Никишенко с. НГПром.оборудов
.pdf
91
Таблица 2
При реальном процессе работа сжатия увеличивается за счет по терь мощности в клапанах, недостаточного охлаждения газа, измене ния свойств газа при сжатии и других факторов. Практически реаль ный рабочий процесс ступенчатого сжатия соответствует идеально му рабочему процессу.
Вопрос 3.7. Мощность и коэффициент полезного действия поршневого компрессора
Мощность привода компрессора слагается из индикаторной мощ ности сжатия (Nmd), мощности, затрачиваемой на механические по тери в механизмах компрессора (N ,) и передачах от привода к комп рессору 
, и мощности (Necn), затрачиваемой на привод вспомога тельных устройств (например, насосов системы смазки).
Таким образом, общая мощность привода равна
N = NUHd+NMi+NMl+Nec„. |
(3.20) |
Индикаторная мощность (в кВт), затрачиваемая на сжатие газа, определяется по удельной индикаторной работе (Ьинд):
(3.21)
где t - время в с.
Индикаторная работа определяется в зависимости от характера процесса сжатия (изотермический, адиабатический или политропи ческий).
Индикаторная мощность многоступенчатого компрессора опре деляется как сумма индикаторных мощностей всех ступеней комп рессора.
Мощность ЫмР затрачиваемая на механические потери в компрес соре, слагается из потерь мощности в опорах скольжения или каче ния, в местах трения в уплотнительных устройствах и у поршня.
Потери мощности NM1 учитываются механическим КПД ц^ кото рый колеблется в пределах 0,9...0,93 для вертикальных компрессоров, 0,88...0,92 для горизонтальных компрессоров и 0,8...0,85 для неболь ших горизонтальных компрессоров.
Потери мощности в передаче NM2 учитываются механическим КПД , который равен 0,9...0,95 для ременной передачи и 0,85...0,92 для
зубчатой.
- 9 2 -
Мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных механиз мов N , определяется в зависимости от типа механизма и учитыва ется к п д
Мощность привода выбирают с запасом на 10...12% мощности ком прессора.
Вопрос 3.8. Охлаждение компрессора, схема
При сжатии воздуха и газов неизбежно выделяется большое ко личество тепла. Если это тепло будет уноситься с сжимаемым газом, то будет происходить адиабатический процесс сжатия. Ранее пока зывалось, что для такого процесса необходимо затратить работу боль шую, чем при изотермическом или политропическом сжатии. Поэто му для того, чтобы сделать компрессор более экономичным, предус матривают принудительное охлаждение. Чаще оно бывает водяным, иногда воздушным.
Водноступенчатых компрессорах делают охлаждение цилиндров компрессора, в многоступенчатых, кроме того, охлаждают газ в про межуточных холодильниках.
Вцилиндрах удается отвести небольшое количество тепла; глав ным образом здесь отводится тепло, выделенное при трении в порш невых кольцах и сальнике. Здесь основная цель охлаждения - сни жение температуры стенок цилиндра с тем, чтобы улучшить условия смазки. Основное количество тепла отнимается у газа в промежуточ ных холодильниках.
Часто после компрессора устанавливают конечные холодильни ки. Эти холодильники на процесс сжатия не влияют, и их предусмат ривают, исходя из требований техники безопасности и технологичес ких нужд - для охлаждения газа и отделения от него влаги и масла. Расход воды, необходимый для этих холодильников, мы в дальней шем не учитываем.
Вода, поступающая в холодильник, может идти по проточной систе ме при достаточном ее количестве или по замкнутой. В последнем слу чае воду, нагретую в холодильнике, необходимо охлаждать. На рис. 3.7 показаны системы охлаждения проточная (а) и циркуляционная (б) с брызгальным бассейном. Вода подается для охлаждения цилиндров первой и второй ступеней компрессора (К) и в холодильник (X). Нагре тая вода направляется в сборный бассейн. При циркуляционной систе ме вода нагнетается насосом (Н) к местам охлаждения, а в брызгальном бассейне в систему разбрызгивания. Капли и струи воды охлаждаются воздухом, и охлажденная вода собирается во втором бассейне.
Охлаждение воды разбрызгиванием сопровождается большим уносом воды и для своего устройства требует больших площадей.
- 9 3 -
Рис. 3.7. Проточная (а) и циркуляционная (б) системы подачи воды для охлаждения компрессора
Поэтому в некоторых случаях для охлаждения применяются градир ни - деревянные башни с решетчатыми перекрытиями. Вода посту пает в башню сверху и стекает, разбиваясь на капли. Встречный по ток воздуха охлаждает воду.
Открытые системы охлаждения воды приводят к значительному испарению воды, повышению концентрации солей и отложению их на стенках трубопроводов. В закрытой системе циркуляции воды это го недостатка нет.
Вопрос 3.9. Принцип расчета системы охлаждения
Детали компрессора и сжимаемый газ охлаждаются водой или воздухом. Основным охлаждаемым узлом в компрессоре является цилиндр. Здесь отводится теплота, получаемая в результате сжатия газа, от трения поршневых колец о поверхность цилиндра и штока в сальнике. Газ охлаждается в охладителях, расположенных между ступенями компрессора.
Количество теплоты Q, отводимой от сжатого газа в единицу вре мени в межступенчатом охладителе,
a » G - C , . f c , - r , ) , |
(3.22) |
где G - массовая подача ступени компрессора;
С - массовая теплоемкость газа при постоянном давлении; Tf - температура газа на выходе из цилиндра после сжатия; Т2 - температура газа на входе в следующую ступень после
охладителя.
- 9 4 -
Количество теплоты Q2, отводимой от цилиндра компрессора в единицу времени, обычно принимается равным 0,7 от мощности, затрачиваемой на механические потери N :
(3.23) Количество воды W, необходимое для отвода теплоты Qf + Q2
в единицу времени:
(3.24)
где св - удельная теплоемкость воды; Тд2 - температура воды на выходе из охладителя;
Тв1 - температура воды на входе в охладитель.
Величину AT определяют таким образом, чтобы температура ох лаждающей воды не превышала 30...45°С, так как при температуре больше 45°С начинается повышенное выпадение солей, загрязняю щих поверхности теплообмена, и чтобы скорость воды была не мень ше 1,0... 1.5м/с (иначе будет происходить быстрое заиливание повер хностей теплообмена).
Применяются различные типы межступенчатых охладителей - многотрубные, ребристые, змеевиковые, типа «труба в трубе», ороси тельные и другие. Определение площади поверхности охладитель ного устройства представляют собой сложную задачу, так как долж ны быть учтены многие факторы: степень влажности газа, скорость газа, теплопроводность газа в зависимости от его температуры и дав ления, плотность газа, коэффициент теплообмена в прямой и изогну той трубе, оребренность труб и т.д.
Необходимая поверхность охлаждения обычно устанавливается по допускаемым скоростям проходных сечений и числа труб в пачке, а затем по количеству теплоты, которое должно быть отобрано, рас считывается длина трубного пучка. Если длина труб получается не приемлемой, расчет повторяют, изменяя скорости движения газа, диаметр труб и другие параметры охладителя.
Вопрос 3.10. Конструкции поршневых компрессоров, схемы
На рис. 3.1 была представлена схема простейшего компрессора с одним цилиндром одинарного действия, (рабочая камера цилинд ра находится с одной стороны поршня). В реальном компрессоре таких цилиндров имеется несколько, со сдвинутым по времени цик лом работы одного цилиндра по отношению к другому. Этим дости гается равномерность загрузки двигателя при повороте его вала на один оборот.
- 9 5 -
Впромышленности применяется большое число компрессоров
снесколькими ступенями сжатия. В этом случае схема компрессора усложняется. На рис. 3.8 показано несколько таких схем. Римскими цифрами обозначены ступени сжатия газа. В схемах характерно:
1)расположение цилиндров под углом друг к другу (схемы д, е), что позволяет экономить площадь, занимаемую компрессором, и до стигать лучшей загрузки двигателя;
2) использование не только полости цилиндра перед поршнем, но и со стороны приводного штока (цилиндр двойного действия - схе мы а, б, в, г, е, ж, з).
Это вызывает необходимость иметь уплотнение штока, но дает лучшее использование цилиндра;
3) расположение цилиндров друг против друга в одной плоско сти (схема з), что позволяет лучше уравновесить инерционные силы, возникающие от движущихся масс компрессора.
Рис. 3.8. Схемы поршневых компрессоров
- 9 6 -
Значительное разнообразие в схемы установок вносит тип приво да компрессора. В основном применяются компрессоры с приводом от электродвигателя, через клиноременную передачу, и с приводом от двигателя внутреннего сгорания, встроенного в конструкцию ком прессора.
Вопрос 3.11. Основные узлы и детали компрессора
Цилиндры компрессора для давления до б МПа изготавливаются литыми из чугуна, для давления до 15 МПа и более - литыми или кованными из стали. Цилиндры компрессоров с воздушным охлаж дением имеют ребра на внешней поверхности, с водяным охлаждени ем - полости для охлаждающей воды (охлаждающие рубашки). Ци линдры могут иметь сменные втулки из износостойкого чугуна. Ра бочая поверхность цилиндра должна быть хорошо обработана, иметь низкую шероховатость и высокую износостойкость.
Поршни компрессоров име |
|
|
ют различное исполнение. Это |
|
|
связано с тем, что в компрессоре |
|
|
большое значение имеют массы |
|
|
движущихся деталей: с увеличе |
|
|
нием массы увеличиваются силы |
|
|
инерции. Поэтому поршни боль |
|
|
ших диаметров изготавливают |
|
|
полыми (тронковые поршни, |
|
|
рис. 3.9). Такой поршень цилин |
|
|
дра одинарного действия состо |
|
|
ит из корпуса 1 поршневых уп- |
|
|
лотнительных колец 2 , мас- |
|
|
лосъемных колец 3, препятству |
Рис. 3.9. Поршень компрессора |
|
ющих попаданию масла в по |
||
|
лость сжатия, и пальца 4 для соединения с головкой шатуна в безкрейцкопфных компрессорах (см. рис.3.8, д). Кроме того, поршни могут быть дисковыми (закрытого типа), ступенчатыми (дифферен циального типа) - для работы в цилиндрах различного диаметра, и других конструктивных исполнений.
Материалом для поршней служат алюминиевые сплавы, чугун СЧ 24-44 или СЧ 28-48 и сталь. Поршневые кольца делают пружиня щими с разрезом. Кольца делают из высококачественного перлитно го чугуна.
В компрессорах без смазки цилиндров имеются опорные кольца, исключающие трение корпуса поршня о цилиндр, и уплотнительные поршневые кольца, обеспечивающие длительную работу при трении о цилиндр без смазки. Кольца в этом случае изготавливаются из пласт масс (фторопласт с коксом, графитофторопласты).
97
Клапан служит для пропуска газа в одну сторону и исключения движения его в обратном направлении. Основными требованиями к клапану являются: плотность в закрытом состоянии, своевременное открытие при малом усилии и своевременное закрытие, малое сопро тивление потоку газа и износоустойчивость. В большинстве конст рукций компрессоров применяют самодействующие всасывающие и нагнетательные клапаны, которые изготавливаются четырех типов:
-К - кольцевой - запорное устройство выполнено в виде кольца, расположенного перпендикулярно к направлению потока газа в кла пане (рис. 3.10, а);
-Д -дисковый - запорное устройство выполнено в виде диска, снабженного дуговыми окнами для прохода газа, расположенного перпендикулярно к направлению потока газа в клапане;
-П - прямоточный - запорное устройство выполнено в виде пла стины, расположенной параллельно направлению потока газа в кла пане (рис. 3.10, 6);
-Л - ленточный - запорное устройство выполнено в виде прямо угольной полосы или пластины с одним или несколькими параллель-
Рис. 3.10. Клапаны поршневых компрессоров:
а ~ кольцевой; б - прямоточный; в - ленточный; 1 - седло; 2 - ограничитель подъема запорного устройства; 3 - запорное устройство; 4 - пружина:
5 - стяжной болт
- 9 8 -
ными окнами для прохода газа, расположенной перпендикулярно к потоку газа в клапане (рис. 3.10, в).
Прямоточные и ленточные клапаны используются при разности давлений на клапан не более 4 МПа, а кольцевые и дисковые - при разности давлений до 40 МПа.
В кольцевом и дисковом клапанах запорное устройство 3 прижи мается пружинами 4, расположенными в ограничителе подъема за порного устройства 2, к седлу клапана /.
Прямоточные и ленточные клапаны не имеют пружин; запорное устройство, перекрывающее проходное сечение клапана, само обла дает пружинящими свойствами и в результате разности давлений отгибается и открывает проходное сечение.
Кроме клапанов указанных типов применяются тарельчатые кла паны (запорное устройство выполнено в виде тарелки), клапаны с различными модификациями запорного устройства, комбинирован ные клапаны (объединяют в себе всасывающий и нагнетательный клапаны).
Седла и ограничители подъема изготавливаются в зависимости от давления в цилиндре компрессора из чугуна, стали, алюминиевых сплавов. Запорные устройства кольцевых и дисковых клапанов изго тавливаются из износостойкой легированной стали с большой удар ной вязкостью, подвергаются термической обработке, шлифуются
ипритираются по седлу клапана. Запорные устройства прямоточных
иленточных клапанов, а также пружины изготавливаются из пружин ной стали.
Уплотнительные устройства в компрессоре предназначаются для герметизации полости цилиндра у штока, вывода вала приводящего двигателя, штока регулятора вредного пространства цилиндра. В пос ледних двух случаях используются уплотнения из мягкого материа ла, резиновые уплотнительные манжеты. Уплотнительные устройства штоков выполняются с уплотнениями из различных материалов. На рис. 3.11, а показано уплотнительное устройство штока с плоскими чугунными кольцами в качестве уплотнений. Сила, с которой газ при жимает кольца к штоку, является результатом разности давлений в уплотнительном устройстве и зазоре между кольцами и штоком.
Уплотнительное устройство 1 расположено со стороны картера и препятствует попаданию масла из него в цилиндр. В обоймах 2 рас положены дроссельное кольцо 3 и уплотнительные разрезные коль ца 4 и 5, обеспечивающие компенсацию износа уплотняющей повер хности. Радиально разрезанное уплотнительное кольцо 4 не устраня ет прохода газа, а перекрывает торцевые зазоры уплотнительного кольца 5, имеющего ступенчатые разрезы. Уплотнительные кольца при жимаются к штоку пружинами 6. Дроссельные кольца перекрывают
- 9 9 -
Рис. 3.11. Уплотнительные устройства штоков
разрезы уплотнительных колец, чем затрудняют проход газа через уплотнительное устройство и способствуют лучшему удержанию мас ла, которое подается в его полость по отверстию 7 с помощью лубри катора.
Аналогичную конструкцию имеют уплотнительные устройства с плоскими фторопластовыми кольцами (рис. 3.11, б). Конструкция таких уплотнительных устройств не предусматривает подачи в них смазки и состоит из секций, каждая из которых включает: обойму 1, нажимное 2 и дроссельное 5 кольца, уплотнение 6, стягивающую уп ругую муфту 3, поджимающие пружины 4.
Уплотнения штоков компрессоров со смазкой цилиндров изготав ливается из асбестового шнура, пропитанного суспензией фторопла ста; компрессоров без смазки цилиндров - из тех же марок антифрик ционных пластмасс, что и поршневые кольца. Нажимные и дроссель ные кольца изготавливаются из стеклопластика, муфты из резины.
Для предотвращения попадания газа в атмосферу уплотнитель ные устройства выполняются с отводом газа протечки; применяются гидрозатворы, продувка уплотнительных устройств нейтральным газом (при подаче токсичных и взрывоопасных газов). В компрессо рах для подачи газа с механическими примесями конструкция уплот-
- 1 0 0 -