Типы компрессоров по способу сжатия – Классификация компрессоров

Содержание

Два основных принципа сжатия: объемное и динамическое

Поиск по вики-сайту о сжатом воздухе

Прежде чем вы узнаете о различных компрессорах и методах сжатия, сначала нам следует познакомить вас с двумя основными принципами сжатия газа. После этого мы сравним их и рассмотрим различные компрессоры в этих категориях.

Каковы два основных принципа сжатия?

объемное и динамическое сжатие

Существует два общих принципа сжатия воздуха (или газа): сжатие возвратно-поступательным движением и динамическое сжатие. К первому типу относятся, например, возвратно-поступательные (поршневые) компрессоры, орбитальные (спиральные) компрессоры и различные типы ротационных компрессоров (винтовые, зубчатые, лопастные). При сжатии возвратно-поступательным движением воздух всасывается в одну или несколько камер сжатия, которые затем изолируются от входа. Постепенно объем каждой камеры уменьшается, и воздух внутри сжимается. Когда давление достигает расчетного коэффициента сжатия, открывается порт или клапан, и воздух выгружается в выпускную систему под действием постоянного уменьшения объема камеры сжатия. При динамическом сжатии воздух вращается лопастями быстро вращающегося рабочего колеса компрессора и разгоняется до высокой скорости. Затем газ выпускается через диффузор, где кинетическая энергия преобразуется в статическое давление. К основным компрессорам с динамическим сжатием относятся турбокомпрессоры с осевой или радиальной схемой потока.

Что такое компрессоры с возвратно-поступательным движением?

поршневой компрессор

Велосипедный насос демонстрирует простейшую форму сжатия с возвратно-поступательным движением, когда воздух втягивается в цилиндр и сжимается движущимся поршнем. Поршневой компрессор характеризуется тем же принципом работы и использует поршень, движение которого вперед и назад осуществляется с помощью шатуна и вращающегося коленчатого вала. Если для сжатия используется только одна сторона поршня, такой компрессор называется компрессором одностороннего действия. Если используются верхняя и нижняя стороны поршня, компрессор осуществляет двойное действие.

Коэффициент давления представляет собой соотношение между абсолютными давлениями на входе и выходе. Соответственно, машина, которая всасывает воздух при атмосферном давлении (1 бар (а) и сжимает его до 7 бар избыточного давления, работает при коэффициенте давления (7 + 1)/1 = 8).

Схема компрессора для компрессоров с возвратно-поступательным движением

На двух графиках ниже показано (соответственно) соотношение давления и объема для теоретического компрессора и более реалистичная схема для поршневого компрессора. Рабочий объем - это объем цилиндра, в котором перемещается поршень на этапе всасывания. Объем камеры сжатия - это объем, расположенный под впускным и выпускным клапанами и над поршнем, который должен оставаться в верхней точке поворота поршня по механическим причинам.

Разница между рабочим объемом и объемом всасывания обусловлена расширением воздуха, оставшегося в объеме камеры сжатия перед началом всасывания. Разница между теоретической диаграммой p/V и фактической диаграммой обусловлена практической конструкцией компрессора, например, поршневого. Клапаны никогда не являются полностью герметичными, и между поршневой юбкой и стенкой цилиндра всегда присутствует утечка определенной степени. Кроме того, клапаны не могут полностью открываться и закрываться без минимальной задержки, что приводит к перепаду давления, когда газ протекает по каналам. Из-за такой конструкции газ нагревается при входе в цилиндр.


Формула изометрического сжатия

Работа компрессора с изометрическим сжатием:

Формула изоэнтропического сжатия

Работа компрессора с изоэнтропическим сжатием:

Эти соотношения показывают, что для изоэнтропического сжатия требуется больше работы, чем для изотермического сжатия.

Что такое динамические компрессоры?

В динамическом компрессоре повышение давления происходит во время протекания потока газа. Протекающий газ разгоняется до высокой скорости с помощью вращающихся лопастей на рабочем колесе. Затем скорость газа преобразуется в статическое давление, когда газ вынужден замедляться при расширении в диффузоре. В зависимости от основного направления, используемого потоком газа, эти компрессоры называются радиальными или осевыми. По сравнению с компрессорами объемного типа динамические компрессоры имеют характеристику, при которой небольшое изменение рабочего давления приводит к значительному изменению скорости потока.

Скорость каждого рабочего колеса имеет верхний и нижний предел расхода. Верхний предел означает, что скорость потока газа достигает скорости звука. Нижний предел означает, что противодавление становится больше, чем давление компрессора, что говорит о возникновении обратного потока внутри компрессора. Это, в свою очередь, приводит к пульсации, шуму и опасности механического повреждения.

Сжатие в несколько ступеней

Теоретически, воздух или газ могут быть сжаты изоэнтропически (при постоянной энтропии) или изотермически (при постоянной температуре). Любой процесс может быть частью теоретически обратимого цикла. Если бы сжатый газ можно было использовать сразу после сжатия при его конечной температуре, процесс изоэнтропического сжатия имел бы определенные преимущества. В действительности воздух или газ редко используются непосредственно после сжатия и перед применением их обычно охлаждают до температуры окружающей среды. Следовательно, предпочтительным является процесс изотермического сжатия, поскольку он требует меньшего количества работы. Обычный практический подход к выполнению процесса изотермического сжатия включает охлаждение газа во время сжатия. При эффективном рабочем давлении 7 бар изоэнтропическое сжатие теоретически требует энергии на 37% больше, чем изотермическое сжатие.

Практический метод снижения нагрева газа состоит в том, чтобы разделить сжатие на несколько ступеней. Газ охлаждают после каждой ступени перед сжатием до конечного давления. Это также увеличивает энергоэффективность, причем наилучший результат достигается, когда каждая ступень сжатия имеет одинаковый коэффициент давления. При увеличении количества ступеней сжатия весь процесс приближается к изотермическому сжатию. Тем не менее, существует экономический предел для количества ступеней, которые может использовать конструкция реальной установки.


В чем разница между турбокомпрессором и компрессором с возвратно-поступательным движением?

При постоянной скорости вращения кривая давления/расхода для турбокомпрессоров существенно отличается от эквивалентной кривой для компрессора с возвратно-поступательным движением. Турбокомпрессоры - это машины с переменным расходом и переменной характеристикой давления. С другой стороны, компрессор объемного типа представляет собой машину с постоянным расходом и переменным давлением. Компрессор обеспечивает более высокое отношение давления даже на низкой скорости. Турбокомпрессоры рассчитаны на большой расход воздуха.


Другие статьи по этой теме

www.atlascopco.com

Классификация компрессоров | EN-PROF.RU - статьи о генераторах и компрессорах

Компрессор представляет собой промышленный аппарат, предназначенный для подачи и сжатия воздуха и газообразных веществ посредством давления. Оборудование применяется практически во всех производственных сферах. Это машиностроение, химические и газовые отрасли, металлургия, добывающие предприятия.

Классификация компрессоров включает агрегаты, различающиеся по следующим параметрам: 

Принцип действия

Выделяют объемные и динамические виды, которые отличаются по способу нагнетания обрабатываемого потока. Объемные сжимают газ за счет уменьшения рабочей камеры, динамические повышают давление через передачу кинетической энергии.
Поршневые объемные компрессоры относятся к наиболее распространенным. Принцип действия строится на кривошипно-шатунном механизме: благодаря возвратным и поступательным колебаниям поршня в цилиндре рабочая камера меняет объем и обеспечивает сжатие газа.
Классификация компрессоров поршневого типа предполагает следующие виды:

  • Бытовые. Сдают давление не более 8 бар, характеризуются компактностью и бесшумностью, рассчитаны на короткий период применения и устанавливаются в основном в мастерских, автомобильных СТО и на строительных площадках.
  • Полупрофессиональные. Обеспечивают давление до 16 бар и адаптированы к условиям и нагрузкам малых предприятий. Отличаются шумностью и интенсивным потреблением масла, что делает их неэкономичными.
  • Промышленные. Модификация подготовлена для поддержания технологических процессов на крупных производственных площадках, в частности в металлургии и нефтеперерабатывающей промышленности. В данную категорию также входят медицинские компрессоры, оснащаемые специальными установками для подавления шума.

К другим видам объемных компрессоров относятся:

  • Винтовые. Конструкция предполагает наличие одного или нескольких винтов, которые образуют давление за счет зацепления друг друга.
  • Шестеренчатые. Рабочие объемы создаются посредством двух шестерней, вращающихся в разном направлении.
  • Роторно-пластинчатые. Модель подразумевает наличие ротора, который обеспечивает рабочие параметры через центробежную силу, смещающую оси ротора и корпуса.
  • Жидкостно-кольцевые и мембранные. Функционируют по принципу роторно-пластинчатых, но предполагают заливку жидкости, которая обуславливает изменение рабочих объемов.

Чтобы узнать, какие еще бывают компрессоры, стоит изучить ассортимент динамических конфигураций. Это радиальные, струйные и осевые модели. Радиальные подразумевают наличие вала, на котором смонтировано рабочее колесо. В осевых основу конструкции составляет ротор и статор. Струйные называют также эжекторами: это значит, что для получения давления на обрабатываемый газ (пассивный) применяется энергия другого газа (активный).

Сфера применения

Это энергетические, нефтехимические, модификации общего назначения и узкоспециальные, адаптированные к задачам отдельной отрасли производства. Выбор компрессора учитывает требуемые рабочие характеристики, эксплуатационные нагрузки, которые для каждого предприятия индивидуальны.

Давление на выходе

Типы компрессоров разделяются на комплектации низкого (до 1,2 МПа, применяются для сжатия воздушного потока), среднего (до 10МПа, предназначены для сжатия газа в процессах химического производства), высокого (до 100 МПа, задействуются в тяжелой промышленности) и сверхвысокого давления (более 100 МПа, устанавливаются с целью синтеза газообразных веществ).

Конфигурация привода

Производители предлагают виды компрессоры с разными силовыми установками. Это модели с электрическими моторами, паровыми и газовыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания.

Принцип охлаждения

Выделяются устройства с воздушной и водяной модификацией охлаждающих механизмов.

По производительности

Параметры производительности высчитываются согласно объему рабочей среды и времени, затраченному на обработку. По ресурсным параметрам компрессоры разделяются на три разновидности: агрегаты малой (10 м3/мин), средней (100 м3/мин) и большой (выше100 м3/мин) производительности, которая зависит от диаметра цилиндра скорости вращения рабочего вола и длины хода поршня.

en-prof.ru

Типы компрессоров

 

Компрессор

Компрессор, устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в К. более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2-3 раза применяют воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. cm.) - вентиляторы. К. впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в. Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером, теория осевых компрессоров и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина и других учёных. По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные.Компрессоры также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные и др.), по создаваемому давлению рн (низкого давления - от 0,3 до 1 Мн/м2, среднего - до 10 Мн/м2 и высокого - выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам. Компрессоры также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N.

Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного поршневого компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в К. его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки компрессор оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика). Одноступенчатый компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7-8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые компрессоры, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений - выше 10 Мн/м2. В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них - регулирование изменением частоты вращения вала.

Ротационные компрессора имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры, имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3. Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части К. будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части компрессора объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из компрессора в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного компрессора охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного компрессоры с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м2. Принципы действия ротационного и поршневого компрессоров в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном К. всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного компрессора, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационного компрессора осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый К. разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора и т.д. Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25-30, а у промышленных К. - 8-12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280-500 м/сек. Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками. Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.

Осевой компрессор имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6. На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси К. (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых К. между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого К. обычно равна 1,2-1,3, т. е. значительно ниже, чем у центробежных К., но кпд у них достигнут самый высокий из всех разновидностей К. Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых К. осуществляется так же, как и центробежных. Осевые К. применяют в составе газотурбинных установок (см. Газотурбинный двигатель). Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых К. оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные компрессора по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессора обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар. Основные типы компрессоров, их параметры и области применения показаны в табл. Типы компрессоров и их характеристика

Тип компрессора Предельные параметры Область применения
Поршневой VВС = 2-5 м3/мин РН = 0,3-200 Мн/м2 (лабораторно до 7000 Мн/м2) n = 60-1000 об/мин N до 5500 квт Химическая промышленность, холодильные установки, питание пневматических систем, гаражное хозяйство.
Ротационный VВС = 0,5-300 м3/мин РН = 0,3-1,5 Мн/м2 n = 300-3000 об/мин N до 1100 квт Химическая промышленность, дутье в некоторых металлургических печах и др.
Центробежный VВС = 10-2000 м3/мин РН = 0,2-1,2 Мн/м2 n = 1500-10000 (до 30000) об/мин N до 4400 квт (для авиационных - до десятков тысяч квт) Центральные компрессорные станции в металлургической, машиностроительной, горнорудной, нефтеперерабатывающей промышленности
Осевой VВС = 100-20000 м3/мин РН = 0,2-0,6 Мн/м2 n = 2500-20000 об/мин N до 4400 квт (для авиационных - до 70000 квт) Доменные и сталелитейные заводы, наддув поршневых двигателей, газотурбинных установок, авиационных реактивных двигателей и др.

 

Лит.: Шерстюк А. Н.,Компрессорры, М.-Л., 1959; Рис В. Ф., Центробежные компрессорные машины, 2 изд., М.- Л., 1964; Френкель М. И., Поршневые компрессоры, 3 изд., Л., 1969: Центробежные компрессорные машины, М., 1969. Е. А. Квитковская.

barrens.ru

Типы компрессоров | НПП Ковинт

В данном разделе я привожу общую информацию с описанием типов (или видов) компрессоров для понимания, какие типы компрессоров существуют и применяются в промышленности.

Также прокомментирую некоторые термины и определения.

Типы компрессоров

Итак, все компрессоры можно разделить на две большие группы по принципу действия. Это компрессоры объемного действия и динамического действия.

Компрессоры объемного действия — это компрессоры, в которых сжатие газа происходит за счет изменения объема камеры сжатия. К таким компрессорам относятся поршневые, поршне-мембранные, мембранные и роторные (роторные винтовые, роторно-пластинчатые и другие).

Этот тип компрессоров является одним из самых распространенных на промышленных предприятиях и научно-исследовательских центрах.

Компрессоры динамического действия — это компрессоры, в которых сжатие происходит за счет перевода кинетической энергии газа в потенциальную энергию.

В основном в промышленности используются центробежные компрессоры в тех случаях, когда требуются большие потоки (более 150 — 200 м3/мин) сжатого газа. Также данные компрессоры используются в составе станций на газоперекачивающих трубопроводах.  

Подробную классификацию компрессоров можно увидеть на картинке ниже:  

Типы (виды) компрессоров

 

В рамках своей работы я сталкиваюсь только с компрессорами объемного действия. На данном сайте публикуется информация о поршневых и мембранных компрессорах среднего, высокого и сверх-высокого давления.

Термины и определения

Несколько слов о применяемых терминах:

Компрессор — энергетическая машина или устройство для повышения давления и перемещения газа или их смесей (рабочей среды)

Компрессорная станция — комплекс, включающий в себя одну или более компрессорных установок, здание, в котором они размещены, шасси, кузов, платформу, навес, систему управления и необходимое вспомогательное оборудование.

Компрессор низкого давления  компрессор с конечным давлением до 1.5 МПа.

Компрессор среднего давления — компрессор с конечным давлением от 1.5 до 10 МПа.

Компрессор высокого давления — компрессор с конечным давлением от 10 до 100 МПа.

Компрессор сверхвысокого давления — компрессор с конечным давлением от 100 МПа.

Дожимающий компрессор — компрессор, у которого начальное давление не ниже 0.1 МПа. 

Газовый компрессор — компрессор для сжатия газа или смеси газов, кроме воздуха.

Маслозаполненный компрессор — жидкостнозаполненный компрессор, в котором в качестве впрыскиваемой жидкости используется масло.

Горизонтальный компрессор — компрессор с горизонтальным расположением осей цилиндров в поршневом компрессоре, мембранных блоков в мембранном компрессоре, роторов в роторном или турбокомпрессоре.

Вертикальный компрессор — компрессор с вертикальным расположением осей цилиндров в поршневом компрессоре, мембранных блоков в мембранном компрессоре, роторов в роторном или турбокомпрессоре.

Оппозитный компрессор — поршневой компрессор, оси цилиндров которого расположены в двух противоположных от коленчатого вала направлениях и лежат в горизонтальной плоскости.

V-образный компрессор — поршневой компрессор, оси цилиндров которого в плоскостях, перпендикулярных к оси коленчатого вала, расположены в двух направлениях, составляющих одинаковые, меньше 90° углы с вертикальной плоскостью.

Прямоугольный компрессор — поршневой или мембранный компрессор, оси цилиндров или мембранных блоков которых в плоскостях, перпендикулярных к оси коленчатого вала, расположены в двух направлениях, одно из которых совпадает с вертикальной плоскостью, а другое — с горизонтальной.

W-образный компрессор  поршневой компрессор, оси цилиндров которого в плоскостях, перпендикулярных к оси коленчатого вала, расположены в трех направлениях, одно из которых совпадает с вертикальной плоскостью, а два другие образуют одинаковые углы с вертикальной плоскостью меньше 90 градусов.

Звездообразный компрессор — поршневой компрессор, оси цилиндра которого в плоскостях, перпендикулярных к оси коленчатого вала, расположены звездообразно в четырех и более направлениях.

Механизм движения поршневого (мембранного) компрессора  совокупность элементов поршневого (мембранного) компрессора, предназначенная для преобразования и передачи движения от привода к поршням (мембранам).

База поршневого (мембранного) компрессора — совокупность сборочных единиц, объединяющая кривошипно-шатунные механизмы и включающая станину с коренными подшипниками и направляющими крейцкопфов, коленчатый вал, шатуны, крейцкопфы, элементы системы смазки кривошипно-шатунных механизмов, предназначенная для использования в различных компрессорах.

Рабочая камера компрессора объемного действия — полость компрессора объемного действия, в которой происходит сжатие газа.

Основные расчетные параметры компрессоров объемного действия

Начальное давление компрессора — давление газа на входе в компрессор (секцию, ступени). Этот параметр часто необходим для определения конструкции узла всасывания компрессора или компрессорной станции.

При подборе компрессора необходимо понимать минимально и максимально возможное давление на всасывании компрессора для настройки параметров при аварийной ситуации.  

Конечное давление компрессора (секции, ступени) — давление газа на выходе из компрессора (секции, ступени).

Этот параметр является одним из определяющих при выборе компрессора. Причем нужно учитывать не только рабочее давление, но и минимально-максимально допустимые значения.

Объемная производительность компрессора (секции, ступени) — объемный расход газа на выходе из компрессора (секции, ступени). Как правило в документации обычно применяют объемную производительность компрессора, приведенную к начальным условиям всасывания.

Предыдущие три параметра (начальное давление, конечное давление и объемная производительность компрессора) являются определяющими параметрами компрессора или компрессорной станции, от которых зависит тип компрессора и его стоимость.  

Начальная температура компрессора (секции, ступени) — температура газа на входе в компрессор (секцию, ступень).

Конечная температура компрессора (секции, ступени) — температура газа на выходе из компрессора (секции, ступени).

Мощность на валу компрессора — сумма мощности компрессора и вспомогательной мощности компрессора.

Мощность на валу приводного двигателя — сумма мощности на валу компрессора и мощности, теряемой в устройствах передачи движения от приводного двигателя к компрессору

Мощность компрессорного агрегата — мощность, потребляемая приводным двигателем компрессора.

Мощность компрессорной установки — сумма мощности компрессорного агрегата и мощностей дополнительных систем, обеспечивающих работу компрессорного агрегата.

Более полный список терминов и определений можно найти, изучив ГОСТ 28567-90 «Компрессоры. Термины и определения». Скачать документ можно по ссылке ГОСТ-28567-90 Компрессоры. Термины и определения

Если у вас есть какие-либо вопросы, то их можно задать мне, отправив сообщение по электронной почте:

[email protected]

или через форму ниже. Я отвечу в течение одного рабочего дня.

 

С уважением,

Константин Широких

 

Вернуться в раздел Полезная информация

 

covint.ru

Описание типов компрессоров

В общем случае компрессоры по принципу сжатия делятся на компрессоры динамического и объемного сжатия.
Наиболее распространенные из группы компрессоров динамического сжатия - центробежные и осевые (турбомашины). В этих компрессорах сжатие газа происходит за счет преобразования давления торможения, разогнанного в рабочем колесе потока газа, в статическое давление в неподвижных элементах проточной части компрессора. Применение этих компрессоров обусловлено на тех производствах, где требуются очень высокие расходы сжатого газа. Кроме того, газ получается практически безмасляным в силу конструктивных особенностей этой группы компрессоров.
Компрессоры с объемным принципом сжатия встречаются гораздо чаще турбомашин. Самыми популярными из них являются поршневые, винтовые, спиральные компрессоры, а также воздуходувки Рутса. Конечно, объемных машин гораздо больше, но в рамках этой статьи описываются наиболее часто встречающиеся из них.

Поршневые компрессоры
В данном секторе на рынке чаще всего встречаются поршневые воздушные компрессоры с простым тронковым поршнем, одно- или двухступенчатые, с рядным или V-образным расположением цилиндров. Производительность предлагаемых поршневых компрессоров в большинстве случае не превышает 2 м.куб/мин. Именно из-за небольших производительностей и весьма доступных цен эти компрессоры стали, пожалуй, самыми популярными компрессорами в секторе малого бизнеса. Компрессора исполняются с маслозаполненным картером и безмасляные. Безмасляные поршневые компрессора, как правило, имеют крайне малый ресурс, и если вам требуется сжатый чистый газ, имеет смысл взять поршневой компрессор с маслозаполненным картером и систему очистки сжатого воздуха, либо рассмотреть вариант покупки ротационной машины: спирального или зубчатого компрессора, что значительно повысит надежность работы источника сжатого воздуха.
Зачастую приходится видеть дешевые ОДНОСТУПЕНЧАТЫЕ поршневые компрессора с заявленным максимальным давлением нагнетания 8-10 атмосфер. В данном случае производитель или завышает показатели своих машин, или они работают при запредельных нагрузках, поскольку максимально допустимая степень повышения давления в одной ступени, в общем случае, примерно 4! Также, если у вас есть выбор между рядной или V-образной компоновкой, остановиться следует на второй, поскольку она обеспечивает более сбалансированную, в части вибраций, работу механизма, что увеличивает его ресурс.

Винтовые компрессоры
Сжатие в машинах этого типа происходит в камерах, образущихся между боковыми поверхностями зубов рабочих винтов и корпусом винтового элемента. Эти компрессоры относятся уже к классу ротационных машин. Основное преимущество винтовых компрессоров в прекрасной сбалансированности всех вращающихся рабочих элементов, что значительно увеличивает ресурс работы. Дешевый поршневой компрессор, скорее всего проработает около 2000 часов, после чего потребуется ремонт, с заменой колец, а возможно и подшипников. У винтовых компрессоров после 2000-4000 часов наработки наступает лишь срок сервисного обслуживания, при котором необходимо сменить расходники. Масло в камере сжатия винтового элемента, выполняет роль смазки, герметика зазоров между винтами и корпусом, а также охладителя сжимаемого в винтовом элементе газа. Благодаря своим характеристикам, винтовые компрессоры находят широкое применение в промышленных условиях, либо там, где к компрессорам предъявляются высокие требования по надежности.

Спиральные компрессоры
Отличительная особенность этих компрессоров в том, что они изначально предназначены для получения безмаслянных сжатых газов. Сжатие происходит за счет кругового перемещения двух корпусов со спиральными профилями друг относительно друга (один корпус неподвижен, другой перемещается). В процессе такого кругового перемещения между спиралями образуются камеры, которые перемещаются к центру, где находится нагнетательное окно. Основным приемуществами этих компрессоров можно назвать равномерность подачи газа в сеть и низкий уровень шума при работе. Минусом этих компрессоров можно назвать высокую цену, которая обусловлена технологической сложностью изготовления, и относительно невысокие производительности.

Газодувки Рутса
Газодувка Рутса относится к компрессорам с внешним типом сжатия - в самой газодувке газ не сжимается, а лишь переносится со стороны всасывания, на сторону нагнетания лопастями роторов газодувки, где смешивается со сжатым газом из сети, за счет чего и происходит сжатие (изохорное, самое энергозатратное, к слову). Тем не менее, газодувки Рутса находят широкое применение из-за низкой цены и высокой надежности. Низкая цена этих машин обусловлена простотой изготовления. Надежность - конструктивными особенностями: ротора газодувки не вступают в контакт друг с другом, а синхронизация роторов достигается синхронизирующими шестернями, имеющими передаточное отношение 1, что обуславливает их низкую нагруженность. По сути, ресурс работы машины определяется ресурсом синхронизирующих шестерен. В двух словах про газодувку Рутса можно сказать - просто как плоскогубцы. Газодувки Рутса находят свое применение там, где требуются большИе расходы при малых давлениях (например при транспортировке сыпучих продуктов), обеспечивают продолжительную надежную работу, малочувствительны к запылености всасываемого воздуха по сравнению с компрессорами, где в камере сжатия присутствуют пАры трения.


ac-compressors.ru

Классификация компрессоров. — МегаЛекции

Компрессорами называются нагнетатели, служащие для подачи сжатого воздуха или газа под избыточным давлением бо­лее 0,2—0,3 МПа. Повышенная степень сжатия в компрессорах обусловливает изменение термодинамических условий состояния воздуха или газов.

По конструктивным особенностям и принципу действия (схе­ма 5) компрессоры подразделяются на поршневые, осевые и центробежные. Применяются также ротационные компрессоры, которые конструктивно и по способу привода сходны с центробежными машинами, однако по принципу действия (вытеснение) они относятся к поршневым машинам.

Области применения поршневых и центробежных компрес­соров различны и соответствуют особенностям этих машин. Так, поршневые компрессоры, воздействующие с помощью поршня на определенный замкнутый объем воздуха в цилиндре в период нагнетания, могут создавать значительную степень сжатия при относительно ограниченной подаче воздуха или газа. Порш­невые компрессоры обладают высоким коэффициентом полезного действия и применение их наиболее целесообразно при давлениях более 1 МПа и при малых подачах (не более 100—150 м3/мин).

Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры) конструк­тивно и по принципу действия сходны с многоступенчатыми центробежными насосами. Отличие заключается в том, что ра­бочим телом является сжимаемый газ и поэтому имеют место тепловые процессы. Использование центробежных компрессоров наиболее целесообразно при подаче больших количеств воздуха (не менее 50 м3/мин) при сравнительно невысоком давлении (0,7-0,8 МПа).

У каждого из типов компрессорных машин имеются свои преимущества и недостатки, которые должны быть учтены при выборе установки в каждом конкретном случае.

Центробежные машины имеют ряд существенных преиму­ществ перед поршневыми. У центробежных машин отсутствуют быстро изнашивающиеся части — поршни, клапаны и т. д. Они не требуют внутренней смазки и поэтому не загрязняют сжатый воздух или газ, что очень важно в пищевых производствах. Бла­годаря большой частоте вращения роторов центробежных ком­прессоров их можно непосредственно соединять с электродвига­телями или паровыми турбинами.



Установки с турбокомпрессорами более компактны — они имеют меньший вес, занимают меньшую производственную пло­щадь. Так как воздух или газ проходит равномерно через ком­прессор в одном направлении, отпадает необходимость установ­ки рессиверов между отдельными ступенями. При работе турбокомпрессоров не возникают инерционные усилия, а поэто­му их фундаменты легче, чем фундаменты поршневых компрес­соров.

Существенным недостатком турбокомпрессоров является их меньший КПД и невозможность получения высоких давлений при относительно малых подачах.

Компрессорыиспользуются практически во всех от­раслях народного хозяйства. Сжатый воздух как энер­гоноситель применяется в различных пневматических устройствах на машиностроительных и металлообраба­тывающих заводах, в горнодобывающей и нефтяной, промышленности, при производстве строительных и ре­монтных работ. Компрессоры необходимы в газовой промышленности при добыче, транспортировке и исполь­зовании природных и искусственных газов.

В установках умеренного и глубокого холода, а так­же в газотурбинных установках компрессоры являются органической частью, в значительной степени опреде­ляющей экономичность агрегатов.

 

Поршневые компрессоры.

Принцип действия поршневого компрессора такой же, как и поршневого насоса. Отличием является только то, что поршень насоса выталкивает жидкость в течение всего нагнетательного хода, а компрессор выталкивает воздух или газ лишь после того, как давление в цилиндре компрессора превысит давление в на­гнетательной линии.

В зависимости от способа действия поршневые компрессоры бывают простого и двойного действия. По расположению цилинд­ров подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с на­клонными цилиндрами; по числу ступеней сжатия подразделяют­ся на одно-, двух- и многоступенчатые, а по способу охлажде­ния — с воздушным (небольшие компрессоры) и водяным охлаж­дением.

По своему назначению различают компрессоры воздушные, кислородные, аммиачные, углекислотные и др. В пищевых пред­приятиях применяются стационарные и передвижные компрес­соры.

По принципу действия (т. е. по способу сообщения энергии) компрессоры разделяют на объемные и дина­мические.

В объемных компрессорах давление газа повышает­ся вследствие уменьшения пространства, в котором на­ходится газ; в идеальном случае это пространство яв­ляется абсолютно герметичным и никаких утечек в процессе повышения давления не происходит. К объем­ным компрессорам относятся поршневые, мембранные и роторные. Последние в свою очередь подразделя­ются на пластические, жидкостно-кольцевые и винто­вые.

К динамическим относятся центробежные и осевые компрессоры. В них давление повышается при непре­рывном движении газа через проточную часть машины за счет энергии, которую сообщают частичкам газа ло­патки вращающегося ротора. При этом кинетическая энергия преобразуется в работу сил давления.

Все компрессоры независимо от принципа действия подразделяются по основным эксплуатационным пара­метрам—давлению и подаче. Компрессоры, сжимаю­щие газ до избыточного давления 0,2—1,0 МПа, назы­вают компрессорами низкого давления, до давления 1,0—10,0 МПа — среднего и до давления 10—100 МПа— компрессорами высокого давления.

К компрессорам предъявляются в основном такие же требования, как и ко всем другим изделиям маши­ностроения. Компрессор должен быть надежным и эко­номичным в эксплуатации, прост в монтаже и обслужи­вании, технологичен в изготовлении; показатели, харак­теризующие его металлоемкость и энергопотребление, должны быть минимально возможными. Очевидно, что обеспечить в равной степени выполнение всех этих тре­бований в одной конструкции практически невозможно. Поэтому каждый тип компрессора имеет свои достоин­ства и недостатки по сравнению с другими, и выбор ти­па и конструкции зависит от конкретных условий.

У поршневых компрессоров проблемы достижения высоких давлений не существует. Йодля повышения по­дачи необходимо увеличивать размеры цилиндра и всех других узлов компрессора. При этом увеличивается мас­са узлов, совершающих возвратно-поступательное дви­жение, и соответственно действующие на них силы инерции. Поэтому при увеличении габаритов поршне­вых компрессоров приходится снижать скорость движе­ния поршня.

На рис. 152 представлена схема поршневого комп­рессора простого действия. В цилиндре расположен пор­шень, который под действием кривошипно-шатунного механизма совершает возвратно-поступательное движе­ние. На крыше цилиндра расположены всасывающий и нагнетательный клапаны. Всасывающий клапан откры­вается в сторону поршня, а нагнетательный в сторону нагнетательного трубопровода. Оба клапана составляют механизм распределения, регулирующий поступление газа в цилиндр и подачу его из цилиндра в нагнетательный трубопровод.

При движении поршня вниз давление в пространстве между цилиндром и поршнем становится меньше, чем во всасывающем патрубке, всасывающий клапан открыва­ется и газ попадает в цилиндр. Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, давление в цилиндре и всасывающем трубопроводе практически выравнива­ется и клапан под действием пружины прижимается к седлу и перекрывает отверстие, соединяющее полость цилиндра со всасывающим трубопроводом. В течение всего периода всасывания отверстие нагнетательного клапана закрыто.

При движении поршня вверх происходит сжатие га­за, находящегося в цилиндре, и когда давление его ста­нет больше давления в нагнетательном трубопроводе, нагнетательный клапан откроется и газ втолкнется из цилиндра. Процессы всасывания и нагнетания, совер­шаемые за один оборот коленчатого вала, составляют полный цикл работы компрессора.

Компрессор описанной выше конструкции называет­ся одноступенчатым компрессором простого действия. Очевидным недостатком такого компрессора является то, что его поршень имеет одну рабочую сторону, и по­лезная работа совершается только при движении порш­ня в одном направлении.

Более экономичной и производительной является конструкция компрессора так называемого двойного дей­ствия (рис. 153). Компрессор двойного действия рабо­тает следующим образом. Когда поршень движется вправо, в левой части цилиндра создается разрежение и газ через левый всасывающий клапан поступает в ци­линдр. В это же время в правой части цилиндра про­исходит сжатие газа, вошедшего в рабочее простран­ство в предыдущем цикле, и выталкивание его через правый нагнетательный клапан в нагнетательный тру­бопровод. При движении поршня влево всасывание про­исходит через правый всасывающий клапан, а выталки­вание сжатого газа — через левый нагнетательный клапан. В этом случае обе стороны поршня являются рабо­чими.

Компрессоры простого и двойного действия могут иметь один или несколько цилиндров. Компрессор, ко­торый имеет несколько цилиндров, работающих парал­лельно и выталкивающих сжатый газ в один и тот же нагнетательный коллектор, называется многоцилиндро­вым одноступенчатым компрессором.

Если в компрессоре несколько цилиндров работают последовательно, т. е. сжатый воздух из одного ци­линдра поступает для дальнейшего сжатия в следующий, то такой компрессор называется многоступенча­тым. Если же в каждой рабочей полости компрессора давление повышается от давления во всасывающей по­лости до давления в нагнетательном трубопроводе то независимо от числа цилиндров и рабочих полостей та­кой компрессор является одноступенчатым.

Рассмотрим работу механизма движения компрессо­ра, под действием которого поршень совершает возврат­но-поступательное движение (см. рис. 153). Шатун служит для передачи движения от кривошипа коленча­того вала, при этом вращательное движение вала пре­образуется в возвратно-поступательное.

Крейцкопф — деталь, скользящая в прямолинейных направляющих, жестко связанная со штоком и шарнирно с шатуном. Крейцкопф передает продольное усиле­ние на шток, а поперечное — на направляющие. В бескрейцкопфных компрессорах движение от вала поршню передается шатуном. Шток служит для соединения поршня с крейцкопфом.

Схема поршневых компрессоров зависит от его наз­начения, условий эксплуатации, производительности, ко­нечного давления, числа ступеней и распределения дав­ления между ними. От схемы в значительной степени зависят габариты, масса и динамическая уравновешен­ность машины.

Схема компрессора характеризуется следующими основными элементами: числом ступеней, кратностью подачи, расположением осей цилиндров, расположением цилиндров, конструкцией механизма движения.

По расположению осей цилиндров компрессоры мож­но разделить на три основные группы: вертикальные, горизонтальные и угловые.

В вертикальных компрессорах элементы поршневого уплотнения работают в лучших условиях, чем в гори­зонтальных. Это объясняется тем, что смазка, посту­пающая в цилиндр, равномерно распределяется по всей рабочей поверхности, а попадающие вместе с ней или газом твердые частицы оседают в основном не на цилиндрической, а на торцевой поверхности поршня, которая не соприкасается с внутренней поверхностью цилиндра. Вследствие этого вертикальные компрессоры имеют меньший износ и лучшую герметичность уплот­нений.

Силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс в вертикальных компрессорах действуют на фундамент вертикально. Это повышает устойчивость маши­ны и позволяет устраивать более легкие фундаменты. Отмеченные преимущества позволяют делать вертикаль­ные компрессоры быстроходными.

Горизонтальные компрессоры лишены преимуществ вертикальных машин, однако их обслуживание более удобно.

Наиболее совершенными в отношении динамической устойчивости являются угловые компрессоры. Их мож­но выполнять высокооборотными на менее тяжелых фун­даментах.

Перечисленные особенности поршневых компрессо­ров предопределяют в основном области их практиче­ского применения. Вертикальная схема наиболее целе­сообразна для высокооборотных компрессоров с малым числом ступеней. Горизонтальная схема применяется в основном для относительно тихоходных стационарных компрессоров большой производительности. Угловая схема часто применяется для передвижных компрессор­ных установок.

По числу рядов цилиндров компрессоры подразде­ляются на однорядные и многорядные. Число рядов цилиндров в компрессоре определяется в основном рас­положением осей цилиндров, число ступеней — произво­дительностью и давлением, развиваемым машиной.

Основное преимущество однорядных компрессоров заключается в их простоте. Многорядные горизонталь­ные компрессоры выполняются в большинстве случаев по однорядной или двухрядной схеме. Компрессоры, имеющие более пяти ступеней, выполняются, как пра­вило, двухрядными.

Регулирование поршневых компрессоров. В тех слу­чаях когда в компрессорах происходит сжатие газа, как правило, требуется поддерживать его постоянное давление в сети, оптимальное для данных условий.

Как следует из основного газового закона, постоян­ство давления может быть обеспечено, если масса на­гнетаемого газа будет соответствовать массовому рас­ходу. Таким образом, при эксплуатации поршневых компрессоров регулирование давления сводится к регу­лированию подачи.

На практике применяют следующие способы регули­рования поршневых компрессоров: периодические остановки компрессора, изменения частоты вращения при­вода, присоединение дополнительного вредного прост­ранства, дросселирование на всосе, отжим клапанов.

Наиболее простым и экономичным способом явля­ются периодические остановки компрессора. Но приме­нение этого способа возможно только тогда, когда по­дача компрессора существенно больше расхода газа. В этом случае при работе компрессора происходит по­вышение давления и накапливание его в системе. При приближении давления к допустимому значению комп­рессор останавливают и расход газа обеспечивается снижением давления и запаса его в системе. Когда дав­ление снизится до минимально допустимого, произво­дится включение компрессора. Остановка и включение компрессора производятся автоматически по командам датчиков давления.

Несмотря на простоту и экономичность, этот способ имеет серьезные недостатки: из-за частых остановок и пусков происходит интенсивный износ деталей компрес­сора и в первую очередь механизма движения. В пуско­вой период резко увеличивается мощность, потребляе­мая электродвигателем, что нарушает нормальную ра­боту системы энергоснабжения предприятия.

Достаточно совершенным является способ регулиро­вания подачи компрессорам путем изменения частоты вращения привода. При этом способе обеспечивается плавное изменение подачи, он не требует изменения конструкции компрессора, КПД компрессорной установ­ки практически не снижается. Но возможности приме­нения описываемого способа довольно ограничены. Его можно использовать для установок с приводом от дви­гателя внутреннего сгорания, паровых или газовых тур­бин, а также для электродвигателя постоянного тока. При использовании наиболее распространенного приво­да от асинхронного трехфазного электродвигателя ре­гулирование подачи изменением частоты вращения при­вода не применяется.

Объемный КПД компрессора уменьшается с увеличением объема вред­ного пространства. Следствием этого является умень­шение подачи поршневого компрессора, так как на ста­дии всасывания газ, сжатый во вредном пространстве до давления нагнетания, расширяется и занимает часть по­лезного объема цилиндра. При значительном увеличении объема вредного пространства подачу компрессора мож­но снизить практически до нуля.

На рис. 154 изображена принципиальная схема при­соединения вредных пространств АБВГ к цилинд­ру компрессора двойного действия. Присоединение каж­дого из мертвых пространств уменьшает подачу маши­ны на 25%. Подключение дополнительных вредных про­странств производится автоматически при повышении давления в сети.

Для подтверждения обратимся к индикаторной диаг­рамме поршневого компрессора, изображенной на рис. 155. При нормальной работе компрессора, соот­ветствующей полной его подаче, теоретическая диаг­рамма процесса определится на чертеже площадью фи­гуры 1—2—3—4. Если добавить в работу компрессора объем вредного пространства, т. е. вместо V0имеем , то точка 3 переместится в положение 3' и расширение этого объема завершится в точке 4'. Объем всасывае­мого газа, равный , определится расстоянием на диаграмме между точками 4'1.

Наиболее простым способом регулирования подачи является дросселирование на всасывании. При плавном дросселировании задвижкой подача компрессора будет изменяться также плавно от максимальной при пол­ностью открытой задвижке до нулевой при ее закрытии.

Уменьшение объема всасываемого газа V"B0 в связи с уменьшением давления всасывания с до пока­зано на диаграмме, изображенной на рис. 156.

Способ регулирования подачи отжимом всасываю­щих клапанов заключается в том, что часть газа из рабочей полости цилиндра перепускается во всасываю­щий патрубок вследствие того, что в период нагнетания закрытию самодействующих клапанов препятствует раз­личными устройствами. В этом случае газ, поступивший в цилиндр, при обратном ходе поршня будет вытеснен из цилиндра через тот же всасывающий клапан.

Расход сжатого газа обычно не вполне соответствует расчетному. Он может меняться в значительных пределах в зависимости от характера и условий работы потребителей. Поэтому давление в газосборнике меняется, так как объем его рассчитывается, глав­ным образом, из условий выравнивания неравномерностей по­дачи газа поршнем, движущимся с переменной скоростью.

Только весьма кратковременное несоответствие между пода­чей компрессора и расходом может быть компенсировано возду­хосборником (ресивером), который при возрастании давления принимает избыток газа, а при снижении — его отдает. Обыч­но же с уменьшением расхода газа потребителями давление в газосборнике увеличивается и может превысить пределы допу­стимого. Как известно, при подборе компрессора стремятся к тому, чтобы его номинальная подача немного превышала расход потребителя. Поэтому практически регулирование подачи, т. е. приведение подачи компрессора в соответствие с расходом газа потребителями, сводится к снижению подачи компрессора ниже номинальной.

Наиболее простым и удобным способом регулирования явля­ется изменение частоты вращения приводного вала компрессора. Однако этот способ применим только в том случае, если привод осуществляется от паровой машины или двигателя внутреннего сгорания.

При электроприводе, наиболее распространенном современ­ном способе привода компрессоров, регулирование изменением частоты вращения оказывается неприемлемым как с конструк­тивных, так и с энергетических соображений. Если приводной двигатель работает с постоянной частотой вращения, то регули­рование подачи компрессора может быть осуществлено следую­щими способами.

Регулирование за счет полного или частичного принудитель­ного открытия всасывающих клапанов. Это приводит к полному или частичному переводу компрессора на холостой ход.

При полном открытии всасывающих клапанов сжатие газа в цилиндре не происходит и засасываемый газ снова выталки­вается во всасывающую трубу. Если всасывающие клапаны за­крываются неполностью или только на части хода поршня, то, подача газа уменьшается. В практике предпочтительнее, как из конструктивных, так и энергетических условий, применять пол­ное открытие всасывающих клапанов на части хода поршня.

Регулирование зa счет перепуска газа из нагнетательного тру­бопровода во всасывающий. Такой перепуск может быть свобод­ным или дроссельным. При последнем способе регулирования происходит более плавное изменение подачи компрессора, но без уменьшения потребляемой мощности. Поэтому в практике чаще применяется более простой и более экономичный способ — сво­бодный перепуск с помощью байпасного вентиля.

Регулирование за счет дросселирования во всасывающем тру­бопроводе. Дросселирование вызывает падение давления p1при всасывании компрессора. Следовательно, при неизменном давле­нии нагнетания степень сжатия будет увеличиваться, а объемный КПД будет уменьшаться. Естественно, при этом будет уменьшаться и подача компрессора. Вследствие повышения степени сжатия будет увеличиваться расход энергии на каждый килограмм сжатого газа. Поэтому применение указанного способа регулирования является неэкономичным.

Регулирование за счет подключения дополнительного вред­ного пространства. Если крышки цилиндра компрессора сделать пустотелыми и разделить полости на несколько ячеек, подклю­чаемых к вредному пространству, или каким-либо иным путем подключить к вредному пространству некоторый регулируемый объем, то общий объем вредного пространства будет перемен­ным. В этом случае регулирование объема вредного простран­ства будет заключаться в подключении или отключении части или всего дополнительного вредного пространства.

Увеличение объема вредного пространства Е ведет к уменьшению объем­ного КПД и, следовательно, к уменьшению подачи компрессора. Однако при этом удельный расход энергии, как было показа­но ранее, не увеличивается. Такой способ регулирования являет­ся наиболее целесообразным.

Каждый из приведенных способов регулирования подачи ком­прессоров конструктивно разработан и может вводиться в действие вручную или автоматически с помощью различных устройств. В настоящее время автоматические способы регули­рования разработаны с достаточной надежностью и поэтому руч­ное регулирование подачи компрессоров постепенно уступает место автоматическому.

Основные элементы компрессорной установки. Обычная компрессорная установка производственного назначе­ния должна обладать также некоторым вспомогательным обору­дованием, необходимым для нормальной работы компрессора (рис. 157).

Непосредственно за воздушным компрессором обычно уста­навливают газосборник. Его назначение — выравнивать нерав­номерную синусоидальную подачу воздуха поршнем компрессо­ра. Газосборник должен быть оборудован приспособлениями для улавливания масла и отделения сконденсировавшейся вла­ги. Газосборник — это закрытый резервуар 5, чаще всего цилинд­рический, оборудованный предохранительным клапаном 4 и спускным краном 6, а также манометром 3. По правилам тех­ники безопасности газосборник должен устанавливаться вне помещения компрессорной. При нагревании смазки, подаваемой в цилиндр компрессора, наиболее летучие фракции ее испаря­ются и поступают с воздухом в газосборник, в результате чего может образовываться взрывчатая смесь, которая представляет особую опасность при недостаточном охлаждении компрессора.

Между компрессором и газосборником устанавливают обрат­ный клапан 2 для предотвращения обратного течения газа в случае разрыва труб у компрессора. Перед воздушным поршне­вым компрессором обязательно устанавливают фильтр / (обыч­но масляного типа) для очистки всасываемого снаружи воздуха. Попадание в компрессор запыленного загрязненного воздуха приводит к быстрому загоранию и износу цилиндра.

Установки поршневых компрессоров отличаются многооб­разием схем выполнения и компоновки. В значительной степени это обусловлено различием:

а) подачи, которая колеблется в пределах от 1—2 л/мин до 500 м3/мин;

б) давлений, которые изменяются в пределах от сотых долей МПа до 150 МПа;

в) расхода мощности, которая зависит от подачи и давления и меняется от десятых долей киловатт до 7000 кВт и более.

Установки поршневых компрессоров отличаются, кроме того, по своему назначению и условиям эксплуатации. Так, например, воздушные компрессоры не пригодны для сжатия кислорода. Даже компрессоры холодильных установок имеют существенные конструктивные отличия в зависимости от того, на каком хладоагенте они работают: аммиаке или фреоне.

Установки поршневых компрессоров, применяемые в некото­рых технологических схемах пищевых производств и фармацев­тической промышленности, выполняются в виде специальных конструкций, действующих без смазки цилиндров. Смазка ци­линдров минеральным маслом часто оказывается нежелатель­ной или вовсе недопустимой.

Поршневые компрессоры, работающие без смазки цилиндров, выпускаются с графитовым уплотнением, с лабиринтным уплот­нением и мембранного типа.

 

Центробежные компрессоры.

 

В центробежных компрессорах (турбокомпрессорах) давление газа повышается при непрерывном его дви­жении через проточную часть машины в результате ра­боты, которую совершают лопатки рабочего колеса компрессора. Центробежные компрессоры применяются для сжатия газов до давления 0,8МПа(8ат). По срав­нению с поршневыми центробежные компрессоры имеют ряд преимуществ. Вследствие отсутствия возвратно-по­ступательного движения частей они не требуют тяже­лого фундамента; ротор их вращается с постоянной угловой скоростью, а движущиеся детали соприкасают­ся с неподвижными деталями только в подшипниках, что позволяет использовать более дешевые быстроход­ные двигатели. Центробежные компрессоры более ком­пактны. Основной недостаток центробежных компрессо­ров по сравнению с поршневыми заключается в том, что степень повышения давления в одной ступени компрессора зависит от физических свойств газа, в первую очередь от его плотности. При сжатии легких газов до значительных давлений требуется большое число сту­пеней. Поэтому для обеспечения требуемой жесткости вала необходимо иметь многокорпусную машину. Цент­робежные компрессоры, как правило, представляют со­бой многоступенчатую машину.

На рис. 158 показана в разрезе ступень центробеж­ного компрессора. Находящемуся между лопатками га­зу при вращении рабочего колеса сообщается враща­тельное движение, в результате чего газ под действием центробежной силы движется к периферии колеса. За­тем газ попадает в диффузор, площадь которого увели­чивается с увеличением радиуса, скорость частичек га­за при этом снижается, а давление возрастает. Для повышения эффективности работы диффузора по пре­вращению кинетической энергии в потенциальную слу­жат диффузорные лопатки, упорядочивающие движе­ние газа.

При вращении рабочего колеса в зонах, располо­женных у оси вращения, давление газа становится меньше, чем во всасывающем трубопроводе, вследствие чего образуется непрерывный поток газа через проточную часть колеса и диффузор. При работе одного ко­лена и диффузора, образующих ступень центробежного компрессора, где происходит одноступенчатое сжатие газа, степень сжатия невелика и составляет не более 1,2.

Для получения высокой степени сжатия газа используют несколько ступеней компрессора. Конструктивно это обеспечивается установкой на одном валу не­скольких рабочих колес, располагаемых в одном кор­пус. В этом случае газ поступает в следующую сту­пень по каналам, образованным лопатками направляю­щего аппарата.

Общая степень сжатия центробежного компрессора определяется степенью сжатия его отдельных ступеней и определяется отношением давления р2на выхо­де из компрессора к давлению p1на входе.

На рис. 159 показана схема четырехступенчатого центробежного компрессора с колесом первой ступени полузакрытого типа.

Известно, что при сжатии газ нагревается, поэтому при использовании многоступенчатых компрессоров не­обходимо решить проблему охлаждения. Существуют два способа охлаждения: внутренний и внешний. При внешнем охлаждении газ, прежде чем попадает в сле­дующую ступень, проходит через холодильник, а при внутреннем охлаждении корпус холодильника имеет «рубашку», через которую прокачивается охлаждаю­щаяся вода. Обычно корпус холодильника представля­ет собой органически связанную с кожухом турбокомп­рессора часть конструкции.

Большинство современных машин имеет внешнее охлаждение. Промежуточные холодильники присоединя­ются либо к нижней части корпуса компрессора (рис. 160), либо к обеим частям корпуса (рис. 161). Охлаждаемый газ протекает в межтрубном простран­стве холодильника, а в трубах протекает охлаждаю­щая вода.

При присоединении холодильника к нижней части корпуса газ из компрессора по улитке / попадает в хо­лодильник 2. Пройдя трубный пучок 3, газ направляет­ся в следующую ступень. Охлаждающая вода подво­дится в трубный пучок через патрубок 4 и отводится через патрубок 5. К достоинствам такой компоновки относится удобство монтажа и обслуживания холодиль­ника, к недостаткам — низкий КПД холодильника.

При присоединении холодильника к обеим частям корпуса (см. рис. 161) газ из улитки / поступает в верхнюю часть трубного пучка 3, меняет направление и через нижнюю часть пучка попадает во всасываю­щую камеру 2 следующей ступени. Недостаток этой компоновки холодильника состоит в сложности монта­жа, преимущество — в более высоком КПД.

По сравнению с внутренним охлаждением компрессо­ров основным преимуществом внешнего охлаждения яв­ляется более интенсивное охлаждение газа, так как площадь поверхности охлаждения промежуточного хо­лодильника значительно больше, чем у водяной ру­башки.

Наиболее простыми по конструкции являются одно­ступенчатые центробежные компрессоры, на которых хо­лодильники не монтируются. На рис. 162 показан одноступенчатый компрессор, предназначенный для сжа­тия горячих дымоходных газов с температурой 800°С. Подача компрессора 0,55 м3/с, степень сжатия газа у него очень мала е=1,0025. Все детали, соприкасающиеся с горячим газом, изготовлены из жаропрочных сталей. Чтобы теплота от рабочего колеса не переда­валась на вал, между колесами и фланцем вала уста­новлена изолирующая вставка. На валу размещено вентиляторное колесо, которое засасывает воздух по радиальным сверлениям пологого вала; этим воздухом вал охлаждается.

Одной из основных частей центробежных компрес­соров с внешним охлаждением являются компрессоры, сжимающие воздух для пневматического оборудования и инструментов. Давление нагнетания в этих машинах составляет 0,6—0,9 МПа. В воздушном центробежном компрессоре (рис. 163) подачей 5,5 м3/ч и давлением нагнетания 0,8 МПа воздух отводится в промежуточные холодильники, установленные после второй и четвертой ступеней через асимметричные спиральные отводы. Промежуточные холодильники расположены с одной стороны компрессора.

При эксплуатации центробежных компрессоров час­то возникает необходимость изменения их подачи в весьма широких пределах. Помимо этих требований необходимо обеспечивать также определенную зависи­мость между давлением и подачей. Так, например, для работы пневматических инструментов необходимо под­держивать в сети определенное давление независимо от изменения подачи. Для компрессоров, нагнетающих воздух в доменные печи, требуется поддержание задан­ной подачи при изменении давления, которое зависит от сопротивления слоя шихты в печи, толщина которо­го изменяется в зависимости от хода технологического процесса.

Регулирование центробежного компрессора по суще­ству является изменением положения рабочей точки. Это изменение можно осуществлять изменением либо характеристики компрессора, либо характеристики сети.

Наиболее распространенными способами регулирова­ния работы компрессоров являются: изменение часто­ты вращения ротора, изменение проточной части и дросселирование.

Если посмотреть на напорную характеристику 4 центробежного компрессора (рис. 164), то можно уви­деть, что с уменьшением подач происходит постепен­ное сжатие газа до давления ркр. Дальнейшее умень­шение подачи приводит к уменьшению давления. Теоретически оно должно падать вдоль пунктирной линии. На практике этого не происходит. Как только давле­ние достигает значения ркр, периодически происходит возврат газа из области нагнетания в область всасыва­ния, сопровождающийся интенсивными ударами, часто­та которых зависит от давления сжатия, плотности га­зов, емкости сети и т. д. Это явление называется помпажем в компрессоре. Точка на характеристике, в ко­торой начинается помпаж, называется границей помпажа. При большом сжатии газа при помпаже возни­кают такие удары, что эксплуатация турбокомпрессора становится невозможной.

При отборе потребителем небольших количеств га­за, когда подача компрессора меньше критической и лежит в помпажной зоне, необходимо применять антипомпажное регулирование, сущность которого состоит в следующем. Если требуемая подача компрессора Q1меньше Qкр, то компрессор настраивают на подачу Q2, которая больше Qкр и лежит в устойчивой зоне. Раз­ность расхода, равная Q2-Q1, перепускается из линии нагнетания в линию всасывания или выбрасывается в атмосферу. Антипомпажное регулирование осуществля­ется только в автоматическом режиме специальными антипомпажными регуляторами. Основное отличие ре­гулирования турбокомпрессоров от регулирования поршневых компрессоров заключается в том, что изме­нение давления, под влиянием которого должен пере­ставляться регулятор, сравнительно невелико.

Поэтому в большинстве случаев приходится прибегать к вспомо­гательным устройствам. Обычно такими вспомогатель­ными устройствами являются либо масляные сервомоторы, либо мультипликаторы, когда регулирование свя­зано с изменением подачи.

Случаю, когда компрессор должен обеспечивать по­стоянное давление независимо от расхода, будет отве­чать характеристика, соответствующая на рис. 164 пря­мой 1; а случаю, когда расход при изменяющемся дав­лении постоянен, — прямая 3.

Помимо отмеченных основных случаев возможен и третий, когда требуется регулирование давления нагне­тания в зависимости от подачи. В этом случае для под­держания определенного давления у потребителя не­обходимо регулировать давление газа за компрессором. Требуемая характеристика компрессора соответствует кривой 2.

На практике выбор способа регулирования зависит от конструкции компрессора и типа привода. Если комп­рессор имеет привод с регулируемой частотой враще­ния, то это позволяет регулировать частоту вращения ротора компрессора. При повышении частоты враще­ния ротора конечное давление и мощность увеличива­ются, при ее уменьшении давление и мощность снижа­ются. Регулирование изменением частоты вращения ро­тора является наиболее точным и экономичным.


Рекомендуемые страницы:


Воспользуйтесь поиском по сайту:

megalektsii.ru

Компрессорные машины

В химической промышленности широко распространены процессы, которые осуществляются в газовой фазе при давлениях, значительно отличающихся от атмосферного. Интервал этих давлений лежит в пределах от 10-3 до 1010 Па. В этих условиях при сжатии и транспортировании газов следует учитывать их сжимаемость, т.е. изменение плотности или удельного объема , что приводит к изменению внутренней энергии газа и его температуры.

Машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов, называются компрессорными машинами.

      1. Классификация компрессорных машин и их основные характеристики

Основными характеристиками компрессорных машин являются: производительность (объемный расход всасываемого газа), степень сжатия, мощность на валу компрессора Nв.

Степенью сжатия называется отношение конечного давления p2, создаваемого компрессорной машиной, к начальному давлению p1, при котором происходит всасывание газа .

В зависимости от степени сжатия различают следующие типы компрессорных машин:

1) компрессоры ( > 3,0) – для создания высоких давлений;

2) газодувки (1,1 < < 3,0) – для перемещения газов при относительно высоком сопротивлении газопроводящей сети;

3) вентиляторы ( < 1,1) – для перемещения газов при низком гидравлическом сопротивлении сети.

Поскольку в вентиляторах степень сжатия мала, изменением плотности газа можно пренебречь. В зависимости от величины абсолютного давления компрессорные машины делятся на вакуумные (начальное давление ниже атмосферного), их еще называют вакуумными насосами; низкого давления (конечное давление газа менее 1.0 МПа), высокого ( конечное давление 1.0 - 100 МПа) и сверхвысокого (конечное давление свыше 100 МПа).

По способу сжатия газа компрессорные машины подразделяются на две группы: объемные и динамические.

В объемных компрессорах процесс сжатия газа происходит при периодическом изменении объема, занимаемого газом. В конструктивном отношении их подразделяют на поршневые и роторные.

В динамических компрессорах процесс сжатия происходит под действием непрерывного создания ускорений в движущемся потоке газа. Конструктивно их делят на центробежные и осевые.

Процессы сжатия газов. (Термодинамические основы). Конечное давление газа при сжатии зависит от условий теплообмена газа с окружающей средой. Теоретически возможны два предельных случая сжатия:

1) все выделяющееся при сжатии тепло полностью отводится и температура газа при сжатии остается неизменной – изотермический процесс;

2) теплообмен газа с окружающей средой полностью отсутствует и все выделяющееся при сжатии тепло затрачивается на повышение внутренней энергии газа, повышая его температуру – адиабатный процесс.

В действительности сжатие газа лишь в большей или меньшей степени приближается к одному из этих теоретических процессов. При сжатии газа наряду с изменением его объема и давления происходит изменение температуры и одновременно часть выделяющегося тепла отводится в окружающую среду. Такой процесс сжатия называется политропным.

Для идеальных газов, подчиняющихся уравнению состояния Менделеева - Клапейрона,

. (8.42)

Вышеперечисленные процессы описываются следующими уравнении-ями:

- изотермический: ; (8.43)

- адиабатный: ; (8.44)

- политропный: , (8.45)

где – удельный объем ,- показатель адиабаты, m – показатель политропы,- мольная масса,R – универсальная газовая постоянная.

Найдем удельную работу сжатия газа в изотермическом процессе, отнесенную к единице массы. При изотермическом процессе температура системы, а следовательно, и ее внутренняя энергия остаются неизменными. Тогда из первого закона термодинамики для покоящейся среды будем иметь

,  , (8.46)

т.е. вся энергия, подводимая к системе в форме работы сжатия, должна отводиться от нее в форме тепла. Полагая работу сжатия положительной, определим её как

. (8.47)

Выразив р из уравнения Менделеева-Клапейрона и проинтегриро-вав (8.47) определим работу сжатия в изотермическом процессе:

(8.48)

или, использовав (8.42) и (8.43), получим

. (8.49)

При адиабатном процессе, как это следует из первого закона термодинамики, вся работа сжатия идет на увеличение внутренней энергии системы

, . (8.50)

Проинтегрировав при постоянной изохорной теплоемкости Сv = const, получим

. (8.51)

Выразив Т2 и Т1 из уравнения (8.42), а также воспользовавшись (8.44), получим

(8.52)

или, учитывая, что для идеального газа ,

. (8.53)

Выражение для работы сжатия газа при политропном процессе будет иметь аналогичный вид:

. (8.54)

Проанализировав соотношения (8.49), (8.53) и (8.54) с учетом того, что показатель адиабаты для газов имеет величину около k = 1,3, а показатель политропы 1< m <k, можно сделать вывод, что наибольшая работа сжатия наблюдается в изотермическом процессе, а наимень- шая – в адиабатном.

При давлениях на выходе из компрессора более 10 МПа следует пользоваться уравнением состояния реального газа

, (8.42а)

где z – коэффициент сжимаемости.

Теоретическая мощность (Вт), затрачиваемая на сжатие газа компрессором, определяется по уравнению

, (8.55)

где G= – массовая производительность компрессора, кг/с; AK – теоретическая работа, затрачиваемая компрессором на сжатие 1 кг газа, Дж/кг.

studfiles.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о