10.5.3. Компрессорные установки для сжатого воздуха

На многих участках пивоваренного производ­ства необходим сжатый воздух, который дол-

жен удовлетворять самым разным требовани­ям. Так, на некоторых участках необходимо особо высокое давление и большие массы воз­духа, в то время как на других участках требу­ется сжатый воздух без масляных привесей и свободный от микроорганизмов- вредителей пивовареного производства.

Для снабжения подобных потребителей воздуха необходима компрессорная установ­ка. Так как воздух должен выполнять различ­ные задачи, то сжатый воздух, обеспечение которым стараются по возможности органи­зовать в виде сети сжатого воздуха, обычно подразделяют на:

технологический или стерильный воз­дух;

рабочий воздух, например, для подъемных механизмов разливочного автомата; управляющий воздух, используемый для приведения в действие клапанов.

Самые высокие требования к компрессор­ной установке предъявляет стерильный, сво­бодный от масла технологический воздух. Даже следы масла при попадании в пиво раз­рушают пену. Единственный очаг заражения вредными микроорганизмами может поста­вить под сомнение надежность обеспечения качества пива. Контакт технологического воз­духа с пивом допускается лишь:

для интенсивной аэрации сусла; для аэрации дрожжей после их съема; для опорожнения танков (при соблюдении определенных условий).

Известно, что любые иные контакты воз­духа с пивом недопустимы из-за возможного нарушения стойкости вкуса и аромата.

В использовании рабочего воздуха или воздуха управления клапанами существу­ет несколько задач, например:

рабочий воздух для пневмотранспортиров-ки. Несмотря на высокие энергетические затраты, широкое распространение полу­чило применение сжатого воздуха для уда­ления взвесей и подачи солода. К качеству этого воздуха не предъявляют особых тре­бований;

■ рабочий воздух для пневмоприводов, напри­мер, для приведения в действие захваты­вающих механизмов установок розлива в бутылки и кеги, а также для другой арма­туры.

819

Сжатый воздух или С0₂ под давлением требуются на следующих участках пивоварен­ного производства (см. табл.).

Потребность в расходуемом воздухе со­ставляет, в зависимости от вида используе­мого оборудования от 4 до 10 м³ на 1 гл товар­ного пива, причем от этого количества расхо­дуется:

I от 50 до 60% — в цехе бутылочного розлива; I от 5 до 10% — в цехе розлива в бочки; от 7 до 10% — в системах управления; I остальное — в лагерном и варочном цехах.

Компрессорная установка состоит из:

• воздушного фильтра, очищающего всасываемый воздух от микроорганиз­ мов;

• компрессора, сжимающего всасывае­ мый воздух до необходимого давления;

• охладителя, охлаждающего нагретый в процессе компрессии воздух;

• сушильного аппарата, осушающего охлажденный воздух;

• ресивера, служащего в качестве бу­ ферной емкости;

♦ разветвленной сети трубопроводов.

Последовательность размещения агрега­тов может варьироваться.

Вопреки распространенному в настоящее время мнению о необходимости наличия от­дельной установки для каждой ступени давле­ния, последние результаты научных исследо­ваний [198] показали возможность экономии от 22 до 23% потребляемой электроэнергии, если вместо этого

установить централизованную компрессорную станцию со ступенью давления в 4 бара и получать необходимое повышение давления при помощи небольших локальных дополнительных компрессоров.

Сжатый воздух для транспортировки дро­бины должен вырабатываться отдельным компрессором, рассчитанным на необходи­мую высоту подъема. Этот воздух не требует сушки.

Для возможной продувки ЦКТ и емкостей под давлением при эвакуации СО₂ может быть использована воздуходувка высокого давле­ния (Ризб > 1 бар).

Отдельные компоненты компрессорной установки требуют более подробного рассмот­рения.

10.5.3.1. Компрессоры

В компрессоре происходит сжатие воздуха. При компрессии газ уменьшается в объеме, а давление повышается. За счет уменьшения объема газа неизбежно повышается темпера­тура сжатого газа:

где:

P₁ — давление до компрессии;

Р₂ — давление после компрессии;

V₁ — объем до компрессии;

V₂ — объем после компрессии;

Т₁ — температура до компрессии (К);

Т₂ — температура после компрессии (К);

820

Так как с возрастанием температуры про­должает повышаться и давление, то возника­ет необходимость в последующем охлаждении сжатого воздуха.

С охлаждением воздуха снижается его способность удерживать влагу, и если затем выделяется вода, то это составляет проблему. Поэтому приходится отделять имеющуюся в нем влагу путем дальнейшего охлаждения воз­духа и удалять ее в сушильном аппарате.

Компрессор сжатого воздуха — важней­ший узел всей компрессорной установки.

Во избежание попадания масла в сжатый воздух из системы смазки компрессора в на­стоящее время используют в основном воз­душные компрессоры, работающие без ис­пользования масла, например:

• поршневые компрессоры;

• трехлепестковые двухроторные компрессоры;

• спиральные компрессоры;

• однозубчатые двухроторные компрессоры;

• винтовые компрессоры;

• турбокомпрессоры.

10.5.3.1.1. Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры производятся в на­стоящее время в вертикальном исполнении в виде компрессоров с сухим ходом поршня. Избыточное давление, создаваемое ими на выходе, составляет для:

• одноступенчатой конструкции — до 7 бар;

• двухступенчатой конструкции — от 10 до 12 бар.

Для условий пивоваренного производства приемлемы только компрессоры одноступен­чатой конструкции.

Компрессор с сухим ходом поршня (рис. 10.45) состоит из привода (1), который приво­дится в действие через клиноременную переда­чу от мощного электродвигателя. При помощи сбалансированного коленчатого вала, шатуна и крестовины вращательное движение колен­чатого вала преобразуется в возвратно-посту­пательное движение. Благодаря циркуляции смазочного масла осуществляется смазка все­го механизма коленчатого вала. Шток поршня герметизирован газовым сальником. Конечно, самой важной деталью является поршень, ко­торый за счет возвратно-поступательного дви­жения вдоль цилиндра сжимает газ.

Рис. 10.45. Поршневой компрессор

1 — клиноременной шкив; 2— коленчатый вал; 3— ша­тун; 4— блок цилиндров; 5— поршень с тефлоновыми кольцами; 6— трубопроводдля подвода холодной воды; 7 — всасывающий фильтр с шумоглушителем

Так как при компрессии образуется тепло, его необходимо отводить. Это происходит с по­мощью водяного или воздушного охлаждения.

Поступление воздуха и отведение сжатого воздуха осуществляется автоматическими клапанами на всасывающей и напорной сто­ронах. Этот процесс сопровождается силь­ным шумом и поэтому его пытаются умень­шить за счет предварительного подключения к всасывающему каналу глушителя.

Поршневые компрессоры в настоящее вре­мя все еще остаются самым экономичным обо­рудованием для выработки сжатого воздуха.

10.5.3.1.2. Спиральные компрессоры

Принцип работы спирального компрессора (рис. 10.46) заключается в том, что воздух сжимается с помощью неподвижной спирали

821 ©

а — неподвижная спираль; b — вращающаяся спираль; с — впускное отверстие; d — зона всасывания; е — зона сжатия; f — выпускное отверстие; 1-10 — фазы компрессии

Рис. 10.47.

Вращающие­ся роторы

Спиральные компрессоры работают прак­тически бесшумно и выпускаются в расчете на малую мощность (до 3,7 кВт).

10.5.3.1.3. Однозубчатые двухроторные компрессоры

В этой системе два динамически сбалансиро­ванных вращающихся элемента своеобразной формы (рис. 10.47) вращаются во встречных направлениях, при этом они не соприкасают­ся не только между собой, но и со стенкой кор­пуса. Принцип действия этих вращающихся элементов приведен на рис. 10.48.

Всасывание: воздух попадает в простран­ство сжатия; вспомогательный ротор пере­крывает впуск.

Начало фазы сжатия: впускное и выпуск­ное отверстия закрыты; воздух, находящийся между двумя роторами, сжимается за счет уменьшения пространства, в результате чего давление повышается.

Рис. 10.48. Принцип действия вращающихся роторов

Окончание фазы сжатия: воздух, находя­щийся в замкнутом пространстве, сжат; впус­кное отверстие открыто для повторения про­цесса.

© 822

Ток воздуха: А — впускной воздушный фильтр; В — шумоглушитель на всасывающей стороне; С — воздушный впускной клапан; D — первая ступень сжатия элемент низкого давления); Е — промежуточный охладитель; F — вторая ступень сжатия элемент высокого давления); G — шумоглушитель на выпускной стороне; Н — дополнительный охладитель; I — обратный клапан; J — отделитель конденсата; К — шумоглушитель. Ток масла: L — масляная ванна; N — маслоохладитель;

О — масляный фильтр; Р — байпасный клапан

Выпуск: открывается выпускное отвер­стие, и сжатый воздух устремляется наружу.

Такие компрессоры иногда выполняются одноступенчатыми, но чаще в двухступенча­тыми исполнении с воздушным или водяным охлаждением и мощностью до 55 кВт. На каж­дой ступени компрессии воздух нагревается свыше 100 ° С, так что после каждой компрес­сионной ступени (рис. 10.49) его необходимо охлаждать.