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: 18 из 21

Глава XI

СИЛОВЫЕ ПРИВОДЫ КОМПРЕССОРНЫХ И НАСОСНЫХ УСТАНОВОК

Назначение и типы приводов. Силовым приводом насосной или компрессорной установки служат двигатель и промежуточные звенья, которые передают движение от двигателя на вал компрес­сора или насоса.

В качестве приводов насосов и компрессоров используют элек­тродвигатели, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, газовые и паровые турбины, гидравлические машины. Выбор типа привода определяется его мощностью, частотой вращения, усло­виями работы, наличием источников дешевой энергии, способом передачи движения от привода к установке, а также общей схемой энергоснабжения предприятия.

Наиболее распространенный привод насосов и компрессоров — электродвигатель переменного тока.

Привод от паровой машины используют главным образом в прямодействующих поршневых насосах. В компрессорах неболь­шой и средней производительности иногда применяют двигатели внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания, работаю­щие на жидком топливе, широко используют для передвижных компрессорных и насосных станций. При наличии дешевого при­родного газа могут применяться двигатели внутреннего сгорания, работающие на этом газе.

Паротурбинный привод для центробежных компрессоров и на­сосов широко используют в энергетических комбинированных тех­нологических установках.

Газотурбинный и паротурбинный приводы также применяют в комбинированных компрессорных установках, в которых первая ступень сжатия осуществляется в центробежном компрессоре.

Паровая машина, турбина и двигатель внутреннего сгорания по­зволяют изменить частоту вращения вала, а следовательно, плавно и экономично регулировать подачу насоса и производительность ком­прессора.

§ 80. Электродвигатели

В компрессорных и насосных установках наиболее широко при­меняют асинхронные с короткозамкнутыми роторами и синхрон­ные электродвигатели.

Асинхронный электродвигатель с коротко-замкнутым ротором состоит из двух основных сборочных единиц: статора 7 и ротора 2 (рис. 97).

Сердечник статора 7 для уменьшения вихревых токов выполнен из отдельных штампованных листов электротехнической стали тол­щиной до 0,5 мм. Листы изолированы друг от друга тонкой бума­гой или лаком и стянуты болтами. Сердечник укреплен в чугунном корпусе двигателя 4. В пазы сердечника уложена трехфазная об мотка 5 статора. На общий зажим, укрепленный снаружи на кор­пусе, выведены начала и концы трех фаз обмотки статора.



Сердечник ротора 2 собран также из отдельных листов электро­технической стали. В пазы сердечника заложены медные стержни или же пазы залиты под давлением алюминием. Стержни с двух сторон припаяны к медным кольцам 3 и образуют вместе с ними короткозамкнутую обмотку ротора. Сердечник ротора укреплен на валу 8, который вращается в подшипниках, расположенных в кры-

шках / и 6 или в выносных стойках. Крышки прикреплены к корпу­су двигателя.

Обмотка статора подключается к трехфазному переменному то­ку, и токи, обтекая обмотку статора, возбуждают вращающееся магнитное поле. Это поле, пересекая обмотку ротора, индуцирует в ее проводниках ток ротора. Согласно правилу Ленца о направ­лении индукционного тока, ток ротора создает свое магнитное поле, которое, взаимодействуя с вращающимся магнитным полем стато­ра, заставляет ротор вращаться вслед за полем статора. Частота вращения ротора будет меньше частоты вращения магнитного поля статора в полном соответствии с правилом Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что своим магнитным полем препятствует той причине, по которой сам возник. Так как частота вращения магнитного поля статора и ротора не синхронны, то этот двигатель получил название асинхронного электродвигателя.

КПД асинхронного двигателя 64—95%.

В большинстве случаев применяют прямое включение асинхрон­ных двигателей с короткозамкнутым ротором в сеть, используя ру­бильник, переключатель или магнитный пускатель и т. п. Чтобы уменьшить пусковые токи, применяют специальные пусковые схемы для переключения обмоток статора на пусковой режим (переход со «звезды» на «треугольник»), при пуске можно пользоваться и авто­трансформаторами.

Асинхронные двигатели используют для приводов, не требующих регулирования частоты вращения. При необходимости регулирова­ния частоты вращения применяют более сложные асинхронные дви­гатели с фазным ротором, обмотка которого подключается к специ­альному реостату или другому устройству, изменяющему ток ро­тора.

Асинхронные двигатели просты в устройстве, надежны в экс­плуатации, имеют достаточно простой и легкий пуск.

Синхронным называется электрический двигатель, у которого частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ро­тора-индуктора одинаковы.

Синхронный двигатель состоит из статора и ротора-ин­дуктора с явно выраженными полюсами. Устройство статора син­хронного двигателя такое же, как и асинхронного. Ротор-индуктор включает вал, на котором закреплено стальное основание для сер­дечников полюсов. На сердечниках расположены катушки обмотки полюсов, соединенных между собой последовательно. Концы обмот­ки выведены наружу с помощью контактных колец и щеток и под­ключаются к источнику постоянного тока. У синхронных двигателей с неявно выраженным полюсным ротором-индуктором в пазах сер­дечника, не разделенного на отдельные полюсы, уложена обмотка для образования одной пары полюсов.

При подключениях трехфазной обмотки статора к сети перемен­ного тока образуется вращающееся магнитное поле статора, к сети постоянного тока — магнитное поле ротора-индуктора. Так как при пуске вращающий момент синхронного двигателя равен нулю, то ротор-индуктор необходимо раскрутить до синхронной частоты вра­щения, тогда магнитное поле статора и ротора-индуктора замыка­ются своими магнитными линиями, и ротор-индуктор, вращаясь с синхронной частотой, может нести нагрузку.

Синхронные двигатели применяют для привода крупных венти­ляторов, центробежных и поршневых компрессоров, центробежных насосов во всех тех случаях, когда необходимо выдерживать посто­янной заданную частоту вращения.

Для раскручивания ротора-индуктора до синхронной частоты вращения используют посторонний двигатель или укладывают на роторе-индукторе специальную дополнительную пусковую обмотку по типу короткозамкнутой обмотки асинхронного двигателя. С по­мощью этой обмотки раскручивают ротор-индуктор, а затем ее от­ключают. Этот способ пуска называют асинхронный пуск синхрон­но двигателя.

Достоинство синхронного двигателя заключается в строгом вы­держивании частоты вращения. Сложность устройства и пуска, не­обходимость иметь два вида тока—трехфазный переменный и по­стоянный можно отнести к недостаткам этого двигателя.

Если синхронный двигатель используют для привода поршневых компрессоров с малой частотой вращения, то диаметр такого двига­теля будет большим, так как ротор-индуктор будет иметь много

полюсов, и в этом случае он будет также и маховым колесом. Рото­ры-индукторы больших диаметров выполняют из двух частей.

В ряде производств центробежные компрессоры приводятся в действие с помощью синхронных двигателей и газовых турбин. В турбину подают отбросные (хвостовые) газы, что обеспечивает частичный возврат энергии, затраченной на начальное сжатие. Разгон ротора-индуктора до синхронной частоты вращения произ­водится постепенным увеличением подачи газа на лопатки тур­бины.

Для воздушного охлаждения электрических двигателей на ва­лу ротора или под двигателем устанавливают вентиляторы. Элек­тродвигатели большой мощности имеют циркуляционную систему вентиляции, в которой постоянный объем воздуха или водорода циркулирует между двигателем и холодильником.

Во взрывоопасных производствах применяют электрические двигатели взрывобезопасного типа.
§ 81. Двигатели внутреннего сгорания

Двигателями внутреннего сгорания называют такие двигатели, в которых превращение химической энергии топлива в тепловую и тепловой в механическую происходит в одном рабочем цилиндре.

Привод компрессорных и насосных установок от двигателей внутреннего сгорания в настоящее время значительно менее рас­пространен, чем привод от электродвигателей. В основном двигате­ли внутреннего сгорания применяют в передвижных установках, а также там, где есть дешевое жидкое или газообразное топлива (на металлургических заводах, в нефтедобывающей и нефтеперера­батывающей промышленности, вблизи месторождений природных газов, на газоперекачивающих станциях и т. д.).

Для привода поршневых компрессоров и насосов используют двигатели двух типов: с самовоспламенением горючей смеси (дизе­ли) и с искровым зажиганием (карбюраторные). Дизели применя­ют в стационарных и передвижных установках средней и большой производительности, карбюраторные двигатели — в передвижных установках малой производительности, а также на газоперекачива­ющих станциях.

Двигатели внутреннего сгорания могут быть четырехтактными и двухтактными. В четырехтактных двигателях рабочий цикл со­вершается за два оборота коленчатого вала, а в двухтактных — за один оборот.

Раб.очий цикл четырехтактного дизеля состоит из четырех про­цессов: всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа.

На рис. 98 приведена схема работы четырехтактного д и-зеля. При всасывании газораспределительный механизм открыва­ет впускной клапан 6 <и в цилиндр 2 всасывается воздух, поршень 5" движется от верхнего крайнего положения к нижнему крайнему. При движении поршня вверх и закрытых клапанах воздух сильно» сжимается, давление достигает 4,0 МПа, температура повышается.

до 600°C В конце сжатия через форсунку 7 в цилиндр впрыскивает-ся топливо. Попав Сильно разогретый воздух, мелкораспыленное топливо воспломеняется и сгорает, образуя большое количество газов сгорания. Температура и давление в цилиндре значительно по-



вышаются. Под действием расширяющихся газов сгорания поршень идет вниз и через шатун 4 передает движение коленчатому валу 5. Этот процесс называется рабочим ходом. Затем газораспредели­тельный механизм открывает выхлопной клапан 1 и поршень, дви­гаясь вверх, выталкивает отработанные газы из цилиндра — про­исходит выхлоп. Затем снова начинается всасывание и рабочий цикл повторяется.

Схема работы четырехтактного карбюраторного двигателя представлена на рис. 99. Первый такт — всасыва­ние: газораспределительный механизм 6 открывает впускной кла­пан 7, и в цилиндр 2 поступает рабочая смесь, образовавшаяся в карбюраторе и состоящая из воздуха, паров и капель топлива. Поршень 1 идет вниз. Т1ри движении поршня вверх происходит



сжатие, так как оба клапана закрыты. Рабочая смесь сжимается до давления 0,6—1,0 МПа, т. е. значительно меньшего, чем у дизе­ля, для избежания самовоспламенения и детонации топлива. В кон­це сжатия между электродами запальной свечи 8 проскакивает электрическая искра, и смесь зажигается и мгновенно сгорает. Дав­ление возрастает до 26—32 МПа, а температура — до 1800°С. Под действием газов сгорания поршень движется вниз и через шатун 3 передает движение на коленчатый вал 4. Это рабочий ход. Далее при движении поршня вверх отработанные газы выталкиваются из цилиндра через открывшийся выхлопной клапан 5. Затем цикл повторяется.

В карбюраторных двигателях используют легкоиспаряющееся топливо — бензин автомобильный, а в газовых двигателях — горю­чие газы.
§ 82. Паровые машины

В паровой машине потенциальная энергия пара преобразуется в механическую работу поршня, который под давлением пара совер­шает возвратно-поступательное движение в цилиндре. Движение поршня может передаваться насосному или компрессорному порш­ню непосредственно, а также через кривошипно-шатунный меха­низм. В первом случае машины называются паровыми прямодей-ствующими, а во втором — приводными.

Цилиндры паровых машин бывают одинарного и двойного дей­ствия. В цилиндрах двойного действия пар последовательно пода­ется по обе стороны поршня.

Машины среднего давления работают на паре давлением 1,0— 2,0 МПа, а машины высокого давления — на паре давлением выше 2,5 МПа.

Современные паровые машины работают на перегретом паре, температура которого достигает 500°С. В зависимости от давления пара на выходе различают машины, работающие на атмосферу, конденсацию или с противодавлением. В первом случае пар из ма­шины выпускается в атмосферу, во втором случае — в конденсато­ры, где давление ниже атмосферного, и образовавшийся конден­сат используется для отопления и различных технологических це­лей. При работе машины с противодавлением отработанный пар выходит из нее с давлением выше атмосферного (обычно 0,2— 0,4 МПа) и используется в нагревательных устройствах.

Паровые машины бывают одно- и многоцилиндровые, однократ­ного и многократного расширения. В многоцилиндровых машинах однократного расширения свежий пар подается одновременно ко всем цилиндрам. В машинах многократного расширения свежий пар поступает в цилиндр наименьшего диаметра, называемый цилинд­ром высокого давления. В нем пар, расширяясь до некоторого про­межуточного давления, отдает часть энергии. С этим промежуточ­ным давлением пар поступает в следующий цилиндр большего диа­метра, где снова расширяется, отдавая часть энергии. Затем пар направляется в третий цилиндр еще большего диаметра. Такая ма­шина называется машиной тройного расширения. Машины четвер­того расширения встречаются редко.

В паровых машинах двойного расширения цилиндры располага­ют либо рядом (компаунд-машина), либо один за другим (тандем-машина).

Для привода поршневых компрессоров применяют обычно гори­зонтальные паровые машины с противодавлением одинарного или двойного расширения, в компрессорных установках большой мощно­сти—двухцилиндровые двойного действия паровые машины, в кото­рых цилиндры чаще расположены параллельно (двухрядные) и ре­же последовательно (однорядные). Для привода небольших комп­рессоров используют одноцилиндровые паровые машины одинарного расширения.

В компрессорах и насосах с паровым приводом производитель­ность регулируют изменением частоты вращения вала, которое до­стигается уменьшением или увеличением количества подаваемого в цилиндры машины пара.

Детали паровых машин — цилиндры, сальники, поршни, штоки, ползуны, валы, рамы и подшипники одинаковы по конструкции с аналогичными деталями поршневых компрессоров.

Цилиндры, сальники и внутренние органы парораспределения смазывают цилиндровыми маслами, элементы механизма движения и приводы золотников — машинными.




§ 83. Паровые и газовые турбины
Паровые и газовые турбины служат тепловым двигателем, в ко­тором потенциальная энергия пара или газа превращается в кинети­ческую, преобразующуюся затем в механическую энергию враще­ния вала.

Простейшая турбина состоит из насаженного на вал рабочего колеса с лопатками и сопла, предназначенного для преобразования давления пара или газа в кинетическую энергию струи. Струя пара или газа, поступая из сопла на лопатки рабочего колеса, приводит его во вращение.

Турбины бывают двух типов: активные и реактивные. Турбины, в которых пар или газ расширяется только в неподвижных соплах до поступления на лопатки рабочего колеса, называют активными. Турбины, в которых пар или газ расширяются в основном между лопатками рабочего колеса и лишь частично в соплах, называют реактивными. В этих турбинах используют реактивную силу быстро вытекающей и расширяющейся струи пара или газа, действующую на лопатки.

Активные турбины можно разделить на пять групп.

Турбины с одной ступенью давления и одной ступенью скоро­сти, имеющие один ряд сопл и один венец лопаток на рабочем ко­лесе.

Турбины с одной ступенью давления и несколькими ступенями скорости. В этих турбинах диск снабжен несколькими венцами ра­бочих лопаток, между которыми установлены направляющие ло­патки.

Турбины с несколькими ступенями давления и одной ступенью скорости. Каждая ступень давления имеет один диск с одним вен­цом лопаток: пар или газ последовательно переходят из одной сту­пени в другую, частично расширяясь в соплах, установленных в диа­фрагмах.

Турбины со ступенями скорости и давления, в которых корпус разделен диафрагмами на отдельные камеры: пар или газ перехог дят из одной камеры в другую через расширяющиеся сопла. В каждой камере находится один диск с двумя или несколькими вен­цами лопаток, между которыми находятся неподвижные направля­ющие аппараты.

Комбинированные турбины, имеющие в первой ступени диск с двумя венцами, а в остальных — простые одновенечные диски.

Ротор реактивных турбин изготовляют в виде барабана, на ко­тором укреплены рабочие лопатки. Направляющие лопатки уста­новлены в корпусе турбины. Пар или газ расширяются как на не­подвижных направляющих лопатках, так и на подвижных рабочих. Наиболее широко в промышленности применяют осевые (аксиаль­ные) турбины, в которых поток рабочей среды направлен вдоль оси. Выпускают также радиальные турбины, в них поток рабочей среды направлен перпендикулярно валу.

210

Турбины используют в качестве привода центробежных насосов и компрессоров на предприятиях, где есть достаточное количество дешевого пара или газа.

На рис. 100 дана схема активной турбины с тремя ступенями давления. Корпус турбины 3 разделен диафрагмами 4 на три от­дельные камеры. В диафраг­мах по окружности располо­жены сопла.



Рабочая среда высокого давления (пар или газ) под­водится из трубопровода в кольцевую камеру I, по ок­ружности которой установле­ны сопла 8 первой ступени. В этих соплах понижается дав­ление и повышается скорость рабочей среды. Рабочая сре­да, поступая с большой скоро­стью на лопатки 7 первого ди­ска, приводит его во враще­ние. При этом кинетическая энергия преобразуется в меха­ническую. При выходе из ло­паток 7 рабочая среда прохо­дит через сопла 6 второй сту­пени, снова несколько расши­ряется и увеличивает свою скорость, которую и передает лопаткам 5. Далее то же са­мое происходит в третьей сту­пени: рабочая среда расши­ряется в соплах, давление па­дает, скорость возрастает, и кинетическая энергия передается ло­паткам рабочего колеса. После лопаток рабочего колеса третьей ступени рабочая среда поступает в выпускной патрубок 2, соеди­ненный с атмосферой или конденсатором.

На рис. 101 показана схема реактивной турбины. Све­жий пар или газ поступает в кольцевую камеру 1, а оттуда на не­подвижные направляющие лопатки первой ступени 4. В каналах между лопатками пар или газ расширяется, давление их несколь­ко понижается, а скорость возрастает. Затем рабочая среда (пар или газ) поступает в первый ряд подвижных рабочих лопаток 5. Между этими лопатками тоже происходит расширение рабочей среды при дальнейшем понижении ее давления и возрастании от­носительной скорости. На рабочие лопатки действует реактивная сила, при этом скорость газа или пара падает. Далее пар или газ поступает во второй ряд направляющих лопаток. Здесь снова про­исходит их расширение и возрастает скорость.

На рабочих лопатках второй и последующих ступеней протекают те же процессы, что и на лопатках первой ступени. При выходе из последней ступени пар направляется в конденсатор или атмо­сферу, а газ — в дымовую трубу.



5„ — рабочие площади поршней сервомотора и компрессора; р„ 212 и Рк —давления масла в сервомоторе и сжатого газа в цилиндре компрессора.

Из этого равенства следует, что Рс/Рк=Ьк/Ьс, т. е. давления масла в сервомоторе и газа в компрессоре обратно пропорциональ­ны рабочим площадям поршней. Чем больше диаметр поршня сер­вомотора и чем меньше диаметр поршня компрессора, тем при меньшем давлении рабочей жидкости можно получить большее ко­нечное давление газа: pK=Pc{Sc/SK).



При известном конечном давлении газа и известных площадях поршней компрессора и сервомотора давление масла, создаваемое насосом, должно быть р0=Рк(5к/5с).

В компрессорных установках с горизонтальным поршневым на­сосом и вертикальным двухрядным расположением сервомотора в компрессора поршневой насос 5 соединяется с сервомоторами 2 трубопроводами 1 (рис. 102, а).

Производительность компрессора 4 регулируют смещением вниз хода поршней сервомоторов и связанных с ними поршней компрес­сора, в результате чего увеличивается мертвое пространство в ци­линдрах компрессора. Регулировать положение поршня сервомото­ра, а следовательно, и плунжера 3 компрессора можно перестанов­кой золотника, который полностью или частично открывает отвер­стие для выпуска масла.В компрессорной установке с горизонтальным расположением цилиндров цилиндр сервомотора 9 установлен между горизонталь­ными цилиндрами компрессора 6 (рис. 102,6). Все цилиндры рас­положены в один ряд. Масло нагнетается в цилиндр сервомотора винтовым насосом 8. Попеременный впуск и выпуск масла осу
ют те же процессы, что и на лопатках первой ступени. При выходе из последней ступени пар направляется в конденсатор или атмо­сферу, а газ — в дымовую трубу.





Так как объем пара или газа по мере понижения их давления возрастает, то длина лопаток постепенно увеличивается. Ротор тур­бины 3 имеет коническую форму. Для уравновешивания осевого давления на стороне всасывания турбины установлен разгрузочный поршень 2.
§ 84. Гидравлический привод

Гидравлические приводы применяют в поршневых компрессор­ных установках для ступеней сверхвысокого давления. Газ предва­рительно сжимают до давления 35—50 МПа в обыкновенных порш­невых компрессорах, а затем направляют в цилиндры с гидравли­ческим приводом для доведения до сверхвысокого давления.

Гидравлический привод состоит из насоса и поршневого гидрав­лического двигателя (сервомотора). Рабочая жидкость, чаще все­го минеральное масло, подается насосом под определенным давле­нием в цилиндр сервомотора, где перемещает поршень, соединен­ный с поршнем компрессорного цилиндра. Насос и сервомотор мо­гут составлять один агрегат или быть соединены трубопроводом. Применяют поршневые и винтовые насосы.

Насос подает в сервомотор рабочую жидкость сравнительно не­большого давления, а в цилиндрах компрессора газ сжимается до больших давлений. Это достигается за счет большой разности ра­бочих площадей поршней сервомотора и компрессора. Усиление, с которым масло действует на поршень сервомотора, без учета сил трения равно силе, с которой сжатый газ действует на поршень компрессора. Поэтому соблюдается равенство 5с/?с=5крк, где SG и 5„ — рабочие площади поршней сервомотора и компрессора; р„ 212 и Рк —давления масла в сервомоторе и сжатого газа в цилиндре компрессора.

Из этого равенства следует, что Рс/Рк=Ьк/Ьс, т. е. давления масла в сервомоторе и газа в компрессоре обратно пропорциональ­ны рабочим площадям поршней. Чем больше диаметр поршня сер­вомотора и чем меньше диаметр поршня компрессора, тем при меньшем давлении рабочей жидкости можно получить большее ко­нечное давление газа: pK=Pc{Sc/SK).



При известном конечном давлении газа и известных площадях поршней компрессора и сервомотора давление масла, создаваемое насосом, должно быть р0=Рк(5к/5с).

В компрессорных установках с горизонтальным поршневым на­сосом и вертикальным двухрядным расположением сервомотора в компрессора поршневой насос 5 соединяется с сервомоторами 2 трубопроводами 1 (рис. 102, а).

Производительность компрессора 4 регулируют смещением вниз хода поршней сервомоторов и связанных с ними поршней компрес­сора, в результате чего увеличивается мертвое пространство в ци­линдрах компрессора. Регулировать положение поршня сервомото­ра, а следовательно, и плунжера 3 компрессора можно перестанов­кой золотника, который полностью или частично открывает отвер­стие для выпуска масла.

В компрессорной установке с горизонтальным расположением цилиндров цилиндр сервомотора 9 установлен между горизонталь­ными цилиндрами компрессора 6 (рис. 102,6). Все цилиндры рас­положены в один ряд. Масло нагнетается в цилиндр сервомотора винтовым насосом 8. Попеременный впуск и выпуск масла осу ществляют золотником 7, который приводится в движение систе­мой передач от одного из штоков агрегата. Производительность компрессора регулируют изменением частоты вращения насоса или лерепуском масла в полость всасывания насоса.
§ 85. Промежуточные звенья привода

Привод насосной или компрессорной установки может быть вы­полнен в одном корпусе с установкой или отдельно от нее. Уста­новка, выполненная заодно с приводом, более компактна и эконо­мична, например свободнопоршневой дизель-компрессор или паро­вой прямодействующий насос.

При отдельно расположенном приводе движение на вал уста­новки передается через промежуточные звенья: соединительные муфты, ременные передачи, редукторы и гидропередачи.



На соосных валах наибольшее распространение получили сое­динительные муфты, особенно зубчатые и пальцевые.

Зубчатая муфта относится к типу жестких компенсирующих соединений, допускающих небольшие продольные, поперечные и уг­ловые смещения одного вала относительно другого.

Зубчатая муфта, используемая в центробежных насо­сах и компрессорных агрегатах (рис. 103), состоит из двух полу­муфт 5 и б с зубчатыми венцами внутреннего зацепления и двух зубчатых втулок 2 и 4, находящихся в зацеплении с венцами полу­муфт. Для компенсации небольших угловых смещений валов зуб­чатые венцы втулок обработаны по сфере. Втулки и полумуфты из­готовляют из кованой или литой стали. Их зубья имеют высокую твердость. Для соединения полумуфт применяют стальные болты повышенной прочности. Болты запрессовывают в отверстия полу­муфт. Иногда вместо полумуфт используют неразъемные зубчатые обоймы.

Для создания необходимого уплотнения в разъем между полу­муфтами устанавливают прокладку 3 из плотной бумаги, а торцы уплотняют кольцами 1 из войлока или резины, размещенными в специальных выточках полумуфт. Втулки полумуфт крепятся на валах привода и установки плотной посадкой на шпонках.

Собранную муфту заполняют маслом до уровня уплотнений. Во время работы зубчатые зацепления находятся в масляной ванне.



Пальцевые муфты (рис. 104) относят к типу упруго-демпфирующих соединений, допускающих небольшие продольные, поперечные и- угловые смещения од­ного вала относительно другого и обеспечивающих смягчение толчков и крутильных колебаний, а также неко­торую компенсацию монтажных не­точностей и биений соединяемых ва­лов.

Упругими элементами пальцевой муфты, через которые осуществляется связь между полумуфтами / и 5, слу­жат резиновые кольца 4. Резиновые кольца размещены на стальных паль­цах 3, укрепленных в полумуфте 1. Жесткость резиновых колец на каж­дом пальце можно регулировать из­менением толщины стальных колец 2.

Полумуфты изготовляют из чугунного или стального литья, а также из стальных поковок. Полумуфты крепятся на валах обыч­но легкой прессовкой или глухой посадкой на призматических шпонках или шлицах.

Кроме зубчатых и пальцевых соединительных муфт применяют также кулачковые и фрикционные. С помощью кулачковых муфт осуществляется постоянное соединение валов. Фрикци­онные муфты позволяют проводить плавное безударное сое­динение и разъединение валов привода и компрессора на ходу. Включение и выключение фрикционных муфт может быть ручным и автоматическим.

Ременные передачи применяют на параллельных ва­лах в тех случаях, когда надо изменить частоту вращения, крутя­щий момент и направление вращения. В приводах насосных и ком­прессорных установок используют плоскоременные и клиноремен-ные передачи.

Промышленность выпускает следующие плоские приводные ремни: прорезиненные, кожаные, текстильные.

Выбор материала ремня зависит от внешней среды (пыль, па­ры, щелочи, кислоты и т. п.), характера нагрузок (постоянные, пе­ременные, ударные), скорости движения ремня, передаваемой мощности и конструктивных особенностей ременной передачи.

Ремни надевают на шкивы, один из них укреплен на валу при­вода, второй — на валу компрессора или насоса. Материалом для
шкивов служат чугун, кованая сталь и пластмассы. Шкивы быва­ют сплошные, разъемные и сварные.

В клиноременной передаче за счет клиновой формы канавки на шкиве сила сцепления ремня со шкивом больше, чем в плоскоре­менной передаче. Поэтому клиноременная передача при одинако­вых условиях более компактна, чем плоскоременная.

Клиновые ремни изготовляют двух конструкций: кордтканевые и кордшнуровые. Кордшнуровые ремни используют при малых диа­метрах шкивов и повышенных скоростях движения ремня. В ос­тальных случаях используют кордтканевые ремни. Число ремней в передаче обычно составляет 8—12, а в некоторых случаях до 16— 18. В ремнях применяют угол клина 40°. Для хорошего прилегания ремня к канавке шкива угол канавки (желоба) делают меньше, чем угол клина недеформированного ремня.

Редукторы служат для изменения частоты вращения и крутящего момента в передачах движения от двигателей к комп­рессорам и насосам, если валы расположены параллельно или под углом друг к другу, или скрещиваются в пространстве.

Различают следующие виды зубчатых редукторов:

по типу передачи — цилиндрические, конические, червячные {цилиндрические и глобоидные) и смешанные;

по расположению зубчатых колес — горизонтального и верти­кального типов;

по числу ступеней — одно-, двух-, трех- и многоступенчатые.

Цилиндрические зубчатые редукторы получили наиболее широ­кое применение благодаря простоте изготовления, надежности, дол­говечности и широкому диапазону передаваемых мощностей и пе­редаточных чисел. В редукторах используют цилиндрические зуб­чатые колеса с прямыми, косыми и шевронными зубьями. Наибо­лее часто применяют редукторы с шевронными зубьями.

Конические и червячные редукторы предназначены для переда­чи малых и средних мощностей. Глобоидные червячные редукторы имеют высокий КПД.

§ 86. Газомоторные компрессоры и газотурбинные установки

Газомоторные компрессоры. Газомоторный компрессор пред­ставляет собой агрегат, состоящий из компрессорных цилиндров и газового двигателя внутреннего сгорания, соединенных общим ко­ленчатым валом и рамой. В газовом двигателе используют в ка­честве топлива природный, светильный, генераторный или домен­ный газ.

Большие газовые двигатели чаще всего выполняют четырех­тактными. Цилиндры такого газового двигателя могут быть распо­ложены по отношению к цилиндрам компрессора последователь­но— по одной оси, параллельно — в два ряда: ряд силовых ци­линдров и параллельно ему ряд компрессорных цилиндров. В по­следнее время наиболее распространены газомоторные компрессоры с горизонтальным расположением компрессорных цилиндров и V-образным или вертикальным расположением цилиндров четы­рехтактного или двухтактного двигателя. В агрегатах с двухтакт­ными силовыми цилиндрами на каждый компрессорный цилиндр приходится один силовой, с четырехтактными силовыми цилиндра­ми— два.

Мощность и частоту вращения газовых двигателей регулируют по качественной схеме, при которой количество воздуха, поступаю­щего в силовой цилиндр, остается неизменным, изменяется толь­ко количество поступающего газа. Для такого регулирования на двигателях обычно установлены центробежные регуляторы.

Производительность компрессора регулируют изменением час­тоты вращения вала двигателя.

Газомоторные компрессоры имеют от одного до десяти цилинд­ров двигателя. На рис. 105 изображен газомоторный компрессор с четырехтактными силовыми цилиндрами 9, расположенными V-об-разно, и с компрессорными цилиндрами 10 двойного действия — го­ризонтально. Шатуны 4 силовых цилиндров пальцами 3 непосред­ственно соединены с шатунами компрессорных цилиндров 10, бла­годаря чему достигается компактность агрегата. Клапаны 7 нахо­дятся вне цилиндров, в специальных клапанных полостях. В го­ловке цилиндра расположены пусковой клапан 5 и запальная све­ча 6. Коленчатый вал 1 агрегата уложен в станине 2. Распредели­тельный валик 8, частота вращения которого в два раза меньше частоты вращения коленчатого вала, имеет кулачки соответствую­щего профиля. Под действием этих кулачков в нужный момент поднимается тот или другой клапан соответствующего цилиндра, пропуская в него рабочую смесь или выпуская выхлопные газы.

Газовую смесь подготовляют в системе питания, состоящей из чувствительного регулятора давления, емкости для топливного га­за, смесительного клапана и центробежного регулятора частоты вращения. Центробежный регулятор, воздействуя на смесительный клапан, автоматически регулирует качество смеси. Количество по­даваемой смеси регулируют вручную.

Агрегат оснащен тремя смазочными системами. Цилиндры дви­гателя, подшипники распределительного вала и направляющие крейцкопфов смазывают маслом, разбрызгиваемым коленчатым валом из картера. Остальные сборочные единицы механизма дви­жения — с помощью шестеренных насосов по циркуляционной си­стеме. Лубрикатор подает смазку в цилиндры и сальники компрес­сора.

Газотурбинные установки. Для привода центробежных ком­прессоров часто применяют газовые турбины. Это особенно удоб­но, когда компрессорная установка предназначена для нагнетания природного газа, который используют в качестве дешевого топли­ва для газовой турбины. В установку помимо центробежных на­гнетателей входят также центробежные компрессоры, обслуживаю­щие газовую турбину, и электрогенераторы, используемые для по­лучения электроэнергии.
Например, газотурбинная установка ГТ-700-4, предназначенная для нагнетания природного газа, состоит из газовой турбины, осе­вого компрессора, нагнетателя, редуктора, генератора и камеры сгорания.

Во многих производствах выбрасываемые газы, если они имеют достаточное давление, используют в турбинах, соединенных с цент­робежными компрессорами. В установках по производству слабой



азотной кислоты под повышенным давлением применяют комплек­сный машинный агрегат ГТТ-12. Агрегат состоит из двух механи­чески несвязанных между собой газовых турбин ГТТ-12 (высокого и низкого давления), осевого воздушного компрессора, нагнетате­ля нитрозного газа 1150-41-1, пусковой паровой турбины П-2/45, а также смазочной системы, систем регулирования, защиты управ­ления и контроля.

Газовая турбина высокого давления служит для привода нагне­тателя нитрозного газа с частотой вращения 5000 мин-1.

Газовую турбину низкого давления с частотой вращения 5200 мин-1 используют для привода осевого воздушного компрессо­ра производительностью 200 000 м3/ч.

Воздух из атмосферы засасывается через фильтры в осевой компрессор / (рис. 106), где сжимается до давления 0,42 МПа и по трубопроводам направляется на смешивание с газообразным аммиаком. Образовавшаяся аммиачно-воздушная смесь в контакт­ных аппаратах на сеточных катализаторах превращается в нитроз-ные газы, которые под давлением около 0,22 МПа поступают в на­гнетатель 3. Газы, сжатые в нагнетателе до 1,1 МПа, поступают в абсорбционные колонны для получения слабой азотной кислоты. Хвостовые газы, образовавшиеся в процессе производства кислоты, после колонн направляются в реактор каталитической очистки, где разлагаются на нейтральные элементы. Реакция идет с выделени­ем теплоты.

Горючие газы с температурой около 760°С и давлением 0,95 МПа после реактора поступают в турбину высокого давления 5, а затем проходят турбину низкого давления 6 и выбрасываются в атмосфе­ру. Для запуска агрегата предусмотрена паровая турбина 4.

Турбины высокого и низкого давлений располагают в общем корпусе 2, имеющем внутреннюю тепловую изоляцию. Ротор турби­ны высокого давления состоит из одновенечного диска, укреплен­ного на консоли вала.

Вал вращается в двух подшипниках, из которых один — опор­ный, второй — опорно-упорный. Подшипники смонтированы в од­ном общем корпусе. Ротор турбины высокого давления и нагнета­тель соединяют специальной зубчатой муфтой. Два диска турби­ны низкого давления укреплены на консоли ротора осевого ком­прессора с помощью горизонтальных стяжных болтов. Ротор осе­вого компрессора барабанного типа вращается в двух подшипни­ках, расположенных в корпусе осевого компрессора. Воздушный осевой компрессор имеет 10 ступеней.

Направляющие лопатки укреплены в чугунном корпусе. Рабочие лопатки крепятся к барабану ласточкиным хвостом.

Вся турбогруппа смонтирована на общей сварной раме, кото­рая одновременно служит и маслобаком.

Масляная система агрегата состоит из главного масляного на­соса, пускового и резервного электронасосов, маслобака (рама турбогруппы), маслопроводов с арматурой.

Системы регулирования, управления и защиты агрегата обеспе­чивают: поддержание заданного давления в нагнетании воздушно­го компрессора с неравномерностью 5—10% за счет выпуска не­большого количества воздуха в атмосферу; дистанционное управ­ление сборочными единицами агрегата с местного щита в процес­се пуска и эксплуатации; защиту агрегата от недопустимых режи­мов работы путем его аварийной остановки.

Система контроля позволяет измерять основные эксплуатацион­ные параметры.

Контрольные вопросы. 1. Какие приводы используют для насосных и комп­рессорных установок? 2. Назовите основные сборочные единицы четырехтакт­ного двигателя внутреннего сгорания. 3. По какому признаку классифицируют газовые и паровые турбины? 4. В каких случаях применяют зубчатые редук­торы? 5. Какие установки называют газотурбинными? 6. Для чего в газотур» бинную установку включен осевой воздушный компрессор?