Masini cu rotor

MASINI  CU ROTOR

Spre deosebire da compresoarele volumice, masinile cu rotor realizeaza comprimarea gazelor fara a le impune o micsorare de volum. Rotorul, pre­vazut cu paleta, se invarteste in interiorul unui stator profilat si imprima gazului o anumita viteza. Ca si in cazul pompelor centrifuge, o parte din energia cinetica a fluidului antrenat de rotor se transforma in energie de presiune. Aceasta transformare are loc chiar in rotor (in cazul masinilor monoetajate) sau in rotor si ajutajele statorului (la masinile multietajatc).

In categoria masinilor cu rotor se incadreaza ventilatoarele (exhaustoarele), turbosuflantele (turboexhaustoarele) si turbocompresoarele. Aceasta clasificare tine seama de valoarea presiunii de refulare obtinute, asa cum s-a aratat la inceputul capitolului.

Aceste categorii de masini se impart in doua clase distincte :

- masini centrifuge, in care gazul circula de la centru la periferia roto­rului (datorita fortei centrifuge ce ia nastere);

- masini axiale, in care gazul circula in lungul rotorului.

1.Compresoare cu comprimare cinetica (centrifugale).

Aceste masini lac parte din grupa compresoarelor dinamice si in functie de raportul de comprimare

( r_c= p_r / p_a ) se numesc :

Turbocompresoarer_c > 2,5.

Turbosuflante. 1,1 <r_c < 2,5.

Ventilatoare r_c < 1,1.

Din punct de vedere constructiv, turbo-compresoarele si turbosuflantele sunt iden­tice.

1.1.Turbocompresoare si turbosuflante

In figura 7, este prezentata schema de princi­piu a unui turbocompresor cu doua etaje. Constructiv, turbocompresorul se compune din urmatoarele: arborele 1, rotorul 2, difuzo­rul 3 si aparatul, director Gazul intra in rotor prin sectiunea a, de unde prin centrifu­gare este evacuat prin sectiunea b avand o energie cinetica ridicata. Din rotor, gazul trece in difuzor, unde cea mai mare parte din energia cinetica pe care o poseda, se transforma in ener­gie potentiala de presiune.

Raportul de comprimare pentru o singura treapta este cuprins intre 1,2 si 1,6, iar vitezele periferice ale rotoarelor ajung pana la 200 m/s.

Turbocompresoarele si turbosuflantele sunt actionate fie cu turbine cu abur, fie cu motoare electrice. Actionarea cu turbina este mai avantajoasa, deoarece permite reglarea turatiei intre 85% si 100% din turatia nominala si antrenarea directa fara multiplicator de turatie.

Fig. 7. Turbocompresoare

2. Ventilatoare

Dupa cum s-a aratat anterior, ventilatoarele sunt masini cu rotor cu ajutorul carora se pot realiza presiuni de refulare pina la 0,1∙ 10⁵ Pa (1 000 mm H₂0). Atunci cand servesc la aspiratie, se numesc exhaustoare.

Dupa valoarea presiunii de refulare, in cadrul limitei indicate, se disting trei categorii de ventilatoare :

- de presiune joasa ≤10³ (100 mm H₂0) ;

-de presiune medie 10³3∙10³ Pa (100300 mm H₂0) ;

-de presiune inalta 3∙10³.. .10⁴ Pa (300 .. .1 000 mm H₂0).

Dupa modul de circulatie al gazului, sunt doua feluri de ventilatoare :

- centrifuge ;

- axiale.

Ventilatoarele centrifuge sau radiale sunt formate in principiu din urma­toarele elemente : un rotor,compus dintr-un disc prevazut cu o serie de pa­lete radiale sau curtate ; arbore rotor ; carcasa (stator) in forma de spirala. Se obtin randamente totale de 0,70 .. .0,85 si debite pina la 100 . . .200 000 m³/h. Viteza periferica a rotorului este de ordinul 3. . .80 m/s, admitandu-se in conducta de aspiratie viteze de 15 . . .30 m/s. Pentru gaze agresive, elemen­tele ventilatorului in contactul cu gazul (rotor, carcasa) se executa din ma­teriale corespunzatoare : oteluri inalt aliate cu crom-nichel, titan, policlorura de vinil etc. sau se captusesc cu acoperiri metalice, plumb, cauciuc, lacuri etc.

Ventilatoarele centrifuge se executa in 16 pozitii de montare indicate si in standarde care indica si parametrii principali (presiune, debite, randa­mente si diametre rotoare).

Ventilatoarele axiale se utilizeaza numai pina la 0,05 .. .0,01 bar (50 100 mm (H₂0) vehiculand insa mari cantitati de aer.

Ventilatorul este utilizat in scopul vehicularii gazelor, in dife­rite spatii.

In figura 8, este reprezentata schema de principiu a unui ventilator cen­trifugal, care consta din urmatoarele elemente: carcasa in forma de spirala 1 in care este montat pe arborele 2, rotorul cu palete 3. Gazul este aspirat prin gura de aspiratie 4 si dupa efectuarea comprimarii in rotor si difuzorul 5, este evacuat prin gura de refulare 6.

In privinta constructiei, forma paletelor unui ventilator prezinta cea mai mare importanta. Din acest punct de vedere se cunosc ventilatoare cu palete drepte si distribuite radial, curbate si intoarse inainte sau curbate si intoarse inapoi.

Se pot obtine debite de pana la 200 000 m ³/h -iar viteza periferica a paletei poate atinge 80 m/s.

In cazul vehicularii gazelor agresive, elementele ventilatorului se executa din materiale corespunzatoare: oteluri aliate cu crom, nichel si titan, policlorura de vinil sau se captusesc cu plumb, cauciuc, lacuri.

Fig.8.Ventilator centrifugal

3.Criterii de alegere a compresoarelor

In cei 100 de ani de cand se construiesc compresoare, s-au dezvoltat multe tipuri. Evolutia acestora se afla permanent sub influ­enta mai multor factori, putere optima si randament maxim pe unitate de debit si presiune ceruta, functionare linistita (fara vibratii si zgomot), reducerea spatiului, puritatea gazului (fara ulei), simplitatea instalatiei si exploatarii.

Compresoarele cu piston se prezinta in diverse variante constructive, cu avantaje si dezavantaje in fabricatie sau exploatare. Masinile cu cilindri orizontali se utilizeaza acolo unde exista suprafata disponibila cu inaltimea redusa. Cele cu cilindri verticali prezinta avantaje de fabricatie in serie, pe familii (prin varierea numarului de cilindri) si permit functionarea la turatii ridicate. Compresoarele cu cilindri in V si W au gabarite reduse si au un echilibru mai bun. Compresoarele cu cilindri opusi au o dezvoltare crescanda si sunt folosite la debite si presiuni mari (permitand totodata si formarea de familii tipizate).

La compresoarele mici se folosesc pistoane cu simplu efect, tinand seama ca etansarile la tijele pistoanelor creeaza dificultati mici (datorita materia­lelor de etansare si solutiilor constructive). Pentru multe cazuri (medicina, instalatii de automatizare, oxigen etc.) unde se cere gaz uscat, curat, s-au realizat compresoare cu piston, cu pistoane fara segmenti, etansate cu labirinti, sau cu segmenti uscati (din teflon).

Este recomandabila utilizarea antrenarii cu motoare electrice ori de cate ori acest lucru este posibil. Pentru variatii de debit se pot folosi si masini de abur, cu piston. De asemenea, se pot utiliza si turbine de abur sau gaze si motoare cu combustie interna.

Fata de masinile cu piston, masinile rotative prezinta o serie de avantaje care le fac utilizabile in multe din cazurile practice, domeniul acestora largindu-se mereu : cuplarea directa cu motorul, turatia mare, spatiu ocupat redus si greutate mica, constructie simpla (lipsa supape, si mecanismul biala-manivela), fundatii mici, mers linistit, debit uniform, investitii si cheltuieli de exploatare reduse.

Din categoria masinilor rotative se remarca o constructie recenta, com­presorul elicoidal, care pe linga avantajele enumerate mai sus mai prezinta avantajele lipsei de ulei in gaz, turatiei ridicate si lipsei pieselor de uzura.

Turbocompresoarele sunt masini economice pentru domeniul debitelor mari (20 . . .100 000 m³/h), la presiuni medii (si astazi, mari). Prezinta o serie de avantaje ca : spatiu redus, fundatii usoare, mers linistit, cuplare directa, debit constant, gaz fara ulei si intervale mari intre revizii.