Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Классификация — компрессор

Классификация компрессоров по сжимаемому холодильному агенту ( аммиачные, фреоновые, углекислотные) не всегда оказывается достаточно четкой. Многие унифицированные компрессоры с успехом применяются для различных, иногда не сходных между собой агентов ( аммиак и фреон-22), без всяких или только с небольшими отличиями. Кроме того, число агентов группы фреонов все более растет и требует применения различных компрессоров. Некоторые агенты, например фреон-142, в зависимости от условий работы ( tK) требуют применения компрессоров, рассчитанных на различные давления.
 

Другим признаком классификации компрессоров служит давление всасывания и нагнетания. Отношение абсолютных давлений нагнетания и всасывания называют степенью повышения давления, или степенью сжатия.
 

В основу классификации компрессоров по технологическим признакам должны быть положены конструктивные особенности основной базовой детали машины: рамы, картера, блок-картера. Другие детали компрессора, как, например, цилиндры, поршни, шатуны, большей частью входят в состав унифицированных узлов, применяются в компрессорах различных типов и по этой причине, как правило, не могут характеризовать основные технологические особенности поршневых машин.
 

Другим признаком классификации компрессоров является давление всасывания или нагнетания. Отношение давления нагнетания к давлению всасывания называют степенью повышения давления или отношением давлений.
 

Некоторое распространение имеет классификация компрессоров по областям применения: низкотемпературные ( для / о — 40 С) и транспортные, в частности, судовые компрессоры.
 

В справочнике дана классификация компрессоров по спо-собу их применения, принципу действия и конструктивному использованию, освещены вопросы эксплуатации, ремонта и Монтажа компрессорных установок, а также представлены рекомендации в части выбора типа и числа компрессоров для определенных условий производства.
 

В справочнике дана классификация компрессоров по спо-собу их применения, принципу действия и конструктивному использованию, освещены вопросы эксплуатации, ремонта и монтажа компрессорных установок, а также представлены рекомендации в части выбора типа и числа компрессоров для определенных условий производства.
 

Такое разнообразие областей использования обусловливает очень емкую классификацию компрессоров: от малогабаритных поршневых компрессоров для использования и системах пневматического управления машин до огромных центробежных напорных линейных компрессорных станций магистральных газопроводов. Из общего числа компрессоров различных типов, изготовляемых предприятиями газонефтяного и нефтехимического машиностроения большая доля приходится на поршневые компрессоры.
 

В компрессорах происходит преобразование энергии, подводимой двигателем к валу, в энергию проходящих через них газов. Способ передачи энергии является основой классификации компрессоров по принципу действия.
 

Различные по своему функциональному назначению машины — компрессоры и насосы получаются за счет установки различных цилиндров на унифицированную станину, механизма движения и смазки. Завод считает, что осуществление такой конструктивной преемственности на основе разработки размерно-нормализованного ряда позволяет не только достигнуть резкого увеличения серийности наиболее трудоемких деталей и узлов, но также значительно сократить сроки освоения и увеличить выпуск компрессоров и насосов с тех же площадей. Этому также способствует унификация узлов машин существующей номенклатуры. Нормализационное направление в специализации машиностроительных заводов может быть осуществлено в первую очередь за счет отхода от традиционных методов классификации компрессоров по типам — по функциональному назначению.
 

Забор всасывание и очистка воздуха

2-47. Забор (всасывание) воздуха воздушным компрессором должен производиться снаружи помещения компрессорной станции на высоте не менее 3 м от уровня земли.
Для воздушных компрессоров производительностью до 10 м3/мин, имеющих воздушные фильтры на машине, допускается производить забор воздуха из помещения компрессорной станции.
2-48. Для очистки всасываемого воздуха от пыли всасывающий воздухопровод компрессора должен быть оборудован фильтром, защищающим от попадания в него атмосферных осадков.
Конструкция фильтрующего устройства должна обеспечивать безопасный и удобный доступ к фильтру для его очистки и разборки.
Фильтрующее устройство не должно деформироваться и вибрировать в процессе засасывания воздуха компрессором.
2-49. Фильтрующие устройства могут быть индивидуальными или общими для нескольких компрессоров. В последнем случае для каждого компрессора должна быть предусмотрена возможность отключения его (в случае ремонта) от общего всасывающего трубопровода.
2-50. Для предприятий горнодобывающей промышленности и других предприятий, где возможна большая запыленность всасываемого воздуха, компрессорные установки должны быть оборудованы фильтрами заводского изготовления.

Стационарная компрессорная установка

В настоящее время действуют Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов, утвержденные Госгортехнадзором СССР 7 декабря 1971 г. См.
 

В настоящее время действуют Правила устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов, утвержденные Госгортехнадзором СССР 7 декабря 1971 г. См.
 

В настоящее время действуют Правила устройства и безопасной эксплу-ации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и гааопро-дов, утвержденные Госгортехнадзором СССР 7 декабря 1971 года.
 

Огевые компрессоры и турбокомпрессоры целесообразно применять в передвижных или стационарных компрессорных установках для создания давлений сжатого воздуха от 0 5 до 10 ати в производствах, потребляющих воздух более 500 мв / мин.
 

Применение пневматических молотков невозможно, если на строительной площадке нет стационарной компрессорной установки, и нецелесообразно, если она удалена от рабочего места и поэтому необходимо транспортировать довольно тяжелые передвижные компрессоры или прокладывать длинный трубопровод сжатого воздуха.
 

Питание сжатым воздухом может осуществляться от заводской сети или от стационарной компрессорной установки, состоящей из компрессоров, воздушных резервуаров и воздухопровода. Поскольку сжатый воздух, используемый для окраски, содержит влагу, минеральные масла и другие вещества, его следует очищать от этих примесей. Для этой цели применяют масловодоотделители, техническая характеристика которых приведена в гл. Для очистки поверхности могут быть применены пескоструйные аппараты различной конструкции и механизированный инструмент. Окраска и сушка аппаратуры проводятся в распылительной и сушильной камерах, оборудованных вентиляционным агрегатом. Выбор камер зависит от габаритов окрашиваемой аппаратуры.
 

Содержание воздухопроводов и газопроводов должно соответствовать Правилам устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов, утвержденным Госгортехнадзором.
 

Сжатый воздух в цилиндры опрокидывания подается от компрессора локомотива или от стационарной компрессорной установки. Открывание бортов принудительное — при помощи механизма, смонтированного в лобовых стенках кузова и сблокированного с ним таким образом, что борт со стороны выгрузки открывается вниз, а с противоположной стороны остается в закрытом положении.
 

Содержание воздухопроводов и газопроводов должно соответствовать Правилам устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов, утвержденным Госгортехнадзором.
 

О: евые компрессоры и турбокомпрессоры целесообразно применять в передвижных или стационарных компрессорных установках Для создания давлений сжатого воздуха от 0 5 до 10 ати в производствах, потребляющих воздух более 500 м3 / лшн.
 

Компрессорную установку должно обслуживать в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов лицо с группой по электробезопасности не ниже III, закрепленное за этой установкой.
 

В соответствии с утвержденными Госгортехнадзором СССР 7.12.71 Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов температура воздуха после каждой ступени сжатия компрессора не должна быть выше 170 С для общепромышленных компрессоров и выше 180 С для компрессоров технологического назначения. Однако и в СССР и за рубежом применяют более теплонапряженные поршневые компрессоры с температурой нагнетания до 220 С к выше.
 

Компрессорную установку должно обслуживать в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов, лицо с группой по электробезопасности III, закрепленное за этой установкой.
 

Компрессорную установку должно обслуживать в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации стационарных компрессорных установок, воздухопроводов и газопроводов лицо с группой по электробезопасности не ниже III, закрепленное за этой установкой.
 

Какие недостатки изотермического сжатия газа в компрессоре

10.
Наличие какого оборудования обязательно
при многоступенчатом сжатии?

Для
получения газа высокого давления
используют многоступенчатые комп­рессоры,
представляющие собой несколько
последовательно соединенных одноступенчатых
компрессоров. Между отдельны­ми
ступенями устанавливают теплообменники,
обеспечивающие охлаждение газа, сжатого
в предыдущей ступени. Промежуточное
охлаждение газа в холодильнике дает
су­щественный выигрыш в работе.

11.
К чему приводит наличие вредного
пространства в компрессоре?

Поршень не может
доходить в левое крайнее положение
вплотную до крышки цилиндра и поэтому
между поршнем и крышкой цилиндра всегда
остается объем. В частности из-за наличия
сжатого газа во вредном пространстве
при движении поршня всасывающий клапан
открывается ниже среднего давления в
патрубке на индикаторной диаграмме. То
же самое относится к работе нагнетательного
клапана, который открывается при давл.
несколько больше чем среднее давл. В
патрубке на диаграмме

12.
От чего зависит объемный коэффициент
компрессора?

От
чего зависит объемный коэффициент
компрессора

Отношение
объема всасываемого газа V_в
к объему описываемому поршнем V_hназ
объемным коэф.

λ_v
= V_b/
V_h

λ_v=
1-a(π_k1/n-1)
гдеπ_k—степень
повышения давления

a=V_m/V_h—
отношение объема мертвого пространства
V_mк
объему описываемому поршнемV_h
относительный объем мертвого пространства.

При
повышении π_k
и a=constλ_vпонижается.

13.
Как повлияет на коэффициент подачи
увеличение показателя политропы
расширения?

Как
повлияет коэф. подачи увеличение
показателя политропы расширения *

Коэф.
подачи λ=V_д/V_t

V_д-действительная
подача

V_t-теоретическая
подача

14.
Как повлияет на коэффициент подачи
уменьшение показателя политропы
расширения?

15.
Как определяется относительный внутренний
КПД компрессора?

Относительный
внутренний КПД компрессора – КПД,
учитывающий все внутренние потери
компрессорных машин, кроме потерь
механических и потерь, связанных с
утечками газа через уплотнения.

i–процесс;

– работа в обратимом процессе сжатия;

– работа, затраченная в действительном
процессе сжатия.

16.
Как определяется механический КПД
компрессора?

17.
Почему не используется цикл Карно для
ДВС и ГТУ?

Цикл
Карно состоит из четырех термодинамических
процессов: двух изотерм (Т = idem)
и двух адиабат:
.

18.
Принципиальное
отличие термодинамических циклов ДВС
и ГТУ?

При
исследовании термодинамических
(теоретических) циклов
тепловых двигателей предполагается,
что:

1)
рабочим
телом является идеальный газ;

2)
количество
рабочего тела на всех стадиях цикла не
изменяется ;

3)
теплоемкость
рабочего тела постоянна;

4)
на
всех стадиях цикла рабочее тело химически
не изменяется;

5)
процессы
наполнения и выпуска рабочего тела
отсутствуют;

6)
процесс
горения топлива заменяется подводом
теплоты к рабочему телу от нагревателя,
а процесс охлаждения продуктов сгорания
— отводом теплоты от рабочего тела к
холодильнику, причем
.

По
способу подвода теплоты, циклы поршневых
двигателей внутреннего сгорания (ПДВС)
делятся на три
группы:

1) цикл
с подводом теплоты при постоянном объеме
(v
= idem),
называемый циклом Отто;

2) цикл
с подводом теплоты при постоянном
давлении (р
=
idem),
называемый циклом Дизеля;

3)
цикл со смешанным подводом теплоты (v
= idem,
p
= idem),
называемый циклом Тринклера или Сабатэ.

Газотурбинным
двигателем (ГТД)
называется ТД, в котором процессы,
образующие цикл, происходят в различных
элементах двигателя: осевом ком­прессоре,
одной или нескольких камерах сгорания
и одной или нескольких га­зовых
Турбинах, а в ДВС процессы образующие
цикл происходят в одном элементе
двигателя!

Газотурбинные
двигатели подразделяются на газотурбинные
установки (ГТУ),
используемые, в частности, в качестве
энергопривода центробежных на­гнетателей
на компрессорных станциях магистральных
газопроводов, и турбо­реактивные
двигатели (ТРД),
применяемые в авиации.

По
способу
подвода теплоты циклы
ГТУ делятся на две
группы:

1) цикл
с подводом теплоты при постоянном объеме
(v
= idem)
или цикл Гем­фри;

2) цикл
с подводом теплоты при постоянном
давлении (р
=
idem)
или цикл Брайтона.

Винтовой компрессор

Винтовой компрессор ( рис. 111 — 26) работает также на принципе изменения объема камер, обра-чованных зубьями двух роторов. Два винтовых ротора пращаются в разных направлениях.
 

Винтовые компрессоры относятся к классу агрегатов, повышающих давление сжимаемого газа за счет уменьшения объема рабочей полости компрессора в цикле процесса сжатия. Степень сжатия газа в компрессоре, определяемая формой, гагащадыо и относительным расположением контуров всасывающих и нагнетательных окон, шагами спиралей зубьев и впадин на роторах и длиной роторов, а также значением зазоров между роторами, между роторами и стенками корпуса, называется внутренней. Изменение степени сжатия газа в регулируемом винтовом компрессоре достигается с помощью золотникового устройства, изменяющего площадь и форму нагнетательного окна. На практике используют винтовые компрессоры, имеющие подачу при нормальных условиях от 6 3 до 400 м3 / мин и степень сжатия газа в одной ступени до пяти.
 

Винтовые компрессоры отличаются отсутствием функциональной связи между их подачей и степенью сжатия газа; высоким совершенством процесса сжатия газа вследствие того, что не происходит соприкосновения и трения роторов, незначительных газодинамических потерь давления газа на входе и выходе ( так как отсутствуют клапаны и мертвые пространства); малой пульсацией газового потока; прямым направлением движения газа; быстроходностью.
 

Винтовые компрессоры могут быть двух типов: сухого сжатия и маслозаполненные. В машинах сухого сжатия газ охлаждается с помощью рубашек в корпусе компрессора, а также промежуточного и концевого холодильников. В маслоза-полненных компрессорах газ охлаждают впрыскиванием масла или воды в рабочие полости винтов.
 

Винтовые компрессоры имеют существенные преимущества перед другими типами машин и в последнее время находят значительное распространение. Специальным конструкторским бюро компрессоростроения ( г. Казань) проведен анализ целесообразности замены поршневых компрессоров винтовыми. Оказалось, что при производительности 10 — 40 м3 / мин экономически выгодны винтовые компрессоры с масляным впрыскиванием, а при производительности 63 — 100 м3 / мин — сухого сжатия.
 

Винтовые компрессоры могут быть одно -, двух — и трехро-торными. В зависимости от способа уплотнения полости сжатия различают сухие и маслозаполненные винтовые компрессоры. В холодильной технике применяют преимущественно маслозаполненные двухроторные компрессоры.
 

Винтовые компрессоры имеют ряд существенных преимуществ перед другими типами компрессорных машин.
 

Винтовые компрессоры состоят из небольшого числа основных деталей: корпуса, винтов, подшипников, уплотнений, соединительных шестерен. На рис. 1 — 9 изображены основные узлы винтового компрессора.
 

Винтовые компрессоры имеют значительные преимущества перед другими типами машин и за последнее время находят значительное распространение. Специальным конструкторским бюро компрессоростроения ( г. Казань) проведен анализ целесообразности замены поршневых компрессоров винтовыми. При производительности от 10 — 40 м3 / мин экономически выгодными оказались винтовые компрессоры с масляным впрыскиванием, а при производительности 63 — 100 м3 / мин — винтовые сухого сжатия.
 

Винтовой компрессор является роторной установкой, имеющей очень малые зазоры между роторами и между концами лопаток ротора и корпусом. Поэтому в процессе технического обслуживания и ремонта винтового компрессора необходимо помнить, что это высокопрецизионная машина.
 

Винтовой компрессор работает в относительно широком ( по сравнению с поршневыми и центробежными) диапазоне давлений без заметного снижения производительности. Диапазон производительности винтовых компрессоров постоянно расширяется в сторону как больших, так и малых значений.
 

Винтовые компрессоры обычно работают при сравнительно небольших давлениях, которые ограничиваются в основном перепадом давлений между линиями нагнетания и всасывания. Максимально допустимый перепад доходит до 1 2 МПа для компрессоров сухого сжатия и до 2 0 МПа — для маслозаполненных.
 

Степень — сжатие — компрессор

Степень сжатия компрессоров при этом определяется давлением во входном и выходном газопроводах станции. В этом случае управляющее воздействие ДКС — положение регуляторов производительности и давление воздуха, поступающего в головку механизма регулятора, частота вращения вала газомотокомпрессора — являются функциями Gn и могут быть функционально связаны с характеристикой системы.
 

Степень сжатия компрессора двукратная, а это значит, что если за один прием необходимо поднять давление в малолитражных баллонах до 150 ати, то в большом баллоне, из которого отбирается кислород, давление не должно быть ниже 75 ати.
 

Степень сжатия компрессоров изменяется от 1 5 до 2 75 в зависимости от типа хладагента и частоты вращения ротора.
 

Выбор же степени сжатия компрессоров определяет расход энергии на сжатие газа.
 

Число ступеней и степень сжатия компрессора определяется в зависимости от задаваемых начального и конечного давлений, при условии максимальной температуры в конце сжатия не более 180 при использовании естественного газа и 200 при использовании воздуха.
 

С уменьшением оборотов двигателя степень сжатия компрессора первого контура снижается примерно так, как у исходного одноконтурного ТРД.
 

Для сглаживания пульсаций давления каждая степень сжатия компрессора комплектуется двумя буферными емкостями: на линиях всасывания и нагнетания.
 

На рис. 5.2 представлено изменение степени сжатия компрессора и степени расширения турбины по числу оборотов.
 

Анализ уравнений, определяющих величину степени сжатия компрессора, позволяет сделать вывод, что на нее влияют следующие режимные факторы: приведенный коэффициент эжекции компрессора п У О, приведенная скорость газа Ki в выходном сечении активного сопла и перепад давления р0 в активном сопле.
 

На рис. 5.12 приведены кривые изменения степени сжатия компрессора и степеней расширения газа в турбинах высокого давления и низкого давления.
 

Изменение числа оборотов сказывается на расходе воздуха и степени сжатия компрессора. Увеличение числа оборотов при постоянных условиях всасывания увеличивает объемную производительность компрессора пропорционально скорости вращения.
 

3.3. Рабочие параметры турбокомпрессоров. Помпаж

Методика определения рабочих параметров
ТК представлена на рис. 7.6.

Известны характеристика компрессора
(при n=const)
и характеристика сети с открытой
задвижкой на нагнетании (с сопротивлениемs₁).

На характеристику ТК наложим характеристику
сети. Точка пересечения характеристик
(точка а)определяет рабочий режим
системы. Координаты этой точки и есть
рабочие параметры компрессора –P_аиQ_а.

При правильном выборе компрессора под
заданную сеть точка адолжна совпадать
или быть вблизи расчетной точки. В таком
случаеQ_а=Q_раси.

Если начать прикрывать задвижку 5, то
сопротивление сети начнет возрастать
(s₁s₂s₃)
и рабочая точка начнет перемещаться по
характеристике ТК влево. При этом
производительность компрессора будет
снижаться (Q_а>Q_б>Q_ви т.д.), а развиваемое давление будет
расти (P_аP_бP_ви т.д.).

Рис. 7.6. Характеристики турбокомпрессора
и сети работающих совместно: а – диаграммы
характеристик ТК и сети; б – схема
системы воздухоснабжения: 1 – воздухозабор;
2 – дроссельная заслонка на всасывании;
3 – турбокомпрессор; 4 – автоматический
противопомпажный клапан; 5 – задвижка
на нагнетании; 6 – коллектор сжатого
воздуха у потребителя

В какой-то момент рабочая точка достигнет
критической (точка к), в которой
давление достигает максимумаP_макс,
а производительность минимумаQ_мин.
При дальнейшем увеличенииsнаступаетпомпажный режим. Он
заключается в следующем.

Если еще увеличить сопротивление сети
(например, s₄),
характеристика сети пройдет левее
критической точкик (рабочая точкаг). Компрессор начнет развивать
давление меньше, чем установилось ранее
в сети, т.е.P_гP_к.
Воздух перестанет поступать из
компрессора в сеть, так как не сможет
преодолеть противодавления. В результате
расход упадет до нуля, т.е. рабочая точка
переместится в положениед. Это так
называемый холостой ход,P_д– давление холостого хода.

Через некоторое время давление в сети
упадет из-за потребления воздуха и оно
станет меньше, чем P_д.
Компрессор возобновит подачу с этим
давлением. Рабочая точка переместится
в положениеена характеристике ТК.
Поскольку сеть не способна пропустить
расходQ_епри давленииP_ена входе, то рабочая точка начнет быстро
перемещаться влево, достигнет положенияги все повторяется.

Появляется пульсационный режим подачи.
Амплитуда и частота пульсаций будет
зависеть от величины развиваемого
давления и аккумулирующей способности
сети.

Это явление называется помпажом.
Такой режим работы может за несколько
секунд разрушить компрессор и поэтомунедопустим. Для его предотвращения
устанавливают специальный автоматический
противопомпажный клапан, который в
нужный момент открывается и выпускает
излишки воздуха из сети.