Zespół Szkół Samochodowych im. Gen. Józefa Bema w Toruniu

87-100 Toruń ul. Grunwaldzka 25b

Przedmiot: Podstawy Konstrukcji Maszyn

Temat: Pompy Rotacyjne

Data:

Ocena:

Podpis:

Bartosz Światowski Kl. 3c/4 nr. 16

Spis Treści:

I. Ogólna definicja i podział

II. Zasada działania sprężarek

A) Łopatkowa

B) Z pierścieniem wodnym/cieczowym

C) Z wirującym tłokiem/ mimośrodowe

D) Śrubowe

E) Hakowe

III. Podsumowanie

IV. Bibliografia

I. Ogólna definicja i podział

Sprężarką rotacyjną nazywamy sprężarkę, w której sprężanie gazu następuje w komorach powstających dzięki ruchowi obrotowemu wirnika lub wirników.

Najczęściej spotykanymi konstrukcjami sprężarek rotacyjnych są:

*Sprężarka łopatkowa 

*Sprężarka śrubowa

*Sprężarka z wirującymi tłokami/mimośrodowe

*Sprężarka z pierścieniem wodnym/cieczowym

*Sprężarka hakowa 

II. Zasada działania sprężarek

Pompy rotacyjne służą do pompowania gazów o ciśnieniu w zakresie od 0.01 do 10⁵ Pa. Istnieje kilka odmian pomp, jednak najczęściej stosowana jest łopatkowa pompa rotacyjna. 

W takiej pompie gaz jest zasysany do komory i jest sprężany przez łopatki i wirnik, by w końcu zostać wyrzucony do atmosfery przez zawór i ciecz znajdującą się ponad zaworem. Dokładne przyleganie łopatek wirnika do ścianek komory jest realizowane przy pomocy sprężyn. Łopatki wirnika i powierzchnie pomiędzy rotorem a ściankami pompy są uszczelniane przy pomocy oleju o niskiej prężności par, który również pełni rolę cieczy smarującej pompę.

Pompa rotacyjna może mieć jeden lub dwa stopnie pompujące. Pompy dwustopniowe umożliwiają uzyskanie próżni końcowej 10^-3 Pa. Przy pracy z pompami rotacyjnymi powinny być spełnione następujące warunki:

1. Wylot pompy powinien być wyprowadzony na zewnątrz pomieszczenia

2. Pompa powinna być zapowietrzona po wyłączeniu tak, aby olej nie był zasysany z powrotem do pompowanego układu przez ciśnienie atmosferyczne

3. Często powinno się sprawdzać poziom oleju w pompie. Olej powinien być wymieniony po zauważeniu nieprawidłowości w pracy pompy i gdy ulegnie odbarwieniu lub zabrudzeniu.

A) Łopatkowa:

Sprężarki rotacyjne, jednowałowe, łopatkowe są to sprężarki wyporowe, w których gaz (powietrze) jest sprężany przez ruchome łopatki, przesuwające się w wycięciach wirnika ruchem posuwisto-zwrotnym. Oś obrotu jest umieszczona mimośrodowo, względem otworów w kadłubie.

Schemat i zasadę działania rotacyjnej sprężarki łopatkowej możemy wyobrazić sobie w następujący sposób:

Podczas obrotu wirnika objętość przestrzeni roboczej miedzy łopatkami ulega zmianie. W położeniu A objętość ta jest najmniejsza i w miarę obrotu wirnika do położenia B zwiększa się do maksimum - odpowiada to suwowi ssania, w sprężarce tłokowej. Dalszy obrót wirnika położenia B do C, powoduje zmniejszenie objętości oraz wzrost temperatury i ciśnienia - odpowiada to suwowi sprężania. Pod koniec suwu sprężania, przesunięcie łopatki do punktu D otwiera otwór wylotowy i sprężony gaz przepływa do kolektora.

W tego typu sprężarkach, prędkość obrotowa wirnika jest ograniczana, z jednej strony - minimalną siłą odśrodkową, niezbędną do wysunięcia łopatek z korpusu wirnika, z drugiej - naciskiem łopatek na powierzchnię kadłuba.
Chłodzenie, smarowanie i uszczelnienie między łopatkami, a korpusem pompy jest realizowane poprzez wtrysk oleju do powietrza, po stronie ssącej.

B) Z pierścieniem wodnym/cieczowym:

Sprężarki rotacyjne , jednowałowe , z pierścieniem cieczowym są także zaliczane do sprężarek rotacyjnych łopatkowych. Istnieją dwie podstawowe wersje takich sprężarek. W pierwszej wirnik wyposażony w stałe łopatki promieniste obraca się w cylindrycznym, nie centrycznym statorze, zawierającym pewną ilość cieczy, na ogół roztworu wody i glikolu. Pod wpływem obrotów wirnika, pod działaniem siły odśrodkowej ciecz jest przemieszczana na ściankę statora, kształtując tzw. "pierścień cieczowy" , współśrodkowy w stosunku do cylindra statora. Przestrzeń w kształcie rogala, ograniczona przez pierścień cieczowy i wirnik, jest podzielona przez łopatki wirnika na szereg komór sprężania, o zmiennej objętości, zwiększającej się w obszarze zasysania i zmniejszającej w obszarze sprężania i tłoczenia.
W drugim rodzaju wirnik, wyposażony w proste lub skrzywione łopatki i jest usytuowany w statorze o kształcie owalnym. Pierścień cieczowy, w kształcie eliptycznym, ogranicza wraz z wirnikiem, dwie przestrzenie sprężania, w kształcie naprzemiennie położonych rogali.

Sprężarki tego typu są stosowane zarówno do sprężania powietrza, jak i silnie nasyconej pary wodnej, a także do korodujących gazów.

Zaletą tego typu sprężarek jest brak zaworów i tarcia mechanicznego w cylindrze, gdyż jedynie występuje wewnętrzne tarcie cieczy. Nie ma wiec miejsca na zużycie powierzchni trących, za wyjątkiem ryzyka korozji (rdzy), erozji w wyniku kawitacji i erozji ściernej, jeśli gaz jest zanieczyszczony pyłami.
Największą niedogodnością jest fakt, że powietrze (lub gaz) nasyca się wilgocią i pociąga za sobą część wody z pierścienia cieczowego, w postaci małych kropelek. Wymaga to stałego doprowadzanie wody oraz osuszania gazu w trakcie tłoczenia, w bardzo skutecznych separatorach wody. W zamian za to woda energicznie chłodzi tłoczone powietrze.

C) Z wirującym tłokiem/ mimośrodowe:

To sprężarki wyporowe o obiegowym ruchu mimośrodowego tłoka osadzonego na wale, którego oś obrotu pokrywa się z osią wewnętrznej powierzchni kadłuba sprężarki. Wyróżnia się dwa podstawowe typy takich sprężarek: rotacyjne, mimośrodowe, z tłokiem wirującym oraz sprężarki rotacyjne, mimośrodowe z tłokiem oscylującym.

Sprężarki rotacyjne, mimośrodowe, z tłokiem wirującym to sprężarki, w których obracający się tłok (wirnik), odśrodkowy w stosunku do skrzyni korbowej cylindra, zapewnia kolejno: zasysanie, sprężanie i tłoczenie gazu. Łopatka, umiejscowiona w szczelinie skrzyni korbowej, której przemienne przemieszczanie się jest sterowane przez mimośrodowy wirnik i przez sprężynę cofającą, zapewnia oddzielenie obszaru zasysania od obszaru tłoczenia. Podobnie pracują sprężarki rotacyjne, mimośrodowe z tłokiem oscylującym.

Sprężarki rotacyjne, dwuwałowe typu Rootsa, nie są sprężarkami w tradycyjnym tego słowa znaczeniu. Składają się ze skrzyni korbowej, o dwóch otworach cylindrycznych, w których obracając się z równą prędkością, ale w odwrotną stronę, dwa wirniki, każdy mający kształt przekładni zębatej prostej o 2 lub 3 zębach lub płatkach. Oba wirniki są ułożone w łuskę, przemieszczają się bez styku miedzy sobą i bez kontaktu ze statorem. Zewnętrzna przekładnia zębata (cylindryczna o zębach prostych lub helikoidalnych) zapewnia synchronizację wirników. Nie ma smarowania wewnętrznego, w konsekwencji - szczelność jest związana z luzem roboczym. Sprężanie jest ograniczone poprzez przecieki przez luzy, wzdłuż profilu płatków. Natężenia przepływu gazu są rytmiczne i mogą różnić się w szerokich granicach (od 1 do 850 m3/min.) w zależności od zastosowania: napowietrzanie pomieszczeń, suszenie, przenośniki pneumatyczne, doładowanie silników benzynowych do pojazdów sportowych lub wielkich morskich dwusuwowych silników Diesla.

D) Śrubowe :

To sprężarki wyporowe, o obrotowym ruchu tłoka, w których elementem roboczym, spełniającym rolę tłoka, są zwoje dwóch wirników śrubowych, a rolę przestrzeni roboczych spełniają między zwojowe komory wirników.

Proces sprężania polega na zmniejszeniu objętości komór przez śrubowe zwoje wirników, obracających się w przeciwnych kierunkach. Rotacja wirnika wspomagającego jest powodowana bezpośrednio przez śrubę, napędzaną silnikiem głównym, a chłodzenie i smarowanie jest wykonywane poprzez wtrysk oleju po stronie ssącej. Rotacja śrub może być również synchronizowana poprzez zespół przekładni zębatych, w tym przypadku wtrysku oleju nie stosuje się.

Sprężanie ma miejsce w przestrzeni, zmiennej w trakcie rotacji, zawartej pomiędzy zarysem sprężynowym nawiniętym śrubowo dookoła dwóch wirników o równoległych osiach. Grubym wewnętrznym (męskim), posiadającym cztery zwoje gwintowe w kształcie płatków lub liści, zazębiającym się, z lub bez styku, ze śrubą zewnętrzną (żeńską) zawierającą sześć sprzężonych zwojów. Obraca się ona z prędkością równą 2/3 prędkości wirnika męskiego. Istnieją również, chociaż o wiele rzadziej, sprężarki śrubowe, których wirniki posiadają odpowiednio 3 i 4 zęby. Obydwa wirniki mogą być napędzane bez styku pomiędzy nimi, przez synchronizującą przekładnie zębatą, lub jeden z wirników może napędzać drugi, poprzez styk. W tym drugim przypadku, to właśnie męski wirnik napędza wirnik żeński, ale istnieją także sprężarki śrubowe, gdzie wałek silnika jest wałkiem śruby żeńskiej.

W tym systemie, natężenie przepływu sprężonego gazu jest stałe i nie zawiera resztkowego, nie przetłoczonego gazu, tak jak to ma miejsce w przypadku sprężarek postępowo-zwrotnych (tłokowych). Inną zaletą jest brak zaworów zasysania i tłoczenia. Sprężarka jest wyposażona w prosty zawór wzniosowy, na ogół sterowany hydraulicznie, który reguluje natężenie przepływu, zamykając mniej lub bardziej przewód zasysania i w zawór bezpieczeństwa, ustawiany na minimalne ciśnienie rzędu 3 do 4 barów. Ten zawór, zamontowany na przetłaczaniu, na ogół za separatorem oleju, jednocześnie, odgrywa role zaworu zwrotnego i poprzez wystarczające ciśnienie tłoczenia, zapewnia odpowiednie natężenie przepływu w sprężarce i utrzymuje w ten sposób korzystne warunki dobrego oddzielania powietrza od oleju.

E) Hakowe

Ostatnio wprowadzono na rynek gamę sprężarek powietrznych pozbawionych olejów, zasysających od 6 do 12m3/min powietrza i tłoczących przy 7 do 8,5 bar. Są to rotacyjne sprężarki tłokowe o dwóch wałkach, których dwa wirniki, o obrotach zsynchronizowanych i obracające się w przeciwną stronę, posiadają każdy jeden lub dwa zęby w kształcie haczyka lub dzioba.
Wirniki, bez styku miedzy nimi lub z otworami skrzyni korbowej, są połączone przez zsynchronizowaną przekładnię zębatą. W trakcie ich rotacji, zapewnią one jeden lub dwa cykle sprężanie-tłoczenie, przy każdym obrocie, zamykając lub otwierając pozbawione zaworu otwory ssące i tłoczenia.

Sprężarki tego typu są chłodzone powietrzem lub wodą. Tłoczone powietrze jest zupełnie pozbawione oleju, dzięki bardzo efektywnym uszczelnieniom, umiejscowionym pomiędzy blokami sprężania, a obudowami łożysk i przekładni zębatych. Są to pierścienie samonastawne, oddzielone otworami drenażu i uszczelnieniami typu labiryntowego, połączonymi z atmosferą.

III. Podsumowanie

W powyższym temacie przedstawiłem najważniejsze działania i rodzaje sprężarek rotacyjnych, ich budowę , oraz zastosowanie.

IV. Bibliografia:

www.wikipedia.pl - sprężarka rotacyjna

www.sciąga.pl - sprężarki rotacyjne

http://users.uj.edu.pl/~ufpostaw/2_Pracownia/V1/pompa_rotacyjna.htm