7. Компресори динамічного принципу дії

В компресорах динамічного принципу дії процеси стискання проходять безперервно в потоці речовини, що рухається. Робочими органами таких компресорів є колеса з розташованими на них лопатками. Від лопаток колеса, що обертається, механічна енергія безперервно передається потокові речовини. При цьому в робочому колесі за звичайне зростає кінетична та потенціальна енергія речовини – швидкість та тиск зростають. У розташованих за робочим колесом нерухомих лопатевих апаратах вже без підведення енергії ззовні відбувається перетворення кінетичної енергії в потенціальну – швидкість падає, а тиск зростає. Таким чином, колесо та лопатевий апарат, що виконує роль дифузора, разом утворюють ступінь стискання.

Процеси стискання в компресорах динамічної дії проходять при великих швидкостях і головним чином за рахунок використання сил інерції. Напрям руху основного потоку може бути або осьовим, або радіальним. В першому випадку потік рухається паралельно осі ротора, в другому – перпендикулярно. Залежно від напрямку руху компресори поділяються на осьові та радіальні.

Не дивлячись на більш високий ККД осьових компресорів, в холодильній техніці для стискання холодоагентів використовуються майже виключно відцентрові компресори, оскільки за їх допомогою на кожній ступені можна отримати більш високу ступінь стискання, а також тому, що вони набагато менш чутливі до забруднення. Крім того, вартість осьових компресорів при одній і тій же продуктивності завжди більша, ніж відцентрових.

Холодильні машини з відцентровими компресорами розділяють на дві групи: комплексні холодильні машини для охолодження води та розсолу (найбільше поширені в установках кондиціонування повітря) та компресорні агрегати, що використовуються в холодильних установках промислових виробництв (в хімічній, нафтопереробній, газовій та інших галузях промисловості). Для холодильних машин першої групи характерно використання фреонів; другої – аміаку, пропану та інших вуглеводнів. Холодильні машини першої групи включають в себе: компресор, привід, конденсатор, випарник, систему змащення, систему автоматики, допоміжну апаратуру (як правило в одному агрегаті); другої – компресор, привід, систему змащення, систему автоматики, комплект допоміжної апаратури, трубопроводів і арматури.

Холодильні машини з відцентровими компресорами використовують в широкому діапазоні низьких температур (до -120°С) в хімічній та нафтопереробній промисловості при виробництві синтетичного каучуку, спирту, для зрідження газів, кристалізації солей тощо; в установках кондиціонування в цехах промислових підприємств, глибоких вугільних шахтах, великих адміністративних будинках; в ХУ харчової промисловості, в судових ХУ; в якості теплових насосів для опалення; в дослідних установках різного призначення. Вони використовуються головним чином у холодильних установках великої холодопродуктивності. Найменша їхня холодопродуктивність визначається доцільною мінімальною витратою холодильного агента на виході із останнього робочого колеса. Для сучасних фреонових компресорів ця витрата може бути прийнята рівною приблизно 0,165 м³/с, що відповідає колесу діаметром 250 мм. Тоді найменша холодопродуктивність ХМ промислового типу за стандартних умов складе при роботі на R12 700кВт, на R11 – 160 кВт, на R113 – 85 кВт. Найбільша холодопродуктивність ХМ з відцентровими компресорами в залежності від виду холодильного агента досягає в сучасних конструкціях 20 МВт за стандартних умов.

В порівнянні з найбільш поширеними поршневими компресорами, відцентрові мають такі переваги.

• Менша маса та габарити при однаковій холодопродуктивності, що обумовлено неперервністю потоку речовини та її високими швидкостями.

• Простота конструкції, надійність та безпека.

• Відсутність неврівноважених інерційних сил та пов’язана з цим можливість використання легких фундаментів.

• Рівномірність витікання струмини пари.

• Відсутність мастила в холодильному агенті, що дозволяє зменшити необоротні втрати в процесах теплообміну в апаратах ХМ.

• Можливість здійснення циклів з багатоступеневим стисканням і циклів з кількома температурами кипіння.

• Можливість безпосереднього з’єднання з швидкохідним двигуном (паровим чи газовою турбіною), що дозволяє зменшити механічні втрати у компресорному агрегаті та зробити його компактнішим.

• Порівняна простота регулювання продуктивності в широких межах.

Основними недоліками компресорів динамічного принципу дії такі.

• Важко виготовити їх для малої продуктивності, так як це пов’язано з необхідністю мати досить високу частоту обертання (30100 тис.об/хв), що викликає необхідність використання спеціального приводу чи багатоступеневої підвищувальної передачі. До того ж при малих абсолютних розмірах коліс відносні зазори між лопатевими апаратами та корпусом, а також в лабіринтних ущільненнях стають значними – а це призводить до того, що ККД малих відцентрових компресорів суттєво нижчий ніж у поршневих

• Порівняно вузький діапазон стабільної роботи при зміні продуктивності. Якщо не використовувати спеціальних методів регулювання, то зменшення продуктивності до 60-80% від розрахункової супроводжується втратою стійкості течії, що проявляється у виникненні пульсації тисків и періодичному рухові потоку речовини в зворотному напрямку – від нагнітання на всмоктування. Це явище називають помпажом і воно може спричинити вихід компресора з ладу.

• Важко отримати високі перепади тисків – більше 30-40. Однак для холодильної техніки такий недолік несуттєвий, оскільки в циклах холодильних машин такий перепад за звичай непотрібен.

• Суттєва залежність характеристик від термодинамічних властивостей робочих речовин, що не дозволяє експлуатувати їх на інших ХА без зміни конструкції чи режиму роботи.