 |
Оборудование И СХЕМЫ компрессорных станций систем воздухоснабжения
|
|
|
|
Общие сведения о компрессорном оборудовании
Классификация нагнетательных установок и области их применения
Для сжатия и нагнетания воздуха и других газов используются так называемые нагнетатели. В зависимости от создаваемого давления их условно делят на:
а) вентиляторы, создающие давление не выше 10 кПа;
б) воздуходувки (газодувки), создающие давление до 0,3 МПа;
в) компрессоры, развивающие давление свыше 0,3 МПа.
Классифицировать компрессоры можно по принципу действия, конструктивной схеме, по развиваемому давлению, по области применения и другим признакам.
В зависимости от принципа действия все компрессорные машины можно разделить на два обширных класса:
1) объемные – где давление газа повышается за счет сокращения первоначального объема рабочего пространства. К ним относятся:
а) поршневые с кривошипно-шатунным механизмом и со свободно движущимися поршнями;
б) ротационные, в которых роль поршня выполняют либо непосредственно вращающийся винтовой ротор, либо пластины, расположенные в роторе. Это винтовые (Лисхольма), пластинчатые, жидкостно-кольцевые, с восьмеричным ротором (Рутса) компрессоры;
2) нагнетатели динамического действия (кинетического сжатия), в которых давление газа повышается за счет сообщения газу большой скорости с последующим преобразованием кинетической энергии потока в давление. К этому классу относят:
а) лопаточные нагнетатели (турбокомпрессоры);
б) струйные компрессоры (эжекторы).
В свою очередь турбокомпрессоры по конструктивным признакам подразделяют на центробежные, осевые, диагональные и вихревые.
По величине развиваемого давления P нк, МПа, компрессорные установки (КУ) подразделяют на:
|
|
|
а) низкого давления – P нк=0,3-2,5;
б) среднего давления – P нк=2,5-6,0;
в) высокого давления – P нк=6,0-35;
г) сверхвысокого давления – P нк>35.
По производительности Q к, м3/мин, КУ классифицируют так:
а) малые – с Q к до 100;
б) средние – Q к от 100 до 500;
в) большие - Q к более 500.
На промышленных компрессорных станциях в зависимости от необходимого давления и расхода воздуха наиболее часто устанавливают поршневые и центробежные компрессоры. В последние годы все шире стали распространяться винтовые компрессоры.
Каждый тип компрессора имеет свои достоинства и недостатки. Применение того или иного типа зависит от конкретных условий, в которых ему предстоит работать.
Область преимущественного применения машин объемного действия характеризуется средними и высокими давлениями и сравнительно малыми расходами рабочего тела. Турбокомпрессоры применяют при больших расходах газа и меньших степенях повышения давления. Обычно при производительностях единичных машин Q к до 100-120 м3/мин применяют поршневые компрессоры, в интервале от 100 до 5000 м3/мин – центробежные агрегаты, при расходах свыше 5000 м3/мин – осевые компрессоры. Винтовые компрессоры имеют производительность от 3 до 50 м3/мин и успешно вытесняют поршневые машины в этом диапазоне.
Поршневые компрессоры
Тип поршневого компрессора определяется расположением осей цилиндров в пространстве. Оно бывает вертикальным, горизонтальным и угловым. Угловые делятся на прямоугольные, V -образные, W -образные и звездообразные.
По числу ступеней сжатия различают одно-, двух- и многоступенчатые компрессоры. В компрессоре одноступенчатого сжатия воздух сжимается один раз и затем по трубопроводу поступает в воздухосборник (ресивер). В двухступенчатом компрессоре воздух сжимается дважды: вначале до определенного (промежуточного) давления в цилиндре первой ступени, потом он охлаждается в промежуточном охладителе, затем сжимается до конечного давления в цилиндре второй ступени.
|
|
|
Поршневые машины в зависимости от организации процесса сжатия в цилиндре подразделяются на компрессоры простого и двойного действия, прямоточные и непрямоточные (см. рис. 5.1).
В компрессоре простого действия цилиндр имеет только одну полость сжатия (над поршнем). В компрессоре двойного действия обе полости (над и под поршнем) – рабочие. Компрессоры двойного действия более производительны, но и более сложны. Им нужны дополнительные клапаны, герметизация подпоршневой полости и более сложный механизм движения с крейцкопфом и штоком.
 |
Рис. 5.1. Конструктивные схемы цилиндров поршневых компрессоров:
а – непрямоточный простого действия; б – непрямоточный двойного действия; в – прямоточный простого действия
 |
В крейцкопфных машинах (рис. 5.2) поршень приводится в движение от коленчатого вала через кривошипно-шатунный механизм, крейцкопф (ползун) и шток. При этом нормальная составляющая от усилия шатуна воспринимается крейцкопфом, что уменьшает силу трения на боковой поверхности поршня и позволяет сократить его длину и уменьшить износ. Это, как правило, компрессоры непрямоточные, двойного действия, с вертикальным, прямоугольным и горизонтальным расположением цилиндров.
Рис. 5.2. Кинематические схемы поршневых компрессоров применяемых в системах воздухоснабжения: а – воздушный бескрейцкопфный компрессор с V -образным расположением цилиндров (ВУ); б – воздушный крейцкопфный с прямоугольным расположением цилиндров (ВП); в – воздушный крейцкопфный с горизонтальным оппозитным расположением цилиндров (ВМ).
Применение оппозитной компоновки позволяет нейтрализовать влияние больших инерционных сил. Это дает возможность увеличить частоту вращения коленчатого вала в 2-2,5 раза, что во столько же раз увеличивает производительность компрессора при тех же габаритах и массе.
Бескрейцкопфные компрессоры, как правило, строятся как быстроходные машины (до 3000 об/мин) с вертикальным или угловым расположением цилиндров. Это легкие, компактные, хорошо уравновешенные машины. Число цилиндров может достигать 8 и более.
|
|
|
В соответствии с ГОСТ 23680-84 "Воздушные поршневые стационарные компрессоры общего назначения" специально для систем воздухоснабжения производятся ПК следующих 3-х типов (см. рис. 5.2):
а) ВУ – воздушные бескрейцкопфные с V -образным расположением цилиндров;
б) ВП – воздушные крейцкопфные с прямоугольным расположением цилиндров;
в) ВМ – воздушные крейцкопфные с горизонтальным оппозитным расположением цилиндров.
Все эти компрессоры выпускаются большой номенклатурой по подаче и давлению.
В марке компрессора обозначается тип, подача и давление сжатия. Например типоразмер компрессора 2ВМ4-24/9 означает: воздушный 2-рядный крейцкопфный компрессор с оппозитным расположением цилиндров, поршневым усилием 4 тонно-силы, производительностью 24 м3/мин, полным конечным давлением сжатия 9 кГс/см2. Некоторые предприятия указывают в обозначениях своих моделей вместо полного – избыточное давление сжатого воздуха (для Q к>50 м3/мин).
Поршневые компрессоры имеют КПД выше, чем центробежные, и, следовательно, там, где расходы воздуха невелики, их применение оправдано. Они очень надежно работают в тяжелых условиях при непрерывной круглосуточной эксплуатации. При P нк>5,0 МПа они вообще незаменимы. Часто их целесообразно применять уже при P нк>3,0 МПа. Но из-за больших зон перекрытия по давлению и производительности окончательный выбор типа компрессора для установки на КС делается на основании технико-экономических расчетов.
Недостатки ПК:
1) большие удельные габариты и масса;
2) неуравновешенность движущихся масс (потребность в большом фундаменте;
3) малооборотность и связанная с ней трудность привода от быстроходного двигателя;
4) неравномерность подачи воздуха в сеть, т.е. требуется система воздухосбора (ресиверная);
5) воздух загрязняется смазкой.
Недостатки ведут к увеличению массы фундамента, увеличению здания КС и т.п., т.е. ведут к большим капитальным затратам, которые часто не окупаются высоким КПД. Именно поэтому во многих случаях ПК вытесняются ротационными и центробежными компрессорами.
|
|
|
Турбокомпрессоры
Турбокомпрессоры относятся к машинам динамического (кинетического) действия, так как повышение давления происходит за счет инерционных сил. Иногда их еще называют поточными машинами.
Рабочий процесс в центробежном компрессоре (ЦБК) и осевом компрессоре (ОК) представляет собой обращенный процесс соответствующих турбин (радиальной и осевой). Именно поэтому ЦБК и ОК часто объединяют одним названием – турбокомпрессоры (ТК).
Преимущества турбокомпрессоров перед поршневыми компрессорами:
1) возможность получения большей производительности;
2) значительно меньшие габариты и масса (меньше капитальные затраты);
3) отсутствует загрязнение воздуха маслом;
4) имеется возможность непосредственного соединения с быстроходным приводом (турбина, электропривод);
5) уравновешенность инерционных сил (мал фундамент);
6) более простой и дешевый ремонт;
7) непрерывная (без пульсаций) подача;
8) возможность экономичного регулирования производительности (изменением частоты вращения и др.).
Недостатки ТК по сравнению с ПК:
1) более низкий КПД (при подаче <100 м3/мин);
2) ограниченная степень повышения давления (
);
3) неустойчивость режимов при нормальной работе;
4) наличие больших промохладителей требует подвального помещения в машинном зале для их размещения (или 2-этажной компоновки).
Производительность осевого компрессора может быть существенно большей, чем у центробежного. Однако низший предел по производительности (из условия сохранения высокого КПД) у них тоже выше. Он составляет 300-500 м3/мин (см. рис.4.2).
Рис. 5.3. Зависимости КПД компрессоров разных типов от их производительности
Производительность осевого компрессора может быть существенно большей, чем у центробежного. Однако низший предел по производительности (из условия сохранения высокого КПД) у них тоже выше. Он составляет 300-500 м3/мин (см. рис. 5.3). Осевые компрессоры имеют КПД больше, чем в ЦБК. Но этот КПД больше только в узкой области по режиму (подаче). Эта область составляет ±5¸10 % от Qрас (см. рис. 5.4).
Рис.5.4. Изменение КПД осевого и центробежного компрессоров при отклонении режима работы от расчетного
Осевые компрессоры имеют те же достоинства и недостатки, что и центробежные. Они широко применяются в металлургическом производстве (доменное дутье) и в силовых и энергетических газотурбинных установках (ГТУ).
ГОСТа на обозначение ЦБК и ОК нет.
Невский машиностроительный завод (г. Санкт-Петербург) и Хабаровский завод энергетического машиностроения маркируют выпускаемые ЦБК так: например, К-250-61-1, что означает: К – центробежный воздушный компрессор; 250 – расчетная производительность, м3/мин; 61 – число ступеней в одном цилиндре; 1 – модификация корпуса.
|
|
|
НПО «Казанькомпрессормаш» обозначает, например, так: 32ВЦ-100/9, где: 32 – номер базы корпусов; ВЦ – воздушный центробежный компрессор; 100 - производительность в м3/мин; 9 – расчетное (абсолютное) развиваемое давление в кГс/см2
|
|
|
