Compresoar centrifugale

Compresoar centrifugale

1.5.1. Scurt istoric

Compresoarele centrifugale au inceput sa fie utilizate in tehnica frigului la inceputul secolului. Cele mai importante repere cronologice sunt:

1910: In Germania se studiaza posibilitatea utilizarii acestor compresoare cu agentii frigorifici cunoscuti la momentul respectiv (SO₂, CO₂, NH₃). Simultan compania Carier in S.U.A. experimenta cu aceste masini, diverse hidrocarburi si clorura de metilen.

1926: In Elvetia, compania Brown Boveri realizeaza un compresor centrifugal functionand cu amoniac, avand o putere frigorifica de 7000 kW, la realizarea unei temperaturi de -15°C. Ulterior aceeasi companie a utilizat clorura de etilen si bromura de etilen pentru climatizare.

1930: Compania americana Kinetic Chemicals produce freoni avand masa moleculara mare, care se preteazate bine la utilizarea in aceste compresoare.

1933: Compania Carrier utilizeaza R11 pentru climatizare si R12, propan, respectiv SO₂, pentru realizarea de temperaturi mai scazute.

Dupa al doilea razboi mondial, dezvoltarea intensa a domeniului conditionarii aerului, dar si a aplicatiilor care necesita temperaturi mai scazute, au favorizat atat in Europa cat si in S.U.A. promovarea compresoarelor centrifugale.

Tab. 1.4. Tipuri de compresoare centrifugale
realizate de principalii furnizori

e centrifugale

1.5.2. Generalitati

Compresoarele centrifugale sunt utilizate intr-o mare varietate de instalatii frigorifice si pentru conditionarea aerului.

Debitele volumice uzuale se incadreaza intre 200 m³/h in aeronautica si 55000 m³/h in conditionarea aerului, iar turatiile intre 3000 si 100000 rot/min. Debitele mici se realizeaza cu diametre mici si turatii mari, iar debitele mari cu diametre mari si turatii mici.

Compresoarele frigorifice centrifugale de puteri frigorifice mici realizeaza 15-95 kW, functionand cu R134a, sau R114, au dimensiuni foarte reduse, sunt antrenate de turbine actionate de aer, la turatii de peste 100000 rot/min si sunt destinate climatizarii cabinelor avioanelor de transport.

Puterile frigorifice maxime ale compresoarelor centrifugale sunt limitate de dimensiunile acestora. De exemplu un asemenea compresor de 55000 m³/h pentru climatizarea unui aeroport, are un diametru exterior de aproape 2m.

Temperaturile de vaporizare pe care le pot realiza se situeaza intre +10 C (climatizare) si -160 C (lichefierea metanului). Presiunile de refulare pot ajunge la 21 bar, iar raportul de comprimare variaza intre 2 si 30 (cu mai multe trepte de comprimare). Practic pot sa fie comprimatii toti agentii frigorifici.

In compresoarele frigorifice se pot monta maxim 10 trepte (etaje) de comprimare si sunt posibile aspiratii multiple intre trepte, la diferite nivele de temperatura, astfel incat un compresor sa poata realiza mai multe nivele de temperatura scazuta. Se pot monta in serie mai multe compresoare, care sa fie antrenate simultan, iar daca este necesar aceste compresoare cu antrenare unica pot sa functioneze cu mai multi agenti frigorifici.

In conditionarea aerului, datorita valorii reduse a raportului de comprimare (3 . 4), este posibila comprimarea in una sau doua trepte, deci pentru acest domeniu se utilizeaza masini simple.

1.5.3. Constructia compresoarelor centrifugale

Masinile utilizate in climatizare sunt realizate in general sub forma unor grupuri care cuprind compresorul, sistemul de antrenare, condensatorul, vaporizatorul, dispozitivul de destindere si aparatele auxiliare.

Un model de rotor pentru compresoarele centrifugale este prezentat in figura 1.27.

In figura 1.28 este prezentat modul de compunere a vitezelor intr-un rotor de compresor centrifugal.

Compresoarele centrifugale sunt realizate in mai multe variante constructive:

Compresoarele deschise cu multiplicator separat, ca cel din figura 1.29, au aparut in ordine cronologica primele, avand la inceput doua trepte de comprimare.

Primii agenti frigorifici utilizati in aceste compresoare au fost R11, R12, R114, R500, R502 si R22.

Cele mai importante caracteristici ale acestor compresoare sunt urmatoarele:

- caterul este realizat din fonta oteloasa avand doua parti suprapuse, ambele avand cate o suprafata plana pentru montarea unei garnituri orizontale;
- rotoarele sunt in general inchise avand paletele ascunse in interior si fiind realizate in una din urmatoarele variante:

- integral din otel, cu palete separate, montate in canale practicate pe cele doua fete ale rotilor;
- integral din otel, cu paletele frezate in una din cele doua fete, cealalta fiind sudata de marginile rotilor;
- din aliaje de aluminiu lipite;

- labirintii (o parte fixa din aluminiu si una rotitoare din otel) etanseaza zona de presiune ridicata fata de cea de presiune scazuta, fiind strabatute de un debit foarte scazut de agent frigorific, avand si rolul de a impiedica uleiul din circuitul de ungere sa patrunda in compresor;
- garnitura mecanica are o constructie asemanatoare cu cea a compresoarelor deschise cu piston si etanseaza interiorul compresorului de exterior;
- pompa de ulei este montata la celalalt capat al arborelui, iar rotile dintate sunt imersate in baia de ulei aflata in partea inferioara a carterului;
- circuitul de ungere are urmaatoarele elemente principale:
- pompa de ulei cu roti dintate;
- filtru foarte fin;
- canalele de curgere a uleiului;
- punctele in care se realizeaza ungerea;
- supapa pentru reglarea presiunii de ungere;
- rezistenta electrica pentru degazarea uleiului;
- schimbator de caldura pentru racirea uleiului (racitor de ulei);
- pompa de ungere electrica, pentru asigurarea ungerii la pornire si in perioadele de oprire;
- cuplajul multiplicatorului exterior este realizat din doua mansoane danturate, montate pe cei doi arbori (al compresorului si al multiplicatorului) si dintr-o piesa intermediara de forma cilindrica avand dantura interioara.

Ansamblul este inchis si lucreaza intr-o baie de ulei.

Varianta de compresor din figura 1.30 prezinta un carter avand forma simplificata, roti mai simple, iar in difuzoare pot sa existe optional si palete.

- La intrarea in primul rand de roti poate sa existe un dispozitiv mobil de reglare a debitului, denumit si dispozitiv de prerotire.

- Ungerea se realizeaza cu ajutorul unei pompe centrifugale.

Compresoarele deschise cu multiplicator incorporat au constructia prezentata in figura 1.31.

- Deoarece ansamblul compresor-multiplicator-motor nu este nici economic, nici usor de manevrat, unii constructori au montat multiplicatorul in carter;

- Unul din avantaje este acela ca garnitura mecanica este plasata pe arborele de turatie redusa, care este mai usor de etansat.

Compresoarele centrifugale semiermetice se utilizeaza in conditionarea aerului, unde raportul de comprimare mai redus permite utilizarea a numai doua trepte de comprimare, la o turatie care poate fi realizata prin antrenarea directa utilizand un motor electric cu doi poli. O asemenea varianta este prezentata in figura 1.32.