Принципы устройства и основные характеристики компрессорных установок.

Компрессоры впервые стали применяться в европейской промышленности в середине 19 века, в России же начали использовать компрессоры и компрессорные установки в начале 20 века. Область применения компрессорной техники - технологические процессы химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, металлургической, пищевой промышленности и ряде других отраслей.

Компрессор (компрессорный агрегат)- устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением.

Компрессорная установка - собственно компрессор, главный и вспомогательные приводы, оборудование, аппаратура, трубопроводы, система контроля и автоматики, обеспечивающие устойчивую работу компрессорной установки с заданными параметрами.

Компрессорная станция – это совокупность компрессорной установки и технологического помещения со всем вспомогательным оборудованием.

Компрессоры классифицируют:

1. По характеру режима сжатия воздуха и виду используемых при этом машин:

- статические, в которых используются поршневые, ротационные и винтовые системы;

- динамические, с турбомашинами радиального и осевого типов, вихревые.

2. По конструктивному исполнению, включающему:

- вид первичной силовой установки (электродвигатель, двигатели внутреннего сгорания карбюраторного или дизельного типа);

- число ступеней сжатия воздуха (одно-, двухступенчатые);

- вид используемой системы охлаждения (масляная, воздушная);

- возможности передвижения (стационарные, передвижные, в том числе прицепные одноосные и двухосные);

- общую компоновку узлов, отражающую место монтажа силового оборудования (на раме, на ресивере);

- расположение ресивера (горизонтальное, вертикальное);

- степень комплектации аппаратурой (воздухо-подготовительной, контроля и безопасности).

3. По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры:

поршневые;

ротационные;

центробежные;

осевые;

струйные;

мембранные.

4. По применимости в газовой (рабочей) среде компрессоры разделяют на:

- газовые - для сжатия любого газа или смеси газов, кроме воздуха; в зависимости от вида газа они называются кислородными, водородными, аммиачными и т. д.;

- воздушные - для сжатия воздуха; значительную группу таких компрессоров составляют компрессоры общего назначения, предназначенные для сжатия атмосферного воздуха до давления 0,8 - 1,5 МПа (8 – 15 атм) и выполненные без учета каких-либо специфических требований;

- циркуляционные - для обеспечения циркуляции газа в замкнутом технологическом контуре;

- многоцелевые (специальные) - для попеременного сжатия различных газов;

- многослужебные (специальные) - для одновременного сжатия различных газов.

5. По создаваемому давлению компрессоры разделяют на:

- низкого давления - от 0,3 до 1 атм;

- среднего давления - до 10 атм;

- высокого давления - выше 10 атм.

6. По производительности (то есть объёму всасываемого или сжатого газа в единицу времени, обычно в м³/мин) и другим признакам (в частности по частоте оборотов и потребляемой мощности).

Основными техническими характеристиками компрессоров являются:

- величина создаваемого давления сжатого воздуха (атм, bar);

- производительность по всасыванию или по нагнетанию (м³/мин, л/мин, л/сек);

- мощность первичной силовой установки (кВт);

- габариты и масса компрессора.

Основное назначение компрессоров состоит в сжатии газов и перемещении их к потребителям по трубопроводной системе.

Компрессоры могут быть объемными, лопастными и струйными.

Из объемных наибольшее распространение имеют поршневые, из лопастных – центробежные компрессоры. Применяются также зубчатые, пластинчатые, осевые и струйные компрессоры.

Поршневые компрессоры обычно применяют в тех случаях, когда необходимо обеспечить большое давление при малой производительности, а центробежные – когда требуется большая производительность при сравнительно малом давлении. Так, степень повышения давления поршневых компрессоров составляет ε = 2,5…1000, центробежных – ε = 3…20; подача поршневых компрессоров Q = 0…500 м³/мин, центробежных – Q = 100…4000 м³/мин. Осевые компрессоры имеют еще большую производительность, чем центробежные.

В поршневых компрессорах давление газа повышается вследствие уменьшения пространства, в котором находится газ. Проблемы достижения высоких давлений у поршневых компрессоров не существует, но для повышения подачи необходимо увеличивать размеры цилиндра и всех других узлов поршневого компрессора. При этом увеличивается масса узлов, совершающих возвратно-поступательное движение, скорость движения поршня приходится снижать.

На рис. 1 представлена схема одноступенчатого поршневого компрессора простого действия. В цилиндре расположен поршень, который под действием кривошипно-шатунного механизма совершает возвратно-поступательное движение. На крыше цилиндра расположены всасывающий и нагнетательный клапаны. Всасывающий клапан открыт в сторону поршня, а нагнетательный – в сторону нагнетательного трубопровода. Оба клапана составляют механизм распределения, регулирующий поступление газа в цилиндр и подачу его из цилиндра в нагнетательный трубопровод.

При движении поршня вниз давление в пространстве между цилиндром и поршнем становится меньше, чем во всасывающем патрубке, всасывающий клапан открывается, и газ попадает в цилиндр. Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, давления в цилиндре и всасывающем трубопроводе практически выравниваются, и клапан под действием пружины прижимается к седлу и перекрывает отверстие, соединяющее полость цилиндра со всасывающим трубопроводом. В течение всего периода всасывания отверстие нагнетательного клапана закрыто.

При движении поршня вверх происходит сжатие газа, находящегося в цилиндре, и когда давление его станет больше давления в нагнетательном трубопроводе, нагнетательный клапан откроется, и газ вытолкнется из цилиндра. Процессы всасывания и нагнетания, совершаемые за один оборот коленчатого вала, составляют полный цикл работы компрессора.

Очевидным недостатком такого компрессора является то, что его поршень имеет одну рабочую сторону, и полезная работа (поступление газа в нагнетательный трубопровод) совершается только при движении поршня в одном направлении (вверх).