку зуба ротора. Зазор f041-43 выбирается с учетом зазора между зубьями синхронизирующих шестерен и с учетом скручивания вала. Остальные факторы влияют на оба зазора. При расчете зазоров между роторами полагают, что температура ротора f041-44 равна

f041-45

где f034-1 – температура всасываемого газа; f034-2 – температура нагнетаемого газа, определяется по уравнению (35).

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