Блок 2. Компрессорное оборудование



 

1.​ Общая классификация компрессорного оборудования, применяемого в перерабатывающей промышленности и при транспорте газа. Основные параметры машин.

Гидравлические машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов, называются компрессорными машинами.

Большое число технологических процессов химических, газо- и нефтеперерабатывающих производств осуществляется с участием всевозможных газов, сжатых до значительных давлений. В качестве примеров можно назвать абсорбционные и адсорбционные процессы переработки природного газа, процессы органического синтеза в производстве синтетического спирта, аммиака, каучука, полимеров.

Применение компрессоров в промышленности идет в различных направлениях:

· Сжатый газ является аккумулятором энергии, которая может расходоваться для привода в движение различных машин и механизмов (в пневматических молотах, для привода пневматического инструмента и исполнительных механизмов, (пневматические тормоза, приборы и др.). В этих случаях компрессор обеспечивает получение энергоносителя (рабочего тела).

· Компрессорные машины используются для перемещения газа по трубопроводам.

· В технологических производствах, связанных с процессами, протекающими в газовых средах, компрессоры должны создавать необходимое давление в системах и развивать подачу определенного количества газа, являющегося сырьем.

· Компрессоры, служащие для отсасывания и нагнетания паров хладагентов — холодильные компрессоры.

Помимо использования сжатого газа как агента технологических процессов он может являться аккумулятором энергии, которая может расходоваться для привода в движение различных машин и механизмов. Так, во взрывоопасных цехах химических и нефтехимических производств, сжатый воздух используется для привода в движение грузоподъемных средств (кранов, тельферов) и пневмоинструмента (пневмозубило, пневмошлифовальная машина и т.п.), а также для работы приборов системы контроля и автоматизации производственных процессов.

Компрессорные машины классифицируют следующим образом:

1. По принципу действия:

· лопастные

· объемные.

В лопастных компрессорных машинах механическая энергия двигателя преобразуется в механическую энергию газа путем непрерывного силового воздействия лопастей рабочего колеса на газ в проточной камере, имеющей постоянное сообщение с входным и выходным патрубками. В эту группу компрессорных машин входят центробежные и осевые компрессоры и вентиляторы.

В объемных компрессорных машинах преобразование механической энергии двигателя в механическую энергию газа происходит путем периодического сжатия газа в камере, попеременно сообщающейся с входным и выходным патрубками. В эту группу компрессорных машин входят поршневые и ротационные компрессоры.

2. В зависимости от давления нагнетания:

· низкого давленияизбыточное давление до 0,1ат.(вентиляторы)

· среднего давления избыточное давление от 0,1 до 0,3 ат (газодувки)

· высокого давления избыточное давление от 3 ат. и выше

3. По способу установки компрессоры:

· стационарные

· передвижные

4. По характеристике сжимаемого газа:

· воздушные компрессорные (воздушные вентиляторы, воздуходувки, воздушные компрессоры)

· компрессорные машины (газовые вентиляторы, газодувки, газовые компрессора которые предназначены для сжатия всех остальных газов, кроме кислорода)

Компрессоры, предназначенные для сжатия кислорода, а также сжатия воздуха с целью получения кислорода называются кислородными.

Кислородные компрессора выделяют в отдельную группу не, потому что процессы компримирования воздуха и кислорода имеют различия. Это вызвано необходимостью применять специальные материалы для некоторых узлов и специальную смазку рабочих органов.

Особую группу представляют компрессорные машины, предназначенные для всасывания газов из систем с целью создания разрежения. Подобные компрессора называются вакуум-насосами.

5. По расположению рабочих органов (штоков, поршней, валов рабочих колес и др.):

· горизонтальные

· вертикальные

· наклонные

6. По принципу действия:

Поршневые компрессоры, принцип действия которых основан на сжатии в замкнутом пространстве при уменьшении его объема. Изменение объема происходит вследствие возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре.

 

2.​ Поршневые компрессоры. Основные технические показатели и виды.

Поршневые компрессоры по конструктивным признакам сходны с поршневыми насосами.

Цилиндр компрессора, закрытый с обеих сторон крышками, имеет две полости. В стенках цилиндра в специальных коробах расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, которые открываются л закрываются автоматически под действием перепада давлений между рабочей, полостью и соответствующей камерой (всасывающей либо нагнетательной).

Цилиндры поршневых компрессоров чаще всего охлаждаются водой. Для этого в них предусмотрена специальная водяная рубашка. Небольшие компрессоры выполняют с воздушным охлаждением, а их поршень соединен непосредственно с шатуном (бескрейцкопфные компрессоры). В месте прохода штока через крышку цилиндра помещается уплотнение, называемое сальником.

  Перепад давлений, обеспечивающий открытие клапанов и преодоление их гидравлических сопротивлений, определяет дополнительные затраты работы по сравнению с идеальным компрессорным циклом

Мощность и КПД компрессора. Ранее отмечалось, что компрессоры выполняют обычно с водяным охлаждением цилиндра и его крышки. При этом обеспечивается довольно интенсивный теплообмен и процессы сжатия и расширения являются политропными со средними значениями показателей п = 1,35 и n = 1,2 (для двухатомных газов).

Для вычисления мощности компрессора воспользуемся относительным изотермическим КПД, откуда получим:

N = Nиз/ηизηм

3.​ Конструкции поршневых компрессоров.

Поршневые компрессоры по конструктивным признакам сходны с поршневыми насосами.

Цилиндр компрессора, закрытый с обеих сторон крышками, имеет две полости. В стенках цилиндра в специальных коробах расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, которые открываются л закрываются автоматически под действием перепада давлений между рабочей, полостью и соответствующей камерой (всасывающей либо нагнетательной).

Цилиндры поршневых компрессоров чаще всего охлаждаются водой. Для этого в них предусмотрена специальная водяная рубашка. Небольшие компрессоры выполняют с воздушным охлаждением, а их поршень соединен непосредственно с шатуном (бескрейцкопфные компрессоры). В месте прохода штока через крышку цилиндра помещается уплотнение, называемое сальником.

  Перепад давлений, обеспечивающий открытие клапанов и преодоление их гидравлических сопротивлений, определяет дополнительные затраты работы по сравнению с идеальным компрессорным циклом

Мощность и КПД компрессора. Ранее отмечалось, что компрессоры выполняют обычно с водяным охлаждением цилиндра и его крышки. При этом обеспечивается довольно интенсивный теплообмен и процессы сжатия и расширения являются политропными со средними значениями показателей п = 1,35 и n = 1,2 (для двухатомных газов).

Для вычисления мощности компрессора воспользуемся относительным изотермическим КПД, откуда получим:

N = Nиз/ηизηм

4.​ Теоретический цикл идеального компрессора в P-V координатах.

Принципиальная схема и цикл одноступенчатого одноцилиндрового горизонтального компрессора представлен на рис. 1. При движении поршня 2 слева направо давление газа в цилиндре становится меньше давления во всасывающем патрубке. Всасывающий клапан (клапаны обозначены цифрой 3) открывается и по мере движения поршня вправо полость цилиндра заполняется газом теоретически по линии 4-1. При обратном движении поршня справа налево всасывающий клапан закрывается и поршень сжимает газ теоретически по кривой 1-2, пока давление в цилиндре не достигнет давления Р2, равного давлению газа в нагнетательной линии трубопровода. Открывается нагнетательный клапан и поршень выталкивает газ в нагнетательную линию трубопровода при постоянном давлении Р2 (линия 2-3). В начале нового хода поршня слева направо вновь открывается всасывающий клапан, давление в цилиндре падает с Р2, до Р1 теоретически мгновенно (линия 3-4) и процесс повторяется.

При рассмотрении идеального цикла поршневого компрессора принимают следующие допущения:1. Отсутствуют сопротивления движению потока газа (в том числе и в клапанах).2. Давление и температура газа во всасывающей и нагнетательной линиях постоянны.3. Давление и температура газа в период всасывания, так же как и в период выталкивания газа из цилиндра, не меняются.4. Мертвое (вредное) пространство в цилиндре компрессора отсутствует.5. Нет потерь мощности на трение и нет утечек газа.

5.​ Теоретическая и реальная индикаторная диаграмма поршневого компрессора

Схема компрессора и его индикаторная диаграмма

Проследим порядок работы компрессора при помощи

диаграммы p=f(V), где V — объеь^ замыкаемый поршнем

в цилиндре и зависящий от положения поршня.

Двигаясь от правого крайнего положения влево, поршень

сжимает газ, находящийся в цилиндре. Всасывающий

клапан закрыт в течение всего процесса сжатия. Нагнетательный клапан закрыт до тех пор, пока разность

давлений в цилиндре и напорном патрубке преодолеет

натяжения пружины.

Когда это произойдет, нагнетательный клапан откроется

и поршень будет вытеснять газ в напорный трубопровод.

Диаграмма компрессора

При сжатии температура газа повышается, так как охлаждающая вода не отнимает от газа всю теплоту, выделяющуюся при сжатии. Линия сжатия — политропа, описываемая в системе координат V, р уравнением

рУ" = const. (13.1)

Линия подачи 2-3 теоретически является изобарой

ря=г const. (13.2)

В действительности же благодаря влиянию инерции газовых масс, действию клапанов и их пружин давление нагнетаемого газа не удерживается строго постоянным.

Когда поршень придет в крайнее левое положение, он

вытеснит из цилиндра не весь газ, и часть газа в количестве

Ум останется в цилиндре (К„ называют мертвым объемом

или мертвым пространством).

В начале хода поршня вправо нагнетательный клапан

закроется и остаток газа в мертвом пространстве объема

VM будет расширяться .

Линия расширенна—политропа

P V " p ^ const. (13.3)

Расширение газа будет происходить до тех пор, пока

давление в цилиндре не понизится до Pi<Po, где р0—давление в пространстве, из которого компрессор всасывает газ.

Под влиянием разности давлений р0—р{ всасывающий

клапан откроется и поршень, двигаясь вправо, будет всасывать газ в цилиндр. Давление pi всегда меньше р0 вследствие газового сопротивления тракта всасывания. Процесс всасывания представляется

изобарой  Полученная замкнутая фигура является теоретическойиндикаторной диаграммой компрессора.

Действительная индикаторная диаграмма несколько-отличается от теоретической (в основном в линиях всасывания и подачи).__

6.​ Подача, мощность и КПД одноступенчатого компрессора. Коэффициент подачи.

7.​ Методы регулирования поршневого компрессора.

1. Дросселирование на входе в компрессор. Объемный расход газа на входе компрессора зависит от степени повышения давления, и поэтому при постоянном давлении в сети нагнетания и снижении его перед компрессором уменьшается из-за увеличения e(рис. 21.4, а), в результате чего еще больше (помимо влияния уменьшения плотности всасываемого газа) уменьшается подача газа ( или ).

Характер изменения объемного расхода и мощности поршневого компрессора при изменении начального давления всасывания рассмотрен выше (гл. 18 для одной ступени и гл. 19 — для ступенчатого сжатия). Частный случай дросселирования — полное перекрытие всасывания

2. Изменение объема мертвого пространства цилиндров осуществляется присоединением к нему дополнительных полостей, благодаря чему уменьшается объемный коэффициент. Объемный расход газа на входе компрессора при наименьшем (собственном) мертвом пространстве объема Vм пропорционален объему V1 (рис. 21.4, в), а при подключении дополнительной полости Vд — объему V1’,который меньше объема V1. Дополнительные полости постоянной емкости (карманы) или переменной емкости (вариаторы) выполняют в крышке цилиндра или в отдельных баллонах. Экономичность этого способа высокая; при снижении расхода на 30% повышение удельного расхода энергии не превышает 2%. При определенном значении объема мертвого пространства l0 = 0, и данная рабочая камера прекращает подачу.

Присоединением дополнительной полости только к первой ступени многоступенчатого компрессора нельзя регулировать объемный расход газа на входе компрессора в широких пределах. В последней ступени может возникнуть недопустимо высокая температура из-за возрастания отношения давлений. Для такого регулирования дополнительной полостью снабжают, кроме первой ступени, также последнюю ступень.

3. Присоединение дополнительной полости на части хода. Сущность этой разновидности предыдущего метода, обеспечивающего плавность регулирования, заключается в том, что клапан 1 (рис. 21.5, а), присоединяющий карман 2, остается открытым до тех пор, пока с изменением положения поршня сила давления газа на клапан не превзойдет усилие со стороны задатчика 6. При расширении газа в мертвом пространстве клапан 1 снова открывается, когда давление в цилиндре падает ниже давления газа в кармане (рис. 21.5, б). Объем V1’можно регулировать изменением давления р0в кармане, зависящего от усилия задатчика с пружиной 6 (см. рис. 21.5, а). Это усилие можно поставить в зависимость от нагрузки на двигатель так, чтобы обеспечить ее постоянство автоматическим изменением подачи компрессора.4. Отжим всасывающих клапанов производится вилкой, действующей на пластину клапана.

вилка 4 связана с поршнем 2,находящимся в цилиндре 3и нагруженным пружиной. К цилиндру подводится газ из области нагнетания. Поршень опускается, и вилка держит клапан 1 открытым до тех пор, пока давление на выкиде компрессора не снизится до нормального. Здесь осуществлено автоматическое прерывистое регулирование. Имеются также автоматические системы с плавным регулированием, обеспечивающим открытие клапана на части хода, а также устройства для отжима клапана вручную. По экономичности этот способ уступает рассмотренным выше, так как при отжатом клапане в цилиндре затрачивается некоторая мощность

5. Изменение хода поршня применяют в СПДК (см. рис. 17.4). При небольшом уменьшении хода поршня не только уменьшается описываемый им объем, но и увеличивается мертвое пространство, вследствие чего достигается значительное снижение объема всасываемого газа.

6. Комбинированное регулирование сочетает достоинства различных методов. Все виды ступенчатого регулирования могут быть дополнены дроссельным перепуском через обводную линию. Для сокращения числа дополнительных полостей применяют подъемники всасывающих клапанов, которые также служат для разгрузки компрессора при пуске

8.​ Действительный цикл поршневого компрессора.

Во-первых рабочий объем используется не на 100%, в пространствемежду поршнем и крышкой цилиндра, включая каналы до плоскости клапанов, остается газ или воздух в то время, когда поршень достигает своего крайнего положения. Это положение называют мертвым, а объем пространства, в котором задерживается газ, называется вредным пространством. Объем вредного пространства может быть измерен количеством залитой в ней воды, так как непосредственное определение вредного пространства оказывается затруднительным из-за сложности каналов. Обычно объем вредного пространства составляет от 2 до 7% рабочего объема цилиндра.Во-вторых не представляется возможным закрывать клапаны полностью герметично, а значит будут утечки.В-третьих, механизм клапанов обладает инертностью, а значит открытие и закрытие клапанов будет всегда запаздывать, что приводит к падению давления газа. Также отметим и тот факт, что газ при попадании в цилиндр для сжатия успевает нагреться, что также не позволяет сжимать газ по идеальной диаграмме.

9.​ Многоступенчатое сжатие в поршневом компрессоре. Диаграммы Р-V и Т-S. Мощность многоступенчатого сжатия.

При необходимости достижения высокого давления сжатия компрессоры выполняют многоступенчатыми, причем после каждой ступени рабочее тело поступает в охладитель О, где при постоянном давлении охлаждается до температуры всасывания

Охлаждением рабочего тела

Две причины определяют необходимость многоступенчатого сжатия. Первая из них связана с ограничениями по температуре рабочего тела, т.к. при сжатии до высоких давлений имеет место недопустимое из-за коксования или даже выгорания смазки повышение температуры в конце сжатия выше 200 оС.

Вторая причина выявляется при анализе процессов многоступенчатого (двухступенчатого) сжатия, изображенных на рис. 10.8. Процесс сжатия изображен ломаной линией 12¢1¢2.Воздух всасывается в первый цилиндр при давлении и сжимается в нем по политропе 12¢ до давления , с которым поступает в холодильник, где по изобаре охлаждается до температуры точки 1¢ и уменьшает свой объем. Этот процесс охлаждения изображается отрезком горизонтали 2¢1¢, точка 1¢ лежит так же, как и точка 1 на изотерме 11¢. Из холодильника воздух в состоянии 1¢ всасывается во второй цилиндр и сжимается там по политропе до требуемого давления .Вследствие охлаждения рабочего тела в промежуточном охладителе, работа, затрачиваемая на привод многоступенчатого компрессора (пл. а12¢1¢2 b), меньше, чем такая же работа при одноступенчатом сжатии (пл. а12¢¢b) на значение, эквивалентное заштрихованной на vP-диаграмме площади. Вместе с этим выигрыш в работе на привод многоступенчатого компрессора по сравнению с одноступенчатым в какой-то мере декомпенсируется дополнительными затратами энергии на прокачку охлаждающей воды по соответствующим каналам охладителя. Теплота qв, передаваемая охлаждающей воде, в некотором масштабе изображается на sT-диаграмме площадью под кривой процесса охлаждения 2¢1¢ (заштрихованная площадь).Чем больше число ступеней сжатия и холодильников, промежуточных охладителей, тем ближе будет процесс к изотермическому.Отношение давлений в ступенях задается при проектировании компрессора. В двухступенчатом компрессоре: ; и

10.​ Смазка, охлаждение поршневого компрессора.

Смазка в поршневом компрессоре уменьшает износ трущихся деталей, отводит теплоту трения, уменьшает затраты мощности на трение, повышает герметичность сальника.Смазка поршневого компрессора комбинированная. Часть деталей компрессора (цилиндры, верхние головки шатуна и коренные подшипники) смазываются разбрызгиванием, а остальные трущиеся детали - принудительно под давлением, создаваемым шестеренным маслонасосом.Смазочное масло заливают в картер компрессора до уровня 2/3 смотрового стекла. Привод маслонасоса осуществляется от коленчатого вала через пару косозубых шестерен. На всасывающей стороне насоса установлен фильтр грубой очистки масла, расположенный на расстоянии 10 ÷ 15 мм от дна картера, на нагнетательной стороне - фильтр тонкой очистки.Масло всасывается шестеренчатым маслонасосом 2 через фильтр грубой очистки 1 и под давлением через фильтр тонкой очистки 3 подается в сальник компрессора 4, а оттуда по сверлениям в коленчатом валу поступает к нижним головкам шатуна 7 (подшипникам скольжения). Масло из картера компрессора при вращении вала захватывается противовесами 6 и под действием центробежной силы разбрызгивается на периферию к цилиндрам 8 и коренным подшипникам 5, смазывая их. Верхние головки шатунов и поршневой палец 9 также смазываются разбрызгиванием. Для нормальной работы смазочной системы разница давлений на нагнетательной стороне маслонасоса Рм и в картере компрессора Рвс должна составлять ΔР = Рм- Рвс = 0,1 + 0,35 МПа.

Для тихоходных компрессоров эта разность составляет 0,1-0,15 МПа (для компрессора АВ-100), для быстроходных - 0,25-0,35 МПа (для П110). Давление масла контролируется специальным манометром, установленным на нагнетательной стороне маслонасоса. При более высокой разности давлений излишки масла сбрасываются редукционным вентилем или клапаном 10 из нагнетательного маслопровода в картер компрессора. В нижней части картера имеется вентиль для добавления и замены масла

11.​ Роторные компрессоры: подача, мощность, КПД и характеристики. Принцип действия и устройство роторных насосов и компрессоров, применяемых в газовой промышленности.

Роторные компрессоры относятся к классу объемных машин; по способу действия они сходны с роторными насосами.Наиболее распространены роторные пластинчатые компрессоры;последнее время находят применение винтовые компрессоры.

При вращении ротора /, расположенного эксцентрично в корпусе 2, пластины 3 образуют замкнутые пространства 4, переносящие газ из полости всасывания в полость нагнетания. При этом происходит сжатие газа. Такая схема компрессора, обладая хорошей уравновешенностью

движущихся масс, позволяет сообщить ротору высокую частоту вращения и соединить машину непосредственно с электрическим двигателем. При работе пластинчатого компрессора выделяется большое квлчество теплоты вследствие механического трения. Поэтому при степе*

нях повышения давления выше 1,5 корпус компрессора выполняют С водяным охлаждением. Пластинчатые компрессоры могут использоваться для отсасывания

газов и паров из пространств с давлением, меньшим атмосферного. В таких случаях компрессор является вакуум-насосом. Вакуум, создаваемый пластинчатыми вакуум-насосами, достигает 95 %.

Подача пластинчатого компрессора зависит от его 1€ометрических размеров и частоты вращения Если полагать пластины радиальными, то объем газа, заключенного между двумя из mix, по рис. 14.2 будет

V=fl, где / — максимальная площадь поперечного сечения между пластинами;/ — длина пластины.

За один оборот вала компрессора каждое пространство между пластинами заполняется газом 1 раз, поэтому действительная подача компрессора

Q = Vzn%a = AneRlnXa. (14.4)

где — коэффициент подачи, лежащий в пределах 0,5—0,8.

Коэффициент подачи зависит от внутренних утечек газа через радиальные и осевые зазоры, толщины рабочих пластин и количества их. Основными рабочими деталями компрессора являются червяки (винты) специального профиля; взаимное расположение червяков строго

фиксировано сцепляющимися зубчатыми колесами, посаженными на концы валов. Зазор в зацеплении у этих синхронизирующих зубчаток меньше, чем у червяков, и поэтому механическое трение у последних исключено. Червяк с впадинами является замыкающим распределительным органом, поэтому мощность, передаваемая синхронизирующими зубчатками, невелика, следовательно, незначителен и их износ. Это обстоятельство очень важно ввиду необходимости сохранения достаточных зазоров у червячной пары.

При вращении червяков в результате периодического попадания головок зубьев червяков во впадины последовательно осуществляются процессы всасывания, сжатия и нагнетания

Винтовые компрессоры выполняются .с водяным охлаждением корпуса и внутренним охлаждением червяков. Внутренние зазоры червячной пары составляют 0,1—0,4 мм, механического

трения нет, поэтому компрессоры работают без смазки и подаваемый

газ не загрязняется масляными парами.

 

12.​ Центробежные и осевые компрессоры. Принцип действия. Технические параметры.

Центробежный - это устройство, необходимое для сжатия и подачи различных газов под давлением. Данный технологический прибор обладает довольно простой конструкцией и состоит, главным образом, из ротора и корпуса. Современные центробежные компрессоры могут быть одно- или многоступенчатыми.

ДЕЙСТВИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ КОМПРЕССОРОВ Устройство и принцип работы центробежных компрессоров основаны на динамическом сжатии газообразной среды. Основным элементом данного оборудования является ротор, оснащенный валом с рабочими колесами, расположение которых симметрично. В процессе работы оборудования, на частицы газа действует сила инерции, которая возникает благодаря наличию вращательного движения, совершаемого лопатками колеса. При этом происходит перемещение газа от центра компрессора к краю рабочего колеса и в результате газ сжимается и приобретает скорость. Далее скорость газа снижается и последующее сжатие происходит в круговом диффузоре – кинетическая энергия переходит в потенциальную. На следующем этапе газ поступает в обратный направляющий канал и переходит в следующую ступень установки. Важным отличием центробежных установок от оборудования другого типа является отсутствие контакта между маслом и газом. В случае с агрегатами данного типа требования к смазке рабочих элементов оборудования значительно ниже, нежели в установках объемного действия. При этом смазка полностью защищает от ржавчины элементы оборудования, а масло, имеющее слабое окисление, смазывает зубчатые колеса, уплотнения и подшипники максимально эффективно. Так, работа компрессора центробежного имеет достаточно простой принцип действия и основывается на вращательном движении лопастей рабочего колеса, который является одним из главных рабочих элементов установок центробежной группы.


Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 601; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!