варя. Ведёрников 2. Основные сведения из гидравлики

• Название: Основные сведения из гидравлики
• Дата: 07.02.2023
• Размер: 4.59 Mb.
• Имя файла: Ведёрников 2.doc
• Тип: Глава; #924312
• страница: 16 из 21

§ 64. Смазочная система центробежных компрессоров

В центробежных компрессорах применяют главным образом циркуляционную смазочную систему. Масло пода­ется на подшипники компрессора, подшипники и зубчатую переда­чу редуктора, зубчатые соединительные муфты, подшипники эле-

6—464 161

ктродвигателя, герметичные масляные уплотнения концов вала, в системы регулирования и защиты.

Маслоснабжение турбокомпрессоров производится насосом, расположенным на турбине. В компрессорах с приводом от элект­родвигателя масляные системы состоят из масляного бака с филь­тром, главного, пускового и резервного маслонасосов, маслоохла­дителей, редукционных и предохранительных клапанов и трубопро-

водов. В отдельных случаях в компрессорных агрегатах делают только два маслонасоса: главный и резервный, он же пусковой.

Компрессорные установки для сжатия взрывоопасных газов имеют две независимые маслосистемы: герметичную и открытую. Герметичная масляная система обеспечивает сма­зывание подшипников и торцовых уплотнений, работающих в сре­де сжимаемого газа, открытая — подает масло на органы регули­рования, шестерни редукторов, подшипники электродвигателя и редуктора. В принудительной смазочной системе применяют цент­робежные, шестеренные и винтовые насосы.

В открытой масляной системе компрессорного аг­регата (рис. 82) масло из отсека чистого масла бака 16 насосом 6, расположенным на редукторе 8, подается в один из маслоохлади­телей // под давлением 0,5 МПа.
Масло для систем регулирования и защиты отбирается перед маслоохладителями. Давление масла в системе регулирования под­держивается редукционным клапаном 9, расположенным за масло­охладителями. При больших расходах масла параллельно редук­ционному клапану устанавливают байпас с дроссельной шайбой /. Расположенный последовательно второй редукционный или пред­охранительный клапан 9 поддерживает давление масла 0,01 — 0,07 МПа, необходимое для смазывания подшипников агрегата 3 и двигателя 7, зубчатых муфт и шестерен редуктора 8.

В некоторых компрессорах для смазывания опорно-упорных подшипников используют масло, которое отбирается после масло­охладителей перед первым редукционным клапаном. Для регули­рования давления масла внутри опорно-упорного подшипника ус­танавливают регулировочную дроссельную шайбу 5 на отводе мас­ла из подшипника. На всех линиях слива масла из подшипников и редуктора сделаны смотровые окна 4.

Электроконтактные манометры 2 при падении давления масла посылают сигналы на включение пускового маслонасоса 14, а при дальнейшем падении давления — на включение резервного масло­насоса 13 и остановку приводного электродвигателя 7.

Компрессоры, установленные во взрывоопасных помещениях, вместо электроконтактных манометров имеют реле давления.

Маслоохладители, пусковой и резервный маслонасосы оснаще­ны запорными клапанами 10 для отключения от маслосистемы. Со стороны нагнетания резервный и пусковой маслонасосы снабжены обратными затворами 12. Для фильтрации сливаемого масла в маслобаке служит фильтр 15.

В компрессорах с масляными герметичными уплотнениями внутри корпуса протекающее масло сливается через поплавковую камеру, откуда поступает на регенерацию или в газоотделитель, а затем возвращается в масляный бак. В отдельных компрессорах масло на торцовые уплотнения и вкладыши подшипников подают под давлением 1,5 МПа, для чего маслосистемы имеют контур вы­сокого давления, в который входят винтовой насос и маслоохлади­тели высокого давления.

Некоторые типы нагнетателей снабжены встроенными масляны­ми системами. Все элементы масляной системы смонтированы на корпусах подшипников нагнетателей или фундаментной раме ре­дуктора, которые служат одновременно маслобаками.

Перед главными масляными насосами установлены счетные или пластинчатые масляные фильтры. Главные масляные насосы при­водятся в действие от вала нагнетателя или вала редуктора. Пус­ковой и резервный маслонасосы обычно вертикальные, шестерен­ные с приводом от электродвигателей. Электродвигатели резерв­ных маслонасосов получают питание от аккумулятора или пере­менный ток от независимого источника. Маслоохладители горизон­тальные трубчатые с пучком латунных труб, развальцованных в трубных досках.

6» 163

Герметичные масляные системы оснащены герметичным масло­баком. Для обеспечения нормального слива масла из подшипни­ков верхняя часть герметичного маслобака соединена трубой с внутренними полостями подшипников. Главный и резервный мас-лонасосы герметичных систем выполнены в виде отдельных устано­вок с приводами от электродвигателей. Привод резервного насоса' имеет независимый источник питания переменного тока. Герметич­ная система снабжена аккумулятором масла, расположенным вы­ше уровня подшипников и соединенным с газовой полостью герме­тичного маслобака. Остальные элементы герметичной масляной системы такие же, как и элементы открытой маслосистемы.

В компрессорных установках есть автоматическая защита от падения давления масла в системе. На щите управления установки сигнализируются звуком и световым табло нижний и верхний пре­делы давления масла в системе. Предусмотрено также автомати­ческое включение пускового и резервного маслонасосов при пони­жении давления масла.
§ 65. Вентиляторы


Вентиляторы делятся на центробежные и осевые. Центробеж­ные применяют для подачи газа при относительно больших давле­ниях, осевые — для подачи больших объемов газа при относитель­но малых давлениях. Вентиляторы для перемещения дымовых га­зов называют дымосо­сами, для перемеще­ния воздуха, засорен­ного механическими примесями, — пылевы­ми вентиляторами.

В зависимости от давления, которое мо­гут создать вентилято­ры, их делят на три группы: низкого давле­ния—до 0,001 МПа; среднего — 0,001 —: 0,004 МПа; высокого— 0,004—0,015 МПа.

Вентиляторы всех групп имеют одно и то же устройство и различаются только шириной рабочих колес; чем выше давление, тем меньше ширина колеса.

Центробежный вентилятор (рис. 83) состоит из трех основных сборочных единиц: рабочего колеса 1, спирального кожу­ха 6 и станины 7 с валом и подшипниками. Рабочее колесо включа­ет лопатки 2, задний диск 3, ступицу 4 и переднее кольцо (покрыв­ной диск) 5.

164

Вращающееся рабочее колесо / непрерывно захватывает газ и лопатками 2 отбрасывает его в радиальном направлении в кожух 6. Лопатки рабочего колеса в зависимости от группы вентилятора бывают различной формы и длины. Их изготовляют из листовой углеродистой стали и прикрепляют к диску и переднему кольцу с помощью клепки или сварки. Применяют также цельноштампован-ные и литые колеса.

Кожух вентилятора сваривают или склепывают из листовой ста­ли. В вентиляторах, перемещающих взрывоопасные газы, используют литые кожухи из чугуна или алю­миниевого сплава.

Для плавного перехода газа из рабочего колеса в нагнетательный трубопровод кожух делают в виде спиральной камеры. Кожух имеет два патрубка: всасывающий (сбо­ку) круглого сечения и нагнетатель­ный прямоугольного сечения. Рабо­чие колеса вентиляторов большой производительности выполняют с двусторонним входом, а кожух — с двумя всасывающими патрубками.

Ступицы изготовляют литыми или точеными. Прикрепляют их к задним дискам с помощью заклепок, болтов и сваркой. Ступицы служат для насаживания рабочих колес на вал, крепят их шпон­ками и стопорными болтами. Станины отливают из чугуна или сваривают из листовой стали.

В вентиляторах, перемещающих воздух с примесями агрессив­ных паров или газов, всю проточную часть (кожух, рабочее колесо, вал) изготовляют из кислотоустойчивых сталей, пластмасс, алюми­ниевого сплава и других материалов.

Осевой вентилятор (рис. 84) состоит из цилиндрическо­го кожуха 2, колеса с лопастями / и электродвигателя 3. Входной и выходной патрубки делают расширяющимися в виде диффузоров. Газ поступает в осевом направлении и под воздействием быстро вращающихся лопаток колеса перемещается в том же направле­нии. Во многих вентиляторах рабочие колеса насаживают непо­средственно на валы двигателей, на которые надевают обтекатели 4. Электродвигатель вместе с лопаточным колесом укрепляют внут­ри кожуха, располагая его в потоке газа. В ряде случаев, особенно при отсасывании горячих и запыленных газов, двигатель выносят из потока. В современных вентиляторах большой производитель­ности на выходе кроме цилиндрических диффузоров устанавлива­ют аппараты, выпрямляющие поток, а на входе ставят поворотные лопатки, позволяющие регулировать производительность.

165

Рабочие колеса осевых вентиляторов состоят из втулок и ло­пастей. Втулки бывают сварные и литые. Лопасти штампуют из

6*—464

листового металла или отливают. Лопасти крепятся к втулкам клепкой, сваркой или с помощью стержней и гаек. Изготовляют также цельные осевые колеса штамповкой из листового металла или отливкой. Материал кожуха, осевых колес, вала двигателя и других внутренних частей выбирают в зависимости от температуры и свойств перемещаемых газов.

Практически все колеса осевых вентиляторов обладают ревер­сивностью, т. е. при изменении направления вращения изменяется направление потока. Однако если лопасти имеют несимметричный профиль, то реверсирование приводит к уменьшению напора и КПД вентилятора. При симметричном профиле лопастей вентиля­тор работает без потерь в обоих направлениях. Осевые вентилято­ры бывают одно- и многоступенчатыми.
§ 66. Центробежные воздухо- и газодувки

Воздухо- и газодувки, а также турбовоздухо- и турбогазодув-ки — средненапорные центробежные компрессоры с приводом от электродвигателя или турбины. Выпускают одноступенчатые и многоступенчатые газо- и воздуходувки.



Одноступенчатые воздух о- и газодувки смон­тированы на общей фундаментной плите с электродвигателем. Ва­лы воздуходувки и электродвигателя соединены упругой муфтой (рис. 85).

166

Корпус одноступенчатых консольных воздухо- и газодувок представляет собой улитку, отлитую из чугуна или стали. Чугун­ная боковая крышка со всасывающим патрубком обеспечивает осе­вой вход газа в рабочее колесо. Нагнетательный патрубок направ­лен вверх.

Корпус и рабочее колесо газодувок, предназначенных для ра­боты на агрессивных газах, сварные из коррозионно-стойкой ста­ли. Нагнетательные патрубки их, расположенные в нижней части корпуса, направлены горизонтально.

Ротор состоит из вала, сварного рабочего колеса, соединенного с валом шпонкой, и гайки-обтекателя.

Опорами вала служат два подшипника качения, расположен­ные в опорной чугунной стойке. Один из подшипников — опорный, второй — радиально-упорный (воспринимает осевые и радиальные усилия). Для смазывания подшипников применяют консистентную смазку.

Газодувки имеют концевое графитовое уплотнение, состоящее из четырех разрезных графитовых колец, прижатых к валу пружи­нами. Для отвода газа из уплотнений во всасывающий патрубок предусмотрена отводная трубка.

Корпус одноступенчатых двухопорных воздухо- и газодувок чугунный литой, спиральный, с горизонтальным разъемом. В ниж­ней части корпуса расположен всасывающий патрубок, в верх­ней— нагнетательный, направленный вверх, а также рым-болты для подъема.

Корпус газодувок, предназначенных для агрессивных газов, сварной из высоколегированной стали. В верхней части корпуса расположен всасывающий патрубок, в нижней — нагнетательный патрубок, направленный горизонтально.

Ротор состоит из вала и рабочего колеса сварной конструкции, соединенного с валом шпонкой и закрепленного гайками и контр­гайками. Опоры ротора — подшипники качения, размещенные в ли­тых чугунных корпусах.

Смазывание подшипников кольцевое. Корпуса подшипников с водяными камерами служат для охлаждения масла. Масло зали­вается через фильтры-сетки. Для контроля уровня и температуры масла установлены маслоуказатели и термометры. Рабочие колеса снабжены лабиринтным уплотнением.

Многоступенчатые воздухо- и газодувки пред­назначены для сжатия или отсасывания воздуха и неагрессивных газов.

Многоступенчатые воздухо- и газодувки по направлению вра­щения ротора делят на две группы: с левым вращением — против хода часовой стрелки и с правым — по ходу часовой стрелки (если смотреть со стороны электродвигателя).

Газо- и воздуходувки 3 смонтированы на общей фундаментной плите 6 с электродвигателем 1 (рис. 86). Валы газо- и воздуходув­ки и электродвигателя соединены упругой муфтой 2.

6** 1G7

Каждая ступень воздухо- и газодувки состоит из рабочего коле­са, лопаточных направляющего и обратного направляющего аппа­ратов.

Воздух или газ подводят к рабочему колесу первой ступени че­рез спиральную камеру. При выходе из последней ступени воздух или газ направляются в спиральную камеру, а затем поступают в нагнетательный патрубок 5.



Корпус воздуходувок и газодувок чугунный литой, с горизон­тальным разъемом. В нижней части его расположены всасываю­щий 4 и нагнетательный 5 патрубки, направленные горизонтально. Такое расположение патрубков и разъем корпуса по горизонталь­ной оси облегчают сборку и разборку машины, обеспечивают свободный доступ к ее внутренним деталям.

В верхней части корпуса предусмотрены четыре рым-болта для подъема машины.

Ротор машины состоит из вала и рабочих колес сварной конст­рукции, разделенных между собой дистанционными втулками. Ра­бочие колеса с обеих сторон закреплены гайками и контргайками. Посадка рабочих колес на вал плотная, на шпонках. За рабочим колесом последней ступени расположен думмис, разгружающий ротор от осевых усилий.

Опорами вала служат подшипники качения, расположенные в чугунных корпусах. Один из подшипников упорный и воспринимает остаточные осевые усилия. Смазывание подшипников кольцевое.

Корпуса подшипников снабжены водяными камерами, в кото­рые подается вода для охлаждения масла. В верхних крышках корпусов установлены фильтры-сетки для залива масла.

Для контроля уровня и температуры масла установлены мас-лоуказатели и ртутные термометры. При повышении температуры подшипника выше допустимой (80°С) для автоматической защиты воздухо- или газодувки вместо ртутных термометров могут быть установлены электроконтактные термометры или взрывонепрони-цаемые термометры сопротивления.

Разгрузочная труба, отводящая воздух или газ после думмиса, у воздуходувок выведена в атмосферу, у газодувок соединена со всасывающей полостью.

Уплотнения рабочих колес и думмиса — лабиринтные; представ­ляют собой стальные обоймы с впрессованными в них кольцами из листового алюминия. Концевые уплотнения воздуходувок — чугун­ные корпуса с запрессованными в них кольцами или листового алюминия.

В большинстве газодувок установлены графитовые концевые уплотнения, состоящие из четырех разрезных графитовых колец, прижатых к валу пружинами. На корпусе уплотнения установлена масленка, с помощью которой в пространство между двумя коль­цами вводится густая смазка, повышающая герметичность.
§ 67. Многоступенчатые центробежные компрессоры

Для получения высоких давлений используют многоступенчатые центробежные компрессоры. Проточная часть компрессоров состо­ит из входного патрубка, центробежных ступеней и выходного па­трубка. Каждая центробежная ступень включает рабочее колесо, безлопаточный или лопаточный диффузор, обратный направляю­щий аппарат. Центробежные ступени объединяются в цилиндры, которых может быть один или несколько. Валы роторов отдельных цилиндров соединяются зубчатыми муфтами. Для увеличения час­тоты вращения роторов используют повышающие редукторы. Тур-бокомпрессорные агрегаты выполняют без редукторов.

В технологических установках по производству этилена и про­пилена применяют компрессоры типа К605-181-1, кото­рые служат для сжатия газов пиролиза этана (рис. 87). В состав агрегата входят: трехцилиндровый восемнадцатиступенчатый ком­прессор, два повышающих редуктора 2 между приводным элект­родвигателем 1 и первым цилиндром / и между вторым // и треть­им /// цилиндрами, промежуточные газоохладители 4 и сепарато­ры 5, приводной электродвигатель /, масляная система, органы ре­гулирования, клапан противопомпажной защиты 3 и контрольно-измерительные приборы.

Рост производительности новых технологических установок во многих отраслях химической и нефтехимической промышленности потребовал создания компрессоров высокого давления и большой производительности. Так, в связи с увеличением производства азотных удобрений были разработаны крупные агрегаты синтеза и переработки аммиака (1500 т/сут и более). Поэтому в последние годы в производстве аммиака наблюдается переход от поршневых

многоступенчатых компрессоров высокого давления к центробеж­ным компрессорным машинам высокого давления, которые обеспе­чивают:

производительность свыше 3000 м3/мин—-количество синтез-га­за, достаточное для производства 1500 т/сут аммиака в одной тех­нологической линии;

конечное давление газа 32 МПа;



циркуляцию газа в агрегате синтеза при высоком давлении {26—32 МПа) и в заданном количестве (19000 м3/мин).

Турб о к о м прес с орн ы м и агрегатами высокого давления для сжатия азотоводородной смеси (синтез газа) ос­нащаются установки по производству аммиака. Компрессор состо­ит из четырех отдельных цилиндров: первой ступени 1, второй сту­пени 7, третьей ступени 6 и четвертой ступени 5 (рис. 88). В ци­линдре четвертой ступени размещен также центробежный циркуля­ционный компрессор (ЦЦК) 4. После каждой ступени происходят промежуточное охлаждение газа в холодильниках 2 и очистка от влаги в сепараторах 3. Компрессорный агрегат приводится в дей­ствие от паровой или газовой турбины 8. Агрегат обладает повы­шенной надежностью при эксплуатации и работает длительное вре­мя (например, в течение года) без остановки.

На рис. 89 показана масляная система турбокомпрессорного аг­регата синтез-газа.

Центробежные компрессоры с вертикальным разъемом корпуса предназначены для сжатия водородосо-держащих газов при давлении до 32 МПа. Эти компрессоры раз­рабатывают и изготовляют на базе типоразмерного ряда компрес­соров высокого давления.




Привод компрессора — от асинхронного электродвигателя через редуктор или от паровой турбины.

В качестве опор валов редуктора и компрессора применяют подшипники скольжения. Во избежание износа подшипников и уп­лотнений в период пуска и остановки в маслосистеме и системе уп­лотнений предусмотрены рабочие и резервные маслонасосы с при­водом от электродвигателей.



Турбокомпрессорная установка 5НД-208/30-45 со­стоит из компрессорного агрегата, смазочного агрегата, системы уплотнений, блока маслоотводчиков, блока напорных баков, тур­бины с комплектом вспомогательного оборудования, щитов авто­матики и контрольно-измерительных приборов.

Компрессорный агрегат монтируют на раме, установленной на верхней плите монолитного железобетонного фундамента рамной конструкции. Все вспомогательное оборудование располагают на нулевой отметке машинного зала.

Корпус — толстостенный, стальной, сварной цилиндр, внутри ко­торого находится ротор. Внутренний корпус образует проточную часть статора.

Ротор — неразборного типа, с рабочими колесами, закрепленны ми на валу горячей посадкой. Гидравлические (масляные) уплот нения служат для предотвращения утечки газа.

Привод — от паровой тур­бины К-6-30П, устанавливае­мой на верхней плите фунда­мента.

Смазочная система — цир­куляционная принудительная со свободным сливом масла в бак.

§ 68. Центробежные

циркуляционные

компрессоры

В установках синтеза ам­миака для циркуляции азото-водородной смеси и компенса­ции потерь давления применя­ют центробежные циркуляци­онные компрессоры ЦЦК. Они выпускаются на базе разрабо­танного типоразмерного ря­да и обеспечивают производи­тельность от 7 до 10 м3/мин в условиях всасывания и пере­пада давления от 1,0 до 3,0 МПа. Эксплуатируют ком­прессоры при температуре ок­ружающего воздуха от —40 до +|50°С. Освоены два типа компрессоров: со встроенными внутрь корпуса приводом и выносным приводом. Машины первого типа соединяются с приводом через муфту. Такая конструкция надежна и удоб­на в эксплуатации и приме­няется при небольшом повы­шении давления.

Циркуляционные центро­бежные компрессоры выполня­ют на двух базах. За базу при­нят внутренний диаметр кор­пуса, определяемый габарит­ными размерами встраиваемо­го внутрь корпуса электродви­гателя. Корпуса рассчитаны на давление 32 МПа. Корпус

компрессоров ЩЦК-7/300-14/12 и 2ЦЦК-300-12/10 представляет собой цельнокатаный или литой стальной цилиндр 3, закрывае­мый объемными толстостенными коваными стальными крышка­ми 1, 5 (рис. 90). Такая конструкция обеспечивает прочность и герметичность машины при высоких давлениях. Число ступеней компрессора зависит от плотности сжимаемого газа и перепада давлений, создаваемого собственно компрессором 4, и может быть 12 или 14. Рабочие колеса — закрытого типа, цельнолитые из алюминиевого сплава, имеют 12 лопаток, шесть из которых укорочены. Диафрагма в сборе имеет девять прямолинейных диф-фузорных каналов, переходящих на периферии в винтовые кана­лы, которые, в свою очередь, переходят в девять каналов обрат­ного направляющего аппарата.

Циркулирующая газовая смесь поступает в корпус высокого давления через верхнее отверстие в переднем фланце корпуса, про­ходит между стенкой корпуса и ребрами электродвигателя 2, ох­лаждая последний, и через окна входного устройства попадает в колесо первой ступени. Диффузор и обратный направляющий ап­парат диафрагмы обеспечивают подачу газа из одного колеса в другое. Из выходного аппарата газ направляется в нагнетательный патрубок 6.

Для циркуляции газовой смеси и компенсации потерь давления в установках синтеза аммиака производительностью 600 т/сут соз­дан компрессор 2ЦЦК-10/350-10. Этот компрессор по конструкции, изготовлению деталей и сборочных единиц, эксплуатационным ка­чествам и оформлению находится на уровне лучших образцов за­рубежных центробежных циркуляционных компрессоров для уста­новок синтеза аммиака.

§ 69. Осевые компрессоры

Осевые компрессоры — быстроходные компрессоры большой производительности. Они более компактны и имеют более высокий КПД, чем центробежные компрессоры. В промышленности приме­няют осевые компрессоры производительностью от 3000 до 30 000 м3/ч, со степенью сжатия 3—6 и числом ступеней от 6 до 25. Частота вращения вала достигает 12 000 об/мин. Осевые компрес­соры широко используют с приводом от газовой турбины в систе­ме реактивных двигателей самолетов, в силовых электроустанов­ках, доменном производстве, химической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической промышленности, на магистральных газопрово­дах.

На рис. 91 дан продольный разрез и отдельные сборочные еди­ницы осевого компрессора.

Корпус 1, отлитый из чугуна с повышенными механическими свойствами, имеет горизонтальный и вертикальный разъемы. Внут­ренний диаметр корпуса неодинаков по всей его длине. Имеются также осевые компрессоры, в которых ротор и внутренняя поверх­ность корпуса выполнены коническими. В корпусе укреплены на­правляющие лопатки 8. Заодно с корпусом отлиты два патрубка:




всасывающий 2 и нагнетательный 12. Для направления газа на ло­патки служит направляющий аппарат 5. Первый ряд лопаток кор­пуса называется входным направляющим рядом 6, с по­мощью которого газовый поток закручивается в сторону вращения ротора. Два последних ряда лопаток корпуса 10 называются спрямляющими, они направляют поток газа в диффузор 11.

Ротор 7 — кованый, составной, барабанного типа, с постоянным диаметром, внутри пустотелый. На роторе укреплено 16 рядов ра­бочих лопаток 9. Для удаления конденсата, который может обра­зоваться во время пуска или остановки внутри ротора, в торцовой стенке'со стороны нагнетания просверлены наклонные отверстия. Полувалы ротора укреплены в торцовых стенках и опираются на опорные подшипники скольжения 3. Смазывание подшипников — под давлением. Вал ротора с валом двигателя или турбины соеди­нен муфтой 4. В местах прохода полувалов ротора через корпус ус­тановлены лабиринтные уплотнения.

Воздух через выходной патрубок и передний направляющий ап­парат поступает на первый ряд лопаток корпуса, затем проходит последовательно все ступени компрессора, где давление его повы­шается, и через ряды спрямляющих лопаток поступает в диффузор, в котором скорость потока уменьшается, увеличивается давление и поток поворачивается.

КПД современных осевых компрессоров 0,85—0,9.

Контрольные вопросы, 1. На какие группы по конечному давлению можно разделить динамические компрессоры? 2. Перечислите основные параметры ра­боты центробежного компрессора. 3. Объясните, как возникает осевая сила в компрессоре. 4. Из каких сборочных единиц состоит центробежный компрес­сор? 5. В чем заключается особенность смазочной системы центробежных комп­рессоров? 6. Какие контрольно-измерительные приборы включены в масляные системы центробежных компрессоров? 7. Как различают вентиляторы по на­правлению движения газа, по давлению? 8. На какое конечное давление рас­считаны газо- и воздуходувки? 9. Какими измерительными приборами оснащают осевые компрессоры?

Г л а в а IX

ХОЛОДИЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК
§ 70. Холодильные компрессоры

Значение холода в промышленности. Под искусственным хо­лодом в технике понимают получение температуры ниже, чем в ок­ружающей среде, и поддержание такой температуры в технологи­ческих процессах или помещениях. Источником искусственного хо­лода служат холодильные машины и установки, которые представ­ляют собой аппараты и трубопроводы с замкнутым циклом движе­ния холодильных агентов — рабочих тел, изменяющих свое состоя­ние в процессе получения холода.

Химическая промышленность занимает первое место по приме-пению искусственного холода. Ряд физических, химических и дру­гих процессов при низких температурах протекают по-иному, чем при обычных температурах.

Для обеспечения холодом крупных предприятий с температурой до —30°С строят центральные холодильные- станции. Для получе­ния холода —35°С и ниже холодильные станции, как правило, включают в производство, так как передача холода таких парамет­ров на большое расстояние не­рациональна из-за больших по­терь.

Назначение холодильных машин — отбирать теплоту от охлаждаемого объекта и воз­вращать его более теплой ок­ружающей среде.

Принцип получения холода. Холодильная машина пред­ставляет собой замкнутую си­стему, внутри которой цирку­лирует рабочее тело, называе­мое холодильным агентом. Чтобы перенести теплоту, не­обходимо затратить внешнюю энергию. Машины, в которых холод вырабатывается за счет ки­пения жидкости с последующим сжатием паров в компрессоре, называют паровыми компрессионными машинами.



Паровая компрессионная холодильная машина состоит из че­тырех основных сборочных единиц: компрессора /, испарителя 4, конденсатора 2 и регулирующего клапана 3, соединенных в зам­кнутую герметичную систему, в которой работает холодильный агент (рис. 92).

Компрессор служит для отсасывания паров из испарителя, что снижает давление и обеспечивает низкую температуру кипения хо­лодильного агента, и для сжатия паров до давления, при котором пары могут сжижаться в конденсаторе.

В конденсаторе перегретые пары после сжатия в компрессоре сначала охлаждаются до температуры конденсации, а затем отда­ют скрытую теплоту парообразования, после чего насыщенные па­ры превращаются в жидкость.

Регулирующий клапан дросселирует жидкий холодильный агент от давления конденсации до давления кипения в испарителе и регулирует подачу холодильного агента в испаритель.

Испаритель служит для кипения в нем холодильного агента, благодаря чему отбирается теплота от охлаждаемого объекта. В испаритель необходимо подавать столько жидкости в единицу времени, сколько успевает ее выкипеть и в виде паров отсасаться компрессором.

Холодильный агент, циркулируя по системе и меняя свое аг­регатное состояние за счет подведенной к компрессору энергии, от­бирает теплоту от охлаждаемого объекта и передает ее охлаждаю­щей среде в конденсаторе.

Холодильные агенты и хладоносители. Один из наиболее рас­пространенных холодильных агентов — аммиак. Однако все боль­шее применение в холодильных машинах находят фреоны— холо­дильные агенты, получаемые из метана, зтана и пропана путем за­мещения атомов водорода на атомы фтора и хлора. На крупных химических и нефтехимических предприятиях выгодно в качестве холодильных агентов использовать те продукты, которые выраба­тывают на данном предприятии или используют на нем в виде ис­ходного сырья.

Аммиак получают синтетическим путем из водорода и азота воздуха. Это один из лучших холодильных агентов по термодина­мическим свойствам. Аммиак — газ с резким запахом, без цвета, легче воздуха, горюч и взрывоопасен. Сильно разъедает цветные металлы и их сплавы, почти не растворяется в масле, но очень хо­рошо растворяется в воде. Основной недостаток аммиака — его вы­сокая токсичность, при любых концентрациях он вызывает сильное раздражение дыхательных путей, глаз, пишевода.

Фреон-12 — дифтордихлорметан — газ бесцветный, без запаха, негорюч, невзрывоопасен, тяжелее воздуха. Фреон не разъедает металлы, в воде не растворяется, но зато хорошо растворяется в масле. Фреон отличается крайней летучестью, он проникает даже через поры чугуна. Фреон хорошо смывает с поверхности металлов грязь и окалину. Холодопроизводительность фреона ниже, чем у аммиака, и стоимость его производства выше.

В качестве холодильных агентов могут быть использованы эти­лен, пропан, пропилен, углекислый газ, фреон-22 и фреон-142.

В холодильной технике промежуточные хладоносители приме­няют в тех случаях, когда охлаждение непосредственным испаре­нием нежелательно. Хладоносители должны иметь низкую темпе­ратуру замерзания, малые вязкость и плотность, высокую теплоем­кость, быть недорогими, безвредными и безопасными, не разъедать металлы. Этими свойствами обладает вода, но она имеет низкую температуру замерзания. На заводах наибольшее распространение в качестев хладоносителя получили растворы хлористого кальция, применяемого при температуре до —45°С, и хлористого натрия — при температуре до —15°С.

Для низких температур используют также водный раствор эти-ленгликоля (антифриз). В последнее время используют как хладо-носитель фреон-30 (метиленхлорид) при температуре до —96°С. Можно также применять этиловый спирт, толуол и другие органи­ческие вещества с низкой температурой замерзания.

Особенности холодильных компрессоров. В качестве холодиль­ных компрессоров применяют компрессоры поршневые с различ­ным расположением цилиндров, роторные, винтовые и центробеж­ные. Но так как холодильные агенты обладают специфическими

178

свойствами, то особенности конструкции холодильных компрессо­ров и установок в целом можно свести к следующим:

на аммиачных холодильных установках все детали, соприка­сающиеся с аммиаком, изготовляют из черных металлов;

многие типы поршневых компрессоров снабжены прямоточны­ми проходными поршнями, на днище которых монтируют всасы­вающий клапан. В этом случае уменьшается нагрев паров холо­дильного агента от стенок цилиндра, в результате конденсатор ра­ботает с меньшей тепловой нагрузкой;

цилиндры поршневых холодильных компрессоров могут иметь ложную крышку, т. е. свободно лежащий на торце цилиндра диск, прижатый пружиной. В ложной крышке монтируют нагнетатель­ный клапан. Пружина упирается одним концом в ложную крышку, а вторым в настоящую крышку цилиндра. Ложные крышки ис­пользуют для того, чтобы избежать последствий гидравлического удара, если компрессор будет работать «влажным ходом», т. е. во время всасывания в цилиндр будут попадать капельки холодильно­го агента. Избежать «влажного хода» можно подогревом всасы­вающей трубки с помощью теплообменника или автоматическим регулированием уровня холодильного агента в испарителе;

на фреоновых холодильных установках устанавливают осуши­тельные патроны для поглощения влаги и фильтры-грязеулови­тели;

на аммиачных установках применяют специальные меры для возвращения в картер унесенного аммиаком масла;

в качестве смазочного масла на холодильных установках ис­пользуют масла фригус-А и фригус-Ф (ХА и ХФ).

Назначение и виды вспомогательного оборудования. Для обес­печения нормальных условий работы компрессорных установок служит вспомогательное оборудование:

§ 71. Вспомогательное оборудование компрессорных установок.
Назначение и виды вспомогательного оборудования. Для обес­печения нормальных условий работы компрессорных установок служит вспомогательное оборудование:

холодильники газовые межступенчатые и концевые, масляные, водяные;

влагомаслоотделители низкого и высокого давления;

буферные емкости для уменьшения колебания давления газа в результате неравномерной подачи газа и его потребления. Емкости подключают непосредственно у всасывающего и нагнетательного патрубков компрессора;

газгольдеры для хранения больших количеств газа и усредне­ния его состава;

гидрозатворы, устанавливаемые на всасывающей линии порш­невых компрессоров для взрывоопасных газов. При длительных остановках или разборках компрессора гидрозатвор заливают во­дой.

Холодильники. Холодильники, применяемые на компрессорных установках, относят к теплообменным аппаратам, в которых две среды обмениваются теплотой. Охлаждаемой средой может быть сжатый газ, масло или вода, охлаждающей — вода, воздух или специальные жидкости.

На компрессорных установках применяют холодильники сле­дующих видов: кожухотрубчатые с жестким креплением труб или с плавающей головкой, холодильники с У-образным пучком труб, холодильники типа «труба в трубе», змеевиковые, спиральные, пластинчатые, элементные и др.

Кожухотрубчатый холодильник используют для всех давлений рабочей среды. Он состоит из стального кожуха, в котором размещен пучок труб из стали или латуни. Концы труб развальцованы в трубных решетках. Обе трубные решетки могут быть укреплены неподвижно между кожухом и крышкой или одна из них может перемещаться вдоль оси в сальниковом уплотнении (плавающая головка). Это перемещение предусматривается для устранения температурных напряжений. Для улучшения теплооб­мена между средами пучки труб пропускают через перегородки, с помощью которых удлиняют путь среды в межтрубном простран­стве.

Трубные пучки не только размещают в кожухе, но и погружают в резервуар с жидкостью (погружные холодильники) или орошают жидкостью снаружи (оросительные холодильники). По числу обо­ротов среды в трубах холодильники могут быть одноходовые, двух­ходовые и двухходовые элементные.

По расположению кожухов холодильники различают горизон­тальные и вертикальные.

Для уменьшения габаритных размеров холодильников гладкие трубы заменяют ребристыми с навитыми латунными лентами, при­паянными к трубе.

Среду, которая меньше загрязняет поверхность труб, пропуска­ют в межтрубном пространстве, а среду, которая загрязняет по­верхность больше,— в трубном пространстве, так как внутреннюю поверхность труб чистить легче, чем наружную поверхность в меж­трубном пространстве. Если же необходимо провести конденсацию среды или испарение, то среду пропускают по межтрубному про­странству. Таким образом, чаще всего сжатый газ в газовом холо­дильнике, масло в холодильнике, охлаждающая вода в водяных холодильниках, холодильные агенты в испарителях и конденсато­рах пропускают по межтрубному пространству.

В кожухотрубчатых холодильниках с У-образным пучком труб отсутствует плавающая головка, так как температурные дефор­мации труб не передаются на корпус, и в этом состоит их основное достоинство.

Холодильники типа «труба в трубе» применяют при больших давлениях. В этих холодильниках газ проходит по трубам меньшего диаметра, вставленным в трубы большего диа­метра, по которым пропускают воду. Во всех видах холодильников для усиления теплообмена обе стреды направлены навстречу друг другу, т. е. создается противоток.

Змеевиковые холодильники используют при боль­ших давлениях и сравнительно небольших потоках газа, чаще все­го на ступенях высокого давления. Они состоят из змеевика, по ко­торому идет газ, змеевик погружен в емкость, заполненную про­точной водой.

Пластинчатые холодильники представляют собой набор штампованных пластин, между которыми образуются изви­листые щелевидные каналы. В разборных конструкциях холодиль­ников пластины прижимаются друг к другу плитами на резиновых прокладках. В перазборных конструкциях пластины приваривают друг к другу. Такую конструкцию применяют при работе на аг­рессивных средах или температуре выше 200°С. Пластинчатые хо­лодильники характризуются высокой экономичностью, на них рас­ходуется меньше металла для получения заданного теплообмена, чем на кожухотрубчатые.

Элементные холодильники предназначены для давления до 4 МПа. Они представляют собой сварной корпус, внутри которого расположен охлаждающий элемент. Иногда в эле­ментный холодильник встраивают влагомаслоотделитель поверх­ностного типа.

Свободные объемы холодильника в верхней и нижней частях кожуха выполняют роль буферных емкостей. Совмещение в одной конструкции трех аппаратов: буферной емкости, холодильника и влагомаслоотделителя, удобство обслуживания обусловили широ­кое применение элементных холодильников.

Газовые полости всех типов холодильников имеют краники для удаления конденсата продувкой.

Весьма перспективно использование для изготовления холо­дильников титановых сплавов, обладающих чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью, что значительно сокращает расход вы­соколегированных сталей, обеспечивает продолжительную и на­дежную работу холодильников.

Холодильники воздушного охлаждения начина­ют широко применять в нефтеперерабатывающей промышленности для охлаждения парообразных и жидких сред. Используемые в настоящее время холодильники отличаются друг от друга располо­жением трубных секций и конструкций воздухоподающих уст­ройств. Трубные секции могут быть расположены горизонтально, вертикально, наклонно, в форме шатра и зигзагообразно.

В секциях оребренные трубы закреплены путем развальцовки или сварки в трубных решетках. К решеткам крепят коллекторные крышки, к которым присоединяют подводящие и отводящие трубо­проводы.

Проходя внутри трубок, газ или жидкость охлаждаются возду­хом, который прогоняется вентилятором через межтрубное про­странство каждой секции. Вентилятор, состоящий из восьмило-пастного колеса, реверсивного двигателя и углового редуктора, ус­тановлен на самостоятельной раме. Режим работы вентилятора

можно регулировать изменением угла установки лопастей колеса, частоты вращения и направления вращения (изменяется направ­ление потока воздуха).

Влагомаслоотделители. Влагомаслоотделители предназначены для отделения жидкости от газа. В зависимости от принципа дей­ствия они делятся на инерционные и фильтрующие.

Инерционные влагомаслоотделители подразделяют на объем­ные, центробежные и поверхностные. Практически в них обычно

сочетаются различные способы отделе­ния жидкости от газа. В объемных влагомаслоотделителях жид­кость отделяется от газа резким снижени­ем скорости и изменением направления движения струи газа. Частицы жидкости, двигаясь по инерции, ударяются о стен­ку аппарата и стекают вниз. В центро­бежных влагомаслоотделите­лях в результате закручивания потока содержащиеся в газе частицы влаги и масла под действием возникающих цен­тробежных сил отбрасываются к стенке. Закручивание потока осуществляется тангенциальным подводом газа и направ­ляющими каналами для потока газа.

В поверхностных влагомас­лоотделителях газ проходит через насадку с развитой поверхностью, в ка­честве которой обычно применяют гофри­рованные листы. При прохождении газа частицы жидкости оседают на поверхно­сти насадки и выводятся наружу. В фильтрующих влагомаслоотделителях (фильтрах) отделение капельной жидкости происходит в порах или на поверхности по­ристой насадки. В качестве фильтрующих насадок используют тка­невые материалы, активированный уголь, алюмо- и силликагели, пористую керамику и металлокерамику. Отделившуюся от газа жидкость периодически выводят продувкой влагомаслоотделите-лей.

На рис. 93 приведена схема влагомаслоотделителя для ступе­ней высокого давления поршневых компрессоров. Корпус 3 влаго­маслоотделителя изготовлен из цельнотянутой стальной трубы, об­жатой по концам для получения горловины. Головка / и днище 4 присоединены к корпусу на резьбе, уплотненной на выходе медной прокладкой 5. Газ поступает сверху, проходит по трубе 2 и в ниж­ней части ее через щели выходит в корпус.

Возвращается газ из влагомаслоотделителя через кольцевое пространство между внутренним диаметром и центральной трубой в выходные отверстия, расположенные в боковой части головки.

Так как маслоотделители разделяют газ и жидкость, то на произ­водстве их часто называют сепараторами, т. е. разделителями.

Контрольные вопросы. 1. Какими свойствами должны обладать холодиль­ные агенты? 2. Перечислите особенности холодильных компрессоров. 3. Почему аммиак уносит масло из картера компрессора? 4. Расскажите о назначении и видах вспомогательного оборудования компрессорных установок.