Двигатели внутреннего сгорания, применяемые для приводов компрессоров.
Применяют двигатели внутреннего сгорания: дизели и с искровым зажиганием, работающие на жидком топливе, и газовые двухтактные и четырехтактные.
Давление газов, расширяющихся в цилиндре 1 дизеля, расположенного в середине машины, сообщает движение двум поршням 2, синхронно перемещающимся к внешним мертвым точкам. По мере сжатия газа в цилиндрах компрессора противодействие поршням возрастает. При некотором их положении силы давления сжатого воздуха превышают уменьшающиеся по ходу поршней движущие силы дизеля. Возврат поршней к внутренним «мертвым» точкам происходит под давлением воздуха, оставшегося в «мертвых» пространствах 3 цилиндров компрессора. Полости 4 цилиндра, примыкающие к цилиндру дизеля, служат как продувочные насосы дизеля. Для обеспечения синхронного движения свободных поршней дизель-компрессор снабжен специальным механизмом, размещенным по бокам цилиндра дизеля. Запуск производят сжатым воздухом.
Схема одноступенчатого СПДК (дизель-компрессор со свободными поршнями)
Привод компрессоров от паровой и газовой турбин.
Для турбокомпрессоров применяется привод от паровых и газовых турбин. Турбинный привод имеет более высокий к. п. д. и особенно выгоден на химических заводах, потребляющих большое количество пара, который может быть подан в цеха и установки после пропуска через турбины ТЭЦ. Кроме того, для паровых турбин можно использовать так называемый вторичный пар, получающийся при съеме тепла реакций, охлаждении дымовых газов перед выбросом их в атмосферу и т. д.
Газотурбинный
привод при наличии дешевого топлива
наиболее экономичен.
Рис. Газотурбинная установка: КС- камера сгорания (газ приобретает высокую температуру и давление); 1- сопло (
газ расширяется, в результате расширения внутренняя энергия газа переходит в энергию движения — поток газа из сопел с огромной скоростью устремляется к лопаткам газовой турбины); 2 – лопатки газовой турбины; 3 – выхлопной патрубок (для отвода выхлопных газов); 4 – диск( жестко связанный с валов; 5 – вал.
Проходя через каналы, образованные лопатками, газовый поток меняет свое направление и заставляет вал с диском и лопатками вращаться
К валу с одной стороны присоединен воздушный компрессор, подающий воздух в камеру сгорания, а с другой — турбокомпрессор.
Рабочим телом в газовой турбине могут быть продукты сгорания газообразного или жидкого топлива, а также любой нагретый газ, имеющий высокую температуру (например газ, получаемый при крекинге нефти).
Газовые турбины имеют огромные скорости вращения и большие мощности при сравнительно малых размерах. В отличие от электродвигателей привод от паровых и газовых турбин не требует установки редуктора. Привод компрессора включает в себя двигатель, механизм передачи движения от двигателя к валу компрессора и аппаратуру управления. В дальнейшем под приводом компрессора будем понимать его основную часть — двигатель.
Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.
Устройство турбокомпрессора
Рис. Турбокомпрессор состоит из следующих элементов:1- корпус компрессора;2- вал ротора; 3- корпус турбины; 4 - турбинное колесо; 5 - уплотнительные кольца; 6 - подшипники скольжения; 7 - корпус подшипников; 8 - компрессорное колесо.
Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).
Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.
Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.
Принцип работы
В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его.
Принцип работы простейшей газотурбинной установки (ГТУ). Воздух из атмосферы засасывается компрессором, сжимается и затем подается в камеру сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. Образующиеся при сгорании топлива газы поступают в турбину и приводят ее в движение. Турбина вращает компрессор и гребной винт.
Рис. . Схема простейшей газотурбинной установки: 1 - форсунка; 2 - камера сгорания; 3 - воздухопровод; 4 - неподвижные направляющие лопатки; 5 - рабочие лопатки; 6 - выхлопной патрубок; 7 - зубчатый редуктор; 8 - гребной винт; 9 - компрессор; 10 - пусковой электродвигатель
Компрессор, камера сгорания и турбина собираются в единый агрегат. Для первоначального раскручивания турбины служит пусковой электродвигатель, питающийся током от вспомогательного дизель-генератора.