Ротационные компрессоры работают по тому же принципу, что и поршневые машины, т. е. по принципу вытеснения. Основная часть энергии, передаваемой газу, сообщается при непосредственном сжатии.
Сущность действия ротационного компрессора заключается в том, что, независимо от его конструктивных особенностей, всасывание газа или воздуха производится той полостью компрессора, объем которой увеличивается при вращении ротора. Засосанный газ попадает в замкнутую камеру, объем которой, перемещаясь при вращении ротора, уменьшается. Сжатие за счет уменьшения объема приводит к увеличению давления и выталкиванию газа в нагнетательный патрубок.
Ротационные нагнетатели, развивающие избыточное давление до 0,28—0,3 МПа (при атмосферном давлении на входе), называются воздуходувками, а создающие более высокое давление — компрессорами. Ротационные компрессоры и воздуходувки имеют ряд преимуществ перед поршневыми: уравновешенный ход из-за отсутствия возвратно-поступательного движения; возможность непосредственного соединения с электродвигателем; равномерная подача газа; меньший вес конструкции, отсутствие клапанов и т. д.
Вместе с тем, по сравнению с поршневыми, ротационные компрессоры имеют более низкий механический КПД, развивают более низкое давление, требуют более высокой точности изготовления.
Наибольшее распространение в различных отраслях пищевой промышленности получили два типа ротационных машин: пластинчатые и с двумя вращающимися поршнями. Оба типа машин применяются как компрессоры или воздуходувки, а также как вакуум-насосы.
Для создания относительно высокого давления (0,3— 0,4 МПа) применяют одноцилиндровые пластинчатые компрессоры. Если установить последовательно два ротационных пластинчатых компрессора с промежуточным охлаждением воздуха, то можно обеспечить давление до 0,7 МПа и более.
Одноступенчатый пластинчатый компрессор, работая как вакуум-насос, может создавать вакуум до 90%, а при особой тщательности изготовления и монтажа — до 95%.
Как низконапорные воздуходувки с избыточным давлением 0,06—0,08 МПа широко применяются ротационные машины с двумя вращающимися поршнями. Такой компрессор, работая как вакуум-насос, создает вакуум до 70%.
Рассмотрим схему ротационного пластинчатого компрессора. Обычно ротор компрессора расположен эксцентрично в цилиндре. В роторе сделаны радиальные прорези, в которых свободно перемещаются пластины. Вокруг цилиндра расположена водяная рубашка для охлаждения компрессора. При вращении ротора по часовой стрелке через патрубок происходит всасывание, а через патрубок — нагнетание газа.
Благодаря эксцентричному расположению ротора при его вращении образуется серповидное пространство, разделенное пластинами на отдельные камеры. Пластины выходят из пазов ротора вследствие действия центробежной силы и прижимаются к стенкам цилиндра. Так как крышки компрессора примыкают к торцевым поверхностям ротора с малым зазором, отдельные камеры, на которые делится серповидное пространство, оказываются изолированными, увеличивающимися до некоторого объема, а затем уменьшающимися.
Вследствие того, что объем газа в камерах левой части серповидного пространства увеличивается, всасывание происходит через патрубок, а нагнетание через патрубок, так как при дальнейшем перемещении ротора происходит уменьшение объема газа в камерах и выталкивание его.
Пластинчатый компрессор сумского машиностроительного завода им. М. В. Фрунзе. Для уменьшения трения центробежная сила пластин воспринимается двумя разгрузочными кольцами, которые охватывают пластины и свободно вращаются в цилиндре. В зазор между внешней поверхностью разгрузочных колец и внутренней поверхностью выточек в цилиндре через отверстия подается масло. Число пластин в таких компрессорах обычно бывает не менее двадцати, чтобы уменьшить перепад давления между камерами и этим ослабить перетекание газа и увеличить объемный КПД.
Для предотвращения чрезмерного износа цилиндра и пластин, окружная скорость на внешней кромке пластин должна быть не больше 10— 12 м/с Для обеспечения плотного прилегания пластин к внутренней поверхности цилиндра необходимо, чтобы минимальная окружная скорость была в пределах 7—7,5 м/с. Поэтому изменение частоты вращения ротационных компрессоров допустимо только в определенных пределах. В качестве воздуходувок чаще всего применяются ротационные компрессоры с двумя вращающимися поршнями. Такие компрессоры могут также применяться и как вакуум-насосы, например, во всасывающих системах пневмотранспорта зерна и солода на пивоваренных и спиртовых заводах и др.
Конструкция такого компрессора состоит из корпуса, в котором вращаются в противоположных направлениях два поршня, профилированных в виде восьмерок с циклоидальным зацеплением. Привод осуществляется с помощью зубчатой передачи. В процессе вращения поршни непрерывно соприкасаются, разделяя объем корпуса на отдельные камеры. Воздух всасывается через патрубок, а затем при повороте роторов он попадает в замкнутую камеру и, не меняя объема, перемещается к нагнетательному патрубку, через который выталкивается в нагнетательный трубопровод или наружу. Следовательно, сжатие происходит только в самом конце цикла в момент сообщения замкнутой камеры с воздухом в нагнетательном патрубке воздуходувки.
Недостатками ротационных компрессоров с двумя вращающимися поршнями считают существенное уменьшение объемного КПД при малейшем увеличении зазоров; сильный шум, который создают воздуходувки во время работы.
