3. Приводы компрессорных установок. Приводы компрессорных установок
 Скачать 466.61 Kb.
|
|
ПРИВОДЫ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК Привод – это устройство для приведения в действие машин и механизмов, состоящее из источника энергии (двигателя), передаточного механизма и аппаратуры управления. Привод компрессора включает в себя двигатель (основная часть), механизм передачи движения от двигателя к валу компрессора и аппаратуру управления. В большинстве случаев приводом поршневого компрессора служит электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания. В редких случаях они приводятся в движение от паровой турбины (через редуктор) или с помощью гидропривода (в установках сверхвысокого давления). Привод от электродвигателя имеет наибольшее распространение. В зависимости от применяемых двигателей компрессоров: - Электропривод. Компрессоры сравнительно малой мощности оснащаются асинхронными электродвигателями, мощностью от 100 до 1000 кВт — асинхронными и синхронными электродвигателями, причем предпочтение отдается синхронным двигателям. Для привода крупных оппозитных компрессоров отечественного производства применяются специальные синхронные быстроходные электродвигатели мощностью от 250 до 6300 кВт. - Привод от двигателя внутреннего сгорания. Для передвижных компрессорных установок часто используются двигатели внутреннего сгорания, работающие на жидком топливе, дизельные (более экономичны, используют более дешевое топливо, применяются в передвижных, иногда и стационарных компрессорах средней производительности). - Газотурбинный привод – источник энергии является газовая турбина. Газомоторные компрессоры представляют собой агрегаты, в которых газовый двигатель и компрессор объединены общими станиной и коленчатым валом. Наиболее широко распространены газомоторные компрессоры с вертикально или V-образно расположенными силовыми цилиндрами и с горизонтальными компрессорными цилиндрами. Приводы компрессоров должны удовлетворять следующим требованиям: -быть простыми по конструкции, надежными в работе, экономичными, иметь высокую степень автоматизации и гибкие характеристики, т. е. иметь способность привода автоматически приспосабливаться к изменяющимся в процессе работы условиям с обеспечением наиболее экономичного использования мощности. Выбор типа привода проводят на основе технико- экономических расчетов и технических соображений. Промежуточные звенья приводов: соединительные муфты, ременные передачи, редуктора. Редуктор – это механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, заключённый в отдельный закрытый корпус и работающий в масляной ванне. Назначение редуктора – понижение частоты вращения и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. Корпуса редукторов должны быть прочными и жесткими. Для удобства сборки корпуса редукторов выполняют разъемными. Опорами валов редуктора, как правило, являются подшипники качения. Смазывание передач редукторов осуществляется погружением в масляную ванну, подшипников – разбрызгиванием или пластичной смазкой. Тип редуктора определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от ведущего – быстроходного вала к ведомому – тихоходному валу и положением колёс в пространстве. Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: 1) по типу передачи – зубчатые, червячные, зубчато-червячные; 2) по числу ступеней – одноступенчатые, двухступенчатые, и т. д.; 3) по типу зубчатых колес – цилиндрические, конические, коническо- цилиндрические и т.д.; 4) по относительному расположению валов в пространстве – горизонтальные, вертикальные. К основным характеристикам редуктора относятся передаточное число, номинальный вращающий момент на тихоходном (выходном) валу, КПД, габаритные размеры и масса. Ременная передача – это механизм, предназначенный для передачи вращательного движения посредством фрикционного взаимодействия или зубчатого зацепления замкнутой гибкой связи – ремня с жесткими звеньями – шкивами, закрепленными на входном и выходном валах механизма. Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью и может применяться для передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии один от другого. Она состоит из двух шкивов (ведущего, ведомого) и охватывающего их ремня. Ведущий шкив силами трения, возникающими на поверхности контакта шкива с ремнем вследствие его натяжения, приводит ремень в движение. Ремень в свою очередь заставляет вращаться ведомый шкив. Таким образом, мощность передается с ведущего шкива на ведомый. Рис. Виды ременных передач: а — открытая передача; б — перекрестная передача; в — полуперекрестная передача (со скрещивающимися валами); г — угловая передача (с направляющим роликом); д — передача с нажимным роликом; е — передача со ступенчатым шкивом Рис. Типы ремней ременных передач: а — плоский ремень; б — клиновый ремень; в — круглый ремень; г — поликлиновый ремень; д — зубчатый ремень Достоинства: Простота конструкции и низкая стоимость; возможность передачи движения на достаточно большие расстояния (до 15 м); возможность работы с большими скоростями вращения шкивов; плавность и малошумность работы; смягчение крутильных вибраций и толчков за счет упругой податливости ремня; предохранение механизмов от перегрузки за счет буксования ремня при чрезмерных нагрузках. Недостатки: относительно большие габариты; малая долговечность ремней; большие поперечные нагрузки, передаваемые на валы и их подшипники; непостоянство передаточного числа за счет проскальзывания ремня; высокая чувствительность передачи к попаданию жидкостей (воды, топлива, масла) на поверхности трения. Муфта (приводов ) -устройства, предназначенные для передачи вращательного движения между валами или между валом и свободно сидящей на нём деталью (шкивом, звёздочкой, зубчатым колесом и т.п.) без изменения параметров движения. Назначение муфт: компенсация неточности сопряжения соединяемых концов валов; смягчение крутильных ударов и гашение колебаний; предохранение механизмов от разрушения при действии нештатных нагрузок; периодическое сцепление и расцепление валов в процессе движения или во время остановки; передача однонаправленного движения или предотвращение передачи обратного движения от ведомого вала к ведущему; ограничение параметров передаваемого движения – скорости (частоты вращения ведомого вала) или крутящего момента. Классификация муфт: 1) по постоянству сцепления соединяемых валов – муфты постоянного соединения (неуправляемые), муфты сцепные, управляемые (соединение и разъединение валов по команде оператора), и автоматические (либо соединение, либо разъединение автоматическое по достижении управляющим параметром заданного значения); 2) по способности демпфирования динамических нагрузок - жёсткие, не способные снижать динамические нагрузки и гасить крутильные колебания, и упругие, сглаживающие крутильные вибрации, толчки и удары благодаря наличию упругих элементов и элементов, поглощающих энергию колебаний; 3) по степени связи валов - неподвижная (глухая), подвижная (компенсирующая), сцепная, свободного хода, предохранительная; 4) по принципу действия - втулочная, продольно-разъёмная, поперечно-разъёмная, компенсирующая, шарнирная, упругая, фрикционная, кулачковая, зубчатая, с разрушаемым элементом (срезная), с зацеплением (кулачковые и шариковые). Применяют двигатели внутреннего сгорания: дизели и с искровым зажиганием, работающие на жидком топливе, и газовые двухтактные и четырехтактные. Давление газов, расширяющихся в цилиндре 1 дизеля, расположенного в середине машины, сообщает движение двум поршням 2, синхронно перемещающимся к внешним мертвым точкам. По мере сжатия газа в цилиндрах компрессора противодействие поршням возрастает. При некотором их положении силы давления сжатого воздуха превышают уменьшающиеся по ходу поршней движущие силы дизеля. Возврат поршней к внутренним «мертвым» точкам происходит под давлением воздуха, оставшегося в «мертвых» пространствах 3 цилиндров компрессора. Полости 4 цилиндра, примыкающие к цилиндру дизеля, служат как продувочные насосы дизеля. Для обеспечения синхронного движения свободных поршней дизель-компрессор снабжен специальным механизмом, размещенным по бокам цилиндра дизеля. Запуск производят сжатым воздухом. Схема одноступенчатого СПДК (дизель-компрессор со свободными поршнями) Для турбокомпрессоров применяется привод от паровых и газовых турбин. Турбинный привод имеет более высокий к. п. д. и особенно выгоден на химических заводах, потребляющих большое количество пара, который может быть подан в цеха и установки после пропуска через турбины ТЭЦ. Кроме того, для паровых турбин можно использовать так называемый вторичный пар, получающийся при съеме тепла реакций, охлаждении дымовых газов перед выбросом их в атмосферу и т. д. Газотурбинный привод при наличии дешевого топлива наиболее экономичен. Рис. Газотурбинная установка: КС- камера сгорания (газ приобретает высокую температуру и давление); 1- сопло (газ расширяется, в результате расширения внутренняя энергия газа переходит в энергию движения — поток газа из сопел с огромной скоростью устремляется к лопаткам газовой турбины); 2 – лопатки газовой турбины; 3 – выхлопной патрубок (для отвода выхлопных газов); 4 – диск( жестко связанный с валов; 5 – вал. Проходя через каналы, образованные лопатками, газовый поток меняет свое направление и заставляет вал с диском и лопатками вращаться. К валу с одной стороны присоединен воздушный компрессор, подающий воздух в камеру сгорания, а с другой — турбокомпрессор. Рабочим телом в газовой турбине могут быть продукты сгорания газообразного или жидкого топлива, а также любой нагретый газ, имеющий высокую температуру (например газ, получаемый при крекинге нефти). Газовые турбины имеют огромные скорости вращения и большие мощности при сравнительно малых размерах. В отличие от электродвигателей привод от паровых и газовых турбин не требует установки редуктора. Привод компрессора включает в себя двигатель, механизм передачи движения от двигателя к валу компрессора и аппаратуру управления. В дальнейшем под приводом компрессора будем понимать его основную часть — двигатель. Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор. Устройство турбокомпрессора Рис. Турбокомпрессор состоит из следующих элементов:1- корпус компрессора;2- вал ротора; 3- корпус турбины; 4 - турбинное колесо; 5 - уплотнительные кольца; 6 - подшипники скольжения; 7 - корпус подшипников; 8 - компрессорное колесо. Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы). Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе. Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца. Принцип работы В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Принцип работы простейшей газотурбинной установки (ГТУ). Воздух из атмосферы засасывается компрессором, сжимается и затем подается в камеру сгорания, куда одновременно впрыскивается топливо. Образующиеся при сгорании топлива газы поступают в турбину и приводят ее в движение. Турбина вращает компрессор и гребной винт. Рис. . Схема простейшей газотурбинной установки: 1 - форсунка; 2 - камера сгорания; 3 - воздухопровод; 4 - неподвижные направляющие лопатки; 5 - рабочие лопатки; 6 - выхлопной патрубок; 7 - зубчатый редуктор; 8 - гребной винт; 9 - компрессор; 10 - пусковой электродвигатель Компрессор, камера сгорания и турбина собираются в единый агрегат. Для первоначального раскручивания турбины служит пусковой электродвигатель, питающийся током от вспомогательного дизель- генератора. Топливное хозяйство должно обеспечивать бесперебойную работу технологических установок. Снабжение жидким топливом предусматриваться по централизованной схеме на одно или несколько колец. Хозяйства жидкого топлива включают следующие элементы: - приемно-сливное устройство, включающее сливную эстакаду с системой закрытого герметизированного слива каждого вида топлива в свой коллектор, приемную емкость и насосы откачки сливаемого топлива; - резервуары хранения для каждого вида топлива, оборудованные устройством по забору топлива и системами его подогрева; - систему фильтрации для каждого вида топлива на линии от сливного устройства до подачи в главный корпус, состоящую из фильтров предварительной, грубой, средней и тонкой очистки; - двухступенчатую схему (насосы 1 и 2 подъемов) подачи каждого вида жидкого топлива в главный корпус с давлением до 8,0 МПа; - систему подготовки топлива, включающую установку ввода присадок и систему промывки топлива; - установку очистки загрязненных нефтепродуктами вод. Топливное хозяйство компрессоров работающих с приводами. Топливная насосная должна быть оборудована стационарными или переносными грузоподъемными устройствами, принудительной приточно- вытяжной вентиляцией, системой аварийной вентиляции, сблокированной с автоматическим газоанализатором, должны предусматриваться меры, обеспечивающие взрывобезопасное проведение регламентированных операций: отключения (включение) резервного оборудования к непрерывной технологической линии, а также операций, проводимых в них после отключения. На территории должны быть пожарные гидраты для тушения пожара и охлаждения резервуаров и установок автоматического пенного пожаротушения (АУПП) топливных резервуаров. При использовании заземляющего устройства одновременно для молниезащиты, защиты от статического электричества и заноса высоких потенциалов общее сопротивление растекания тока заземляющего устройства не должно превышать 10 Ом. Применение масла для смазки компрессоров, их основные характеристики ( стр. 40-41) К маслам, используемых для смазки этих узлов, предъявляется ряд требований: 1) достаточная вязкость при рабочих температурах для создания устойчивой пленки на поверхности трущихся деталей; 2) стабильность, т. е. сохранение свойства не вступать в соединения с сжимаемыми газами и материалами деталей. Для азотных, азотоводородных и водородных компрессоров рекомендуют для средних давлений легкие, а для высоких тяжелые цилиндровые масла. Эти газы инертны к маслам и не образовывают нагара. Компрессоры для кислорода и других агрессивных газов смазывать минеральными маслами строго запрещено, так как произойдет взрыв. В этих случаях используются синтетические неуглеводородные масла (фторорганические, полиэтиленгликолевые, полиоргано-силоксановые), мыльно-глицериновые смазки. В этиленовых компрессорах сверхвысокого давления цилиндры и сальники смазываются белым нафтеновым маслом или специальными синтетическими маслами. Масла для смазки механизма движения. Наибольшее распространение получили машинные масла: «Индустриальное 30», «Индустриальное 45» и «Индустриальное 50». Для смазки механизма движения оппозитных компрессоров рекомендуют индустриальные масла И40А и И50А. Для смазки механизма движения пригодны также масла: компрессорные К12 и К19, и авиационные масла МС-20 и МК-22. В масла, используемые для смазки механизма движения высокооборотных компрессоров, добавляют антипенные присадки (например, ПМС-200А, которую вводят в соотношении 0,003—0,005 % к массе масла). Масло в системе смазки механизма движения заменяют, если в нем содержится более 2,5 % воды, если вязкость масла изменилась на 20—25 % и если содержание механических примесей составляет более 2 %. Средний срок службы масла около 2500 ч. Системы смазки поршневых компрессоров (30-32, 34, 35) Смазка цилиндров поршневых компрессоров осуществляется одним из трех способов: - разбрызгиванием масла, залитого в картер; - впрыском распыленного масла в поток всасываемого газа; - под давлением от специального масляного насоса ( принудительная). Смазка впрыском распыленного масла в поток всасываемого газа используется в бескрейцкопфных компрессорах. Обычно масло разбрызгивается из масляной ванны в картере специальным разбрызгивателем Этот способ имеет ряд недостатков: лишь часть впрыскиваемого во всасывающий патрубок масла попадает на зеркало цилиндра; большая часть масла, не попадая на рабочую поверхность цилиндра, контактирует с горячим газом, что способствует увеличенному нагарообразованию. Рисунок - Смазка разбрызгиванием На нагнетательной линии насоса в средних и крупных компрессорах устанавливают щелевые пластинчатые или сетчатые фильтры тонкой очистки. Щелевой фильтр снабжен пружинным перепускным клапаном. При загрязнении фильтра, приводящем к резкому повышению давления масла, клапан открывается и перепускает масло в картер компрессора. Смазка цилиндров и сальников подачей масла под давлением применяется чаще всего в крейцкопфных компрессорах. В цилиндры горизонтальных компрессоров масло подводится в середине хода поршня в верхней точке. При диаметрах цилиндра более 500 мм или при сжатии газов, которые разжижают масло, подвод осуществляют сверху и снизу. Рисунок - Система смазки компрессора Пунктирными линиями показана система смазки цилиндров и сальников Рис. Схема смазки V-образного четырехцилиндрового компрессора: 1 - насос масляный; 2 - фильтр грубой очистки; 3 - фильтр тонкой очистки; 4 - предохранительный клапан; 5 - перепускной вентиль; 6 - манометр для контроля давления масла; 7 - сальник компрессора; 8 - манометр, показывающий давление в картере компрессора. Масло от насоса 1 через фильтр тонкой очистки 3 подводится к сальнику 7, по сверлениям в коленчатом валу подается к кривошипным и головным подшипникам шатунов. Давление масла после фильтра перед подачей к местам смазки контролируют по манометру 6. На компрессоре имеется манометр 8, показывающий давление в картере. По разности давлений масла (в картере и после фильтра) судят о работе масляного насоса. Масляный насос приводится во вращение от коленчатого вала через систему шестерен, масло всасывается из картера через фильтр грубой очистки 2. Для регулирования давления масла предусмотрен ручной перепускной вентиль 5, через который можно сбросить часть масла после насоса в картер компрессора. Cистема смазки поршневых компрессоров имеет две независимые системы смазки – циркуляционную и лубликаторную. Циркуляционная смазка осуществляется через картер компрессора шестеренчатым насосом. Масло к насосу поступает через фильтр грубой очистки и после насоса поступает к механизмам через щелевой (пластинчатый) фильтр и холодильник. Часть масла по отверстиям в коленчатом вале поступает к шатунным подшипникам и далее, по сверлениям в шатуне или по специальным трубам, прикрепленным к шатуну, к пальцу крейцкопфа. Другая часть масла поступает к трущимся поверхностям крейцкопфа. Давление масла регулируется предохранительным клапаном, смазка коренных подшипников – разбрызгиванием. Лубликаторная система смазки. Смазка цилиндров и сальников производится под давлением от многоплунжерного насоса (лубликатора). Смазка производится специальным компрессорным маслом К19(т), имеющим высокую температуру вспышки. Количество масла, поступающего к каждой точке, регулируется винтами. Масло от лубликатора выносится из цилиндров вместе с воздухом и оседает в ресиверах и холодильниках. Основные требования безопасности при смазке компрессоров. Смазка компрессора и применяемые масла должны соответствовать инструкции завода-изготовителя либо рекомендации специализированной организации. Каждая поступившая на предприятие партия компрессорного масла должна иметь заводской паспорт-сертификат с указанием физико- химических свойств масла. Перед применением масло из каждой партии должно быть проверено лабораторным анализом на соответствие его ГОСТу. Доставка масла в машинный зал должна производиться в специальных сосудах для каждого вида масла (ведрах и бидонах с крышками и т.п.). Запрещается использование для других целей сосудов, предусмотренных для транспортирования и хранения компрессорного масла. Сосуды должны постоянно содержаться в чистоте и периодически очищаться от осадков. Использование для масла загрязненных сосудов запрещается. Отработанное масло должно сливаться в емкость, находящуюся вне помещения компрессорной установки. Отработанное масло может быть допущено к повторному использованию только после его регенерации и положительных результатов лабораторного анализа на соответствие его физико-химических свойств стандарту на масло. Заливка масла в смазочные устройства должна производиться через воронки с фильтрами. Масляные фильтры в системе принудительной смазки и приемная сетка масляного насоса должны очищаться в сроки, предусмотренные графиком, но не реже одного раза в два месяца. Масляный насос и лубрикатор должны очищаться не реже одного раза в полтора месяца. В маслораспылитель (лубрикатор) необходимо подавать воздух предварительно очищенный от компрессорного масла и влаги. |