Классификация, область применения и принцип действия компрессорных машин

Компрессорами называются устройства, предназначенные для сжатия газов и паров. По принципу действия все компрессоры можно разделить на три основных типа: объемные, лопаточные и струйные. К объемным компрессорам относятся поршневые и ротационные.

Сжатие газа в поршневых компрессорах происходит в результате периодически повторяющегося изменения объема цилиндра. В ротационных компрессорах газ сжимается в камерах, объем которых при вращении ротора непрерывно изменяется.

В лопаточных компрессорах сжатие газа происходит с помощью вращающегося рабочего колеса. Лопаточные компрессоры в зависимости от направления потока по отношению к оси колеса делятся на центробежные и осевые.

В струйных компрессорах сжатие происходит за счет кинетической энергии потока газа. При этом сжимаемый газ смешивается с газом, служащим источником энергии. Струйные компрессоры обладают низким КПД, поэтому применяют их редко.

Основными параметрами, характеризующими работу компрессоров, является начальное Р₁ и конечное давление Р₂ газа или пара, степень повышения давления  и производительность Q_v.

Компрессоры могут быть классифицированы также по различным частным признакам, например по числу степеней на одно-, двух- и многоступенчатые, по способу охлаждения – с воздушным и водяным охлаждением, по расположению цилиндров – горизонтальные, вертикальные и V-образные, по производительности и т. д. 

Рис.2.1. Система классификации компрессорного оборудования

2.1. Области применения компрессорных машин

Благодаря достоинствам турбокомпрессоров в последние годы наблюдается расширение области применения турбокомпрессоров (особенно центробежных) до области больших давлений и малых производительностей. Примерные области применения компрессорных машин различных типов указаны на рис. 2.2.

Рис. 2.2. Области предпочтительного применения различных типов компрессоров по производительности и конечному давлению

Среди различных типов турбокомпрессоров (центробежных, осевых, диагональных, вихревых) первое место по распространенности в различных отраслях промышленности занимают центробежные компрессоры и нагнетатели, затем следуют осевые и вихревые.

Перечислим основные отрасли промышленности, где применяются центробежные компрессоры.

Химическая и нефтехимическая промышленность

В химической промышленности центробежные компрессоры применяют в установках:

• производства аммиака (для сжатия азотоводородной смеси и подачи ее в колонны синтеза аммиака, для сжатия природного газа и азота);

• производства метанола (для сжатия синтез-газа, состоящего из водорода, окиси углерода и углекислого газа);

• производства кислорода (для сжатия воздуха и подачи его в блоки разделения, для сжатия кислорода и транспортирования его по трубопроводам);

• производства хлора (для сжатия осушенного хлора, для работы в составе холодильной машины термостатирования технологического процесса);

• производства полиэтилена (для сжатия газообразного этилена до высокого давления и подачи его в реактор для полимеризации);

• производства ацетилена из природного газа (для сжатия газов пиролиза метана и подачи их в колонны выделения ацетилена, для сжатия ацетилена);

• производства азотной и серной кислот (для сжатия нитрозных газов и подачи их в окислитель и абсорбционную колонну; для сжатия сернистого газа).

В нефтехимической промышленности центробежные компрессоры применяют в установках:

• каталитического крекинга и риформинга (для сжатия и циркуляции водородсодержащего газа в процессах гидроочистки);

• депарафинизации масел (для охлаждения масляных фракций с целью кристаллизации парафинов);

• производства этилена (для сжатия газа пиролиза этана и подачи его в реактор, работы в составе холодильных машин в двухкаскадном холодильном цикле для сжатия пропилена и этилена);

• производства синтетического каучука (для сжатия контактного газа дегидрирования изопентана и изоамиленов).

Нефтедобывающая, газовая промышленность

В нефтедобывающей промышленности центробежные компрессоры применяются при добыче нефти газлифтным способом. В этом случае в компрессорах сжимается попутный нефтяной газ и закачивается в скважины.

В газовой промышленности центробежные компрессоры обеспечивают транспортирование природного газа от мест добычи до потребителей по магистральным газопроводам, компенсируя потери давления на участках газопровода.

Металлургическая промышленность

В металлургии при выплавке чугуна в доменных печах компрессорами подается воздух (или воздух обогащенный кислородом) в печь, где протекают окислительно-восстановительные процессы, обеспечивающие превращение железной руды в чугун. В производстве стали кислородно-конвертерным способом, центробежными компрессорами продувается чистый кислород через расплавленный чугун.

Для удаления образующихся дымовых газов в агломерационных машинах, где обработкой железной руды известью осуществляется подготовка сырья для доменной плавки – рудной шихты, центробежными нагнетателями просасывается воздух.

При производстве сталей в мартеновских печах центробежными нагнетателями отсасываются продукты сгорания.

Горнодобывающая промышленность

Сжатый воздух в компрессорных установках, расположенных на поверхности подается по трубопроводам к шахтному оборудованию (пневмотранспортеры, отбойные молотки, лебедки и др.).

Машиностроительная промышленность

Практически на каждом предприятии имеется система снабжения сжатым воздухом цехов, где потребителями его являются различный пневмоинструмент (пневмодрели, пневмошлифовальные машинки, пневмогайковерты и др.), пневматические прессы, домкраты и др. оборудование. На крупных предприятиях для выработки сжатого воздуха используют центробежные компрессоры.

Транспорт

На авиационном транспорте осевые и центробежные компрессоры входят в состав газотурбинных двигателей. Назначением их является сжатие воздуха и подача его в камеру сгорания, где при подаче топлива осуществляется окислительный процесс, а продукты сгорания затем направляются на турбину, где в результате расширения газовоздушной смеси возникает движущая сила.

В автомобильном транспорте центробежные нагнетатели применяются в агрегатах турбонаддува для увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания за счет увеличения количества воздуха, подаваемого в цилиндры.

На судовом транспорте (ледоколы) применяют осевые компрессоры для предотвращения обледенения корпуса за счет подачи нагретого в результате процесса сжатия воздуха.