Интенсивное развитие народного хозяйства и новых отраслей промышленности связано с растущей потребностью в компрессорных, вакуумных
машинах и установках различных типов. Особое внимание в последние годы уделяется малым компрессорным машинам и вакуум-компрессорам,
способным создавать высокие напоры на обеспечивающим сжатие газа без загрязнения маслом; непрерывно возрастает потребность в машинах
сухой проточной частью. Важное место в гамме машин малой производительности в настоящее время занимают машины динамического действие.
Динамические лопаточные машины обладают рядом преимуществ перед машинами других типов: газ не загрязняется маслом и подаётся равномерно.
Эти машины имеют хорошую уравновешиваемость, небольшие габариты и массу, просто в эксплуатации.
При создании центробежных, осевых и диагональных нагнетателей и компрессоров на малые расходы возникают трудности конструктивного и
технологического порядка. Малорасходные машины этого класса характеризуются высокими частотами вращения роторов.
Сравнительно недавно для сжатия газов стали применять машины вихревого типа, которые ранее использовались для перекачки жидких сред.
Эффективность использования вихревых машин определяется их особыми свойствами:
Высокими коэффициентами напора и, следовательно, возможностью получения сравнительно больших напоров при малых расходах;
Непрерывностью подачи газа; устойчивой работой во всём диапазоне изменения характеристик; нечувствительность к помпажным режимам;
Минимальной потребляемой мощностью при максимальной производительности, когда П=I;
Простотой использования многоступенчатых схем для больших ступеней повышения давления.
Вихревые машины характеризуются высокими коэффициентами напора. Если рассматривать режим работы ступени с нулевым расходом (точка
максимального значения ...), то величина ... может достигать 5-20 и более в зависимости от геометрии проточной части вихревой ступени.
Производительность вихревых ступеней обычного типа по всасыванию не превосходит 5 – 8 м3/мин.
Техническое описание
Вихревые машины имеют сравнительно низкий К. П. Д, максимальное значение которого в настоящее время не превосходит 0,5-0,6. Однако
следует отметить, что микромашины малый производительности других типов имеют также не высокий К.П.Д.
Простота конструкции, хорошая уравновешиваемость, отсутствие трущихся и быстро изнашивающихся элементов, сухая проточная
часть, возможность получения высоких коэффициентов напора – причины сравнительно широкого использования вихревых машин
Для розничных специфических к условий.
Можно выделить два режима работы вихревых машин: компрессорный ( равно или больше атмосферного) и вакумный (меньше атмосферного).
Применение вихревых машин в качестве средств откачки, то есть в качестве вакуум – компрессоров, может быть весьма эффективным.
Специфичность процесса сжатия газа в проточной части вихревой ступени делает вихревые вакум – компрессоры перспективными при работе
в наиболее неблагоприятном режиме, который соответствует низкой неавтомодельной области по числу Рейнольдса, то есть в зоне малых
давлений всасывания, когда в проточной части ступени устанавливается вязкостный режим течения газа. В этой области коэффициент напора
центробежных и осевых ступеней существенно снижается (по сравнению с автомодельным режимом по числу Рейнольдса), в то время как в
вихревой ступени коэффициент напора ... может даже возрастать. Таким образом, вихревые ступени могут эффективно работать в широком диапазоне
давление всасывания, начиная от атмосферного до давлений 1-0,1 мм рт. ст. В этой области КПД не имеет решающего значения, а наиболее важным
становится способность вихревой ступени создавать высокие напоры. Вихревые многоступенчатые вакуум-компрессоры могут использоваться в качестве
самостоятельных агрегатов, а также в качестве Вакуум – компрессоров сложных вакуумных установок. Для вакуум – компрессоров необходимы
сравнительно небольшие удельные мощности при запуске с давлением на всасывании, равным атмосферному. Поэтому в схемах с вихревыми
вакуум – компрессорами можно не применять предварительное дросселирование на всасывании, что позволяет сохранить максимальную
производительность во всём диапазоне давлений всасывания.
В настоящее время вихревые машины быстро распространяются в различных отраслях техники во всех странах мира. Диапазон их применения
расширяется вплоть до высоких давлений.
Вихревая ступень и особенности её рабочего процесса.
Основным элементом их его ступени является рабочее колесо 3 с лопатками, расположенными на периферии. Лопатки колеса находится в рабочем
канале 2, который размещается на периферии рабочего колеса. Между всасывающим 1 и нагнетательным 4 патрубками имеется отсекатель. Газ
через всасывающий патрубок поступает в рабочий канал. Передачи энергии потоку газа осуществляется через воздействие лопаток рабочего колеса на поток.
В рабочем канале вихревой ступени возникает пространственный поток. Параметры потока – скорость, давление, температура в каждой точке
канала – имеет различные значения. Если в проточной части ступени рассматривать проекции скоростей на торцовые поверхности, то можно выделить
течение в направлении вращения рабочего колеса от всасывающего патрубка к нагнетательному и течение в меридиональной плоскости. Газ,
движущийся по линии тока, попадает в рабочее колесо и получает определённую энергию. В этой схеме ступени рабочее колесо работает аналогично
рабочему колесу центробежного нагнетателя. Различие состоит в том, что параметры потока газа на входе в межлопаточный канал вихревой ступени
колеса и на выходе из него меняются в направлении вращения рабочего колеса.
Принцип действия вихревой воздуходувки.
В общем случае врабочем колесе вихревой ступени происходит повышение давления за счет действий центробежных сил и изменения относительно
их скоростей в межлопаточных каналах; абсолютная скорость потока на выходе из колеса возрастает. Изменение абсолютной скорости происходит в рабочем
канале, что также приводит к повышению давления. Окружная и медиальная составляющие абсолютной скорости определяют интенсивность окружного и
меридионального потоков в рабочем канале вихревой ступени. Частицы газа движутся в ступени по линии тока – спиралям. Таким образом, газ может многократно
взаимодействовать с лопатками рабочего колеса. Давление газа непрерывно возрастает в канале от всасывающего патрубка к нагнетательному. Коэффициент
напора вихревой ступени существенно выше коэффициента напора центробежной или осевой ступеней.
В рабочем колесе газ взаимодействует с лопатками рабочего колеса и здесь появляются потери, свойственные лопаточным машинам. Через отсекатель из зоны
нагнетания газ повышенных давлений и температуры переносится на всасывание межлопаточными каналами колеса. Перенесённый газ смешивается со свежим,
поступающим через всасывающий патрубок; при этом температура смеси становится равной. В этом процессе наблюдаются огромные потери , связанные с
переносом газа через отсекатель и его расширением на всасывании.
Кроме того, в вихревой ступени в процессе сжатия появляются перетечки через торцевые зазоры между колесом и корпусом и через зазоры в отсекателе.
Таким образом, рабочий процесс в вихревое ступени характеризуется следующими особенностями:
1) В рабочем канале ступени организуется винтобразное течение потока с многократным взаимодействием с лопатками рабочего колеса. Структура потерь
сложная. Рабочие лопатки взаимодействует с потоком, плотность которого возрастает по длине рабочего канала.
2) Через отсекатель на сторону всасывание непрерывно переносится газ, участвовавший в процессе сжатия.
3) Температура газа в начале процесса сжатия в рабочем канале выше температура газа перед всасывающим патрубком вследствие смешения с горячим газом,
переносимым через отсекатель.
4) В ступени существуют внутриступенчатые перетечки. Перетекание газа происходит в процессе сжатия через торцовые зазоры, а также через зазоры в отсекателе.
Если машина не герметична, то имеются утечки во внешнюю среду; если ступень работает в вакуумном режиме, то имеют место натекания в машину.
5) Во всасывающем и нагнетательном патрубках есть потери давления.
