2.4. Сжатие и перемещение газов (компрессоры)

2.4.1. Классификация компрессоров

Компрессорыпредставляют собой машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов за счет механической энергии, подводимой от двигателя.

Практически нет ни одной отрасли промышленности, где бы не применялись компрессоры. Около 15 % всей электроэнергии, получаемой электростанциями России, расходуется на привод компрессоров.

Очень широко компрессоры представлены в химической и нефтехимической промышленности. Так, при синтезе аммиака требуется сжатие газов до 3270 МПа, для производства полиэтилена – до 250 МПа и более. В производстве метанола, каучука, искусственного жидкого топлива используются газы, давление которых измеряется десятками и сотнями мегапаскалей.

Компрессоры классифицируются по принципу действия, конструктивному исполнению, области рабочих давлений и др.

По принципу действия компрессоры делят на объемные (статического действия), лопастные (динамического действия) и термокомпрессоры.

Согласно кинетической теории, давление газа определяется количеством ударов молекул в единицу времени, приходящимся на единицу поверхности, и зависит также от интенсивности этих ударов. Количество ударов зависит от концентрации молекул в единице объема газа. Интенсивность ударов связана со скоростью молекул газа, которая зависит от температуры.

Повышения давления можно добиться увеличением количества ударов молекул на единицу поверхности – сближением молекул друг с другом, т.е. увеличением количества молекул в единице объема; увеличением скорости движения молекул механическим путем с последующим торможением потока; повышением температуры газа.

Сближение молекул можно осуществлять уменьшением объема замкнутого пространства, в котором находится газ, увеличением скорости потока газа и последующим его торможением.

Первый принцип реализован в объемных компрессорах, для которых характерны отсутствие непрерывного потока газа, периодичность рабочих процессов.

Второй принцип реализован в лопастных компрессорах, отличающихся непрерывностью потока газа и рабочих процессов.

Повышение давления за счет увеличения температуры при использовании так называемых термокомпрессоров не нашло широкого применения в промышленности.

По конструктивному выполнению объемные компрессоры делятся на поршневые и роторные, лопастные – на центробежные и осевые компрессоры. В свою очередь поршневые компрессоры – на компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом и со свободно движущимися поршнями. Роторные компрессоры – на ротационные пластинчатые, винтовые, жидко-кольцевые, ротационные с катящимся поршнем.

По областям рабочих давлений (степени повышения давленияП=р_н/р_вс) компрессоры подразделяются на собственно компрессоры (П=2,5–2500), газодувки (П=1,1–4,0), вентиляторы (П=1,0–1,15) и вакуумные насосы (р_К= 0,1 МПа,П=1–50). На рис. 2.29 показаны области применения различных типов компрессоров.

Каждый из рассмотренных типов компрессоров можно также классифицировать по отдельным частным признакам: числу ступеней, величине производительности, величине создаваемого давления, конструктивному выполнению, составу сжимаемого газа, приводу и т.п.

Наиболее типичным представителем объемных компрессоров является поршневой. Поршневые компрессоры получили самое широкое распространение. Они отличаются от компрессоров других типов высокой экономичностью, простотой конструкции, обслуживания и ремонта, большой надежностью. По численности поршневые компрессоры составляют более 80 % от всего компрессорного парка страны.

Рис. 2.29. Области рационального использования компрессоров в зависимости от давлений

и производительностей: 1 – поршневые и мембранные;

2 – турбокомпрессоры; 3 – роторные компрессоры