В компрессорах динамического действия процессы сжатия проходят непрерывно в потоке движущегося вещества. Рабочими органами таких компрессоров являются колеса с расположенными на них рабочими лопатками. От вращающихся лопаток механическая энергия непрерывно передается движущемуся веществу. При этом в рабочем колесе обычно увеличиваетсякинетическая и потенциальная энергия вещества, т. е. его скорость и давление возрастают. В расположенных за колесом неподвижных лопаточных аппаратах уже без подвода энергии извне происходит преобразование кинетической энергии в потенциальную. Процессы сжатия в компрессорах динамического действия происходят при больших скоростях и главным образом за счет использования сил инерции. К этому классу относятся центробежные, осевые и вихревые компрессоры.
Компрессоры динамического действия имеют следующие преимущества перед объемными поршневыми.
- Значительно меньшие габаритные размеры и массу по сравнению с объемными компрессорами той же производительности. Это обусловлено непрерывностью потока вещества и высокими скоростями движения.
- Надежность в работе вследствие малого износа при сжатии незагрязненных веществ. Единственными узлами, где имеется механическое трение, являются подшипники.
- Практически полная уравновешенность вращающегося ротора, что позволяет устанавливать компрессоры на легких фундаментах.
- Равномерность подачи сжатого вещества.
- Отсутствие загрязнения вещества смазочным маслом. В холодильных машинах это позволяет повысить эффективность теплообмена в аппаратах и уменьшить их массу и размеры или снизить необратимые потери при теплообмене.
- Возможность получения значительно большей производительности.
- Возможность непосредственного соединения с высокооборотным приводным двигателем — паровой или газовой турбиной, высокочастотным электродвигателем. Это позволяет повысить КПД агрегата за счет уменьшения механических потерь и сделать его более компактным.
Основными недостатками компрессоров динамического действия являются следующие.
- Трудность выполнения их для получения малой производительности, так как это сопряжено с необходимостью иметь очень высокую частоту вращения ротора. К тому же при малых абсолютных размерах рабочих колес относительные зазоры между лопаточными аппаратами и корпусом, а также в лабиринтных уплотнениях становятся значительными — а это приводит к снижению КПД. Кроме того, когда числа Рейнольдса в потоках сжимаемого вещества становятся меньше определенного значения, это сопровождается дополнительными потерями из-за усиления влияния вязкости и также вызывает снижение КПД компрессора.
- Сравнительно узкий диапазон устойчивой работы при изменении производительности. Если не применять специальных методов регулирования, то уменьшение расхода вещества до 60—80% от расчетного объема сопровождается потерей устойчивости течения, проявляющейся в возникновении пульсаций давления и периодическом движении потока вещества в обратном направлении — от нагнетания к всасыванию. Это явление называют помпажом компрессора. Работа в режиме помпажа вызывает большие динамические нагрузки на ротор и может привести к выходу компрессора из строя.
- Трудность получения высоких отношений давления — свыше 30—40. Для холодильной техники этот недостаток компрессоров динамического действия несущественен, так как в циклах холодильных машин такие высокие отношения давлений обычно не требуются.
- Существенная зависимость характеристик компрессоров динамического действия от термодинамических свойств рабочего вещества, что не позволяет, как правило, эксплуатировать компрессоры этого типа на других рабочих веществах без изменения конструкции или режима работы.
В нашей стране налажено серийное производство хладоновых, аммиачных и пропановых центробежных компрессоров для паровых, а осевых компрессоров — для газовых холодильных машин. Их конструкции разрабатываются во ВНИИхолодмаше. В основе теории машин динамического действия лежат одни и те же уравнения термогазодинамики, поэтому рассмотрим их в первую очередь с тем, чтобы в дальнейшем применить к каждому конкретному типукомпрессора.