Компрессор

Компрессорный агрегат для перекачки паровой фазы СУГ

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

Содержание

Классификация по принципу действия

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

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

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

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

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

Профиль винтов винтового компрессора

Роторный компрессор объёмного типа, в котором перемещение объёма газа происходит посредством бесконтактного взаимодействия двух синхронно вращающихся несимметрично профилированных винтовых роторов в корпусе (статоре) овальной формы, при этом перенос газа из полости всасывания в полость нагнетания происходит вдоль осей роторов.

Пластинчато-роторный компрессор

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 размещенный 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, и которые уменьшаются в объеме в направлении вращения ротора. Впуск воздуха происходит при максимальном выходе пластин из пазов и образовании разрежения в полости максимального объема. Далее на стадии сжатия объем 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. При этом эффективность не снижается.

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 само впрыскивается в камеру сжатия под действием внутреннего давления в компрессоре; масляная пленка на внутренней поверхности статора предотвращает 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 даже после остановки компрессора и длительного простоя; даже неизбежный, в конечном счете, износ прижимной грани пластины не ухудшает работы компрессора, будучи компенсирован действием все той же центробежной силы; масляная пленка и плотно прижатая пластина создают идеальную герметизацию, предотвращающая перепуск воздуха из области высокого в область низкого давления и связанные с этим потери эффективности; при большем, чем у винтового компрессора, объеме захвата и сжатия воздуха за один оборот и отсутствии внутренних утечек не требуется высокая скорость вращения; применение низкооборотистого двигателя с прямым приводом увеличивает надежность и долговечность компрессора; отсутствие осевой нагрузки исключает необходимость в опорных шарикоподшипниках, что так же способствует большему долголетию компрессора.

Роторно-пластинчатые компрессоры лишены вибрации. Никаких фундаментов для установки не требуется. Статор, ротор и пластины ротора у компрессоров изготовлены из разных сортов обработанного чугуна. Чугун прочен и хорошо держит масляную пленку. Ломаться в этих компрессорах по большому счету нечему. Роторно-пластинчатые компрессоры самые надежные, безотказные и долговечные компрессоры на рынке среди оборудования своего класса. Ресурс до капитального ремонта компрессора достигает 100 000 часов, в четыре раза превышая ресурс винтового компрессора. Единственная изнашивающаяся деталь компрессора — это пластины. Через 100 000 часов в случае предельного износа их контактных граней пластины просто переворачивают противоположной гранью к поверхности статора. В течение всего эксплуатационного срока, несмотря на неизбежный износ пластин, рабочие характеристики ротационного компрессора не деградируют, как у винтового, например, а остаются стабильными и даже улучшаются. Относительная остаточная стоимость бывшего в употреблении компрессора Маттей всегда выше, чем аналогичного винтового. Роторно-пластинчатые компрессоры крайне неприхотливы. Они выдерживают временное отсутствие обслуживания и неправильное обращение, они выживают даже при длительном нарушении регламента обслуживания. Они стойки к запыленности и загрязненности окружающей среды.

Крупнейшими производителями роторно-пластинчатых компрессоров на территории Европы являются фирмы ING ENEA MATTEI, Италия, Gardner Denver, Германия Pneumofore, Италия кроме этого насчитывается более 10 производителей в Китае.

Динамические (лопастные) компрессоры

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

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 отдаленных 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

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

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 учетом качественно спроектированного фундамента.

Вибрацию компрессоров усиливают следующие факторы:

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

См. также

Примечания

↑ Газодувки и воздуходувки (обзор) (неопр.) (недоступная ссылка). Проверено 6 августа 2012. Архивировано 25 июня 2013 года.

Литература

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

[1] Газодувки и воздуходувки (обзор) (неопр.) (недоступная ссылка). Проверено 6 августа 2012. Архивировано 25 июня 2013 года.

[1]