Казарезов Проеектування пристроiв и систем пiдводных апаратiв

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

компресори на основі комбінованих схем, призначені для створення високих і надвисоких тисків при великій продуктивності блока. У таких компресорах перші ступені – поршневі, а останні – мембранні (мембранно-поршневі компресори).

Мембранні компресори експлуатуються там, де виникає необхідність стискання газу при забезпеченні його високої чистоти, а також при роботі з агресивними газами.

Компресори з кінцевим тиском до 150 МПа і продуктивністю від 10 до 80 м3/г зведені в уніфіковані ряди за поршневим зусиллям

(1,6; 4,0; 6,3 кН). Діаметри мембран 170, 210, 335, 470, 630 і 700 мм.

Розробляються мембранні компресори для стискання газів високої чистоти до тиску 400 МПа.

Роторними компресорами називають компресори об'ємної дії, в яких робоча камера утворюється розточкою корпусу і розміщеним у ній ротором (роторами), а об'єми робочих камер змінюються внаслідок обертання ротора (роторів). Роторні компресори мають велику швидкохідність, кращу зрівноваженість і плавність подачі газу, ніж поршневі компресори. Коефіцієнти корисної дії роторних компресорів трохи менші, ніж у поршневих.

У роторних пластинчастих компресорах ротор розташований ексцентрично циліндричній розточці корпусу і являє собою вал з установленими на ньому подовжніми рухомими в радіальному або гнучкими в коловому напрямку пластинами, що контактують вільними кінцями з поверхнею розточки. Продуктивність цих машин, як правило, менша 100 м3/хв.

Рідинно-кільцевий компресор являє собою пластинчастий компресор, у якому пластини виконані твердими, нерухомо закріплені на валу і не контактують з поверхнею розточки корпусу, а зазор між кінцями пластин і поверхнею розточки ущільнюється за допомогою рідинного кільця, що формується під час обертання ротора. Одним

зваріантів реалізації рідинно-кільцевого компресора є водокільцевий компресор, у якому для утворення рідинного кільця використовується вода. Рідинно-кільцеві компресори завдяки відсутності механічного тертя в робочих площинах використовують при роботі

зтоксичними, вибухонебезпечними і займистими газами, паро- і газорідинними сумішами, у тому числі агресивними і забрудненими механічними домішками.

Випускається близько 20 типорозмірів рідинно-кільцевих ком-

51

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

пресорів продуктивністю від 0,75 до 300 мм3/хв при кінцевому тиску 0,1...0,4 МПа. Збільшення кінцевого тиску до 0,8 МПа може бути досягнуто за рахунок підвищення колової швидкості двоступінчастого стискання. Рідинно-кільцеві компресори відрізняються конструктивною простотою, зручністю в експлуатації, високою надійністю і низьким рівнем шуму під час роботи. Вони виробляються серійно, чому сприяє послідовно здійснювана уніфікація конструкцій. До недоліків компресорів цього типу відносять: складність внутрішнього процесу, обумовлену двофазовим станом середовища в робочій порожнині; великі втрати на гідравлічне тертя; труднощі створення "твердого" рідинного кільця через кавітацію; необхідність постійного контролю температури робочої рідини.

Гвинтовий компресор являє собою роторний компресор із гвинтоподібними роторами. Постійне розширення області застосування гвинтових компресорів пояснюється рядом переваг, які вони мають у порівнянні з компресорами інших типів: висока надійність; менші габарити і маса; повна автоматизація в роботі; плавне регулювання продуктивності; повна заводська готовність; висока динамічна зрівноваженість; хороші акустичні характеристики; зручність транспортування і монтажу. Гвинтові компресори виготовляють серійно. На їхній базі виробляються стаціонарні і переносні повітряні компресорні установки з об'ємною продуктивністю 4...50 м3/хв і тиском нагнітання 0,8 МПа; установки для транспортування нафтового газу з об'ємною продуктивністю до 50 м3/хв і кінцевим тиском 0,5...1,7 МПа; пересувні компресорні станції продуктивністю 5...10 м3/хв, кінцевим тиском 0,8 МПа; установки для сухого стискання водню, етилену і контактного газу з об'ємною продуктивністю 100...180 м3/хв. Освоюється випуск 12 типорозмірів гвинтових компресорів з кінцевим тиском до 2 МПа.

Області доцільного застосування компресорів різних типів остаточно не визначені. Це пов'язано з їхнім безупинним удосконалюванням. Так, наприклад, створені швидкохідні (до 1500 об/хв) моноблокові безфундаментні установки на базі поршневих компресорів, у яких успішно вирішена проблема підбору мастила. При об'ємній продуктивності менше 2 м3/хв ефективніші поршневі компресори; в інтервалі 2...15 м3/хв доцільне застосування гвинтових компресорів.

Шестеренний компресор являє собою роторний компресор із

52

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

двома роторами, що мають зубчасті сполучені профілі. Його об'ємна продуктивність до 30...35 м3/с. Використовуваний в таких компресорах процес із зовнішнім стиском недосконалий, і дані машини можна використовувати лише у випадку, коли втрати від зовнішнього стиску незначні порівняно з іншими витратами. Для них характерні невеликі відношення тисків (1,4...1,8), збільшення кінцевої температури, високий рівень шуму. Довговічність таких машин знижується за рахунок виникнення ударних навантажень від внутрішнього тиску, які зростають зі збільшенням колової швидкості роторів, що призводить до руйнування синхронізуючих шестірень, а потім і роторів.

Роторно-поршневий компресор являє собою роторний ком-

пресор, у якому розточка корпусу і ротор мають спеціальні профілі і вісь обертання ротора здійснює переносний обертальний рух навколо осі, що збігається з центром симетрії розточки корпусів.

Трохоїдні роторно-поршневі компресори мають дві основні деталі – корпус і ротор. Теоретичний профіль однієї з цих деталей (вихідний) виконується за епічи гіпотрохоїдою, інший профіль (сполучений) – за внутрішньою і зовнішньою обвідними сім'ї відповідних трохоїд. Характеристики машини залежать від обраної схеми і числа вершин у ротора. На практиці застосовують схеми з епітрохоїдною розточкою корпусу і ротором, грані якого спрофільовані за внутрішньою обвідною.

Трохоїдні роторно-поршневі компресори загального призначення випускаються в одноступінчастому виконанні з об'ємною продуктивністю 0,3...50,0 м3/хв при кінцевому тиску 0,3...0,8 МПа та у двоступінчастому – з об'ємною продуктивністю 12...50 м3/хв при кінцевому тиску 0,6...0,8 МПа.

Компресорами з ротором, що котиться, називають роторні ком-

пресори з двома робочими камерами, утвореними циліндричною розточкою корпусу, роздільною пластиною і ротором, що ексцентрично розташований відносно корпусу. Вісь обертання такого компресора здійснює переносний обертальний рух навколо осі, що збігається з центром симетрії розточки корпусу. Конструкції цих машин містять багато елементів, характерних для конструкцій кожної з груп роторних компресорів, розглянутих раніше.

У компресорах динамічної дії робочий процес здійснюється шляхом динамічного впливу на безупинний потік газу, що стискається.

53

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

Компресори динамічної дії зрівноважені, високопродуктивні. Їх коефіцієнт корисної дії трохи менший, ніж у поршневих компресорів. Економічність застосування таких компресорів різко падає при об'ємній продуктивності менше 100 м3/хв.

Основним класом компресорів динамічної дії є турбокомпресори. Серед останніх найбільш поширені осьові і радіальні, серед яких можна особливо виділити відцентрові компресори.

У турбокомпресорах вплив на потік стиснутого газу здійснюється обертовими ґратами лопаток. Турбокомпресор, у якому напрямок потоку збігається з розташуванням осі обертання,

називають осьовим компресором.

Відцентровий компресор являє собою турбокомпресор, у якому потік газу в проточній частині спрямований від центра до периферії.

Компресорні машини осьового і відцентрового типів, що забезпечують велику продуктивність при малих відношеннях тисків (1,3...1,4), відносять до класу вентиляторів.

Осьові компресори з масовою продуктивністю 172,5 кг/с мають відношення тисків 12,5 і політропний ККД 90 %.

Використання відцентрових компресорів при малій об'ємній продуктивності утруднено через високі частоти обертання ротора

(5000...10000 c –1).

Для відцентрових компресорних машин, що працюють у дуже запилених середовищах, актуальною є проблема їхнього захисту від корозійних ушкоджень. Для цього використовують захисні ґрати, пилкоподібні диски, знімні накладки на лопатки і т. д. Досліджуються і впроваджуються металополімерні пари тертя; графітові композиції для сальникових ущільнень гвинтових і відцентрових компресорів; тверді і м'які зносостійкі покриття, одержувані плазовим напиленням, плазмохімічною, електронно-променевою, лазерною, високочастотною обробкою деталей. Використовуються спеціальні мастила та присадки до них, що знижують спрацювання пар тертя.

Помпи

Помпу (компресор низького тиску) використовують для подачі повітря людині під воду. Вона, як правило, оснащена електричним приводом обертання поршневої групи і має резервний ручний привод (два маховики і відкидні ручки). Традиційно застосовують помпи трициліндрової конструкції (табл. 2.6), хоча зустрічаються ще в експлуатації так звані полегшені горизонтальні двоциліндрові помпи з хитним двоважільним приводом [10].

54

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

Основна перевага повітряних помп перед швидкообертовими компресорами полягає в тім, що вони працюють на малій частоті обертання і не вимагають змащення поршнів зі шкіряними манжетами. Через це в циліндрах не утворюються такі газові домішки, як оксиди вуглецю і азоту, що особливо шкідливо діють на організм водолаза при підвищених парціальних тисках. Повітря, що нагнітається помпою, за газовим складом близьке до навколишнього. Три- і чотирициліндрові електричні помпи з електроприводом за кількістю повітря, що подається для дихання і вентиляції скафандра, відповідають нормативним вимогам.

Таблиця 2.6. Технічні характеристики водолазних помп

55

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

Продовж. табл. 2.6.

Примітки. Привод помпи ПВ-3 – ручний, інших помп – електричний з резервним ручним. У помпи ПВ-260 чотири циліндри діаметром 90 мм, в інших – по три діаметром 82 мм. Розмір шкідливого простору всіх помп 1,5...2,0 мм. Хід поршня помпи ПВ-260 – 236 мм, інших помп – 216 мм. Кожна помпа розрахована на експлуатацію одним водолазом. Марка електрокабеля НРШМ 3ґ1,5 або 4ґ1,5, довжина

60 м, типи розетки і штепселя відповідно РШ-3, Ш-3.

Конструкція колінчастого вала помпи ПВ-260 складена (два вали), інших помп – суцільнокована складена. Тип передачі редуктора всіх помп – сталевий черв'як із зубчастим колесом, матеріал корпусу – алюміній, періодичність заміни мастила – щомісяця. Ущільнення поршнів – шкіряні манжети, футляр дерев'яний. Термін служби помп до капітального ремонту 5 років, термін експлуатації 9 років, переконсервації – 6 років.

Три- і чотирициліндрові помпи ЭП-3 можуть входити до складу легководолазної станції при подачі повітря на глибину до 15...18 м в одиночному і до 20...22 м у спареному варіантах роботи.

Компресори середнього і високого тиску

Компресори середнього тиску (табл. 2.7) розраховані на тиск до 3 МПа. Компресор типу МК у процесі стискання газу не забруднює його шкідливими домішками від мастила [10].

Компресори типу МК – мембранні (20/12,5 – двоблоковий, 10/12,5 – одноблоковий), робочий газ – повітря, азот, гелій. Інші – вертикальні дворядні поршневі, робочий газ – повітря.

56

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

Таблиця 2.7. Технічні характеристики компресорів середнього тиску

Компресори високого тиску бувають стаціонарними і кисневими. У стаціонарних компресорах застосовується водяне охолодження із вмістом механічних домішок і органічних речовин не більше 40 г/м3 (40 мг/л) та жорсткістю води не більше 7 мг-екв/л (табл. 2.8). Робоча напруга електропривода 220 чи 380 В.

Більшість переносних і пересувних компресорів (табл. 2.9) обладнані системою автоматичного аварійного захисту по основних параметрах.

Компресор КА15-15Е можна встановлювати з кутом нахилу в бік до 20о, вперед і назад – до 15о. Межі регулювання тиску 22,5... 33,0 МПа.

57

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

Таблиця 2.8. Технічні характеристики водолазних стаціонарних

58

ПРОЕКТУВАННЯ ПРИСТРОЇВ І СИСТЕМ ПІДВОДНИХ АПАРАТІВ

компресорів високого тиску

вуглекислого газу, П – прямокутне розташування циліндра.

59

А.Я. Казарєзов, А.Ф. Галь, С.М. Пишнєв

60