Конструктивное устройство различных типов компрессоров

Поршневые компрессоры.

По расположению цилиндров поршневые компрессоры подразде­ляются на вертикальные, горизон­тальные и угловые. К вертикаль­ным относятся машины с цилиндра­ми, расположенными вертикально, к горизонтальным - с цилиндрами, расположенными гори­зонтально. При горизон­тальном расположении цилиндры могут быть размещены по одну сторону коленчатого вала, такие ком­прессоры называются горизонталь­ными с односторонним расположе­нием цилиндров; а по обе стороны вала - горизонтальными с двухсто­ронним расположением цилиндров.

К угловым компрессорам отно­сятся машины с цилиндрами, рас­положенными в одних рядах вер­тикально, в других - горизонталь­но. Такие компрессоры называются прямоугольными. К угловым комп­рессорам относятся машины с на­клонными цилиндрами, установлен­ными У-образно и Ш-образно (ком­прессоры называются соответствен­но У- и Ш-образными).

Прогрессивным в развитии пор­шневых компрессоров является пе­реход на оппозитное исполнение компрессоров крупной и средней производительности. Оппозитные компрессоры, представляющие со­бой горизонтальные машины с встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны вала, отличаются высокой динамической уравновешенностью, меньшими габаритами и массой. Благодаря своим преимуществам оппозитные компрессоры практиче­ски полностью вытеснили традици­онный тип крупного горизонталь­ного компрессора.

Для машин малой и средней производительности основным яв­ляется прямоугольный тип компрес­сора и компрессора с У-образным расположением цилиндров.

По числу ступеней сжатия комп­рессоры различаются одно-, двух- и многоступенчатые. Многоступенчатое сжатие вызывается необходи­мостью ограничить температуру сжимаемого газа.

Например, при адиабатном сжа­тии в одном цилиндре до избыточ­ного давления 0,3 МПа температура сжимаемого воздуха достигает 453 К. Трущиеся пары компрессора

(поршни, цилиндры, сальники) сма­зываются маслом, которое при вы­соких температурах разлагается, образуя нагар. В воздушных комп­рессорах возникает опасность вос­пламенения и взрыва масляного на­гара, накапливающегося в трубо­проводах, на крышках цилиндров и поверхностях клапанов, поэтому температура нагнетаемого воздуха не должна превышать 453 К.

Газ в ци­линдре I ступени сжимается от дав­ления всасывания до некоторого промежуточного давления, затем проходит межступенный холодиль­ник I ступени, в котором его темпе­ратура снижается от температуры нагнетания до температуры всасы­вания, и направляется в цилиндр II ступени. Здесь газ сжимается до более высокого давления, проходит следующий межступенный холо­дильник и направляется в цилиндр III ступени и т.д.

Поршневые компрессоры с лабиринтным уплотнением.

Компрессоры выполняются без поршневых колец и без смазки, уплотнение достигается с помощью канавок, нарезанных на поверхностях поршня и цилиндра. Уплотнение цилиндра и поршня так­же лабиринтного типа. Лабиринт, уменьшающий утечку газа, выполняется в виде круговых канавок. Зазоры в лабиринтах вы­бираются минимально возможными с учетом температурных деформа­ций цилиндра. Необходимо учиты­вать, что утечка пропорциональна диаметру поршня, скорости звука в газе при температуре в цилиндре и отношению давлений до и после ла­биринта. Относительная утечка га­за, выраженная в долях производи­тельности компрессора, обратно пропорциональна средней скорости поршня. Поэтому для уменьшения влияния утечек компрессоры с лаби­ринтным уплотнением выполняются быстроходными, со скоростью дви­жения поршня более 4 м/с. Для сокращения утечек газа в атмосфе­ру сальники выполняются графитовыми с малыми зазорами и с лаби­ринтными канавками на внутренней поверхности. При таком устройстве контакт между штоком и сальником не вызывает надиров.

При сжатии газов, выход кото­рых в атмосферу допустить нельзя, к сальникам подводится под давле­нием воздух, азот или другой без­вредный газ. Допустимый радиаль­ный зазор между поршнем и цилиндром зависит от диаметра ци­линдра и находится в пределах от 0,05 до 0,2 мм, причем для цилинд­ров среднего диаметра составляет около 0,1 мм. В связи с малым за­зором важно такое устройство ру­башки водяного охлаждения цилин­дра, при котором минимальны тем­пературные деформации, вызван­ные различным нагревом стенок цилиндра у всасывающих и нагне­тательных клапанов. По той же причине поршневой шток должен быть достаточно жестким, не допу­скающим значительных вибраций.

Компрессоры с лабиринтным уп­лотнением выпускаются одноступен­чатыми и многоступенчатыми, мощ­ностью до 750 кВт на конечное дав­ление до 10 МПа. Диаметр поршня с лабиринтным уплотнением 525 мм. Стоимость этих компрессоров выше компрессоров с графитовым уплот­нением, не требующих столь высо­кой точности изготовления. Поэтому применение их целесообразно глав­ным образом для сжатия совершен­но сухих газов (хлор, кислород) или в тех случаях, когда нежелательно присутствие в газе следов гра­фита.

Преимуществами компрессоров с лабиринтным уплотнением явля­ются также надежность их работы и отсутствие надобности в смене поршневых колец. Кроме того, они обеспечивают подачу совершенно чистого газа без его увлажнения, вследствие чего нет необходимости в фильтрации и удалении влаги после сжатия. В связи с этим комп­рессоры, предназначенные для сжа­тия кислорода, могут быть выпол­нены из обычных металлов, так как сжатию подвергается сухой кисло­род, который не вызывает их кор­розии. Утечка газа через лабирин­ты снижает экономичность этих компрессоров, но потеря в эконо­мичности частично компенсируется отсутствием поршневых колец, тре­ние которых поглощает около 5 % потребляемой компрессором энер­гии.

Мембранные компрессоры.

Мембранные компрессоры - ма­шины объемного типа, у которых вместо движущегося в цилиндре поршня используется колеблющаяся мембрана, зажатая по контору между крышкой и опорной плитой компрессора. Воздействие на мембрану производится механически или гидравлически. При механическом воздействии эксцентрик, расположенный на приводном валу, обеспечивает возвратно-поступательное движение штока с диском, в котором закреплена мембрана.

Гидравлическое воздействие, где колебательное движение мембраны является результатом меняющегося давления жидкости на нижнюю сторону мембраны. Меняющееся давление жидкости на нижней сто­роне мембраны обеспечивается пор­шневым механизмом, рабочий объ­ем которого согласован с объемом жидкости, требуемом на рабочем ходу компрессора.

Мембранные компрессоры с ме­ханическим воздействием применя­ются для малых производительностей при меняющихся давлениях. Мембранные компрессоры с гидрав­лическим воздействием применяют­ся для обеспечения высоких давле­ний.

Двухроторные компрессоры (типа Рутс).

Двухроторный компрессор (типа Рутс) представляет собой бескла­панную машину объемного типа. Два идентичных, обычно симмет­ричных, двухлопастных ротора вра­щаются в противоположных на­правлениях внутри корпуса, состав­ленного из двух полуцилиндров. Зазоры между вращающимися ро­торами устанавливаются с помощью синхронизирующих шестерен, рас­положенных снаружи корпуса. Сжатие происходит обратным пото­ком газа из области нагнетания в тот момент, когда лопасть ротора соединяет отсеченную порцию газа с областью нагнетания. Обыч­но компрессоры типа Рутс выпол­няются в одноступенчатом испол­нении (возможно двух- и трехсту­пенчатое исполнение).

Широкое применение машин Рутс в ряде отраслей промышленности (в последнее время в вакуумной технике) объясняется простотой их конструкций и эксплуатации, отсутствием трущихся элементов и смазки в проточной части, уравновешенностью, долговечностью.

Машины типа Рутс выпускаются производительностью от несколь­ких литров в минуту до 2000 м3/ /мин, с давлением нагнетания до 0,15 МПа.

Время безостановочной работы этих машин в основном зависит от срока службы масла в подшипни­ках, а если возможна замена масла без остановки, то от времени рабо­ты подшипников, т. е. до 50— 100 тыс. ч.

Основные направления развития машин типа Руте:

- повышение производительности;

- повышение перепадов рабочего давления;

- использование в режиме газодувок при низких температурах газа на выходе (до -160°С);

- моноблочность исполнения.

Ротационно-пластинчатые компрессоры.

Ротационно-пластинчатые комп­рессоры отличаются компакт­ностью, незначительным падением производительности при увеличении давления нагнетания или вакуума.

Компрессор со­стоит из цилиндрического корпу­са, закрытого торцевыми крышками. Корпус имеет всасывающий и нагнетательный патрубки. Внутри корпуса эксцентрично рас­положен ротор, в пазы которого вставлены подвижные пластины.

При вращении ротора пластины под действием центробежной си­лы, перемещаясь в пазах, прижи­маются к цилиндрической поверх­ности корпуса и разделяют рабо­чее пространство между ротором и внутренней поверхностью цилиндра на отдельные камеры разных раз­меров. Камеры, расположенные сле­ва от вертикальной плоскости, ко­торая проходит через ось цилиндра, сообщаются со всасывающим па­трубком. При вращении их объем увеличивается и заполняется газом; так осуществляется процесс всасы­вания.

При достижении максимального объема камера разобщается со вса­сывающим патрубком. При даль­нейшем движении теперь замкну­той камеры объем ее уменьшается, а давление газа увеличивается. Происходит процесс сжатия до тех пор, пока передняя пластина каме­ры не пройдет кромку нагнетатель­ного окна цилиндра.

Камера оказывается сообщенной с нагнетательным патрубком 5, и происходит процесс нагнетания. Когда объем достигает минималь­ной величины, камера разобщается с нагнетательным патрубком. Даль­нейшее движение камеры в левую половину цилиндра приводит ее к сообщению со всасывающим па­трубком, и процессы всасывания, сжатия и нагнетания повторяются.

В корпусе выполнена рубашка для охлаждения и установлен клапан. Компрессоры использу­ются для питания сжатым воздухом пневмоинструмента, в системах пневматического транспорта, в ка­честве компрессоров и вакуум-на­сосов в различных отраслях про­мышленности для сжатия воздуха и технологических газов.

Ротационно-пластинчатые комп­рессоры выпускаются со стальными пластинами и разгрузочными коль­цами, уменьшающими износ пла­стин, а также с пластинами из не-смазываемых антифрикционных ма­териалов.

Двухступенчатые компрессоры выполняются последовательным соединением одноступенчатых ма­шин; привод от двигателя - непос­редственно через упругую муфту. Машины работают до 10 лет без замены каких-либо деталей.

Жидкостно-кольцевые компрессоры.

Жидкостно-кольцевой объем­ный компрессор имеет ротор с ко­лесом лопастного типа, эксцентрич­но расположенный в цилиндриче­ском корпусе. Зазор между периферийным диаметром вращающихся лопастей колеса ро­тора и внутренним диаметром ци­линдра корпуса из-за эксцентрич­ности посадки — переменный. Ци­линдр частично заполнен жид­костью. Жидкость под действием лопастей ротора вращается относи­тельно цилиндра корпуса с постоян­ной угловой скоростью, образуя жидкое кольцо, внутренняя поверх­ность которого имеет разные рас­стояния от оси ротора. Поэтому объемы газа между лопастями и жидким кольцом изменяются в те­чение оборота вала, и, таким обра­зом, осуществляется процесс всасы­вания и нагнетания газа. Охлажде­ние сжимаемого газа осуществляет­ся непосредственным контактом с жидкостью, процесс сжатия при­ближается к изотермическому.

Компрессоры используются в различных отраслях промышленно­сти, что объясняется простотой кон­струкции и эксплуатации, низкой стоимостью изготовления, высокой надежностью и низким уровнем шу­ма, отсутствием масла в сжимае­мом газе и трущихся элементов в рабочей полости, простотой герме­тизации машины, практически изо­термическим процессом сжатия, возможностью откачки и сжатия токсичных, взрывоопасных, легко­разлагающихся, полимеризующихся и воспламеняющихся газов, паров и жидкостно-газовых смесей, в том числе агрессивных и загрязненных механическими примесями.

Жидкостно-кольцевой компрес­сор легко вписывается в любой технологический процесс, так как в нем можно использовать различные по физико-химическим свойствам рабочие жидкости и конструкцион­ные материалы.

Указанные достоинства опреде­лили использование компрессора во многих отраслях промышленности (химической, нефтяной, целлюлоз­но-бумажной, горнодобывающей, пищевой, машиностроительной и др.) и сфере обслуживания (озони­рование воды, вентиляция, вакуум­ная уборка).

Современные жидкостно-кольцевые компрессорные и вакуумные установки поставляются полностью укомплектованными в моноблочном бесфундаментном исполнении с пол­ной заводской готовностью к эксп­луатации. Единичная производи­тельность увеличилась со 150 до 400 м3/мин, давление нагнетания с 0,15 до 0,25 МПа, а время гаран­тируемых межремонтных пробегов с 3-6 до 10-20 лет. Увеличился выпуск многоступенчатых жидкостно-кольцевых компрессорных моно­блочных агрегатов. Существенно расширился диапазон использова­ния компрессоров: тепловые и атом­ные станции, криогенная техника, вакуумная сушка и системы пневмоуправления.

В конструкциях жидкостно-кольцевых компрессоров широко используют прокат для изготовле­ния корпусов, лопаток рабочих колес и других деталей; сварные конструкции корпусов, роторов, вса­сывающих и нагнетательных патруб­ков; коррозионно-стойкие конст­руктивные материалы — титан, углеграфит, легированные стали.

Винтовые компрессоры.

Конструкция винтового комп­рессора запатентована в 1934 г.

Надежность в работе, малая удельная металлоемкость и габа­ритные размеры предопределили их широкое распространение. Компрес­соры конкурируют о другими типа­ми объемных компрессорных ма­шин, практически полностью вытес­нив их в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках.

Типовая конструкция компрес­сора сухого сжатия, работающего без подачи масла в рабочую по­лость. Комп­рессор имеет два винтовых ротора. Ведущий ротор с выпуклой на­резкой соединен непосредственно или через зубчатую передачу с дви­гателем. На ведомом роторе на­резка с вогнутыми впадинами. Ро­торы расположены в горизонталь­но-разъемном корпусе, имеющем один (вертикальный по торцу вса­сывания) или несколько разъемов. В корпусе выполнены расточки под винты, подшипники и уплотнения, а также камеры всасывания и нагне­тания.

Высокие частоты вращения вин­товых компрессоров определяют применение в них опорных и упор­ных подшипников скольжения.

Между подшипниковыми камерами и винтовой частью роторов, в кото­рой сжимается газ, расположены узлы уплотнений. В большей части конструкций они представляют со­бой уплотнения, состоящие из на­бора графитовых или баббитовых колец. В камеры между группами колец подается запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипниковых узлов в сжимае­мый газ, а также газа в подшипни­ковые камеры.

Касание винтов роторов при от­сутствии смазки недопустимо, по­этому между ними оставляется ми­нимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронная частота вращения веду­щего и ведомого роторов обеспечи­вается наружными синхронизирую­щими шестернями.

Винтовые поверхности роторов и стенок корпуса образуют рабочие камеры. При вращении роторов объем камер увеличивается, когда выступы роторов удаляются от впа­дин, и происходит, процесс всасыва­ния. Когда объем камер достигает максимума, процесс вса­сывания заканчивается и камеры оказываются изолированными стен­ками корпуса и крышек от всасы­вающего и нагнетательного патруб­ков.

При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начи­нается у переднего торца и посте­пенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого мо­мента времени обе винтовые по­верхности объединяются в общую полость, объем кото­рой непрерывно уменьшается бла­годаря поступательному перемеще­нию линии контактирования сопря­женных элементов в направлении к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вы­теснению газа из полости в нагне­тательный патрубок. Из-за того, что частота вращения роторов значительна и одновремен­но существует несколько камер, компрессор создает равномерный поток газа.

Отсутствие клапанов и неурав­новешенных механических сил обес­печивает винтовым компрессором возможность работать с высокими частотами вращения, т. е. получать большую производительность при сравнительно небольших внешних габаритах.

Маслозаполненные компрессоры имеют меньшие скорости вращения, чем компрессоры «сухого сжатия». Подача масла в рабочую полость винтового компрессора преследует следующие цели: уменьшение пере­течек через внутренние зазоры, смазка винтового зацепления рото­ров и охлаждение сжимаемого газа.

Центробежные компрессоры.

Центробежные компрессоры по сравнению с поршневыми имеют малые габариты и массу, приходя­щиеся на единицу производитель­ности, обеспечивают подачу сжато­го газа без пульсаций, в них отсут­ствуют поступательно движущиеся части и, следовательно, отсутству­ют инерционные усилия, передавае­мые на фундамент. Сжатие газа происходит без загрязнения его маслом, так как в зоне сжатия нет трущихся пар, к которым необхо­димо было бы подводить смазку.

По конструктивным особенно­стям центробежный компрессор эко­номичен при больших производи-тельностях (более 120 м3/мин).

Центробежные ком­прессоры имеют несколько ступеней, количество которых зависит от тре­буемого повышения давления. Под ступенью центробежного компрессо­ра понимают сочетание рабочего ко­леса, диффузора и обратного на­правляющего аппарата. При вра­щении рабочего колеса на стороне входа у него образуется разреже­ние, вследствие чего газ поступает по всасывающему подводу в ка­налы между лопатками рабочего колеса. В рабочем колесе под дей­ствием центробежных и газодинами­ческих сил, возникающих при обте­кании лопастей, происходит повыше­ние давления и увеличение скорости газа. Поступив из рабочего колеса в диффузор, газ значительно сни­жает свою скорость и повышает дав­ление.

В следующую ступень газ повы­шенного давления поступает по об­ратному направляющему аппарату. Пройдя все ступени, газ попадает в выходную улитку и направляет­ся в нагнетательный трубопровод. Ротор компрессора установлен в подшипниках.

Осевые компрессоры.

В осевых компрессорах газ через входной патрубок поступает в проточную часть ком­прессора и перемещается после­довательно от лопаток входного направляющего аппарата, через группу ступеней, спрямляющий аппарат, диффузор и выход­ной патрубок. Рабочие колеса ступеней вместе с валом, на котором они насажены, образуют ротор; на­правляющие аппараты вместе с корпусом, в котором они закрепле­ны - статор. Ротор опирается на подшипники, которые обычно вы­полняются в виде подшипников скольжения.

Входной патрубок служит для равномерного подвода газа из под­водящего трубопровода к кольце­вому конфузору, который предна­значен для ускорения потока перед входным направляющим аппаратом и создания равномерного поля ско­ростей и давлений.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: