3 45 Компрессор

Объемный компрессор — это компрессор, у которого процессы всасывания и сжатия газа происходят вследствие изменения объема рабочей камеры. Если изменение объема производится поршнем, движущимся возвратно-поступательно, то такой компрессор называется поршневым. У роторного компрессора изменение объема происходит с помощью вращающихся роторов.

Поршневые компрессоры классифицируют: по расположению цилиндров — горизонтальные, вертикальные, угловые, оппозитные; по числу цилиндров — одно-, двух-, трех- и многоцилиндровые; по числу ступеней сжатия — одно-, двух-, трех-, семиступенчатые; по способу действия — одно- и двустороннего действия; по произ­водительности—малой до 10 м3/мин, средней от 10 до 30 м3/мин, большой выше 30 м3/мин; по конечному давлению — низкого дав­ления до 1,0 МПа, среднего —от 1,0 до 8,0 МПа, высокого —от 8,0 до 100 МПа, сверхвысокого — выше 100 МПа; по виду привода — приводные, прямодействующие и ручные; по роду сжимаемого газа — воздушные и газовые.

Роторные компрессоры могут быть: винтовые, пластинчатые, жидкостно-кольцевые. Объемные компрессоры, в которых рольпоршня выполняют диафрагмы (мембраны), называются диафраг-мовыми.

Химическая, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая про­мышленности являются основными потребителями крупных поршневых компрессоров. Их применяют, в частности, в производстве аммиака, метанола, карбамида, этилена, полиэтилена и др.

Технический прогресс в этих отраслях промышленности неразрывно связан с совершенствованием и развитием компрессоростроения.

Высокие темпы роста крупнотоннажных производств (аммиака, аммиачной селитры, азотной кислоты, этилена, полиэтилена, переработки нефти и др.),

а также развитие новых производств (например, полимеризационных пластических масс, синтетических волокон и др.)

п

46

оставили перед химическим машиностроением новые задачи: создать и быстро освоить выпуск оборудования для новых отраслей и агрегатов большой единичной мощности. В по­следние годы организовано производство крупных быстроходных оппозитных компрессоров современной конструкции, которые за­менили устаревшие горизонтальные компрессоры. Оппозитные компрессоры приняты в качестве основы для дальнейшего совершенствования газовых компрессоров мощностью выше 250 кВт. Их показатели соответствуют современному уровню компрессоростроения. Давление нагнетания оппозитных компрессоров достигает 250— 320 МПа, поршневая сила 600 кН, мощность привода более 8000 кВт, максимальное число рядов 10.

Значительно возрос уровень автоматического контроля основных параметров, защиты и управления компрессорными установками.

Для сжатия больших количеств газа более широко используют комбинированные компрессорные установки с центробежными компрессорами в первом каскаде на ступенях более низкого давления и поршневыми оппозитными во втором каскаде на ступенях более высокого давления.

За последние годы достигнуты значительные успехи в области повышения КПД горизонтальных поршневых компрессоров, увеличения их быстроходности и уменьшения габаритных размеров. Совершенствование поршневых компрессоров проявилось также в выпуске машин без смазывания цилиндров, в том числе на давление выше 15 МПа, в создании высокопроизводительных установок, расположенных вне помещения или в полуоткрытом помещении, в применении промежуточных и концевых холодильников воздушного охлаждения для компрессоров.

П

47

ерспективное направление в создании поршневых компрессоров составляет продолжение совершенствования многослужебных агрегатов, объединяющих на одном общем валу цилиндры с различными рабочими газами. При этом возрастает единичная мощность агрегата, повышается его компактность, упрощается монтаж-но-технологическая схема.

Рассмотрим рабочий процесс идеального компрессора, у которого:

в

48

о всасывающем и нагнетательном клапанах отсутствует сопротивление прохождению газа; во всасывающем и нагнетательном трубопроводах давление постоянно; температура газа на линиях всасывания или нагнетания остается неизменной; в конце сжатия весь газ выталкивается из цилиндра.

На рис. 67 показана схема компрессора и его индикаторная диаграмма. Рабочий процесс происходит следующим образом.

При движении поршня 9 вправо при закрытом нагнетательном клапане 8 в цилиндр через открытый всасывающий клапан 7 поступает газ. Процесс всасывания на диаграмме изображен линией 1—6. При движении поршня влево вса­сывающий клапан закрывается и газ сжимается, так как объем рабочей камеры уменьшается. Если при сжатии отводится вся выделившаяся теплота, то сжатие будет изометрическим (линия 6—,3), если сжатие происходит без теплообмена со внешней средой, ТО оно будет адиабатным (линия 6—5). В действительности из-за частичного теплообмена сжатие будет происходить по политропе (линия 6—4). Затем открывается нагнетательный клапан и газ выталкивается из цилиндра (линия 5—2). При повторном движении поршня вправо давление в цилиндре мгно­венно снижается (линия 2—1), начинается всасывание через открывшийся всасывающий клапан и все процессы повторяются.

Площадь диаграммы, ограниченная линиями всасывания, сжатия, нагнетания и падения давления, показывает в определенном масштабе работу, которая затрачивается в компрессоре на сжатие единицы объема газа. Эта работа будет различной в зависимости от того, по какой линии происходит

с

49

жатие газа. При изотермическом сжатии работа будет минимальной. На практике процесс сжатия газа стремятся приблизить к изотермическому, для чего охлаждают компрессоры и газ.

Действительный процесс сжатия газа в цилиндре компрессора существенно отличается от теоретического (рис. 68). Прежде всего в конце нагнетания не весь газ выталкивается в нагнетательный трубопровод, часть его остается в каналах клапанов, клапанных гнёздах и в зазоре между крайним положением поршня и крышкой цилиндра. Сжатый газ, оставшийся после нагнетания в цилиндре, занимает объем, называемый вредным пространством V0. При движении поршня вправо газ, находящийся во вредном пространстве, расширяется (линия 2—1) и отдает почти всю энергию, которая была затрачена на его сжатие. Таким образом, наличие вредного пространства не влияет на расход энергии. Кроме того, сжатый газ, находящийся во вредном пространстве, служит как бы буфером между поршнем и крышкой цилиндра.

Всасывание газа начинается в точке / лишь тогда, когда газ, находящийся во вредном пространстве, расширяется и давление его понизится до давления р\.

Всасывание газа происходит не на всем ходе поршня,, а лишь на части его, т. е. нали­чие вредного пространства уменьшает рабочий объем ци­линдра. Всасывающие клапа­ны и всасывающий трубопро­вод оказывают сопротивление движению газа, особенно при подъеме клапанов. Поэтому давление в начале всасывания несколько ниже давления р{. Всасывание газа (линия 1—4) происходит почти при постоян­ном давлении. Сжатие газа протекает по политропе 4—3. Когда давление в цилиндре в процессе сжатия достигнет з

50

начения, несколько превышающего давления р2, то открывается нагнетательный клапан и начинается процесс нагнетания (линия 3—2). Некоторый избыток давления требуется для преодоления инерции и сопротивления нагнетательного клапана.

Если сжимать газ до высоких давлений в одном цилиндре, то возникает много осложнений: в результате высокого сжатия чрезмерно нагревается газ и оказывает большое сопротивление движению поршня; при высокой температуре ухудшаются условия смазывания— смазка разжижается, разлагается, образует нагар на стенках цилиндра, поршня, клапанах; уменьшается коэффициент использования рабочего объема цилиндра, так как оставшийся во вредном пространстве газ будет расширяться на большей части хода поршня; увеличивается расход мощности на сжатие газа.

Чтобы избежать эти нежелательные последствия сжатия в одном цилиндре, процесс разбивают на несколько ступеней, т. е. используют многоступенчатое сжатие.

Но увеличение числа ступеней сжатия усложняет конструкцию, обслуживание и ремонт компрессора. Поэтому экономически оправдано разбивать сжатие не более чем на семь ступеней.