10.2. Компрессоры

Компрессоры относятся к важнейшим машинам многих химических процессов, где требуется сжатие газов выше 0,4 МН/ м². По принципу действия их подразделяют на поршневые, ротационные и центробежные (турбокомпрессоры).

Поршневые компрессоры по принципу действия схожи с поршневыми насосами. В них совершающий возвратно-поступательное движение поршень в цилиндре сжимает газ вследствие уменьшения объема рабочей камеры. По числу ступеней сжатия их делят на одно-, двух- и многоступенчатые; по расположению цилиндра - на горизонтальные, вертикальные и наклонные; по характеру действия - на компрессоры простого и двойного действия.

В одноступенчатом компрессоре простого действия (рис. 10.6) цилиндр 1 с одной стороны открыт, а с другой закрыт крышкой. В крышке расположены всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны. При движении поршня 2 вправо (по чертежу) производится наполнение рабочей камеры газом (процесс всасывание), а при движении влево - сжатие газа и выброс его через нагнетательный клапан. Компрессор отличается простотой устройства: нет сальников и ползуна.

Рис.10.6. Схема одноступенчатого поршневого компрессора простого действия:

1- цилиндр; 2-поршень; 3- всасывающий клапан; 4- нагнетательный клапан; 5- кривошипно-шатунный механизм

В одноступенчатом компрессоре двойного действия каждый ход поршня является рабочим: сжатие газа производится по обе стороны поршня. При движении поршня вправо газ сжимается в правой камере, а в левой в это время газ всасывается. При обратном движении поршня - сжатие газа в левой камере, а всасывание - в правой. Подобные компрессоры по конструкции сложнее, чем компрессоры одинарного действия, но по производительности вдвое выше их. Одноцилиндровые компрессоры изготовляют на давление не выше 1 МН/м².

Многоступенчатые компрессоры изготовляют с последовательным расположением цилиндров (система тандем) и посадкой поршней на один вал, параллельным расположением цилиндров (система компаунд), с расположением цилиндров под углом один относительно другого (угловые компрессоры). Так как объем газа после каждой ступени сжатия уменьшается, каждый последующий цилиндр в многоступенчатом компрессоре уменьшается в диаметре. Газ охлаждается в холодильниках между ступенями сжатия.

Многоступенчатые горизонтальные компрессоры с расположением цилиндров по одну сторону коленчатого вала (рис. 10.7) из-за больших неуравновешенных сил инерции тихоходны (n = 80 - 300 об/мин). Для погашения неуравновешенных сил инерции в этих машинах приходится устанавливать на приводной вал мощные маховики, что удорожает стоимость компрессора.

Рис.10.7. Схемы многоступенчатых поршневых компрессоров:

а- компрессор с расположением цилиндров по одну сторону коленчатого вала; б- оппозитный компрессор; в- угловой компрессор;1- цилиндр ступени I; 2- цилиндр ступени II ; 3- коленчатый вал; 4- маховик; 5- промежуточный холодильник

В настоящее время отечественная промышленность выпускает крупные компрессоры с взаимно противоположным движением поршней относительно коленчатого вала, так называемые оппозитные компрессоры. В этих компрессорах благодаря их хорошей динамической уравновешенности частота вращения вала может быть увеличена в 2 - 2,5 раза по сравнению со скоростью обычных горизонтальных машин. В результате этого они легче последних на 50 - 60 %, для их установки требуется меньшая площадь машинного зала и небольшие фундаменты. Благодаря этим преимуществам для давлений газа выше 20 МН/м² рекомендуется использовать компрессоры в оппозитном исполнении.

В угловых компрессорах оси цилиндров расположены под углом одна к другой (чаще под углом 90 ^о). При этом, как правило, более массивный вертикальный цилиндр предназначен для первой ступени сжатия, а горизонтальный - для второй ступени сжатия. Угловые компрессоры с точки зрения уравновешенности инерционных сил выгоднее, чем горизонтальные.

Сжатый газ подается поршневыми компрессорами неравномерно, толчками, поэтому для смягчения пульсации давления газа его направляют в газосборник (ресивер), из которого газ направляется по мере надобности потребителю.

Ротационные компрессоры характеризуются непрерывным вращением ротора и принудительным сжатием газа. Они получили широкое распространение на предприятиях химической промышленности.

В

5

2

4

6

пластинчатом ротационном компрессоре (рис.10.8) ротор 1 выполнен в виде цилиндра, в радиальных пазах которого свободно скользят пластины толщиной 0,8 - 2,5 мм. Ротор 1 эксцентрично установлен внутри корпуса 2, снабженного водяной рубашкой. При вращении ротора пластины под действием центробежных сил выдвигаются из пазов и скользят по внутренней поверхности стенки 6 корпуса компрессора. Каждая пара соседних пластин образует замкнутую камеру, ограниченную с торцов поверхностью боковых крышек корпусов, плотно примыкающих к пластинам. Объем камеры при вращении ротора в левой части корпуса увеличивается, а в правой - уменьшается. Благодаря этому газ засасывается через патрубок 4, транспортируется в правую часть корпуса, где вследствие уменьшения объема камер он сжимается, а затем выбрасывается через патрубок 5.

1

3

Рис.10.8. Схема пластинчатого ротационного компрессора

Отечественные заводы выпускают ротационные пластинчатые компрессоры производительностью от 120 до 4200 м³/ч. В одной ступени подобного компрессора можно сжать газ до 0,5 МН/м².

Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры) по принципу действия и конструкции очень близки к турбовоздуходувкам. В турбокомпрессоре на валу смонтировано значительно большее количество рабочих колес, которые разделены к тому же по размерам на несколько серий. В пределах одной серии рабочие колеса имеют один и тот же диаметр и одинаковую ширину.

На рис. 10.9 показан многоступенчатый турбокомпрессор (в разрезе). В этом компрессоре четыре ступени сжатия. Каждая ступень сжатия образована серией рабочих колес одинакового размера. Между сериями рабочих колес расположены промежуточные холодильники, в которых газ перед поступлением в очередную ступень охлаждается.

Рис.10.9. Многоступенчатый турбокомпрессор:

1- корпус; 2,3,4,5- рабочие колеса; 6- неподвижные направляющие аппараты; 7- подвижный направляющий аппарат; 8- разгрузочный поршень; 9- нагнетательный патрубок; 10- всасывающий патрубок; 11- промежуточный холодильник

Отечественной промышленностью выпускаются турбокомпрессоры производительностью до 40 000 м³/ч и с числом ступеней до 12. Частота вращения ротора турбокомпрессора 3500 - 6000 об/мин.