Принципы устройства и основные характеристики компрессорных установок.
Компрессоры впервые стали применяться в европейской промышленности в середине 19 века, в России же начали использовать компрессоры и компрессорные установки в начале 20 века. Область применения компрессорной техники - технологические процессы химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, металлургической, пищевой промышленности и ряде других отраслей.
Компрессор (компрессорный агрегат)- устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением.
Компрессорная установка - собственно компрессор, главный и вспомогательные приводы, оборудование, аппаратура, трубопроводы, система контроля и автоматики, обеспечивающие устойчивую работу компрессорной установки с заданными параметрами.
Компрессорная станция – это совокупность компрессорной установки и технологического помещения со всем вспомогательным оборудованием.
Компрессоры классифицируют:
1. По характеру режима сжатия воздуха и виду используемых при этом машин:
- статические, в которых используются поршневые, ротационные и винтовые системы;
- динамические, с турбомашинами радиального и осевого типов, вихревые.
2. По конструктивному исполнению, включающему:
- вид первичной силовой установки (электродвигатель, двигатели внутреннего сгорания карбюраторного или дизельного типа);
- число ступеней сжатия воздуха (одно-, двухступенчатые);
- вид используемой системы охлаждения (масляная, воздушная);
- возможности передвижения (стационарные, передвижные, в том числе прицепные одноосные и двухосные);
- общую компоновку узлов, отражающую место монтажа силового оборудования (на раме, на ресивере);
- расположение ресивера (горизонтальное, вертикальное);
- степень комплектации аппаратурой (воздухо-подготовительной, контроля и безопасности).
3. По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры:
поршневые;
ротационные;
центробежные;
осевые;
струйные;
мембранные.
4. По применимости в газовой (рабочей) среде компрессоры разделяют на:
- газовые - для сжатия любого газа или смеси газов, кроме воздуха; в зависимости от вида газа они называются кислородными, водородными, аммиачными и т. д.;
- воздушные - для сжатия воздуха; значительную группу таких компрессоров составляют компрессоры общего назначения, предназначенные для сжатия атмосферного воздуха до давления 0,8 - 1,5 МПа (8 – 15 атм) и выполненные без учета каких-либо специфических требований;
- циркуляционные - для обеспечения циркуляции газа в замкнутом технологическом контуре;
- многоцелевые (специальные) - для попеременного сжатия различных газов;
- многослужебные (специальные) - для одновременного сжатия различных газов.
5. По создаваемому давлению компрессоры разделяют на:
- низкого давления - от 0,3 до 1 атм;
- среднего давления - до 10 атм;
- высокого давления - выше 10 атм.
6. По производительности (то есть объёму всасываемого или сжатого газа в единицу времени, обычно в м3/мин) и другим признакам (в частности по частоте оборотов и потребляемой мощности).
Основными техническими характеристиками компрессоров являются:
- величина создаваемого давления сжатого воздуха (атм, bar);
- производительность по всасыванию или по нагнетанию (м3/мин, л/мин, л/сек);
- мощность первичной силовой установки (кВт);
- габариты и масса компрессора.
Основное назначение компрессоров состоит в сжатии газов и перемещении их к потребителям по трубопроводной системе.
Компрессоры могут быть объемными, лопастными и струйными.
Из объемных наибольшее распространение имеют поршневые, из лопастных – центробежные компрессоры. Применяются также зубчатые, пластинчатые, осевые и струйные компрессоры.
Поршневые компрессоры обычно применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить большое давление при малой производительности, а центробежные – когда требуется большая производительность при сравнительно малом давлении. Так, степень повышения давления поршневых компрессоров составляет ε = 2,5…1000, центробежных – ε = 3…20; подача поршневых компрессоров Q = 0…500 м3/мин, центробежных – Q = 100…4000 м3/мин. Осевые компрессоры имеют еще большую производительность, чем центробежные.
В поршневых компрессорах давление газа повышается вследствие уменьшения пространства, в котором находится газ. Проблемы достижения высоких давлений у поршневых компрессоров не существует, но для повышения подачи необходимо увеличивать размеры цилиндра и всех других узлов поршневого компрессора. При этом увеличивается масса узлов, совершающих возвратно-поступательное движение, скорость движения поршня приходится снижать.
На рис. 1 представлена схема одноступенчатого 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 открыт 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, давления в цилиндре и всасывающем трубопроводе практически выравниваются, 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 вытолкнется из цилиндра. Процессы всасывания и нагнетания, совершаемые за один оборот коленчатого вала, составляют полный цикл работы компрессора.
Очевидным недостатком такого компрессора является то, что его поршень имеет одну рабочую сторону, и полезная работа (поступление газа в нагнетательный трубопровод) совершается только при движении поршня в одном направлении (вверх).