2631

сберегающие технологии, снижается потребление энергоресурсов, в том числе и сжатого воздуха. В настоящее время в большинстве случаев опять используют преимущественно поршневые компрессоры.

Анализ показывает, что общее состояние компрессорного парка в ряде отраслей, в том числе ведущих, не соответствует современным требованиям. Типичными недостатками систем снабжения сжатым воздухом промышленных предприятий являются:

-мощность компрессорных станций предприятий, созданная в основном еще в доперестроечные годы с ориентацией на большие объемы выпуска продукции, по сложившимся в настоящее время потребностям явно избыточна;

-компрессорные станции зачастую оснащены морально

ифизически устаревшим оборудованием, техническое состояние которого характеризуется как неудовлетворительное;

-сложное компрессорное хозяйство требует больших затрат на содержание эксплуатационного и ремонтного персонала, приобретение запасных частей для компрессоров, ряд из которых уже снят с производства;

-системы воздухопроводов громоздки, с существенными дополнениями и изменениями проектных схем, имеют «тупиковые» и неиспользуемые участки, в которых образуется влага, а в зимнее время - обмерзание, изобилуют свищами, течами, неплотностями арматуры и т. п., что обусловливает потери воздуха, намного превышающие нормативные;

-в большинстве случаев не налажен современный контроль выработки и потребления сжатого воздуха, отсутствуют необходимые средства КИП и А;

-отсутствуют эффективные средства регулирования производства сжатого воздуха; приспособление компрессорной станции к изменяющемуся режиму потребления производится либо включением-выключением агрегатов, либо стравливанием избыточного воздуха в атмосферу, величина которо-

20

го достигает 50% и более от производительности компрессора

-самый неэффективный способ регулирования;

-системы снабжения сжатым воздухом предприятий выполнялись, как правило, с центральной компрессорной станции;

-на крупных предприятиях некоторые потребители воздуха удалены на сотни и даже тысячи метров; в результате в трубопроводах имеют место большие гидравлические потери, конденсатные пробки, течи, и удаленные потребители испытывают недостаток воздуха, что лихорадит производство и приводит к значительным убыткам.

Данные, полученные путем обобщения представительного выборочного обследования воздушных компрессорных станций машиностроительных заводов, химических и горно-обогатительных комбинатов, электростанций, железнодорожных депо, свидетельствуют, что около 80 % от общего количества компрессоров выработали номинальный ресурс до морального и физического износа (15-20 лет). Техническое состояние их неудовлетворительно, стоимость сжатого воздуха высока. Использование передовых ремонтных технологий, реконструкция и модернизация компрессорных установок повышают эффективность и продлевают ресурс агрегатов, но не решают общую проблему.

Рыночная конкуренция, борьба за снижение себестоимости продукции, в которой на долю производства сжатого воздуха приходится от 5 до 30 % затрат, вынуждает предприятия экономить как на потреблении, так и на выработке сжатого воздуха, применять энергосберегающие технологии.

На ряде ведущих предприятий различных отраслей произведена или производится модернизация компрессорных станций и сетей в основном за счет вывода из эксплуатации излишних компрессоров, отключения неиспользуемых участков сети и др., наводится порядок в учете выработки и расходования сжатого воздуха, уточняются нормативы потребления.

21

К сожалению, лишь только в отдельных случаях выполняется техническое перевооружение с заменой устаревших компрессоров современными типами, внедрением систем регулирования.

2.3. Общие сведения о потребителях сжатого воздуха

Различные случаи применения сжатого воздуха в промышленности рассмотрены в п. 2.1. Наиболее крупными потребителями являются предприятия химической, металлургической и горнодобывающей промышленности, а также строительная индустрия Компрессорные станции являются неотъемлемой частью машиностроительных заводов, предприятий легкой и пищевой промышленности, транспорта.

К числу основных потребителей сжатого воздуха на машиностроительных заводах относятся цеха: литейный, механический, кузнечный, окрасочный. Непосредственными потребителями сжатого воздуха являются разнообразные пневмомашины, пневмоприводы, пневмозажимы станков, пневмомолоты, различные пневмоинструменты, окрасочные аппараты и др.

Наиболее широкий класс потребителей сжатого воздуха - это пневмоинструменты и пневмооборудование.

Пневмоинструменты - это средства индивидуального использования, предназначенные для механизации тех или иных работ или операций. Существенными особенностями пневмоинструментов являются их кратковременное использование и неравномерная нагрузка, что объясняется характером выполняемых ими операций.

Пневмооборудование - это устройства и машины с длительным режимом работы, постоянным или периодическим. Пневмооборудование может использоваться как автономно, так и в составе технологических линий, конвейеров.

22

Пневмоинструмент, совершающий механическую работу, использует энергию сжатого воздуха для передачи усилия вращающемуся или возвратно-поступательно движущемуся рабочему органу. Соответственно пневмоинструменты бывают динамического и объемного действия. К динамическим пневмоинструментам относятся: дрели, шлифмашины, гайковерты, бормашины и т. п. Принцип действия пневмоинструмента динамического действия состоит в следующем: сжатый воздух направляется в суживающиеся сопла, ускоряется и с большой скоростью направляется на лопатки колеса, создавая при этом окружное усилие, вращающее колесо. На свободном конце вала закрепляется рабочий орган (патрон со сверлом, шлифовальный круг и т. п ). Изменяя давление сжатого воздуха, можно регулировать частоту вращения колеса.

Кпневмоинструментам объемного действия относятся отбойный молоток (зубило), перфоратор, вибратор и т. п. Принцип действия их состоит в периодической подаче и сбросе сжатого воздуха из полости над подвижным поршнем, связанным с рабочим органом.

Кинструментам, не совершающим механическую работу, относятся: пульверизаторы для нанесения красок и покрытий, обдувочные посты, дробе- и пескоструйные устройства и т. п. В этих инструментах нет рабочего органа, которому передается энергия сжатого воздуха. Принцип их действия состоит

втом, что подаваемый сжатый воздух направляется в сопло (или жиклер), дросселируется до давления окружающей среды, разгоняется и в виде сильной струи направляется на обрабатываемую поверхность, очищая или нанося на нее покрытие, т. е. струя совершает механическую работу. При этом используется эффект эжекции (подсоса) в воздушную струю дроби, песка, краски или лака.

Кпневмооборудованию могут быть отнесены: пневмомолоты, пневмоштамповочные станки, пневматические приво-

23

ды (двигатели) и системы. Суть их состоит в выполнении механической работы в длительном режиме.

К оборудованию, не совершающему механическую работу, могут быть отнесены постоянно работающие устройства и механизмы для охлаждения инструмента и обрабатываемой детали, воздушной смазки подшипников электрошпиндельных станков, перемешивания электролитов, пескоструйная очистка на конвейерах и т. п.

Отдельный класс пневмоустройств - пневмоприборы, средства пневмоавтоматики и струйной техники. Они имеют свою специфику, связанную с использованием сжатого воздуха высокой степени очистки.

Основными характеристиками пневмоинструментов и оборудования являются расход и рабочее давление воздуха.

В пневмотехнике пневмоинструменты и пневмооборудование принято называть пневмоприёмники. По своим рабочим характеристикам пневмоприёмники не однородны. Их можно разделить на три вида: требующие постоянного давления, требующие постоянного объемного расхода и работающие в ограниченном диапазоне давлений и расходов.

Первых два вида приёмников используются в системах пневмоавтоматики, где необходимо поддерживать строго заданные значения параметров сжатого воздуха.

Наиболее распространены пневмоприёмники третьего вида - к ним относится большинство потребителей промышленных предприятий.

Общая потребность заводской сети складывается из суммы расхода воздуха всеми видами пневмоприёмников, которая, очевидно, не является постоянной величиной.

24

3. КОМПРЕССОРЫ И КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ

3.1. Классификация компрессорных машин

Согласно ГОСТ 28567-90 «Компрессоры. Термины и определения», компрессором (воздушным компрессором) называется энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения воздуха.

Компрессор общего назначения - компрессор, предназначенный для сжатия атмосферного воздуха до 0,8-2,0 МПа и выполненный без учета специальных требований, характерных для отдельных областей его применения.

Компрессор с приводом называется компрессорным агрегатом, а компрессорная установка - компрессорный агрегат с дополнительными системами, обеспечивающими его работу.

Компрессоры можно классифицировать по целому ряду признаков:

по виду сжимаемой среды: компрессоры воздушные,

азотные, этиленовые, для сжатия углеводородных газов, кислородные, аммиачные, фреоновые, углекислотные и т.д.;

по давлению всасываемого газа:

-нормальные – давление у всасывающего патрубка равно атмосферному;

-дожимные – давление выше атмосферного;

по виду привода:

-с механическим приводом - от трансмиссий, валов, локомотивных осей и т. д.;

-с электрическим приводом — преимущественно от электродвигателей переменного тока;

-с паросиловым приводом - от паровой машины, паровой турбины;

-с приводом от газовой турбины;

-с приводом от двигателя внутреннего сгорания;

25

-газомоторные, представляющие из себя единую машину «газовый двигатель-компрессор»;

по числу ступеней сжатия: одноступенчатые, много-

ступенчатые;

по местоположению компрессорного агрегата:

-стационарные - установленные на неподвижном фундаменте;

-транспортные (передвижные) - перемещающиеся со своей фундаментной рамой (авиационные, судовые, локомотивные, трамвайные и т. д.) или перемещающиеся на специальной тележке (для строительных работ, в шахтах и т. д.);

по охлаждению:

-неохлаждаемые;

-охлаждаемые водой с внутренним (рубашечным) охлаждением (во время цикла сжатия) и с промежуточным охлаждением (между ступенями сжатия);

-охлаждаемые воздухом;

по развиваемому давлению:

-вакуум-компрессоры, отсасывают газ из пространства

сдавлением ниже атмосферного и обычно нагнетают в пространство, где давление равно атмосферному или выше;

-вентиляторы, давление нагнетания до 0,01 МПа;

-газодувки (воздуходувки), давление нагнетания от

0,01 до 0,35 МПа;

-собственно компрессоры, давление нагнетания свыше

0,35 МПа;

по устройству и принципу работы:

-объемные: поршневые, роторные, мембранные, спиральные;

-динамические: центробежные, осевые (аксиальные);;

-струйные (эжекторы, аспираторы).

26

3.2. Поршневые компрессоры

Поршневой компрессор - компрессор объемного действия, в котором изменение объемов рабочих камер осуществляется поршнями, совершающими прямолинейное возвратнопоступательное движение.

Цилиндры поршневых компрессоров охлаждаются водой, для этого в них предусмотрена специальная водяная рубашка. Небольшие компрессоры выполняются с воздушным охлаждением, а их поршень соединен непосредственно с шатуном (бескрейцкопфные компрессоры). Цилиндры, в которых рабочие процессы происходят в обеих полостях (по обе стороны), называются цилиндрами двухстороннего действия. В тех случаях, когда требуемое давление не может быть получено сжатием в одном цилиндре, применяются компрессоры со ступенями давления (многоступенчатые компрессоры). В таких компрессорах сжатие происходит в последовательно соединенных цилиндрах, разобщенных газораспределительными клапанами и межступенчатыми холодильниками. Ступень поршневого компрессора состоит из цилиндра, поршня и системы газораспределительных органов.

Поршневые компрессоры, сжимающие воздух от 0,5 до 100 МПа и производительностью до 1,7 м3/с (100 м3/мин), рационально применять на компрессорных станциях производительностью до 8,33 м3/с (500 м3/мин).

На рис. 3 показана схема работы цилиндра крейцкопфного компрессора двойного действия. Процесс сжатия воздуха происходит в следующей последовательности. В цилиндре 1 поршень 2 совершает возвратно-поступательное движение. Усилие от коленчатого вала 6 на поршень передается через шатун 5, крейцкопф 4 к штоку 3, жестко соединенному с поршнем 2. При движении поршня слева направо объем между внутренними стенками цилиндра и верхней частью поршня увеличивается, образуется разрежение, и атмосферный воздух

27

поступает в компрессор через всасывающий клапан 9; нагнетательный клапан 7 при этом закрыт. Со стороны нижней части поршня происходит уменьшение рабочего объема и сжатие находящейся там порции воздуха. Всасывающий клапан 10 закрыт, а нагнетательный 8 открыт. При движении поршня справа налево процессы, протекающие сверху и снизу поршня, меняются местами.

Рис. 3. Схема работы поршневого компрессора двойного действия

Типичные схемы наиболее распространенных конструкций поршневых компрессоров представлены на рис. 4.

Поршневые компрессоры различают:

-по способу действия: простого и двойного действия;

-по числу работающих цилиндров: одноцилиндровые

имногоцилиндровые;

-по способу сжатия: одноступенчатые и многоступен-

чатые;

-по конструктивному исполнению: вертикальные, го-

ризонтальные и угловые; однорядные и двухрядные — с последовательным и параллельным расположением цилиндров; с простым и дифференциальным поршнем; крейцкопфные и бескрейцкопфные;

28

Рис. 4. Типичные схемы расположения цилиндров компрессоров: а – одноступенчатый двухцилиндровый компрессор двойного действия с вертикальным расположением цилиндров; б - одноступенчатый компрессор двойного действия с горизонтальным расположением цилиндров (оппозитный); в – компрессор с дифференциальными поршнями; г – двухступенчатый горизонтальный компрессор с параллельным расположением цилиндров (компаунд); е - двухступенчатый компрессор с последовательным расположением цилиндров (тандем),

ж – двухступенчатый угловой компрессор

29