6.0. Компрессоры, их классификация и использование в различных отраслях промышленности

Компрессоры – это машины, служащие для сжатия газа или воздуха на давление более 0,2 МПа. Они предназначены также для перемещения газа или воздуха по трубопроводам и аппаратам.

Классификация компрессоров:

А. по принципу действия компрессоры делятся на: объемные и динамические. К объемным относятся: поршневые, роторные (пластинчатые), а также винтовые с ротором переменного шага и мембранные, в которых мембрана играет роль поршня.

Динамические компрессоры (турбокомпрессоры) делятся:

- центробежные – с потоком газа, направленным радиально от центра к периферии;

- осевые с потоком газа, движущимся в осевом направлении при вращении колеса с лопатками.

Б. по назначению – в зависимости от вида производства (химические, газоперекачивающие, общего назначения и др.).

В. По конечному давлению – 1) низкого давления, создающие давление газа (0,2 - 1,0 МПа); 2) среднего давления (1,0 - 10 МПа); 3) высокого давления (10 – 100 МПа); 4) сверхвысокого давления – свыше 100 МПа.

Г. по производительности (подаче) – 1) с малой подачей (до 0,015 м³/с); 2) средней подачей (0,015 – 1500 м³/с); 3) большой подачей – свыше 1500 м³/с.

Д. по способу отвода тепла – 1) с воздушным охлаждением компрессора и сжимаемого газа; 2) водяным охлаждением компрессора и сжимаемого газа.

Е. – по типу привода различают: 1) с электроприводом; 2) паровой или газовой турбиной; 3) с двигателем внутреннего сгорания (ДВС).

Ж. по виду (способу) установки компрессоры подразделяются на: 1) стационарные (на фундаменте или специальных опорах); 2) передвижные (на шасси или раме).

З. по степени сжатия – это отношение конечного давления Р₂, создаваемого компрессором, к начальному давлению – Р₁, при котором происходит всасывание газа, компрессорные машины различают:

а) вентиляторы – (Р₂/Р₁ менее 1,0) для перемещения больших объемов газа;

б) газодувки – (1,1≤ Р₂/Р₁≤3,0) для перемещения больших объемов газа при относительно высоком сопротивлении газопроводящей сети;

в) компрессоры – (Р₂/Р₁≥3,0) для создания высоких давлений;

г) вакуум-насосы - для отсасывания газов при давлении ниже атмосферного.

На рис. 6.1 приведены схемы поршневых компрессоров. Примечание. Сплошные линии указывают движение газа, происходящее в компрессоре в данный момент, штриховые линии - движение газа при обратном ходе поршня. Римскими цифрами обозначены номера ступеней.

Рис. 6.1. Схемы поршневых компрессоров:

а) компрессор двойного действия; б) с дифференциальным цилиндром; в) двухступенчатый; г) одноступенчатый, двухрядный двойного действия; д) двухступенчатый, трехцилиндровый простого действия; е) угловой, двухступенчатый, двойного действия; ж) однорядный, двухступенчатый двойного действия; з) двухступенчатый двойного действия со встречным (оппозитным) движением поршней.

6.1. Принцип действия поршневых компрессоров.

В поршневых компрессорах сжатие газа осуществляется в результате перемещения поршня, совершающего возвратно-поступательное движение в цилиндре под действием кривошипно-шатунного механизма (КШМ). КШМ компрессора включает в себя шатун, коленчатый вал, шток поршня, крейцкопф. Крайние положения поршня в цилиндре называют мертвыми точками, а пространство между крышкой цилиндра и торцом поршня, находящегося в мертвой точке, называют мертвым пространством.

При всасывании поршень, двигаясь из одной мертвой точки к другой, создает разряжение газа, оставшегося в мертвом пространстве цилиндра, в результате чего открывается всасывающий клапан и происходит всасывание газа. При обратном движении поршня газ сжимается, давление возрастает, впускной клапан закрывается.

При давлении в цилиндре, превышающим давление за нагнетательным клапаном, последний открывается и начинается этап нагнетания газа, который длится до возвращения поршня в начальное крайнее положение. Процесс повторяется с каждым оборотом коленчатого вала.

Компрессоры различаются также по числу цилиндров и числу ступеней сжатия. При последовательном сжатии газ необходимо охлаждать после каждой ступени, так как при высокой температуре в цилиндровой группе смазочные масла разлагаются, теряют свои эксплутационные качества, образуют нагар, наличие которого может привести к воспламенению и взрыву в цилиндре.

Поршневые компрессоры подразделяют по расположению цилиндров на: вертикальные, У-образные, прямоугольные и горизонтальные оппозитные.

Оппозитный - это компрессор, у которого цилиндры расположены горизонтально по обе стороны рамы. В зависимости от назначения выпускают в двух-четырех и шести рядном исполнении Компрессоры крейцкопфные со встречно-движущимися поршнями. Охлаждение цилиндров водяное, смазывание механизма движения циркуляционное. Смазка цилиндра и уплотнений штока – под давлением.

В У-образных компрессорах применяют бескрейцкопфный кривошипно-шатунный механизм. Коленчатый вал из ковкого чугуна устанавливают на подшипниках качения

Станина служит для размещения КШМ и крепления цилиндров. Ее отливают из серого чугуна. Цилиндры для компрессоров малой подачи выполняют с воздушным охлаждением, со средней и большой подачей с водяным охлаждением. Цилиндры низкого и среднего давления изготавливают литьем из высокопрочного чугуна, цилиндры высокого давления – из стальных отливок или поковок. В компрессорах низкого давления используют поршни из алюминия, для среднего давления применяют поршни, литые из чугуна и дисковые.

Поршневые кольца предназначены для устранения зазора между цилиндром и поршнем и отвода от него теплоты к стенкам цилиндра. Они имеют прямоугольное или квадратное сечение и в месте разреза замок (прямой, косой, фасонный). При низком и среднем давлениях газа материал колец – чугун. Для работы при высоком давлении кольца изготавливают из стали, бронзы, чугуна с баббитовой заливкой канавок, текстолита, капрона. Для работы без смазывания цилиндра применяют кольца на фторопластовой основе.

Самоуплотняющийся сальник, применяемый для работы при среднем и высоком давлении, состоит из двух плоских колец, одно из которых разрезано на шесть, а другое на три части (их называют соответственно уплотняющим и замыкающим). Кольца притерты торцами друг к другу и помещены в камеру. Разрезанные кольца стягивают браслетной пружиной.

Мягкие уплотнения применяют для работы при низком давлении. Материал - прессованная мелкораздробленная баббитовая стружка с различными добавками, форма - цилиндрические и конические кольца, допускающие подтяжку.

Клапаны впускные и выпускные самодействующие прямоточные, кольцевые, полосовые, пластинчатые и другие в зависимости от давления.