Классификация компрессоров по давлению и по производительности

По конечному давлению различают компрессоры низкого давления, создающие давление газа 0,2…1,0 Мпа (2…10 кгс/см²), среднего-1,0…10 Мпа (10…100 кгс/см²), высокого-10…100 Мпа (100…1000 кгс/см²) и сверхвысокого давления – свыше 100 Мпа (1000 кгс/см²).

По подаче компрессоры делят на машины с малой (до 0,015 м³/с), средней (до 0,015…1 500 м³/с) и большой (св. (1 500 м³/с) подачей, различной для каждого типа компрессора (объемного или динамического).

Классификация компрессоров по способу отвода тепла и по типу привода

По способу отвода тепла компрессоры подразделяются на машины с охлаждением (воздушным или водяным) компрессора и нагнетаемого газа; по типу привода – на компрессоры с электродвигателем, паровой или газовой турбиной, ДВС; по виду установки – на стационарные (на фундаменте или специальных опорах) и передвижные (на шасси или раме).

Состав компрессорной установки

В состав стационарной воздушной установки со средней и большой производительностью (подачей) входят камера фильтров, дроссельное устройство, регулирующее расход всасываемого воздуха, компрессор с охладителем после каждой ступени сжатия, запорная арматура с обратным клапаном и воздухосборник-рессивер. Наряду с охладителем или совмещенно с ним устанавливают маслоотделитель. В стационарных установках с малой подачей и передвижных установках оборудование соединяют в один блок (обычно на компрессоре как базе).

Состав газовых установок аналогичен. Камеру фильтров заменяют сепаратором газа для разделения твердых и жидких составляющих. Такие сепараторы могут быть установлены наряду с охладителем после каждой ступени сжатия. Вместо газосборника газ поступает в технологическое оборудование или газопровод. Для гашения пульсации в поршневых установках предусматривают буферные емкости на входе, перед каждой ступенью и выходе.

Принцип действия и особенности устройства компрессоров Принцип действия и особенности устройства поршневых компрессоров

В поршневых компрессорах (рис. 1) сжатие газа осуществляется в результате перемещения поршня 3, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре под действием кривошипно-шатунного механизма. Различают компрессоры прямого действия (рис. 1.а), в которых газ сжимается с одной стороны от поршня, и двойного (рис. 1.б), в которых сжатие происходит с обеих сторон от поршня. Кроме того, в зависимости от устройства кривошипно-шатунного механизма компрессоры делят на бескрейцкопфные и крейцкопфные. Первые имеют поршни одностороннего действия (тронковые), вторые - преимущественно двойного действия.

Схемы поршневых компрессоров

Рис. 1

простого (а) и двойного (б) действия:

1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3 - поршень; 4,5 - нагнетательный и всасывающий клапаны; 6 - цилиндр; 7 - шток; 8 - крейцкопф; 9 - направляющая крейцкопфа

Кривошипно-шатунный механизм бескрейцкопфного компрессора включает в себя палец, шатун 2, коленчатый вал 1, а крейцкопфного компрессора- шток 7 поршня, крейцкопф 8, палец крейцкопфа, коленчатый вал 1.

Крайнее положение поршня в цилиндре называют «мертвыми» точками, пространство между крышкой цилиндра и торцом поршня- «мертвым» пространством.

При всасывании поршень 3, двигаясь из одной мертвой точки к другой, создает разряжение газа, оставшегося в мертвом пространстве цилиндра, в результате чего открывается клапан 5 и всасывается газ. При обратном движении поршня газ сжимается, давление возрастает, и впускной клапан 5 закрывается. При давлении в цилиндре, превышающем давление за нагнетательным клапаном 4, последний открывается и начинается этап нагнетания газа, который длится до возвращения поршня 3 в начальное крайнее положение. Процесс повторяется с каждым оборотом коленчатого вала 1.

Компрессоры делят также по числу цилиндров и числу ступеней сжатия (рис. 2). Последовательное сжатие газа в нескольких ступенях (цилиндрах 1) обусловлено необходимостью ограничить температуру сжимаемого газа, так как при высокой температуре в цилиндровой группе смазочные масла разлагаются, теряют эксплуатационные качества, образуют нагар, наличие которого может привести к воспламенению и взрыву.

Схема поршневого многоступенчатого компрессора

Рис. 2

1 - цилиндры ступеней сжатия I - III;

2 - промежуточные охладители; 3 - трубопроводы

Газ после сжатия в цилиндре ступени 1 с температурой нагнетания 150…200⁰С (в зависимости от свойств газа) поступает в межступенчатый охладитель 2, где охлаждается до температуры всасывания в цилиндр ступени II, и так далее до требуемого конечного давления. Отношение начального давления к конечному в одном цилиндре называют степенью сжатия (обычно от 1:2 до 1:4).

Поршневые компрессоры подразделяют по расположению цилиндров на вертикальные, У-образные, прямоугольные и горизонтальные оппозитные (рис. 3).

Схемы поршневых компрессоров

Рис. 3

а) - вертикального; б) - прямоугольного;

в) - У-образного; г) - горизонтального оппозитного

Совокупность одинаковых сборочных единиц и деталей в однотипных и равных по размерам компрессорах, в том числе и различных по назначению, составляет базу компрессора. База включает в себя станину (раму с направляющими) в сборе с коленчатым валом, шатунами, крейцкопфами и др. Разных значений подачи и давления для компрессоров одной базы достигают путем присоединения соответствующих цилиндров и поршневых групп. Станина служит для размещения кривошипно-шатунного механизма и крепления цилиндров. Ее отливают из серого чугуна, реже выполняют сварной.

Цилиндры для компрессоров с малой подачей выполняют с воздушным, со средней и большой подачей с водяным охлаждением. Цилиндры низкого и среднего давления изготавливают литьем из высокопрочного чугуна, цилиндры высокого давления – из стальных отливок или поковок.

Тронковые (односторонние) поршни из алюминия и чугуна применяют в бескрейцкопфных компрессорах. Дисковые (двусторонние) поршни (алюминиевые или сварные из стали) используют в крейцкопфных компрессорах низкого давления. Для среднего давления применяют поршни литые из чугуна (полые или сплошные) и дисковые. Дифференциальные (двухступенчатые) поршни используют для сжатия газа до высоких давлений при расположении цилиндров последовательно в одном ряду: шток общий или составной соосный.

Поршневые кольца предназначены для устранения зазора между цилиндром и поршнем и отводом от него теплоты к стенкам цилиндра. Они имеют прямоугольное или квадратное сечение и в месте разреза замок (прямой, косой, фасонный), При низком и среднем давлениях газа материал колец – чугун. Для работы при высоком давлении кольца изготавливают из стали, бронзы, чугуна с баббитовой заливкой канавок, текстолита, капрона, кроме того, их выполняют комбинированными (например, из чугуна и бронзы). Для работы без смазывания цилиндра применяют кольца на фторопластовой основе.

Сальниковые уплотнения- самоуплотняющие и с принудительным уплотнением (мягкие или полумягкие). Самоуплотняющий сальник, применяемый для работы при среднем и высоком давлениях, состоит из двух плоских колец, одно из которых разрезано на шесть, а другое на три части (их называют соответственно уплотняющим и замыкающим). Кольца притерты торцами друг к другу и помещены в камеру. Число камер определяется давлением в цилиндре. Разрезанные кольца стягивают браслетной пружиной. Мягкие уплотнения применяют для работы при низком давлении. Материал- прессованная мелкораздробленная баббитовая стружка с различными добавками, форма- цилиндрические и конические кольца, допускающие подтяжку. Клапаны впускные и выпускные самодействующие прямоточные, кольцевые, полосовые, пластинчатые и другие в зависимости от давления.

В У-образных компрессорах применяют бескрейцкопфный кривошипно-шатунный механизм. Коленчатый вал из ковкого чугуна устанавливают на подшипниках качения. С каждым кривошипом соединяют два шатуна (рис. 4).

Угловой У-образный поршневой компрессор

Рис. 4

1 - коленчатый вал; 2, 3 - цилиндр и поршень ступени II, 4 - шатун; 5 - всасывающий и нагнетательный клапаны; 6, 7 - цилиндр и поршень ступени I.

Устройство прямоугольного поршневого компрессора показано на рис. 5.

Прямоугольный поршневой компрессор

Рис. 5

1 - рама; 2, 3 - цилиндр и поршень ступени II; 4 - клапан; 5, 6 - цилиндр и поршень ступени I; 7 - промежуточный охладитель; 8 - крейцкопф; 9 - коленчатый вал; 10 - шатун.

Компрессоры с водяным охлаждением крейцкопфные двухрядные. Число цилиндров определяется конечным давлением. Промежуточный охладитель при двухцилиндровом исполнении сблокирован с компрессором, при многоцилиндровом обособлен.

Оппозитные компрессоры (рис. 6) в зависимости от назначения выпускают в двух- четырех- и шестирядном исполнении. Компрессоры крейцкопфные со встречно движущимися поршнями.

Горизонтальный оппозитный поршневой компрессор

Рис. 6

1 - рама; 2 - коленчатый вал; 3 - шатун; 4 - крейцкопф; 5,6 - цилиндр и поршень ступени I; 7 - промежуточный охладитель; 8, 9 - цилиндр и поршень ступени II.

Охлаждение водяное, смазывание механизма движения циркуляционное, цилиндра и уплотнений штока - под давлением. Ротор электродвигателя для компрессоров базы М10 включительно устанавливают для более крупных машин – на приставном валу или с опорой на выносной подшипник.

В оппозитных компрессорах кривошипы, имеющие общую щеку, развернуты на 180 ⁰. При числе рядов более двух каждая пара кривошипов смещена одна относительно другой на 90⁰.

В качестве привода поршневых компрессоров используют синхронные электродвигатели. Соединение с коленчатым валом с помощью муфты. В небольших компрессорах электродвигатели асинхронные, статор фланцем прикреплен к корпусу без дополнительной опоры.