1.4. Области применения компрессорных машин

Области применения компрессоров по производительности и давлению (рис. 7) не являются постоянными и изменяются в зависимости от совершенствования машин различных типов и конструкций [8].

Наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам поршневые компрессоры; их различают по устройству кривошипно-шатунного механизма, устройству и расположению цилиндров, числу ступеней сжатия.

По объемной производительности при условиях всасывания поршневые компрессоры классифицируются следующим образом: микрокомпрессоры производительностью до 0,6 м³/мин; малой производительности – от 0,6 до 6,0 м³/мин, средней - от 6,0 до 60,0 м³/мин, большой – свыше 60,0 м³/мин.

В области средних и больших производительностей, низких и средних давлений значительное развитие получили винтовые компрессоры.

Винтовые маслозаполненные компрессоры общего назначения с воздушным и водяным охлаждением и асимметричным профилем винтов, несмотря на меньший КПД, более эффективны по сравнению с поршневыми, центробежными и ротационно-пластинчатыми компрессорами в диапазоне производительностей от 10 до 50 м³/мин.

Поршневые компрессоры менее удобны для эксплуатации внутри шумопоглощающего кожуха по сравнению с маслозаполненными винтовыми компрессорами (имеют большие габариты, необходимость в частой ревизии рабочих клапанов, более высокое тепловыделение от поверхностей цилиндров, повышенная вибрация).

Считалось, что воздушные маслозаполненные винтовые компрессоры на давление нагнетания до 0,8 МПа более предпочтительны по сравнению с поршневыми при применении только в передвижных компрессорных установках. В настоящее время маслозаполненные винтовые компрессоры производительностью от 1,0 до 70 м³/мин на давление нагнетания до 4,0 МПа широко применяются в стационарных установках (см. рис. 7). Это стало возможным в результате технического совершенствования двухроторных винтовых машин, в частности, при переходе с симметричного профиля винтов на асимметричный, с помощью которого удельный расход мощности одноступенчатых маслозаполненных винтовых компрессоров общего назначения снизился в среднем на 5 - 7 %. По сравнению со всеми другими типами компрессоров стоимость 1 м³ воздуха, сжатого стационарными маслозаполненными винтовыми компрессорами общего назначения с воздушным охлаждением в диапазоне производительностей от 10 до 50 м³/мин, наименьшая.

Современные стационарные водо- или воздухоохлаждаемые воздушные, винтовые компрессорные установки поставляются укомплектованными и испытанными в моноблочном бесфундаментном исполнении с полной готовностью к эксплуатации.

Межремонтный пробег винтовых компрессоров определяется износом подшипников, срок службы которых составляет не менее 15 тыс. ч. Эксплуатируются конструкции винтовых компрессоров со сроком службы до 100 тыс. ч. Средний межремонтный срок достигает 50 000 тыс. ч.

Особое значение винтовые компрессоры с воздушным охлаждением имеют для обеспечения сжатым воздухом пневматического оборудования в районах с высоким дефицитом и стоимостью охлаждающей воды.

Одна из особенностей винтовых компрессоров – способность сжимать двухфазные (газ + жидкость) среды.

Опубликованы сведения о новых моноблочных одноступенчатых винтовых компрессорах, в полости которых вместо масла впрыскивается вода, что обеспечивает уплотнение зазоров, почти изотермический процесс сжатия и чистоту сжатого воздуха. Вода поступает через регулятор и после использования легко сепарируется с повторным использованием или сбросом в канализацию. По сравнению с аналогичными по параметрам двухступенчатыми винтовыми компрессорами сухого сжатия водозаполненные компрессоры менее металлоемки, в них отсутствует промежуточный и концевой воздухоохладители.

Воздушные винтовые компрессоры сухого сжатия в качестве машин общего назначения уступают маслозаполненным из-за высокой стоимости изготовления и относительно низкого КПД. В этом отношении маслозаполненные машины превзошли их по такому обобщающему показателю эффективности, как стоимость единицы объема сжимаемого газа.

Распространенный тип объемных машин – ротационно-пластинчатые машины.

Ротационно-пластинчатые компрессоры общего назначения различаются по производительности от 0,1 до 100 м³/мин, с абсолютным давлением всасывания от 0,01 до 0,1 МПа и давлением нагнетания до 1,2 МПа в одноступенчатом исполнении, до 1,6 МПа – в двухступенчатом исполнении и до 2,5 МПа – в трехступенчатом. В указанном диапазоне параметров ротационно-пластинчатые компрессоры практически не уступают поршневым компрессорам по КПД и превосходят их в быстроходности, компактности, уравновешенности, надежности.

Прогрессивными направлениями в совершенствовании ротационно-пластинчатых компрессоров являются создание моноблочных конструкций, переход от смазываемых компрессоров к маслозаполненным, расширение использования номенклатуры машин без смазки, расширение использования номенклатуры машин с воздушным охлаждением, увеличение ресурса работы без замены каких-либо деталей до 50 – 100 тыс. ч.

В выпуске ротационно-пластинчатых компрессоров общего назначения увеличивается количество машин сухого сжатия и маслозаполненных. Конкурируя по технико-экономическим показателям с винтовыми и центробежными компрессорами, ротационно-пластинчатые компрессоры занимают устойчивое положение в диапазоне малых производительностей (рис. 7).

Наиболее экономичны в области больших производительностей центробежные компрессоры общего назначения производительностью от 200 м³/мин и выше, вследствие чего их развитие направлено в сторону увеличения единичной мощности. Совершенствование конструкций центробежных машин привело к использованию их там, где традиционно применялись другие типы компрессоров.

Преимущество применения определяется потребностью в больших массах газа, сжатого в одной машине, более высокой надежностью и долговечностью работы, малыми габаритами и массой, подачей сжатого газа без пульсаций давления.

С тационарные и транспортные газовые машины с производительностью более 1000 м³/мин и с относительно небольшой степенью повышения давления (ε = 10÷15) – это осевые компрессоры. В большинстве случаев – это многоступенчатые машины, применяемые в авиационной, криогенной технике, машиностроительной, газовой, химической, металлургической, энергетической и других отраслях промышленности. Современные осевые компрессоры газотурбинных установок имеют степень повышения давлений до 25-35 и выше. В зависимости от скорости газового потока в рабочих органах различают дозвуковые и сверхзвуковые осевые компрессоры с турбо- или электроприводом с частотой вращения 500 с^–1 и более.

Конструкции осевых компрессоров разработаны вначале с приводом от газовых турбин. В дальнейшем осевые компрессоры стали использоваться в отраслях промышленности, где ранее применялись только центробежные компрессоры. Осевые компрессоры стационарных установок имеют преимущество перед центробежными – более высокие значения КПД, масса и габариты для стационарных установок большого значения не имеют. Стоимость крупных стационарных установок центробежных и осевых компрессоров примерно одинаковы.

С другой стороны, осевые компрессоры имеют ограниченный диапазон рабочих режимов из-за помпажа, чувствительности к коррозии и эрозии.