Динамические компрессоры принцип работы - Строительство домов и бань
53 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Динамические компрессоры принцип работы

Динамические компрессоры. Принцип действия и классификация

Динамические компрессоры можно разделить на две группы: центробежные и осевые.

У центробежных компрессоров при вращении рабочего колеса газ под действием центробежной силы отбрасывается от центра к внешней окружности колеса, а на стороне всасывания образуется разрежение, и газ непрерывно поступает из всасывающего трубопровода в каналы между лопатками рабочего колеса. На выходе из колеса газ попадает в диффузор, где скорость его снижается, а давление возрастает.

У осевых компрессоров движение газа совершается вдоль оси ротора, сжатие газа происходит в результате изменения скорости движения газа между лопатками ротора и направляющего аппарата.

Динамические компрессоры классифицируются по следующим признакам:

по конечному давлению — вентиляторы, создающие поток газа или воздуха с давлением 0,001—0,015 МПа, воздухо- и газо-дувки, нагнетающие газ или воздух без охлаждения под давлением 0,015—0,25 МПа, компрессоры, создающие давление от 0,25 до 35 МПа, вакуум-насосы для отсасывания газов из аппаратов, находящихся под вакуумом, и сжатия их до атмосферного давления, эксгаустеры — вакуумные компрессоры большой производительности, нагнетатели — одноколесные компрессоры, создающие давление до 5,6 МПа и производительностью до 34*106м3/сут;

по числу ступеней сжатия — одноступенчатые и многоступенчатые;

по направлению движения газа относительно оси вращения ротора — центробежные с радиальным движением газа, осевые с осевым движением газа, диагональные с комбинированным направлением движения газа;

по виду привода — от электродвигателя, от паровых или газовых турбин (турбокомпрессорные агрегаты).

Динамические компрессоры имеют ряд преимуществ по сравнению с поршневыми: простота конструкции, надежность в работе, удобство в эксплуатации, небольшие габаритные размеры и масса, уравновешенность, а значит, легкий фундамент, непрерывная и плавная подача газа, отсутствие загрязнения газа смазкой. Но у динамических компрессоров ниже КПД, чем у поршневых компрессоров, что особенно сказывается при малой производительности и высоких давлениях нагнетания.

Динамические компрессоры широко применяют во многих отраслях народного хозяйства, в производствах химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности, в металлургической, горной и металлообрабатывающей промышленности. Большие турбокомпрессорные установки работают на перекачке газа по магистральным газопроводам.

До недавнего времени область применения центробежных компрессоров ограничивалась конечным давлением газа. Компрессоры применялись главным образом для средних давлений 0,8—1,0 МПа, максимум до 3,0 МПа при большой производительности. В связи с созданием компрессоров высокого давления центробежные компрессоры постепенно заменяют поршневые во многих производствах химической и нефтехимической промышленности.

За последние годы создано много новых машин различного назначения. Окружная скорость на ободе колеса современных центробежных компрессоров находится в пределах 300—350 м/с, а частота вращения составляет 250 с-1 и выше. При указанных скоростях обеспечивается высокая производительность центробежных компрессоров, достигающая 200 м3/с при относительно небольшой массе и габаритных размерах.

Широко распространены центробежные компрессоры для сжатия воздуха до давлений 0,7—1,4 МПа. К этим компрессорам относят шесть типов машин номинальной производительностью от 6 до 50 м3/с.

Разработаны и выпускают компрессоры для технологических установок по производству этилена и пропилена, которые пред-

назначены для сжатия взрывоопасных газов до давлений 1,7— 4,2 МПа. Компрессоры специального назначения применяют, например, для отсасывания азота из химической аппаратуры, сжатия газов пиролиза метана в производстве ацетилена из природного газа, сжатия и подачи нитрозного газа в технологическую Ш схему производства азотной кислоты и др. f

Для высоких степеней сжатия при большой производительности используют одновременно центробежные и поршневые компрессоры. Наддувные компрессоры давлением до 3 МПа и производительностью 40 000 м3/ч подают сжатый газ или воздух непосредственно в третью ступень поршневого компрессора высокого давления. Сейчас созданы циркуляционные компрессоры (ЦКМ) и | турбокомпрессоры высокого давления, заменяющие поршневые циркуляционные компрессоры в системах синтеза. Использование их упрощает технологическую схему синтеза аммиака, спиртов и повышает надежность работы агрегата.

В ближайшие годы получат более широкое применение для технологических целей осевые компрессоры, которые обеспечивают большую производительность при сравнительно невысоких степенях сжатия.

Увеличение мощности технологических установок, рост потребления газов, сжатых до 15 и 35 МПа, предопределили значительные сдвиги в направлении создания ЦКМ высокого давления.

В результате больших теоретических и экспериментальных исследований создан довольно значительный типоразмерный ряд центробежных компрессоров, обеспечивающих давление нагнетания до 27—35 МПа.

6.2.3. Динамические компрессоры

Центробежные компрессоры. Центробежные компрессоры по принципу действия аналогичны центробежным насосам. Они имеют одно или несколько лопастных колес, при вращении которых развивается центробежная сила, сообщающая газу кинетическую энергию, преобразующуюся затем в энергию давления. В данном случае рабочим телом, в отличие от центробежных насосов, является газ, сжатие которого сопровождается уменьшением объема. По величине создаваемого избыточного давления центробежные компрессоры носят следующие наименования:

-турбокомпрессоры – рабочее давление более 0,3 МПа;

-турбогазодувки – от 0,01 до 0,3 Мпа;

-вентиляторы – до 0,01 Мпа.

Турбогазодувки отличаются от турбокомпрессоров числом рабочих колес (ступеней сжатия): первые имеют 1 – 4, а вторые до 16 и более.

Турбогазодувки и турбокомпрессоры. Одноступенчатая турбогазодувка показана на рис. 6.34.

Рис. 6.34. Одноступенчатая турбогазодувка: 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – всасывающий патрубок; 5 – нагнетательный патрубок

Работает турбогазодувка следующим образом. В спиралевидном корпусе 1 вращается рабочее колесо 2 с лопастями внутри направляющего аппарата 3, в котором происходит преобразование кинетической энергии газа в потенциальную энергию давления. Направляющий аппарат представляет собой два кольцевых диска, соединенных между собой лопатками с наклоном, противоположным наклону лопастей рабочего колеса.

Многоступенчатая турбогазодувка изображена на рис. 6.35.

Рис. 6.35. Многоступенчатая турбогазодувка: 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – направляющий аппарат; 4 – обратный канал

Работает она следующим образом. Газ, пройдя через первое колесо 2 и направляющий аппарат 3, с более высоким давлением поступает через обратный канал 4 на следующее рабочее колесо. Диаметры рабочих колес турбогазодувки постоянны, но ширину их с учетом изменения объема газа при сжатии уменьшают в направлении от первого колеса к последнему. Таким путем достигается возможность сжатия газа в каждой последующей ступени без изменения скорости вращения и формы лопастей рабочих колес.

Степень сжатия в турбогазодувках не превышает 3, поэтому в турбогазодувках сжимаемый газ между ступенями не охлаждают. Для получения более высоких степеней сжатия, чем в турбогазодувках, применяют турбокомпрессоры, по устройству аналогичные турбогазодувкам, но имеющие значительно большее число рабочих колес. В турбокомпрессорах по мере перехода к ступеням более высокого давления уменьшается не только ширина, но и диаметр рабочих колес. В связи с значительной степенью сжатия газа в турбокомпрессорах и соответствующим увеличением температуры газа производят его охлаждение, которое осуществляют путем подачи холодной воды в специальные каналы внутри корпуса, либо в выносных промежуточных холодильниках. Давление нагнетания в турбокомпрессорах достигает 2,5 3,0 Мпа.

Центробежные вентиляторы. Центробежные вентиляторы условно делятся по величине избыточного давления на вентиляторы низкого давления (р 3 Па); среднего давления (р=10 3 310 3 Па) и высокого давления (р= 310 3 10 4 Па).

На рис. 6.36 изображен вентилятор низкого давления. В спиралеобразном корпусе 1 вентилятора вращается рабочее колесо 2 с большим числом лопаток. Отношение ширины лопатки к ее длине зависит от развиваемого давления и является наименьшим для вентиляторов высокого давления. Газ поступает по оси вентилятора через патрубок 3 и удаляется из корпуса вентилятора через нагнетательный патрубок 4. Лопатки вентилятора обычно выполняют загнутыми вперед (угол , см.рис. 6.3) или загнутыми назад () по направлению вращения колеса. При лопатках, загнутых вперед, заданный напор получают при меньшей окружной скорости колеса, соответственно при меньшем его диаметре, чем при лопатках, загнутых назад; однако гидравлическое сопротивление последних ниже.

Рис. 6.36. Центробежный вентилятор низкого давления: 1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3, 4 – всасывающий и нагнетательный патрубки

Рабочие колеса вентиляторов низкого и среднего давления, обладающих большими производительностями, имеют относительно большую ширину. Для того чтобы обеспечить прочность и жесткость широких колес, окружная скорость их ограничивается (не более 30 – 50 м/с). Поэтому рабочие колеса таких вентиляторов изготавливаются с лопатками, загнутыми вперед (), не считаясь с понижением гидравлического к.п.д. вентилятора.

У вентиляторов высокого давления, обладающих меньшей производительностью, ширина колес относительно невелика. Поэтому их лопатки обычно загнуты назад.

Характеристики центробежных вентиляторов подобны характеристикам центробежных насосов (см. рис. 6.6), а зависимость производительности, напора и мощности от числа оборотов выражается уравнениями (6.27) – (6.28). Рабочий режим устанавливается по точке пересечения характеристики центробежного вентилятора с характеристикой сети (см. рис. 6.8). Мощность на валу вентилятора Nв находят по уравнению

, (6.68)

где – производительность вентилятора, м 3 /с; Н – напор вентилятора, м; – плотность газа, кг/м 3 ; – к.п.д. вентилятора, определяемый произведением коэффициентов подачи, гидравлическогои механическогок.п.д.

Напор вентилятора Н рассчитывают с помощью уравнения (6.12) или определяют по рабочей точке (см. рис. 6.8).

Осевые компрессоры и вентиляторы. Устройство осевого компрессора показано на рис. 6.37. В корпусе 1 вращается с большой скоростью ротор 2, на котором расположены лопасти 3, имеющие форму винтовой поверхности. Газ захватывается лопастями и перемещается вдоль оси компрессора, получая при этом от лопастей и вращательное движение. Для устранения вращательного движения газа на внутренней поверхности корпуса укреплены неподвижные лопатки, образующие направляющий аппарат 4, по каналам которого газ поступает в напорный патрубок. Осевые компрессоры имеют значительное число ступеней (10 – 20) и работают без охлаждения газа. Они имеют высокий к.п.д., обеспечивают высокую производительность (более 20 м 3 /c), но создаваемое ими давление не превышает 0,5 – 0,6 Мпа.

Рис. 6.37. Осевой компрессор:1 – корпус; 2 – ротор; 3 – лопасти; 4 – направляющий аппарат

Осевые вентиляторы имеют сходство с осевым компрессором в том, что газ в нем движется вдоль оси вентилятора. На рис. 6.38 изображен осевой вентилятор. Такой вентилятор имеет корпус 1 в виде короткого участка цилиндрической трубы, в котором расположено рабочее колесо-пропеллер с лопатками 2, изогнутыми по винтовой поверхности. При вращении рабочего колеса лопатки захватывают газ и перемещают его вдоль оси колеса. Вследствие низкого сопротивления, оказываемого вентилятором движущемуся потоку газа, и незначительности потерь на трение газа о лопатки, к.п.д. осевыхвентиляторов существенно выше, чем у центробежных. В то же время напор, развиваемый осевыми вентиляторами, в 3 – 4 раза меньше, чем у центробежных вентиляторов, поэтому осевые вентиляторы применяют для перемещения больших количеств газа при незначительном сопротивлении сети.

Классификация компрессоров

Продукция, производимая на промышленных предприятиях, пользуется все большим спросом. Производство постоянно усложняется, его темпы растут, применяемое оборудование совершенствуется. Сегодня трудно уже представить промышленный технологический процесс без компрессоров. Давайте рассмотрим основные характеристики компрессорного оборудования и классификацию.

На сегодняшний день существует большое множество моделей компрессоров, вариантов их исполнения и применения. Компрессоры различаются по давлению, по производительности, по рабочей среде (сжимаемому веществу) в том числе и по условиям окружающей среды. Каждый компрессор имеет свои конструктивные особенности, технические и рабочие характеристики. Компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Читать еще:  Как правильно подсоединить приставку к телевизору

Компрессор – это промышленный агрегат, который используют для сжатия и подачи различных газов и воздуха под давлением. Компрессоры широко используются в различных технологических процессах практически во всех отраслях производства. Сфера применений – это тяжелое машиностроение, различные добывающие отрасли, химическая, газовая, металлургическая, нефтехимическая и другие отрасли.

Простейший принцип нагнетания воздуха начал использоваться человеком еще много веков назад, к примеру, в кузнечном меху. Несмотря на то, что к настоящему времени существует большое количество типов компрессоров, сам принцип сжатия воздуха в них не изменился. Разнообразие компрессорного оборудования достигается за счет различного конструктивного исполнения. Развитие техники и появление новых технологий стало требовать вначале специальных условий сжатия воздуха и определенных его характеристик на выходе, а затем возникла необходимость и работы с другими газами, в том числе взрывоопасными и токсичными.

Принцип действия компрессоров

Компрессоры можно классифицировать по следующим признакам

По принципу действия

Наиболее общая классификация компрессоров проводится по используемому в них принципу нагнетания газа, в связи с чем выделяют два типа:

  • объемные компрессоры;
  • динамические компрессоры.

Объемные компрессоры работают за счет последовательного наполнения рабочей камеры газом и дальнейшего его сжатия за счет принудительного уменьшения доступного объема рабочей камеры. Для предотвращения обратного хода газа используется система клапанов, поочередно открывающихся и закрывающихся в фазах заполнения и опорожнения камеры. В свою очередь динамические компрессоры увеличивают давление газа путем передачи ему кинетической энергии, которая затем частично переходит в потенциальную энергию давления. Реализация одного и того же принципа сжатия в компрессорах может быть осуществлена различными способами, отличающимися друг от друга характеристиками получаемого сжатого газа, условиями сжатия и т.д. Это позволяет максимально адаптировать устройство под конкретную задачу.

Объемные компрессоры подразделяют на следующие основные группы:

  • поршневые;
  • винтовые;
  • шестеренчатые;
  • роторно-пластинчатые;
  • мембранные;
  • жидкостно-кольцевые.

Поршневые компрессоры появились одними из первых и как нельзя лучше отражают принцип действия объемных компрессоров. Кривошипно-шатунный механизм, приводимый в движение валом, обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре. Тем самым рабочая камера, ограниченная поршнем и цилиндром, последовательно изменяет свой объем в зависимости от положения поршня. Система односторонних клапанов предотвращает протечку газа в обратном направлении.

Конструктивные особенности так же позволяют разделить эти устройства на подгруппы. По конструкции рабочей камеры компрессоры могут быть одинарного и двойного действия. Во втором случае поршень имеет меньшую толщину и делит рабочую камеру на две части. При его движении в одной части камеры происходит сжатие газа и его подача в выходной патрубок, а вторая часть при этом заполняется газом из входного патрубка. Тем самым за один оборот вала происходит два цикла сжатия. По количеству цилиндров поршневой компрессор может быть одноцилиндровым, двухцилиндровым и т.д. Если газ последовательно претерпевает сжатие в нескольких цилиндрах компрессора, то такой компрессор называют многоступенчатым, а количество ступеней определяет количество пройденных цилиндров. В зависимости от положения цилиндров поршневые компрессоры делят на устройства: с горизонтальным расположением, вертикальным, угловым, V-образным и оппозитные.

Кроме того поршневые компрессоры классифицируют по назначению на 4 группы:

  • Компрессоры бытового назначения
    Этот тип оборудования отличается малыми габаритами, возможностью передвижения, потребностью в небольшом количестве сжимаемого вещества, непродолжительным использованием, невысоким уровнем шума и практически отсутствием необходимости в техническом обслуживании. Бытовые компрессоры обычно создают давление до 8 бар. Продолжительный и интенсивный режим работы такого класса компрессоров может привести к значительной поломке, затраты на ремонт которой будут соизмеримой с покупкой нового агрегата. Данный класс компрессоров обычно используют в ремонтных мастерских, на станциях технического обслуживания автомобильного транспорта, в строительстве.
  • Полупрофессиональные компрессоры
    Давления до 16 бар, могут перекачивать до 2 куб. м/мин. Надежны в работе. К недостаткам можно отнести шумную работу, требуют периодического ремонта. У данного типа компрессора масло в сжатом воздухе содержится много, поэтому они не отличается экономичностью. Потребители – частные лица и малый бизнес.
  • Промышленные компрессоры
    Оборудование данного типа нашли свое применение на разные участках технологического цикла в технических отраслях. Предприятия легкой и тяжелой промышленности, автомастерские, крупных производители.
    Медицинские компрессоры, оснащаются осушителем адсорбционого типа, шумозащитный корпус. Ресивер с обработкой против коррозии. Компрессоры высокого давления. Максимальное рабочее давление на выходе до 60 бар обеспечивается при помощи мощного электродвигателя.
  • Компрессоры без смазки цилиндров
    они сжимают разные газы и необходимы в производстве, где на выход должна идти чистая сжимаемая среда, не содержащая масло.
    В качестве уплотнения используют поршневые уплотнительные кольца из композиционого материала. Лабиринтное уплотнение не зарекомендовало себя при практическом применении.
    Компрессоры без смазки цилиндров работают без ремонта более продолжительное время.

Чертеж поршневого компрессора

Винтовые компрессоры представляют собой заключенные в корпус один, два или более винта, находящиеся в зацеплении. То есть винтовые компрессоры могут быть: одновинтовыми, двухвинтовыми и т.д. При движении винтов образуются подвижные рабочие объемы пространства, ограниченные непосредственно винтами и стенками корпуса. Такие компрессоры менее габаритны, чем поршневые, и значительно более устойчивы, а также способны обеспечить большую производительность. При работе между винтами могут возникать значительные силы трения, поэтому для снижения износа деталей применяют смазывающие вещества, обычно смазочное масло. Однако подбор антифрикционных материалов позволяет обойтись и без дополнительной смазки, в связи с чем выделяют масляные и безмасляные винтовые компрессоры. Вторые применяются в тех случаях, когда контакт сжимаемого газа и смазочного вещества недопустим.

Шестеренчатые компрессоры в качестве рабочего органа использую пару находящихся в зацеплении шестерней, вращающихся в противоположные стороны. Шестерни могут значительно отличаться от модели к модели, в том числе представлять собой зубчатые колеса. Рабочая камера в таких компрессорах образуется путем отсекания пространства зубьями шестерни и корпусом устройства. Когда зубья разных шестерней входят в зацепление, объем рабочей камеры уменьшается, и газ под давлением вытесняется в выходной патрубок. Такие компрессоры с успехом применяют в тех случаях, когда требуется подача газа под небольшим давлением.

Роторно-пластинчатые компрессоры имеют отличительную особенность в виде, как следует из названия, ротора со специальными пазами, в которые вставлены подвижные пластины. Ротор устанавливается в цилиндрическом корпусе (статоре), причем ось ротора не совпадает с осью корпуса. При вращении ротора центробежная сила отбрасывает пластины от центра ротора и прижимает их к корпусу, тем самым в компрессоре образуются подвижные рабочие камеры, ограниченные соседними пластинами, корпусом и ротором. Изменение объема рабочих камер обусловлено смещением осей. Для дополнительного усилия прижатия пластин к корпусу в пазах ротора могут быть установлены прижимные пружины. Как и поршневые компрессоры, роторно-пластинчатые способны развивать значительное давление газа на выходе, однако их выгодно отличают компактные размеры и меньшая шумность.

Мембранные компрессоры отличаются тем, что содержат в своей конструкции эластичную полимерную мембрану. Принципиально такие компрессоры схожи с поршневыми, только роль поршня в них выполняет мембрана. Выпячиваясь в разные стороны, мембрана меняет объем рабочей камеры, а систем клапанов тем же образом. Привод самой мембраны может быть механическим, пневматическим, электрическим или мембранно-поршневым. Все эти типы приводов объединяет тот факт, что перекачиваемый газ не контактирует в процессе работы устройства ни с чем, кроме мембраны и корпуса рабочей камеры. Это делает мембранные компрессоры востребованными в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую степень чистоты нагнетаемого газа.

Жидкостно-кольцевые компрессоры использую для своей работы вспомогательную жидкость. В цилиндрическом корпусе (статоре) закрепляется ротор с установленными на нем пластинами, причем ось ротора смешена относительно оси статора. Внутрь компрессора заливается жидкость, которая при вращении ротора отбрасывается к стенкам корпуса, принимая форму кольца. Рабочее пространство при этом становится ограниченным пластинами ротора, корпусом и поверхностью жидкости. Как и в случае роторно-пластинчатого компрессора, смещение осей ротора и статора обеспечивает изменение объема рабочих камер. Перекачиваемый газ в таких компрессорах неизбежно контактирует с жидкостью, которая частично уносится с потоком газа, поэтому предусматривается узел сепарации отходящего потока, а также система подпитки компрессора рабочей жидкостью. Такие устройства особенно хорошо подходят в тех случаях, когда перекачиваемый газ уже содержит в своем составе капли рабочей жидкости.

Чертеж жидкостно-кольцевого компрессора

Динамические компрессоры подразделяют на следующие основные группы:

Радиальные компрессоры получили свое название по направлению движения газа в устройстве. Простейший компрессор такого типа состоит из корпуса и размещенного в нем рабочего колеса, установленного на валу. Лопатки рабочего колеса при вращении перемещают газ от оси в радиальных направлениях, тем самым передавая ему кинетическую энергию, которая затем частично преобразуется в потенциальную энергию давления. Газ поступает на колесо через осевой вход, затем попадает на лопатки, отбрасывается в радиальных направлениях и поступает в спиральный газосборник, а затем выводится через выходной диффузор. Рабочие колеса таких компрессоров могут отличаться как по форме лопаток, так и по общей конструкции, к примеру, быть закрытыми или открытыми. Также центробежные компрессоры могут выполнять многоступенчатыми, располагая несколько колес на одном валу и обеспечивая последовательный проход газа через них. Устройства такого типа компактны, обладают малой шумностью и не подвержены сильной вибрации при работе, а также хорошо подходят для случаев, когда требуется обеспечить подачу незагрязненного газа в больших объемах.

Осевые компрессоры отличаются тем, что газ в них движется в осевом направлении. К основным конструктивным элементам таких устройств относят ротор, установленный на валу, и статор (корпус). На роторе располагаются ряды лопаток, проходя которые газовый поток получает дополнительную кинетическую энергию и претерпевает закручивание. Для выравнивания направления его движения между рядами лопаток ротора располагают ряды направляющих лопаток статора. Область, где изменяются характеристики потока газа, ограничена входным направляющим и выходным выпрямляющим аппаратами. Такие устройства значительно более сложны в изготовлении и эксплуатации по сравнению с более простыми радиальными компрессорами, однако обладают большим КПД при схожем показателе напора.

Струйные компрессоры представляют собой эжекторы, в которых используется энергия одного (активного) газа или пара для увеличения давления другого (пассивного) газа или пара. То есть в такое устройство поступают два газовых потока с высоким и низким давлением, а на выходе получается один поток с давлением, большим, чем у потока пассивного газа, но меньшим, чем у активного. Струйные компрессоры отличаются крайней простотой конструкции и, как следствие, высокой надежностью. Они особо предпочтительны в тех случаях, когда в наличие уже имеется газ с высоким давлением, энергию которого целесообразно использовать. К примеру, такие устройства применяют в газодобыче, когда на месторождении есть скважины, как с высоким давлением, так и с низким, и использование струйного компрессора позволяет получить единый поток с приемлемыми характеристиками.

По области применения:

Компрессоры в зависимости от назначения и отрасли производства можно подразделить на установки общего назначения, энергетические, химические, нефтехимические и т.д.

По давлению на выходе:

По давлению на выходе компрессоры подразделяются на:

  • ваккуум компрессоры;
  • компрессоры низкого давления (от 0,15 до 1,2 Мпа) применяются на установках для сжатия воздуха;
  • компрессоры среднего давления (от 1,2 до 10МПа) в процессах разделения, сжижения и транспортировки газов в химической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности;
  • компрессоры высокого давления (от 10 до 100МПа);
  • компрессоры сверхвысокого давления (выше 100МПа) применяются для установок синтеза газа.

По типу приводного механизма:

Компрессоры могут быть оборудованы электродвигателем, двигателем внутреннего сгорания, это может быть турбина (газ/пар).

По типу охлаждения:

С водяным или воздушным охлаждением

По производительности

Производительность компрессора как для входа так и выхода принято указывать в единицах объёма сжимаемой среды в единицах времени (норм. условия). Производительность зависит от диаметра цилиндра, длины хода поршня и скорости вращения вала. Компрессоры подразделяют на три категории: малой (до 10 м3/мин), средней (10—100 м3/мин) и большой производительности (свыше 100 м3/мин).

Какие бывают виды компрессоров

Компрессор является агрегатом для сжатия и перемещения различных газов, в том числе и воздуха, на различные приборы и пневмоинструменты. Компрессорную технику широко применяют в промышленности, строительстве, медицине и т.д. Существующие виды компрессоров и их классификация определяют критерии эксплуатации данного оборудования.

Классификация компрессоров по принципу действия

По принципу действия компрессоры классифицируются на объемные и динамические.

Объемные

Это агрегаты, имеющие рабочие камеры, в которых происходит процесс сжатия газа. Сжатие происходит за счет периодического изменения объема камер, соединенных с входом (выходом) аппарата. Чтобы предотвратить обратный выход газа из агрегата, в нем устанавливают систему клапанов, которые открываются и закрываются в определенный момент наполнения и опорожнения камеры.

Динамические

В динамических компрессорах повышение давления газа происходит за счет ускорения его движения. В результате кинетическая энергия частиц газа превращается в энергию давления.

Важно! Динамические компрессоры отличаются от объемных открытой проточной частью. То есть, при зафиксированном вале его можно продуть в любом направлении.

Виды объемных компрессоров

Компрессорное оборудование объемного типа подразделяется на 3 группы:

Мембранные

Имеют в рабочей камере эластичную мембрану, как правило, полимерную. Благодаря возвратно-поступательным движениям поршня мембрана выгибается в разные стороны. В результате движений мембраны объем рабочей камеры меняется. Клапаны в зависимости от положения мембраны либо впускают воздух в камеру, либо выпускают.

Приходить в движение мембрана может от пневматического, мембранно-поршневого, электрического или механического привода.

Важно! В мембранных аппаратах воздух или газ в процессе перемещения через рабочую камеру не контактирует с другими узлами агрегата (кроме мембраны и корпуса). Благодаря этому на выходе получают газ высокой степени чистоты.

Поршневые

Благодаря наличию кривошипно-шатунного механизма поршень совершает возвратно-поступательные движения в рабочей камере, отчего ее объем то уменьшается, то увеличивается.

Поршневые компрессоры имеют установленные на рабочей камере односторонние клапаны, перекрывающие движение воздуха в обратном направлении. Несмотря на хорошую производительность, поршневые аппараты имеют и недостатки: достаточно высокий уровень шума и заметная вибрация.

Роторные

В роторных компрессорах сжатие воздуха происходит вращающимися элементами — роторами. Каждый элемент в зависимости длины и шага винта имеет постоянное значение сжатия, которое также зависит и от формы отверстия для выхода газа.

В таких компрессорах клапаны не устанавливаются. Также конструкция агрегата не содержит узлов, способных вызвать разбалансировку. Благодаря этому он может работать с высокой скоростью вращения ротора. При такой конструкции аппарата величина потока газа достигает высоких значений при небольших габаритах самого компрессора.

Роторные компрессоры подразделяются на несколько подвидов.

Безмасляные

Имеют ассиметричный профиль винта, повышающий КПД агрегата благодаря уменьшению утечек при сжатии газа. Для обеспечения синхронного встречного вращения роторов применяют внешнюю зубчатую передачу. Во время работы роторы не соприкасаются, и смазка им не требуется, поэтому выходящий из агрегата воздух не имеет никаких примесей. Для уменьшения внутренних утечек детали агрегата и корпус изготавливаются с высокой точностью. Также безмасляные аппараты могут быть многоступенчатыми, чтобы убрать разность температур воздуха на входе и выходе аппарата, которая ограничивает повышение давления.

Винтовые

Состоят из одного или нескольких винтов, которые находятся в зацеплении, установленных в герметичном корпусе.

Рабочее пространство создается между корпусом и винтами при их вращении. Данный вид компрессоров отличается хорошей производительностью и беспрерывной подачей воздуха. Для снижения трения между входящими в зацеп винтами, которое увеличивает износ деталей, применяется смазка. Если требуется получить сжатый воздух (газ) без примесей смазочных материалов, то применяются безмасляные винтовые аппараты. В последних, чтобы уменьшить силу трения, подвижные детали изготавливаются из антифрикционных материалов.

Зубчатые

Данные компрессоры еще называют шестеренчатыми, поскольку их главными деталями являются шестерни. Они при работе вращаются в противоположных направлениях, создавая между зубьями и стенками корпуса рабочую камеру.

При вхождении зубьев в зацепление на стороне выходного отверстия агрегата происходит уменьшение объема камеры, вследствие чего воздух под давлением выходит через патрубок. Компрессоры данного типа нашли широкое применение в ситуациях, когда не требуется подача воздуха или газа под высоким давлением.

Спиральные

Это разновидность безмасляных компрессоров роторного типа. Спиральные аппараты также сжимают газ в объеме, который уменьшается постепенно.

Главными элементами данного аппарата являются спирали. Одна спираль закреплена неподвижно в копрусе устройства. Другая подвижная, соединена с приводом. Сдвиг по фазе между спиралями равняется 180°, благодаря чему происходит образование воздушных полостей с изменяемым объемом.

Роторно-пластинчатые

Пластинчатый компрессор имеет ротор с прорезанными пазами. В них вставлено определенное количество подвижных пластин. Как видно из рисунка, приведенного ниже, ось ротора с осью корпуса не совпадает.

Пластины при вращении ротора перемещаются центробежной силой от его центра к периферии и прижимаются к внутренней поверхности корпуса. В результате происходит непрерывное создание рабочих камер, ограниченных соседними пластинами и корпусами ротора и аппарата. За счет смещенных осей изменяется объем рабочих камер.

Жидкостно-кольцевые

В данных агрегатах используюется вспомогательная жидкость. В статически закрепленном корпусе аппарата устанавливается ротор с пластинами.

Конструкционные особенности данного аппарата – это смещенные оси ротора и корпуса относительно друг друга. В корпус заливается жидкость, которая принимает форму кольца, прижимаясь к стенкам аппарата вследствие отбрасывания ее лопастями ротора. При этом происходит ограничение рабочего пространства, наполненного газом, между жидкостным кольцом, корпусом и лопатками ротора. Объем рабочих камер изменяется посредством вращающегося ротора со смещенной осью.

Важно! Чтобы перекачиваемый газ не уносил с собой частички жидкости, в жидкостно-кольцевых аппаратах устанавливают узел сепарации, отсекающий влагу из воздуха. Также на устройствах данного типа устанавливается система, обеспечивающая подпитку рабочей камеры вспомогательной жидкостью.

Виды динамических компрессоров

Аппараты с динамическим принципом действия разделяют на осевые, центробежные и струйные. Различаются они между собой типом рабочего колеса и направлением движения потока воздуха.

На заметку! Также динамические аппараты еще называют турбокомпрессорами, поскольку конструкция их напоминает турбину.

Осевые аппараты

В осевых компрессорах поток газа движется вдоль оси вращения вала через неподвижные направляющие и подвижные рабочие колеса. Скорость потока воздуха в осевом аппарате набирается постепенно, а преобразование энергии происходит в направляющих.

Для осевых компрессоров характерны:

  • высокая скорость работы;
  • высокий КПД;
  • высокая подача потока воздуха;
  • компактные размеры.

Центробежные агрегаты

Центробежные компрессоры имеют конструкцию, обеспечивающую радиальный выходной поток воздуха. Поток воздуха, попадая на вращающееся рабочее колесо с радиально расположенными крыльчатками, за счет центробежных сил выбрасывается к стенкам корпуса. Далее, воздух перемещается в диффузор, где и происходит процесс его сжатия.

Центробежные аппараты не имеют узлов с возвратно-поступательными движениями, поэтому обеспечивают равномерный поток воздуха, силу которого можно регулировать. Также данный тип агрегатов отличается долговечностью и экономичностью.

Струйные компрессоры

В аппаратах струйного принципа действия для увеличения давления газа (пассивного) используется энергия активного газа.

Для этого к устройству подводится 2 потока газа: один с низким давлением (пассивный), а второй – с высоким (активный). На выходе из устройства образуется газовый поток с давлением выше пассивного, но меньшим, чем у активного газа.

Важно! Отличительной особенностью струйных компрессоров является простота конструкции, отсутствие подвижных деталей, высокая надежность.

Классификация компрессоров по другим параметрам

Кроме классификации компрессоров по принципу сжатия, принято разделять данные агрегаты по следующим параметрам:

  1. Тип привода. Компрессоры могут работать как с электродвигателями, так и с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Соответственно, аппараты бывают с прямой передачей (коаксиальные) и с ременным приводом. Как правило, компрессор с прямым приводом – это агрегат бытового назначения. Коаксиальный компрессор привлекает потребителя доступной ценой и широко используются на дачах в гаражах и т.д., поскольку давление воздуха, выдаваемое аппаратом, не превышает 0,8 МПа. Если сравнивать бензиновый и дизельный компрессор, то последний является более надежным в эксплуатации. Также дизель имеет более простое устройство и легок в обслуживании.
  2. Система охлаждения. Аппараты бывают с жидкостным и воздушным охлаждением или вообще без него.
  3. Условия эксплуатации. Аппараты могут быть стационарными, работающими только в помещении от электросети, и передвижными (переносными), работа которых допускается на открытом воздухе и при низких температурах. Например, передвижные компрессоры с двигателем внутреннего сгорания широко используются в местах, где нет централизованного электроснабжения.
  4. Конечное давление. По данному параметру аппараты подразделяют на четыре группы. Агрегаты низкого давления (0,15-1,2 МПа) используются в составе установок для сжатия газов (воздуха). Устройства среднего давления (1,2-10 МПа) применяются для разделения, транспортировки и сжижения газов в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности. Аппараты высокого давления (10-100 МПа) и сверхвысокого давления (свыше 100 МПа) используются в установках для синтеза газов.
  5. Производительность. Указывается в единицах объема за определенных промежуток времени (м 3 /мин). Производительность агрегата напрямую зависит от таких параметров, как скорость вращения вала, диаметр цилиндра, длина хода поршня. По производительности принято разделять аппараты на 3 категории: малая – до 10 м 3 /мин; средняя – от 10 до 100 м 3 /мин; большая – свыше 100 м 3 /мин.

Кроме всего, компрессоры подразделяются в зависимости от области применения на агрегаты общего назначения, нефтехимические, химические, энергетические и т.д.

Два основных принципа сжатия: объемное и динамическое

Share via
Share via
  • LinkedIn
  • Facebook
  • Twitter
  • Messenger
  • WhatsApp
  • Mail

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?

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?

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.

Работа компрессора с изометрическим сжатием:

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.

Компрессоры, общие сведения, классификация

Лекция 7.

Компрессорами называются машины, предназначенные для сжа­тия и перемещения газов. Давление на выходе из компрессоров превышает давление на входе более чем на 15 %, что требует учета термодинамических явлений, происходящих в процессе сжа­тия. В этом состоит существенное отличие компрессоров от венти­ляторов.

В компрессорах происходит преобразование энергии, подводи­мой двигателем к валу, в энергию проходящих через них газов. Способ передачи энергии является основой классификации комп­рессоров по принципу действия. По этому признаку все многообразие компрессорных машин можно разделить на объем­ные, динамические и струйные.

В объемных компрессорах передача энергии от двигателя к газу происходит в рабочей камере, периодически изменяющей объем вследствие перемещения двигателем привода одной или несколь­ких ее стенок. В процессе изменения объема камера поочередно соединяется то с полостью низкого, то с полостью высокого давле­ния газа, а некоторое время камера отсоединена от обеих полос­тей. За полный период изменения объема камеры газ, находящий­ся в ней, переместится из полости низкого в полость высокого давления. При этом двигателем производится работа для переме­щения стенок камеры. К объемным относятся все виды поршне­вых, винтовых и роторных компрессоров.

В динамических, или турбокомпрессорных, машинах передача энергии к газу происходит непрерывно во вращающемся рабочем колесе, снабженном лопатками. При обтекании потоком газа ре­шетки из профилей лопаток возникает подъемная сила, вызываю­щая ускорение потока, увеличение его скорости и давления. В даль­нейшем в неподвижных элементах происходит добавочное увели­чение давления за счет преобразования кинетической энергии газа. К динамическим относятся центробежные, диагональные, осевые и вихревые компрессоры.

В струйных компрессорах повышение давления основано на увлечении сжимаемого газа струей пара, жидкости или газа.

По создаваемому давлению нагнетания все компрессоры делят­ся на следующие группы:

1. Компрессоры низкого давления, сжимающие газ до 1 МПа. Такие машины часто называют компрессорами общепромышлен­ного или общего назначения. Они изготовляются большими се­риями и являются наиболее распространенными.

2. Компрессоры среднего давления, сжимающие газ до 10 МПа. Такие давления используются в холодильной технике, пусковых устройствах двигателей внутреннего сгорания и т. п.

3. Компрессоры высокого (до 100 МПа) и сверхвысокого (выше 100 МПа) давления. Такие компрессоры применяются в химичес­кой промышленности, порошковой металлургии и других произ­водствах.

Компрессоры также делятся по величине подачи. Под подачей понимают количество газа, подаваемого компрессором по­требителю за единицу времени. В том случае, если подача выража­ется в единицах объема за время, то объем определяется при пара­метрах газа, находящегося перед всасывающим патрубком ком­прессора. Выраженная таким образом подача называется приве­денной, а количество газа, подаваемое за один ход поршня, называ­ют подачей.

По приведенной подаче поршневые компрессоры делятся на сле­дующие группы:

1) компрессоры малой подачи, величина которой менее 0,1 м 3 /с;

2) компрессоры средней подачи с диапазоном ее измерения от

3) компрессоры большой подачи. Они имеют производитель­ность больше 1 м 3 /с.

По виду сжимаемого рабочего вещества компрессоры делятся на воздушные, кислородные, фреоновые и т. д. Классификация по этому признаку в некоторой мере указывает на особенности конструкции компрессора.

Иногда компрессоры по виду двигателя привода делят на элек­трокомпрессоры, компрессоры с приводом от паровой машины и с приводом от двигателей внутреннего сгорания.

Несмотря на многие признаки, по которым классифицируются компрессоры, основными из них являются давление и производи­тельность. На рис. 7.1 показаны области рационального исполь­зования различных компрессорных машин в зависимости от создаваемого давления и производительности.

Рис. 7.1.Области рационального использования компрессорных машин:

1 — объемных поршневых; 2 — динамического действия (центробежных и осевых);

3 — объемных винтовых и ро­тационных; ———-практическое применение;———

Поршневые компрессоры являются наиболее распространенны­ми и используются в том случае, когда требуются относительно малые подачи при любых давлениях. Поршневые компрессоры сред­ней подачи общепромышленного назначения конкурируют с вин­товыми компрессорами. Поршневые компрессоры по затратам энер­гии имеют преимущества перед всеми другими типами компрессо­ров, однако по металлоемкости, габаритным размерам, ремонто­пригодности, межремонтному ресурсу они уступают другим маши­нам и, как правило, дороже, чем винтовые.

Для обеспечения большой подачи используют преимуществен­но машины динамического действия, т. е. центробежные и осевые

Объемные компрессоры находят применение и как вакуум-насо­сы, создавая относительно атмосферного давления пониженное (до 10 Па) давление газа в системах.

В системах жизнеобеспечения наиболее широкое распростране­ние имеют поршневые, винтовые и центробежные компрессоры.

Поршневой компрессор изображен на рис. 7.2. При возвратно-поступательном движении поршня осуществляются такие фазы процесса: расширение, всасывание, сжатие и выталкивание. Прин­цип действия поршневого компрессора, основанный на вытеснении газа поршнем, способствует созданию конструкции с такими диа­метром и ходом поршня, которые позволяют развивать высокое давление при относительно малой подаче.

Рис. 7.2.Поршневой компрессор.

Винтовой компрессор (рис. 7.3) имеет два винта специального профиля, взаимное расположение которых и зазор между которы­ми строго фиксированы. При вращении винтов в результате пери­одического попадания головок зубьев винтов во впадины последо­вательно осуществляются процессы всасывания, сжатия и нагне­тания.

Рис. 7.3. Винтовой компрессор.

1 — корпус; 2 — подшипники; 3 — шестерни; 4 —ведомый ротор; 5 — ведущий ротор

Центробежный компрессор (рис. 7.4) действует аналогично цен­тробежному насосу. Вал центробежного компрессора соединяется с валом приводного двигателя или непосредственно, или через ме­ханическую передачу, повышающую частоту вращения вала ком­прессора.

Рис. 7.4. Центробежный компрессор.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Для студентов недели бывают четные, нечетные и зачетные. 9656 — | 7533 — или читать все.

188.64.174.65 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector