1. Устройство компрессоров. Устройство компрессоров общие сведения о компрессорных установках
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
УСТРОЙСТВО КОМПРЕССОРОВ Общие сведения о компрессорных установках Компрессор – машина для повышения давления и перемещения газа. Компрессорная установка – совокупность компрессора, привода, аппаратов, трубопроводов и оборудования. Необходимого для осуществления повышения давления и перемещения газа. Компрессоры используются в энергетике, машиностроении, строительстве, в химической, нефтехимической, металлургической и горной промышленности. Сжатый воздух может расходоваться для привода в движение различных машин и механизмов (пневматические инструменты, в горном и строительном деле, для привода в движение механических пневматических тормозов, грузоподъемные краны), для создания разрежения в технологических аппаратах, для перемещения газов по трубопроводам. В технологических производствах, связанных с процессами, протекающими в газовых средах, компрессоры должны создавать необходимое давление в системах и развивать подачу определенного количества газа, являющегося сырьем. Компрессоры классифицируются по ряду характерных признаков. По назначению компрессоры классифицируются - по отраслям техники или производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т.д., - по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный и т.д.), - по непосредственному назначению (пускового воздуха, гаражные, тормозные и. д.) По производительности каждый тип компрессоров имеют свою классификацию. Например, поршневые компрессоры классифицируются: Микропроцессоры – производительность до 10 дм 3 /с; малой производительности – от 10 до 100 дм 3 /с; средней – от 100 до 1000 дм 3 /с; большой – свыше 1000 дм 3 /с. По конечному давлению различают : вакуум компрессоры – машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного и нагнетают до атмосферного и выше; газодувки – машины, предназначенные для нагнетания газа при давлении до 0,3 МПа; компрессоры низкого давления – предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,3 до 1,2 МПа, среднего – от 1,2 до 10 МПа, высокого - от 10 до 100 МПа, сверхвысокого давления - предназначенные для сжатия газа свыше 100 МПа. По системе охлаждения: без искусственного охлаждения; с воздушным охлаждением; с внутренним водяным охлаждением; с внешним охлаждением в одном, двух и т. д. промежуточных охладителях; охлаждаемые впрыскиванием жидкости. По типу приводного двигателя: с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания или паровой или газовой турбины (турбокомпрессор). Для удобства монтажа и уменьшения габаритов компрессорной установки двигатель и компрессор часто объединяют в одном агрегате. Для этой цели применяют фланцевые электродвигатели или электродвигатели, ротор которых насаживается на вал компрессора. По условиям эксплуатации: стационарные (с массивным фундаментом и постоянным обслуживанием); передвижные (перемещаемые при эксплуатации, иногда без постоянного обслуживания); автономные (с собственными вспомогательными системами, включенными в состав агрегата); По принципу действия. Под принципом действия понимают совокупность физических явлений, используемых для повышения давления газа, и способа подвода энергии к газу. По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и динамические (лопастные). По конструктивному признаку объёмные компрессоры подразделяются на поршневые и роторные, а лопастные – на центробежные и осевые. Для получения высоких давлений при небольшой производительности используют компрессоры объемного типа (исключая компрессоры Рутса), а для получения больших расходов при относительно малом давлении — компрессоры динамического типа. Объемные компрессоры: возвратно-поступательного действия (поршневой и мембранный) и ротационные (пластинчатые, винтовые, Рутса) В объемных компрессорах, работающих по принципу вытеснения, воздух замыкают в рабочей камере и затем уменьшают ее объем, после чего рабочая камера соединяется с отводящим (нагнетательным) трубопроводом. Поршневой компрессор Компрессоры их типы и назначение. (Компрессоры, классификация) Компрессоры Компрессор – машина для повышения давления и перемещения газа. Компрессорная установка – совокупность компрессора, привода, аппаратов, трубопроводов и оборудования. Необходимого для осуществления повышения давления и перемещения газа. Компрессоры используются в энергетике, машиностроении, строительстве, в химической, нефтехимической, металлургической и горной промышленности. Сжатый воздух может расходоваться для привода в движение различных машин и механизмов (пневматические инструменты, в горном и строительном деле, для привода в движение механических пневматических тормозов, грузоподъемные краны), для создания разрежения в технологических аппаратах, для перемещения газов по трубопроводам. В технологических производствах, связанных с процессами, протекающими в газовых средах, компрессоры должны создавать необходимое давление в системах и развивать подачу определенного количества газа, являющегося сырьем. Компрессоры классифицируются по ряду характерных признаков. По назначениюкомпрессоры классифицируются - по отраслям техники или производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т.д., - по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный и т.д.), - по непосредственному назначению (пускового воздуха, гаражные, тормозные и. д.) По производительности каждый тип компрессоров имеют свою классификацию. Например, поршневые компрессоры классифицируются: Микропроцессоры – производительность до 10 дм 3 /с; малой производительности – от 10 до 100 дм 3 /с; средней – от 100 до 1000 дм 3 /с; большой – свыше 1000 дм 3 /с. По конечному давлению различают : вакуум компрессоры – машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного и нагнетают до атмосферного и выше; газодувки – машины, предназначенные для нагнетания газа при давлении до 0,3 МПа; компрессоры низкого давления – предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,3 до 1,2 МПа, среднего – от 1,2 до 10 МПа, высокого - от 10 до 100 МПа, сверхвысокого давления - предназначенные для сжатия газа свыше 100 МПа. По системе охлаждения: без искусственного охлаждения; с воздушным охлаждением; с внутренним водяным охлаждением; с внешним охлаждением в одном, двух и т. д. промежуточных охладителях; охлаждаемые впрыскиванием жидкости. По типу приводного двигателя: с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания или паровой или газовой турбины (турбокомпрессор). Для удобства монтажа и уменьшения габаритов компрессорной установки двигатель и компрессор часто объединяют в одном агрегате. Для этой цели применяют фланцевые электродвигатели или электродвигатели, ротор которых насаживается на вал компрессора. По условиям эксплуатации: стационарные (с массивным фундаментом и постоянным обслуживанием); передвижные (перемещаемые при эксплуатации, иногда без постоянного обслуживания); автономные (с собственными вспомогательными системами, включенными в состав агрегата); По принципу действия. Под принципом действия понимают совокупность физических явлений, используемых для повышения давления газа, и способа подвода энергии к газу. По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и динамические (лопастные). По конструктивному признаку объёмные компрессоры подразделяются на поршневые и роторные, а лопастные – на центробежные и осевые. Для получения высоких давлений при небольшой производительности используют компрессоры объемного типа (исключая компрессоры Рутса), а для получения больших расходов при относительно малом давлении — компрессоры динамического типа. Объемные компрессоры: возвратно-поступательного действия (поршневой и мембранный) и ротационные (пластинчатые, винтовые, Рутса) В объемных компрессорах, работающих по принципу вытеснения, воздух замыкают в рабочей камере и затем уменьшают ее объем, после чего рабочая камера соединяется с отводящим (нагнетательным) трубопроводом. Поршневой компрессор Рис. 1. Поршневой компрессор:1- всасывающий клапан; 2 – цилиндр; 3 - поршень; 4 - приводной вал; 5 - кривошипно-шатунный механизм; 6 – крышка; 7 – нагнетательный клапан. Для увеличения производительности иногда применяют поршневые компрессоры двойного действия (рис. 2). Мембранный компрессор В мембранном компрессоре процесс получения сжатого воздуха происходит в принципе так же, как и в поршневом, стой лишь разницей, что в нем подвижной поршень заменен жестко закрепленной гибкой мембраной . Замкнутый объем изменяется за счет деформации мембраны при возвратно-поступательном движении штока. Рис. Мембранный компрессор:1-впускной (всасывающий) клапан; 2- нагнетательный клапан; 3-копус головки; 4-мембрана; 5-соеденительный шток; 6-коленчатый вал; 7-шатун; 8-вал электродвигателя. Принцип действия мембранного компрессора заключается в том, что сжатие воздуха происходит за счет движения пластины, которая приводится в движение шатуном. При движении пластины (мембраны) вниз, создается разряжение, открывая впускной клапан. При достижении мембраной нижней точки клапан закрывается и начинается процесс сжатия. Далее - пластина поднимается, и, как только в полости сжатия достигнуто максимальное давление открывается нагнетательный клапан. После того, как сжатый воздух будет вытеснен из полости сжатия (верхняя точка мембраны), клапан закрывается. Ротационные компрессоры В их конструкции отсутствуют клапаны и кривошипно-шатунный механизм. Ротационный пластинчатый компрессор. Рис. Пластинчатый (шиберный) компрессор: 1 – статор; 2 – подвижные пластинки; 3- ротор. В радиальных пазах ротора размещены подвижные пластины, которые под действием центробежной силы при вращении ротора выдвигаются из пазов и плотно прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности статора. Вращающиеся пластины делят пространство между ротором и статором на рабочие камеры, объем которых меняется по мере вращения ротора. За один оборот ротора объем рабочих камер вначале увеличивается (при этом пластины выдвигаются из пазов), а затем уменьшается (при этом пластины задвигаются в пазы). Рис. Пластинчатый компрессор: 1 - корпус; 2 ротор; 3 - пластина; 4 камера сжатия; 5 - охлаждающая рубашка; 6. 7 - всасывающий и нагнетательный патрубки. Винтовой компрессор. В винтовых компрессорах рабочие камеры образуются корпусом и двумя винтообразными роторами, связанными между собой парой цилиндрических шестерен и имеющими зубья различные профиля. При вращении ведущего ротора его зубья входят в зацепление с зубьями на ведомом роторе и вытесняют находящийся в камерах сжатый газ, перемещая его в продольном направлении. Рис. . Винтовой компрессор: 1 - корпус; 2, 3 - ведущий и ведомый винтовые роторы; 4 - шестерни. Компрессор Рутса Рис. Компрессор Рутса: 1- спрофилированные вытеснители; 2 - шестерни; 3 – корпус. Рабочими органами такого компрессора служат два синхронно вращающихся специально спрофилированных вытеснителя. Воздух, попадая в рабочие камеры, образованные между вытеснителями и корпусом , переносится из зоны всасывания в зону нагнетания. Рабочие органы не находятся в зацеплении друг с другом, а синхронизация их вращения осуществляется шестернями, расположенными в специальном отделении корпуса и находящимися в зацеплении между собой. Динамические компрессоры В динамических компрессорах воздух поступает на рабочий орган, сообщающий ему кинетическую энергию, которая на выходе компрессора преобразуется в потенциальную. Центробежный компрессор В центробежных компрессорах (турбокомпрессорах) основным элементом конструкции служат расположенное в спиральном отводе 2 рабочее колесо 1, представляющее собой диск со специально спрофилированными лопатками В центробежном компрессоре (рис.8.) со спиральным кожухом перемещаемая среда, двигаясь в осевом направлении через всасывающий коллектор, попадает на вращающееся рабочее колесо, снабженное лопатками, изменяет направление своего движения к периферии колеса, закручивается в направлении вращения, поступает в спиральный кожух и затем через отверстие выходит из нагнетателя. Рабочее колесо сидит на валу и приводится во вращение приводом. Вал вращается в подшипниках, укрепленных на станине или непосредственно на кожухе. Рис. Схема центробежного компрессора: 1 - входной патрубок; 2 - рабочее колесо; 3 – корпус (улитка); 4 - нагнетательный патрубок; 5 - лопатка. Всасываемый воздух поступает в осевом направлении к центру колеса. При вращении ротора лопатки раскручивают воздух и одновременно вовлекают его в относительное движение по образованным ими каналам. Под действием центробежной силы воздух движется от центра колеса к периферии. Таким образом, потоку воздуха сообщается кинетическая энергия, которая при протекании его по специально спрофилированным направляющим и отводящим устройствам преобразуется в энергию давления. Как правило, центробежные компрессоры изготавляют многоступенчатыми, т. е. с несколькими рабочими колесами, устанавливаемыми на одном валу. Требуемая степень сжатия воздуха обеспечивается его последовательной подачей с выхода одного колеса на вход другого. Осевой компрессор Основной конструктивный элемент — вращающийся ротор 1, на поверхности которого укреплены рабочие лопатки 2 Осевой компрессор имеет ротор, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. Рис. 6. Осевой компрессор: 1, 2 - статор и его лопатки; 3, 4 ротор и его лопатки; 5, 6 - направляющий и спрямляющий аппараты; 7 – диффузор (устройство для торможении потока газа и повышения давления); 8, 9 - всасывающий и нагнетательный патрубки. Основными параметрами, характеризующими работу компрессора, являются объёмная подача (исчисляется обычно при условиях всасывания), начальное p 1 и конечное p 2 давления или степень повышения давления ε = p 2 / p 1 , частота вращения n и мощность N на валу компрессора. Основные характеристики компрессорных машин Тип Назначение Подача м 3 / мин Степень повышения давления Частота вращения n, об/мин поршневые Компрессоры 0 - 500 2,5 - 1000 100 - 3000 роторные Компрессоры 0 - 500 3 - 12 300 - 15000 центроежные Компрессоры 100 - 4000 3 - 20 1500 - 45000 осевые Компрессоры 100 - 15000 2 - 20 500 – 20000 Конструкция цилиндрово-поршневой группы компрессора. Наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам поршневые компрессоры; их различают по устройству кривошипно-шатунного механизма (крейцкопфные и бескрейцкопфные), устройству и расположению цилиндров (простого и двойного действия, L-, У- и Ш-образные, горизонтальные и вертикальные, оппозитные, со ступенчатым поршнем и т. д.), числу ступеней сжатия. На рис.1 показаны типовые конструктивные схемы поршневых компрессоров: крейцкопфные (крейцкопф-ползун с шарниром) — с двусторонним всасыванием и бескрейцкопфные — одностороннего всасывания (мощностью до 100 кВт). По расположению цилиндров поршневые компрессоры подразделяют на вертикальные, горизонтальные и угловые. Угловые компрессоры подразделяют на прямоугольные (или L- образные, когда ряды цилиндров расположены вертикально и горизонтально, т. е. угол между их осями составляет 90° ), а также У-образные и Ш-образные — машины с наклонными цилиндрами, установленными У- и Ш-образно. Оппозитные компрессоры представляют собой горизонтальные машины с встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны вала; они отличаются высокой динамической уравновешенностью, меньшими габаритами и массой, и поэтому практически полностью вытеснили традиционный тип крупного горизонтального компрессора. Для машин малой и средней производительности основными являются два типа компрессора: прямоугольный и У-образный. По числу ступеней сжатия различают одно-, двух- и многоступенчатые компрессоры. Многоступенчатое сжатие позволяет уменьшить температуру сжатого газа, увеличить КПД машины, снизить поршневые силы. Рис. 1. Схемы типовых конструкций поршневых компрессоров и двигателей-компрессоров: а) — бескрейцкопфные (одностороннее всасывание): 1 — вертикальный; 2 — У-типа; 3 — Ш-типа; 4 — горизонтальный оппозитный (корпусного типа); 5 — вертикальный со ступенчатым поршнем; 6 — двигатель-компрессор L-типа; 7 — двигатель-компрессор Ш-типа; б) — крейцкопфные (с двусторонним всасыванием): 1 — в одну линию; 2 — L-типа; 3 — У-типа; 4 — Ш-типа; 5 — горизонтальный оппозитный; 6 — горизонтальный со ступенчатым поршнем; 7 — двигатель- компрессор L-типа Принципиальная схема компрессор Рис. Схема поршневого компрессора простого действия: 1- цилиндр; 2 - поршень; 3 - приемный рабочий клапан; 4 - нагнетательный рабочий клапан 4. Кривошипно-шатунная система: 5 - шток; 6 – крейцкопф; 7 – шатун; 8 - кривошипа. Индикаторная диаграмма компрессора, графически показывает зависимость давления газа или пара в цилиндре от его объема. При движении поршня слева направо давление газа в цилиндре становится меньше давления р1. Под действием разницы давлений открывается всасывающий клапан, и цилиндр заполняется газом. На индикаторной диаграмме процесс всасывания изображается линией da. Дойдя до крайнего правого положения, поршень начинает двигаться в обратном направлении, всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие газа (линия ab). Давление будет увеличиваться до тех пор, пока оно не превысит р2. Тогда под действием разности этих давлений открывается нагнетательный клапан, и сжатый газ выталкивается из цилиндра (линия bc). Поршень не может доходить вплотную до крышки цилиндра и между ними всегда остается пространство, которое называется «мертвым». В этом пространстве остается газ, который расширяется при движении поршня слева направо (линия cd). Нагнетательный клапан при этом закрывается. рис. Схема и индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора. Рис. 2. Поршневой компрессор двойного действия Компрессор, выполненный по такой конструктивной схеме, имеет две рабочие камеры при одном поршне, а всасывающие и нагнетательные клапаны установлены в обеих крышках. При ходе поршня вниз в верхней рабочей камере происходит процесс всасывания, а в нижней — процесс нагнетания. При движении поршня вверх сжатый воздух подается в напорную линию из верхней рабочей камеры, в то время как процесс всасывания осуществляется в нижней. Производительность компрессора двойного действия практически в два раза выше производительности компрессора традиционной конструкции при одинаковых объемах рабочих камер. Рис. 3. Двухступенчатый поршневой компрессор Всасываемый воздух предварительно сжимается в первой ступени 1, проходит промежуточное охлаждение, а затем подвергается сжатию во второй ступени 3. Увеличение степени сжатия воздуха обеспечивается тем, что объем рабочей камеры второй ступени меньше, чем первой. Необходимость охлаждения сжатого воздуха возникает в связи с интенсивным нагревом воздуха в процессе сжатия (в соответствии с законом Гей-Люссака), особенно если степень сжатия значительна. Чтобы избежать этого, в конструкцию компрессора вводят охладитель 2. Схема и принцип действия поршневых компрессорных установок. 1 — всасывающее устройство; 2 — фильтр; 3 — первая ступень компрессора; 4 — вторая ступень компрессора; 5 — межступенчатый холодильник; 6 — концевой холодильник; 7 — влаго–маслоотделитель; 8 — ресивер; 9 — магистральный вентиль; 10 — пусковой вентиль; 11 — выпускной вентиль; 12 — сборный бак; 13 — магистраль. Поршневой компрессор, приводимый в движение электродвигателем, через воздухозаборное устройство (1) засасывает атмосферный воздух. Пройдя по прямому участку трубопровода, воздух попадает в фильтр (2), где очищается от примеси атмосферной влаги и пыли. Далее, проходя через всасывающий трубопровод, воздух попадает в первую ступень компрессора (3). После сжатия, через обратный клапан и промежуточный трубопровод, воздух нагнетается в межтрубное пространство промежуточного охладителя (5). Из охладителя воздух всасывается второй ступенью компрессора (4) и через нагнетательный трубопровод подается в межтрубное пространство концевого охладителя (6). После охлаждения воздух поступает в водомаслоотделитель (7) и далее в воздухосборник (8), предназначенный для снижения пульсации воздуха и резервировании его части. Из воздухосборника воздух по магистральному трубопроводу (13) поступает в воздушную сеть предприятия и к потребителю. Через продувочный бак (12) осуществляется слив конденсата из концевого охладителя и водомаслоотделителя. Cхема компрессорной установки должна содержать: а) предохранительные клапана (сброс излишка воздуха); б) запорные задвижки (предназначены для переключений, отключений, вывода в ремонт элементов компрессорной установки); в) обратный клапан (предназначен для избежание утечек воздуха из сети при отключении компрессора); г) разгрузочный вентиль (предназначен для сброса воздуха и облегчения пуска компрессорной установки) Устройство и назначение основных деталей и узлов компрессоров. Все поршневые компрессоры состоят из аналогичных по назначению деталей и сборочных единиц. Рама (станина) – базовая деталь компрессора на которой располагаются детали крипошипно-шатунного механизма, цилиндры, направляющие крайцкопфов и все вспомогательные узлы. Рама осуществляет внутреннюю силовую связь меду цилиндрами и коренными подшипниками, поэтому должна обладать достаточной прочностью и жесткостью. Цилиндры компрессоров выполняют с воздушным или водяным охлаждением. Цилиндра должны быть жесткими. Их деформация усиливает износ рабочей поверхности зеркала цилиндра, поршня и поршневых колец и вызывает необходимость в увеличении зазора между поршнем и цилиндром. Поршень – подвижная деталь машины, плотно перекрывающая поперечное сечение цилиндра и перемещающаяся в направлении его оси. В компрессорах применяются тронковые, дисковые и дифференциальны поршни. Поршневые кольца предназначены для уплотнения зазора между поверхностями цилиндра и поршня, а также для отвода тепла от поршня в стенки цилиндра. Сальник ( сальниковое уплотнение) – деталь машин, герметизирующая зазор между подвижной и неподвижной частями машина ( например, между штоком и крышкой цилиндра). Клапан – механизм управления расходом газа. В компрессорах применяют различные типы и конструкции самодействующих клапанов: кольцевые, полосовые прямоточные и др. На каждом цилиндре компрессора устанавливают всасывающие и нагнетательные клапаны. Шатун – деталь кривошипно-шатунного механизма, передающая движение поршня или крейцкопфа на кривошип коленчатого вала. Крейцкопф – деталь кривошипно-шатунного механизма, скользящая в прямолинейных направляющих и прочно связанная со штоком поршня и шарнирно с шатуном. Коленчатый вал – вращающее звено кривошипно-шатунного механизма, состоящее из нескольких соосных коренных шеек, опирающихся на подшипники или нескольких колен, каждое из которых составлено из двух щек и одной шейки, соединенной с шатуном Производительность компрессора. Коэффициент полезного действия компрессора. Различают объемную производительность V – объемный расход газа на выходе из компрессорной установки (м 3 /с, м 3 /мин, м 3 /ч) и массовую m (кг/с, кг/мин, кг/ч). Объемная и массовая производительности связаны соотношением m= V , где - плотность газа при температуре и давлении в точке замера производительности. Характеристикой компрессорной установки служит производительность (подача) компрессора, измеренная на выходе из компрессорной установки и пересчитанная на условия всасывания V вс , называемая действительной объемной производительностью. Объемная производительность и действительная производительность связаны соотношением: где Р вс и Т вс – давление и температура всасываемого газа; Р и Т – давление и температура газа на выходе из компрессорной установки в точке замера. Производительность поршневого компрессора определяют по размерам цилиндра первой ступени. Для компрессора простого действия: где - коэффициент подачи (V Т - объем, описываемы поршнем); F- площадь поперечного сечения поршня, м 2 ; S – ход поршня, м; n - число оборотов в минуту. Механический КПД компрессора определяется по формуле Индикаторная мощность N инд – мощность, затрачиваемая на сжатие и перемещение газа во всех ступенях компрессора. Потребляемая компрессоров мощность N потр – мощность измеряемая на валу компрессора, складывается из индикаторной мощности компрессора, мощности потерь на трении во всех узлах компрессора (поршень, поршневые кольца, крейцкопф и т. д.), мощности необходимой для привода вспомогательных агрегатов (масляных насосов и т.д.), Способы регулирования производительности поршневых компрессоров. Автоматическое регулирование производительности компрессора. Оптимальным режимом работы любой компрессорной установки является ее номинальный расчетный режим. В течение одной рабочей смены уровень потребления воздуха может значительно колебаться, поэтому производительность компрессора необходимо регулировать в соответствии с этими изменениями. Есть несколько методов регулирования уровня производительности компрессора, и они сильно разнятся и по затратам на реализацию, и по эффективности. 1.Ступенчатое регулирование производительности Ступенчатое регулирование подразумевает разгрузку цилиндров в многоцилиндровом компрессоре, открытие и закрытие всасывающих каналов винтового компрессора, включение и отключение нескольких компрессоров в многокомпрессорных системах. Этот способ регулирования наиболее простой и удобный. Кроме того, при частичной тепловой нагрузке на систему эффективность компрессора уменьшается незначительно. Данный способ особенно подходит для систем с несколькими многоцилиндровыми поршневыми компрессорами. 2.Регулирование производительности с помощью золотникового клапана Золотниковый клапан — это общепринятое устройство для регулирования производительности винтовых компрессоров. Золотниковый клапан с гидравлическим приводом (масло) перепускает часть газа на линии всасывания мимо компрессора. С помощью золотникового клапана производительность компрессора можно плавно и непрерывно изменять от 100 до 10% от номинальной величины. КПД агрегата при частичной тепловой нагрузке на систему при этом заметно уменьшается. 3.Регулирование производительности путем изменения скорости вращения электродвигателя Этот эффективный способ регулирования производительности применим ко всем типам компрессоров. Изменение скорости вращения привода осуществляется с помощью двухскоростного электродвигателя или преобразователя частоты. Двухскоростной электродвигатель регулирует производительность, вращаясь с высокой скоростью при большой тепловой нагрузке на систему (т. е. в режиме захолаживания) и с низкой скоростью при малой тепловой нагрузке (т. е. в режиме хранения). Преобразователь частоты изменяет скорость вращения электродвигателя в зависимости от фактической тепловой нагрузки на систему. 4.Регулирование производительности путем перепуска горячего газа Этот способ регулирования применим к компрессорам постоянной производительности, в основном, работающих в коммерческих холодильных установках. Для изменения производительности часть горячего газа перепускается из линии нагнетания в линию низкого давления. При этом холодопроизводительность системы уменьшается как из-за снижения подачи жидкого хладагента в испаритель, так и вследствие сброса части тепла в линию низкого давления. Водяное хозяйство компрессоров. Градирни и бассейны для охлаждения воды, их устройства и принцип действия. Фильтры для очистки воды. Для того, чтобы сделать компрессор более экономичным, предусматривают принудительное охлаждение. Основная цель охлаждения - снижение температуры стенок цилиндра с тем, чтобы улучшить условия смазки. Основное количество тепла отнимается у газа в промежуточных холодильниках. Чаще охлаждение бывает водяным, иногда воздушным. В одноступенчатых компрессорах делают охлаждение цилиндров компрессора, в многоступенчатых, кроме того, охлаждают газ в промежуточных холодильниках. Часто после компрессора устанавливают конечные холодильники. Вода, поступающая в холодильник, может идти по проточной системе при достаточном ее количестве или по замкнутой. В последнем случае воду, нагретую в холодильнике, необходимо охлаждать. На рис. 1 показаны системы охлаждения проточная (а) и циркуляционная (б) с брызгальным бассейном. Вода подается для охлаждения цилиндров первой и второй ступеней компрессора (К) и в холодильник (X). Нагретая вода направляется в сборный бассейн. При циркуляционной системе вода нагнетается насосом (Н) к местам охлаждения, а в брызгальном бассейне в систему разбрызгивания. Капли и струи воды охлаждаются воздухом, и охлажденная вода собирается во втором бассейне. Охлаждение воды разбрызгиванием сопровождается большим уносом воды и для своего устройства требует больших площадей. Рис. 1. Проточная (а) и циркуляционная (6) системы подачи воды для охлаждения компрессора Поэтому в некоторых случаях для охлаждения применяются градирни - деревянные башни с решетчатыми перекрытиями. Вода поступает в башню сверху и стекает, разбиваясь на капли. Встречный поток воздуха охлаждает воду. Рис. 2. Открытая водооборотная система охлаждения: многоступенчатого компрессора 1 –маслоохладелитель; 2 – маслонасос; 3 – подшипники; 4 - редуктор; 5 - муфты; 6 – 2-я ступень сжатия; 7 - охладитель; 8 – 2-я ступень сжатия; 9 – насос; 10 – градирня; 11 – вентиляторная градирня. Газ из ступени сжатия 6 поступает в водяной охладитель 7 и далее в ступень 8. Циркуляцию масла в компрессорной установке обеспечивает маслонасос 2. Теплота трения от редуктора 4, муфты 5 и подшипников 3 отводится водой в маслоохладителе 1. После охладителей компрессора вода поступает в открытую градирню 10. В градирне происходит контактный теплообмен воды с окружающим воздухом и одновременно испарительное охлаждение. Воздух в градирне перемещается естественной тягой (башенные градирни) или вентилятором 11 (вентиляторные градирни). Стекающая в нижнюю часть градирни охлаждённая вода возвращается насосом 9 в охладители 1, 7. В установках небольшой мощности вместо градирен иногда используют брызгальные бассейны. Открытые системы охлаждения воды приводят к значительному испарению воды, повышению концентрации солей и отложению их на стенках трубопроводов. В закрытой системе циркуляции воды этого недостатка нет. Градирни являются противоточными с принудительной циркуляцией воздуха. Корпус градирен представляет собой сварную конструкцию коробчатой формы и служит рабочей зоной охлаждения воды. Внутри корпуса расположены: водораспределитель, ороситель и каплеуловитель. Горячая вода из охлаждаемого оборудования по трубопроводу подается к водоохладителю градирен и с помощью форсунок распыляется, равномерно орошая всю поверхность оросителя. Проходя насадку, вода охлаждается идущим ей навстречу воздухом и стекает в резервуар. Рис. 2. Схема градирни: 1 - ороситель, 2 - система водораспределения, 3 - каплеуловитель, 4 - поддон градирни, 5 - вентилятор градирни осевой, 6 - воздухозаборные окна (жалюзи). Охлаждение воды происходит за счет частичного ее испарения и теплообмена с воздухом. Испарившаяся часть воды компенсируется свежей из водопровода. Фильтры для очистки воды от механических примесей. Процесс фильтрования может осуществляться либо на поверхности, либо в глубине фильтрующего материала. Для грубого предварительного фильтрования применяются сетчатые фильтрах (в качестве фильтрующего элемента используются металлические сетки с различными размерами ячеек) и фильтры засыпного типа. Принцип работы засыпных механических фильтров основан на фильтрации вышеуказанных загрязнений через слои зернистых и пористых фильтрующих материалов различной структуры, плотности. Рис. 3. Схема установки для умягчения воды: 1 – катионитовый фильтр; 2 – анионитовый фильтр; 3 – дегазатор; 4 – сборник воды. При прохождении воды через катионит она освобождается от ионов кальция и магния в Н-катионитовом фильтре 1, а затем в анионитовом фильтре 2 из нее удаляются анионы. Далее вода проходит через дегазатор 3, где она освобождается от кислорода и диоксида углерода, и далее через сборник 4 к потребителю. Для регенерации в фильтр 1 подается раствор серной кислоты, в фильтр 2 – гидроксида натрия. Системы непосредственного воздушного охлаждения Хладагентом в газоохладителе 1 и маслоохладителе 2 является окружающий воздух, прокачиваемый через теплообменники вентилятором 3. На рис. 2.2. масло- и газоохладитель объединены в блок охладителей с общим вентилятором. В крупных компрессорных установках таких блоков несколько, каждый с автономным вентилятором. Рис. Системы непосредственного воздушного охлаждения Основной причиной, длительное время препятствующей широкому использованию систем воздушного охлаждения в компрессорных установках (КУ), является низкий уровень теплоотдачи со стороны воздуха, приводящий к резкому увеличению теплопередающей поверхности, т.е. металлоёмкости и размеров аппаратов воздушного охлаждения (АВО). Если последствия роста металлоёмкости очевидны, то рост их размеров в силу специфики компоновки теплообменников с компрессорной установкой требует отдельного рассмотрения. Устройства и назначение теплообменников Теплообменники являются дополнительным элементом оборудования, устанавливаемого после компрессора. Горячий входной воздух проходит через блок охлаждения, где от него отбирается тепло. Обычно охлаждают водой, реже воздухом. Образовавшийся конденсат удаляется циклонным сепаратором. Теплообменник состоит из блока охлаждения, размещенного в стальном корпусе, вентилятора со встроенным электродвигателем (для моделей с воздушным охлаждением) и циклонного сепаратора. Промежуточные теплообменники — это устройства в системе с последовательным многоступенчатым компрессорами. К аппаратам этого типа предъявляются следующие требования. Конструкции должны обеспечивать возможность широкой унификации, должна быть обеспечена возможность чистки трактов обоих теплоносителей, коррозионная стойкость, виброустойчивость элементов конструкции, прочность, неизменность формы теплопередающей поверхности. Наибольшим разнообразием отличаются конструкции трубчатых и кожухотрубных теплообменников. Большинство газоводяных кожухотрубных аппаратов имеет цилиндрический корпус. Трубы заделаны в трубные решетки. Вода подается в трубное пространство, газ - в межтрубное. Это обусловлено относительной простотой очистки внутренней поверхности труб от накипи. Организация нужного режима течения межтрубного теплоносителя достигается установкой перегородок. Рис. Конструкции кожухотрубных теплообменников: а - многоходовой гладкотрубный с поперечными перегородками; б - двухходовой с двумя пучками оребренных труб; в - двухходовой с одним пучком оребренных труб и составной перегородкой Повышение компактности теплообменников требует использования труб малого диаметра. Одним из эффективных и распространенных способов повышения компактности, является оребрение труб. В практике в большинстве случаев осуществляется наружное оребрение, которое выполняется как цельнокатанное, литое, ленточное и насадное Рис. Трубы с наружным оребрением: а - целонакатанная;б - цельнокатанная биметаллическая труба; в - с ленточным оребрением; г - с насадными ребрами. Виды труб - с трубкой, оребренной проволокой; с трубкой оребренной спиралью, навитой из проволоки; с трубкой с кольцевами или спиральными выдавками, обращенными внутрь трубы. Рис. Пример кожухотрубного теплообменника с продольным оребренными трубами: I - вход воды; II - выход воды; III - вход воздуха; IV - выход воздуха; V - продувка. Механическая чистка таких теплообменников от загрязнений невозможна из-за большого числа каналов малого эквивалентного диаметра. Это делает нецелесообразным их использование в открытых водооборотных системах. В газо-водных охладителях низкого и среднего давления открытых водооборотных систем охлаждения компрессоров предпочтение следует отдать кожухотрубным аппаратам с поперечным расположением труб с наружным оребрением при внутритрубном течении воды и межтрубном течении газа. В системах непосредственно Рис. Кожухотрубный газо-водяной охладитель высокого давления Среди газоохладителей высокого давления можно выделить кожухотрубные, змеевиковые и аппараты типа «труба в трубе». Кожухотрубные теплообменники высокого давления (МПа) наиболее целесообразно применять в компрессорных установках большой производительности Наибольшее распространение в качестве газоводяных охладителей ступеней высокого давления получили аппараты типа «трубы в трубе». Выполняются они в виде нескольких параллельных секций, соединенных общими коллекторами. Основное преимущество таких теплообменников - возможность разборки и чистки, недостаток - большие размеры и металлоемкость. Рис. Газоохладитель типа «труба в трубе» Змеевиковые газоохладители используются лишь в ступенях высокого давления, где относительные гидравлические потери оказываются ниже, чем в ступенях низкого давления. Основные требования безопасности при охлаждении компрессорных установок. 1. Вода системы охлаждения компрессорных установок не должна содержать растительные и механические примеси в количестве свыше 40 мг/л. Общая жесткость воды должна быть не более 7 мг-экв/л. Система охлаждения компрессорных установок должна быть оборудована водоочистителями, если отсутствует вода необходимого качества. 2. Для контроля за системой охлаждения на трубопроводах, отводящих нагретую воду от компрессора и холодильников, на видных местах должны устанавливаться: а) при замкнутой системе охлаждения - реле протока со стеклянными смотровыми люками или контрольными краниками с воронками; б) при открытой циркуляционной системе охлаждения - сливные воронки. 3. Для спуска воды из системы охлаждения и рубашек компрессора должны быть предусмотрены соответствующие спускные приспособления. 4. Температура охлаждающей воды, выходящей от компрессора и холодильников, не должна превышать 40° С. 5. Разводка охлаждающей системы трубопроводов в помещении компрессорной установки должна выполняться преимущественно в каналах (туннелях). Размеры каналов (туннелей) должны быть удобными для выполнения ремонтных работ и обслуживания расположенных в них арматуры и трубопроводов охлаждающей системы. Каналы (туннели) должны иметь дренаж. |