Компрессор

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Компрессорный агрегат для перекачки паровой фазы СУГ

Компрессор (от лат. compressio — сжатие) — энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения газообразных веществ.

Классификация по принципу действия[править | править код]

Классификация компрессоров по принципу действия в общем и целом совпадает с таковой для насосов вообще и определяется способом перекачки газа. Таковых способов всего два: порциями фиксированного объёма и постоянным потоком. В первом случае компрессоры являются объёмными, во втором — динамическими (лопастными).

Объёмные компрессоры[править | править код]

В объёмных компрессорах газ перекачивается порциями расчётного фиксированного объёма. Механическая основа подобных компрессоров может быть весьма различна: компрессоры могут быть поршневыми, спиральными и роторными. Роторные компрессоры, в свою очередь, бывают кулачковые, винтовые и шиберные. Также возможны прочие уникальные конструкции. В любом случае идея перекачки основана на попеременном заполнении газом некоего объёма с последующим вытеснением его далее. Производительность объёмных компрессоров определяется количеством перекачанных порций за любой интересующий период времени и линейно зависит от частоты рабочих ходов. Основное применение — накачка газа в любые ресиверы/хранилища.

Поршневой компрессор[править | править код]

Поршневой компрессор
Основная статья: Поршневой компрессор

Компрессор объёмного типа, в котором перемещение объёма газа происходит посредством возвратно-поступательного движения поршня в цилиндре по двухтактному принципу впуск/выпуск без какого-либо сжатия, то есть засасывание газа происходит при движении поршня к НМТ, а вытеснение при движении поршня к ВМТ. Газораспределение обычно обеспечивается парой лепестковых клапанов, срабатывающих от перепада давления. Возможны конструкции компрессоров с коленвалом и крейцкопфные. При некоторой схожести подобных компрессоров с двухтактным двигателем важное отличие здесь в том, что компрессор не сжимает объём воздуха в цилиндре.

Спиральный компрессор[править | править код]

Спиральный компрессор
Основная статья: Спиральный компрессор

Компрессор объёмного типа, в котором перемещение объёма газа происходит посредством взаимодействия двух спиралей, одна из которых неподвижна (статор), а другая совершает эксцентрические движения без вращения, благодаря чему и обеспечивается перенос газа из полости всасывания в полость нагнетания.

Кулачковый компрессор[править | править код]

Кулачковый компрессор
Основная статья: Кулачковый насос

Роторный компрессор объёмного типа, в котором перемещение объёма газа происходит посредством бесконтактного взаимодействия двух синхронно вращающихся кулачковых роторов в специально профилированном корпусе (статоре), при этом перенос газа из полости всасывания в полость нагнетания происходит перпендикулярно осям роторов.

Винтовой компрессор[править | править код]

Профиль винтов винтового компрессора
Основная статья: Винтовой компрессор
Схематическое изображение винтового блока воздушного компрессора

В 1932 г. шведский инженер Линсхольм смог реализовать идею винтового компрессора в жизнь. Принцип работы такого компрессора заключался в том, что воздух нагнетали два винта. Сжатие воздуха происходило в пространстве между витками винтовой пары и стенками внешнего корпуса, поэтому все внутренние элементы камеры винтового компрессора имели максимальную точность. Это были «безмасляные» компрессоры, т.е. воздух сжимался в камере сжатия «всухую».

Первые винтовые компрессоры потребовались для постоянной подачи сжатого воздуха в большем объеме при бурении. Размер первых винтовых компрессоров был соизмерим с ростом человека. Значительный толчок в развитии винтовой технологии был получен в 50х годах, когда был сконструирован «маслозаполненный» компрессор с подачей масла в камеру сжатия, такое техническое решение позволило эффективно отводить тепло из камеры сжатия, что в свою очередь позволило увеличить частоту вращения, следовательно, увеличить производительность и уменьшить габариты машин. Винтовые компрессоры стали доступны широкому рынку потребителей. Подача масла в камеру сжатия решила еще две задачи: смазка подшипников и уплотнение сжимаемой среды, что повысило КПД сжатия. С развитием смазочных материалов и систем уплотнений винтовые компрессоры заняли лидирующие позиции в промышленности для низких и средних давлений. В настоящий момент линейка винтовых компрессоров охватывает рабочий диапазон мощностей от 3 до 900 кВт (например, роторно-пластинчатые от 4 до 200 кВт).

Винтовой блок[править | править код]

Конструкция винтового блока состоит из двух массивных винтов и корпуса. При этом винты во время работы находятся на некотором расстоянии друг от друга, и этот зазор уплотняется масляной пленкой. Трущихся элементов нет. Пыль и другие твердые частицы и даже небольшие предметы при попадании в винтовой блок не вызывают никаких повреждений и могут лишь повредить масляной системе самого компрессора. Таким образом, ресурс винтового блока практически неограничен и достигает более чем 200—300 тыс. часов. Регламентной замене подлежат лишь подшипники винтового блока. Винтовая технология работает в широком диапазоне скоростей вращения, что позволяет регулировать производительность. Позволяет использовать как стандартную систему загрузка/разгрузка/останов, так и частотное регулирование производительности. При частотном регулировании изменяются в широком диапазоне обороты двигателя в минуту, а соответственно и скорость вращения винтового блока, что позволяет регулировать производительность в соответствии с разбором воздуха, тем самым экономя электроэнергию.

Пластинчато-роторный компрессор[править | править код]

Шиберный насос
Основная статья: Шиберный насос

Роторный компрессор объёмного типа, в котором перемещение объёма газа происходит посредством вращения ротора с набором пластин (шиберов) в цилиндрическом корпусе (статоре). Конструкция включает статор в виде полого круглого цилиндра и эксцентрично размещённый в полости статора цилиндрический ротор с продольными пазами, внутри которых помещены радиально подвижные пластины. При вращении центробежная сила выталкивает пластины из пазов и прижимает их к внутренней поверхности статора. Сжатие воздуха происходит в нескольких полостях, которые образуют статор, ротор и каждая пара смежных пластин, полости уменьшаются в объёме в направлении вращения ротора. Впуск воздуха происходит при максимальном выходе пластин из пазов и образовании разрежения в полости максимального объёма. Далее на стадии сжатия объём полости постоянно уменьшается до достижения максимального сжатия, когда пластины проходят мимо выходного канала и происходит выброс сжатого воздуха. Максимальное рабочее давление роторно — пластинчатого компрессора составляет 15 бар.

Простота и надежность роторно-пластинчатого компрессора заключается в том, что физические законы сами по себе работают в этой конструкции, не заставляя конструктора особенно изощряться. Пластины сами выходят из пазов ротора под влиянием центробежных сил; масло впрыскивается в камеру сжатия под действием внутреннего давления в компрессоре; масляная плёнка на внутренней поверхности статора снижает трение металла о металл при плотном прижиме пластин к стенке статора и плоских торцевых поверхностей ротора к торцам статора. Конструктивное решение позволяет избежать сухого контакта метал по металлу под нагрузкой. После остановки компрессора и простоя, в результате отсутствия масла на стенках сжимающего элемента существует риск износа прижимных пластин и выхода компрессора из строя. Особенно в случае частых остановок, при неравномерном характере нагрузки. Также причиной выхода из строя является повышенная запыленность на линии всасывания, либо повреждение воздушного фильтра. В случае попадания абразива в камеру сжатия трение возрастает и износ ускоряется.

Роторно-пластинчатые компрессоры имеют не высой уровень вибрации. Не требуют фундамента для установки. Статор, ротор и пластины ротора у компрессоров изготовлены из разных сортов обработанного чугуна. Чугун прочен и хорошо держит масляную плёнку, при постоянном режиме эксплуатации. Ресурс до замены пластин достигает 16000…24 000 часов, в зависимости от условий эксплуатации. В течение всего эксплуатационного срока, несмотря на неизбежный износ пластин, рабочие характеристики ротационного компрессора остаются стабильными при правильной эксплуатации. Крупнейшими производителями роторно-пластинчатых компрессоров на территории Европы являются фирмы Mattei, Италия, Hydrovane Gardner Denver, Германия Pneumofore, Италия, кроме этого насчитывается более 10 производителей в Китае.

Не смотря, на то, что производство роторно-пластинчатого компрессора значительно проще, чем винтового (в связи с сложностями разработки, проектирования и высокой точностью производства винтового элемента), производителей роторно-пластинчатых компрессоров в десятки раз меньше, чем производителей винтовых компрессоров. Основной причиной является более низкая энергоэффективность, особенно для машин более 37 кВт.

Динамические (лопастные) компрессоры[править | править код]

Основная статья: Лопастной компрессор

В динамических компрессорах газ перекачивается непрерывным потоком. Механической основой любых подобных компрессоров является так называемая лопаточная машина, рабочий процесс в которой всегда происходит в результате движения газа через системы межлопаточных каналов вращающихся роторов и неподвижных профилированных каналов корпуса компрессора. Производительность динамических компрессоров имеет нелинейную зависимость от частоты вращения ротора, и при относительно небольшой частоте вращения эта производительность может быть очень мала.

По конструкции динамические компрессоры бывают:

  • центробежные (радиальные);
  • осевые;
  • радиально-осевые (диагональные).

В центробежных компрессорах поток газа меняет направление движения, а напор создаётся посредством центробежной силы. В осевых компрессорах поток газа всегда движется вдоль оси ротора. Основное применение — вентиляция и кондиционирование, турбокомпрессоры.

Прочие классификации[править | править код]

По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, холодильные, энергетические, общего назначения и т. д.). По роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый, фреоновый, углекислотный и т. д.). По способу отвода теплоты — с жидкостным или воздушным охлаждением.

По типу приводного двигателя — с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. Дизельные газовые компрессоры широко используются в отдалённых районах с проблемами подачи электроэнергии. Они шумные и требуют вентиляции для выхлопных газов. С электрическим приводом компрессоры широко используются в производстве, мастерских и гаражах с постоянным доступом к электричеству. Такие изделия требуют наличия электрического тока напряжением 110—120 Вольт (или 230—240 Вольт). В зависимости от размера и назначения компрессоры могут быть стационарными или портативными. По устройству компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

По конечному давлению различают:

  • вакуум-компрессоры, газодувки — машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже или выше атмосферного. Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивая возможность достижения избыточного давления от 10 до 100 кПа (0,1…1 атм), в некоторых специальных исполнениях — до 200 кПа (2 атм). В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение, как правило, 10..50 кПа, в отдельных случаях до 90 кПа и работать как вакуумный насос низкого вакуума[1];
  • компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;
  • компрессоры среднего давления — от 1,2 до 10 МПа;
  • компрессоры высокого давления — от 10 до 100 МПа.
  • компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

Производительность[править | править код]

Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа сжатого в единицу времени (м³/мин, м³/час). Производительность обычно считают по показателям приведённым к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу, эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом, но при большой разнице, например, у поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом. Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное.

Агрегатирование компрессоров[править | править код]

Агрегатирование представляет собой процесс установки компрессора и двигателя на раму. В связи с тем, что компрессоры поршневого типа характеризуются неравномерной тряской, результатом которой при отсутствии соответствующего основания или опоры становится чрезмерная вибрация, агрегатирование должно выполняться с учётом качественно спроектированного фундамента.

Вибрацию компрессоров усиливают следующие факторы:

  1. большой размер компрессора (более мощные компрессора характеризуются более мощной вибрацией);
  2. скорость работы (увеличение скорости компрессора влечёт за собой усиление вибрации);
  3. очень маленький размер маховика (большие нагрузки и работа на низких скоростях требуют наличия маховика большего размера);
  4. высота компрессора (компрессоры с тройным уплотнением выше и сильнее подвержены вибрации).

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Газодувки и воздуходувки (обзор) (недоступная ссылка). Дата обращения 6 августа 2012. Архивировано 25 июня 2013 года.

Литература[править | править код]

  • Оборудование для сжиженных углеводородных газов: справочник, 1-е изд./ под. ред. Е. А. Карякина — Саратов: Газовик, 2015. — 352 с. — ISBN 978-5-9758-1552-1
  • Абдурашитов С. А. Насосы и компрессоры. — М.: Недра, 1974.
  • Михайлов А. К., Ворошилов В. П. Компрессорные машины. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 288 с. — ISBN 5-283-00090-7.
  • Воронецкий А. В. Современные центробежные компрессоры. — М.: Премиум Инжиниринг, 2007. — 140 с.
  • Шерстюк А. Н., Компрессоры, М.—Л., 1959