Компрессор с катящимся ротором является наиболее подходящим типом ротационного компрессора для получения наибольшей степени повышения давления в одной ступени.
Рис. 30. Схема компрессора с катящимся ротором и разделяющей пластиной, направляемой радиальной прорезью в цилиндре (пластина прижимается к ротору пружиной).
Ротор круглого сечения, прилегающий к стенке цилиндра, вращается вокруг оси цилиндра. Между ротором и зеркалом цилиндра остается при движении ротора зазор, равный 0,1–0,2 мм. Серповидное пространство между ротором и цилиндром разделено пластиной на всасывающую и нагнетательную части. Пластина либо направляется в радиальном направлении прорезью в цилиндре и прижимается к поверхности ротора пружинами (рис. 30), либо отлита совместно с ротором, или жестко с ним соединена, и в этом случае с небольшим зазором скользит в цилиндрической направляющей, которая при движении пластины качается в своем гнезде (рис. 31). Промежуточным между этими двумя типами компрессоров является компрессор, у которого разделяющая пластина, скользящая в цилиндрической направляющей, только прижата к ротору. Цилиндрическая направляющая качается вокруг своей оси таким образом, что ось разделяющей пластины постоянно проходит через центр ротора (рис. 32). Ротор приводится одним или при большой длине двумя эксцентриками и часто ставится на эксцентрики на подшипниках качения.
Рис. 31. Вакуум-насос с катящимся ротором, с жесткой закрепленной на роторе разделяющей пластиной:
1 – цилиндр; 2 – ротор; 3 – эксцентрик; 4 – всасывающее пространство; 5 – цилиндрическая направляющая;
6 – разделяющая пластина; 7 – затопленный маслом нагнетательный клапан; 8 – фильтр; 9 – всасывающий патрубок; 10 – нагнетательный патрубок; 11 – глушитель;
12 – нагнетательное пространство; 13 – терморегулятор;
14 – канал газового балласта; 15 – пробка для спуска масла
Один рабочий цикл компрессора с катящимся ротором совершается за два оборота ротора вокруг оси цилиндра. Когда ротор пройдет через всасывающее отверстие, увеличивается объем пространства между цилиндром и ротором, ограниченный разделяющей пластиной, и в это пространство будет всасываться газ. Всасывание продолжается почти целый оборот ротора – до положения, когда разделяющая пластина будет максимально утоплена в прорези цилиндра или в цилиндрической направляющей. После отделения ротором всасываемого объема от всасывающего отверстия начинается сжатие газа; после превышения давления нагнетания откроется самодействующий нагнетательный клапан, и сжатый газ будет вытеснен из цилиндра. Рабочий цикл совершается за два оборота, однако наполнение цилиндра свежим газом и его нагнетание происходят одновременно при каждом обороте ротора. У вакуум-насосов с катящимся ротором всасывающее отверстие делается не в стенке цилиндра, а в разделяющей пластине (рис. 31). Пластина служит одновременно и всасывающим клапаном. Для улучшения плотности нагнетательный клапан затоплен маслом.
Рис. 32. Схемы компрессора с катящимся ротором и с разделяющей пластиной, прижимаемой к ротору и скользящей в качающейся цилиндрической направляющей:
а – всасывание; б – начало сжатия; в – продолжение сжатия; г – нагнетание; 1 – корпус цилиндра; 2 – вал;
3 – эксцентрик; 4 – цилиндрическая направляющая с разделяющей пластиной; 5 – входной канал;
6 – нагнетательный клапан
Вакуум-насосы с обильной смазкой называются масляными. Обильная смазка не только снижает потери от трения, но и улучшает коэффициент подачи благодаря уменьшению потерь от неплотностей.
У холодильных компрессоров Ротаско фирмы Эшер-Вис (Швейцария) производится впрыск в цилиндр столь обильного количества масла, что этим маслом отводится значительная часть тепла сжатия – происходит внутреннее охлаждение цилиндра.
Компрессоры с катящимся ротором имеют следующие преимущества: простая конструкция, низкие потери трения и, следовательно, малый износ, высокий коэффициент подачи вследствие небольшого мертвого пространства. Центробежные силы у катящегося ротора можно хорошо уравновесить, поэтому к подшипникам машины не предъявляются специальные требования, и возможна работа компрессора при высокой скорости. Степень повышения давления у компрессоров с катящимся ротором не определяется геометрией машины (как, например, у пластинчатых компрессоров), поэтому они удобны при работе с переменной степенью повышения давления, как, например, при откачивании вакуумной системы или для холодильных установок, работающих с переменными температурами.
Недостатки компрессоров с катящимся ротором: потребность в маховике, пульсирующее нагнетание сжатого газа и почти наполовину меньшее использование объема цилиндра, чем в пластинчатых компрессорах.
Компрессоры с катящимся ротором изготовляют на производительность от минимально возможной до 1000 куб.м/ч. Фирма, изготовляющая компрессоры Ротаско, утверждает, что одноступенчатые аммиачные компрессоры могут при температуре конденсации 30°С работать при температуре кипения от -40°С до -60° С. Одноступенчатыми вакуум-насосами достигается вакуум до 0,002 мм рт. ст. без паров масла, с парами масла – 0,005 мм рт. ст., а с газовым балластом – 0,5 мм рт. ст. Скорость вращения для небольших машин обычно принимается 1440 об/мин, а для крупных машин – порядка 500. В качестве холодильных эти компрессоры работают чаще всего на аммиаке и фреоне 12, растет также число машин, работающих на фреоне 22.
Регулирование компрессоров с катящимся ротором. Хотя при эксплуатации компрессоров с катящимся ротором можно регулировать производительность изменением скорости вращения, дросселированием на всасывании или закрытием всасывания, эти способы редко применяются. Чаще всего применяется регулирование остановками и пусками. Это понятно, поскольку такие компрессоры выполняются небольшой или в крайнем случае средней мощности и обычно приводятся двигателями с короткозамкнутым ротором. При необходимости обеспечения большей производительности устанавливается несколько компрессоров, как правило, разной производительности. При изменении производительности включением разных комбинаций компрессоров достигаются хорошие экономические показатели.