COMPRESOARE SI VENTILATOARE - GENERALITATI. CLASIFICARE

COMPRESOARE SI VENTILATOARE

GENERALITATI. CLASIFICARE

Compresoarele sunt masini de lucru consumatoare de energie, care realizeaza cresterea presiunii gazelor sau a vaporilor si transportul acestora.

Dupa gradul de comprimare b pe care il realizeaza, masinile care ridica presiunea gazelor pot fi:

COMPRESOARELE

Compresoarele destinate sa produca depresiune sunt denumite pompe de vid, iar ventilatoarele si suflantele care realizeaza transportul gazelor prin creerea unei depresiuni la iesirea din canalul de gaze se numesc exhaustoare.

Compresoarele volumetrice sunt cele la care comprimarea se face prin micsorarea volumuli de gaz, respectiv prin cresterea presiunii statice a gazului; aceste compresoare realizeaza presiuni foarte inalte (pana la 1000 bar) la debite relativ mici (pana la 450 m³/min).

Din aceasta grupa fac parte compresoarele cu piston, care dispun de un cilindru, in care se deplaseaza liniar si alternativ un piston (figura 12.1), si compresoarele volumice rotative (figura 12.2), care, de asemenea, dispun de un cilindru in care se gaseste un 'piston' cu miscare rotativa.

Compresoarele rotative functioneaza pe principiul turbomasinilor, realizand comprimarea insotita de curgerea continua a gazelor, prin marirea energiei cinetice a acestora si transformarea acesteia in energie potentiala. Cele mai reprezentative sunt turbocompresoarele. Acestea, comprimand debite mari de gaz, produc o crestere de presiune mult mai redusa decat compresoarele volumetrice. Din aceasta grupa fac parte compresoarele centrifugale si compresoarele axiale.

Compresoarele centrifuge realizeaza o presiune de 2025 bar pentru debite de gaz pana la 2500 m³/min, iar compresoarele axiale realizeaza o presiune de 36 bar pentru debite de gaz pana la 10.000 m³/min

Fig. 12.1 Schema de principiu a unui compresor cu piston

C-cilindru; P-piston; CL-chiulasa; SA-supapa de aspiratie;

SR-supapa de refulare; CA-camera de aspiratie; CR-camera de refulare

Compresorul teoretic cu piston

Pentru analiza functionarii compresorului teoretic cu piston se admit ipoteze simplificatoare:

gazul care evolueaza este gaz perfect, complet compresibil;

nu exista frecare intre piesele compresorului;

trecerea gazului prin orificiile supapelor se admite ca se face fara pierderi de presiune, si deci fara pierderi de energie interna;

sistemul este perfect etans.

Ciclul de functionare al compresorului teoretic cu piston cuprinde urmatoarele faze:

aspiratia izobara la presiunea p₁ (izobara 4-1 din figura 12.2), cand gazul patrunde in cilindru din colectorul de admisie prin supapa de aspiratie;

comprimare pana la presiunea p₂ prin deplasarea pistonului dinspre P.M.I. spre P.M.S. (curba 1-2);

refularea izobara la presiunea p₂ a gazului din cilindru prin supapa de refulare (izobara 2-3);

egalizarea izocora a presiunilor (izocora 3-4), supapa de aspiratie fiind deschisa, iar cea de refulare inchisa.

Fig. 12.2 Ciclul de functionare al compresorului teoretic

S_a-supapa de admisie; s_r-supapa de refulare; S-cursa pistonului

Lucrul mecanic consumat pentru comprimarea gazului este minim in cazul transformarii izoterme. Pentru aceasta ar trebui asigurata o racire optima a cilindrului, astfel incat agentul de racire sa preia de la gazul evolutiv, in fiecare moment, o cantitate de caldura echivalenta lucrului mecanic consumat in procesul de comprimare.

Compresorul tehnic

Fata de compresorul teoretic, in cazul compresorululi tehnic se inlatura ipoteza ca gazul de lucru este perfect compresibil, considerandu-se ca la PMS, intre capul pistonului si capacul cilindrului ramane un spatiu denumit spatiu vatamator V_c. Marimea acestuia este caracterizata prin raportul de compresie e_o, care conform notatiilor din figura 12.3 se determina cu relatia:

e_o = Vc/V_h    (12.1)

si are valori cuprinse intre 0,050,1.

Fig. 12.3 Ciclul de functionare al compresorului tehnic

Ca urmare, supapa de admisie nu se mai deschide in punctul 3 ci in punctul 4, astfel ca in ciclul de functionare al compresorului tehnic are loc si o faza de destindere, iar volumul real de gaz aspirat V_a este mai mic decat volumul V_h al cursei pistonului, adica, in aceleasi conditii constructive, debitul de gaz comprimat in decursul unui ciclu este mai mare in cazul compresorului teoretic decat in cazul compresorului tehnic.

Influenta spatiului vatamator asupra debitului compresorului este aratata de catre gradul de umplere:

m = V_a/V_h    (12.2)

care reprezinta caracteristica functionala a compresorului real.

Prin marirea raportului de comprimare, respectiv a presiunii de refulare, ciclul de functionare al compresorului tehnic se modifica, volumul de gaz aspirat se diminueaza si ca urmare se micsoreaza debitul compresorului.

Volumul generat de cursa pistonului V_h nefiind modificat, micsorarea volumului de gaz aspirat V_a atrage dupa sine scaderea valorii pe care o are gradul de umplere al compresorului.

Compresorul in trepte

Deoarece procesul de comprimare conduce la cresterea temperturii, la realizarea unor presiuni ridicate aceasta poate depasi temperatura de autoaprindere a lubrifiantului utilizat. Totodata, gradul de umplere al compresorului scade la cresterea raportului de comprimare. Din aceste considerente, pentru realizarea unor presiuni ridicate su utilizeaza compresoare in trepte, in cadrul carora gazul este supus unor unor comprimari succesive, in unitati functionale distincte care reprezinta trepte de comprimare, intre ele gazul fiind readus prin raciri izobare la temperatura initiala. Unitatile functionale pot fi corp comun, ca in figura 12.4 sau pot fi unitati distincte, uneori aflate la o anumita distanta.

Sistemul prezinta urmatoarele avantaje:

creste eficienta comrimarii, deoarece racirile izobare intermediare conduc la apropierea curbei reale de comprimare de curba optima izoterma;

se asigura o buna lubrifiere;

scad solicitarile pieselor.

Fig. 12.4 Schema unui compresor in doua trepte cu carter comun

Valoarea presiunii intermediare p_s, pentru care economia de lucru mecanic este maxima, se obtine din conditia ca lucrul mecanic consumat sa fie minim:

dL/dp_s = 0 (12.3)

unde:

p_s = (p₁. p₂)^1/2

Consumul de lucru mecanic al compresorului in trepte este minim daca presiunea intermediara are valoarea data de relatia 12.3 si daca raportul de comprimare din fiecare treapta are aceeasi valoare.

Elementele constructive ale unui compresor in doua trepte se pot observa din figura 12.5.

Fig. 12. 5 Compresor HERTZ in doua trepte

Compresorul rotativ

Fata de compresoarele cu piston, compresoarele rotative prezinta urmatoarele avantaje:

constructie mai simpla;

gabarite mai mici la aceleasi debite;

sistem de reglare mai simplu;

echilibraj bun la turatii ridicate.

Totusi utilizarea lor este limitata datorita urmatoarelor dezavantaje:

uzura pronuntata a pieselor in miscare;

greutati in realizarea etansarii la presiuni ridicate;

tehnologie de prelucrare costisitoare.

In general acest tip de compresoare se utilizeaza pentru debite mai mici de 300 m³/min, si realizarea unor presiuni de 45 bar intr-o singura treapta de comprimare sau 810 bar in doua trepte de comprimare.

La compresoarele volumice rotative partea principala a masinii este reprezentata de un stator cilindric in interiorul caruia se invarte un rotor excentric, tangent la cilindru. Rotorul are prevazute canale radiale in care paletele pot sa culiseze liber sub efectul fortei centrifugale, pe care o imprima rotorul.

Fig. 12.6 Schema compresorului cu palete in rotor

1 - cilindru; 2 - piston rotativ; 3 - lamele culisante; 4 - spatiu de refulare;

5 - spatiu de aspiratie; 6 - arbore; 7 - inele pentru limitarea cursei

Compresorul rotativ de tip Roots

Acest tip de compresor contine in interiorul carcasei doua elemente rotative, ale caror arbori sunt angrenati in exterior cu roti dintate, care asigura rotirea lor sincronizata, dar cu sensul de rotatie inversat.

Constructia presupune ca intre rotoare, cat si intre rotoare si carcasa, jocurile sa nu depaseasca 0,2 mm.

In figura 12.7 este prezentata schematic functionarea unui asemenea tip de compresor.

Fig. 12.7 Functionarea compresorului tip Roots

Compresorul centrifugal

La acest tip de compresoare, cresterea de presiune se realizeaza pe baza fortei centrifuge pe care rotorul o imprima gazului si care asigura totodata continuitatea refularii.

Aceste compresoare compresoare asigura o presiune de refulare de 3 bar intr-o treapta, sau 821 bar in mai multe trepte cu racire intermediara, la debite pana la 21.000 m³/h.

In figura 12.8 este prezentata schema de principiu a unui compresor centrifugal, iar in figura 12.9 este prezentata o statie de compresoare centrifugale destinate furnizarii aerului comprimat, utilizata in industria petrochimica.

Fig. 12.8 Schema de principiu a unui compresor centrifugal

1,9-racorduri; 2-arborele rotorului; 3,4-discul principal si cel acoperitor al rotorului;

5-canale; 6-paletele rotorului; 7-stator; 8-colector spiral

Fig. 12.9 Statie industriala de compresoare centrifugale

Compresoarele axiale

Sunt compresoare rotative bazate pe actiunea exercitata asupra gazului de catre o coroana de palete cu profil aerodinamic (figura 12.10). Ele se utilizeaza pentru comprimarea unor debite mari de gaze, de peste 1000 m³/min, la presiuni de 45 bar.

Sunt utilizate in special pentru echiparea turboreactoarelor si a instalatiilor de turbine cu gaze stationare.

Profilul paletelor mobile realizeaza o sectiune crescatoare spre iesire, astfel incat curentul de gaz, la trecerea printre paletele mobile isi modifica directia, avand drept consecinta micsorarea vitezei si marirea presiunii gazului la aesire.

Fig. 12.10 Compresor axial

VENTILATOARELE

Ventilatorul centrifugal

Constructia ventilatorului centrifugal (figura 12.11) este asemanatoare cu cea a compresorului centrifugal, cu specificarea ca la unele ventilatoare lipseste spatiul statoric inelar care inconjoara rotorul.

Asigura debite de 110 m³/h la presiuni de pana la 6 mbar.

Se utilizeaza pentru ventilarea continua a spatiilor medii sau mari, domestice,comerciale sau industriale.

Fig. 12.11 Ventilator centrifugal

Ventilatorul axial

La fel ca si compresorul axial, se compune dintr-o carcasa in interiorul careia se gaseste rotorul format dintr-un butuc pe care sunt montate palete special profilate (figura 12.12).

Fig. 12.12 Ventilator axial

Dupa presiunea pe care o realizeaza pot fi:

Pot fi utilizate pentru antrenarea diferitelor lichide, la instalatii de incalzire, la arzatoare, etc.