1.2. Принципиальная технологическая схема воздушной компрессорной станции

По суммарной производительности воздушные компрессорные станции промышленных предприятий можно разделить на малые (до 100 м³/мин); средние (100– 500 м³/мин) и большие (более 500 м³/мин).

Н езависимо от размеров и назначения компрессорная станция состоит из компрессоров, двигателей и вспомогательного оборудования (рис. 1).

Рис. 1. Принципиальная схема компрессорной станции: 1 – заборная шахта; 2 – воздушный фильтр; 3 – компрессор; 4 – промежуточный воздухоохладитель; 5 – концевой воздухоохладитель; 6 – водомаслоотделитель; 7 – обратный клапан; 8 – воздухосборник; 9 – магистральный нагнетательный воздухопровод

К вспомогательному оборудованию относят: устройства для забора и очистки от механических примесей всасываемого воздуха; устройства для охлаждения сжатого воздуха; устройства для очистки сжатого воздуха от влаги и масла; трубопроводы; арматура и контрольно – измерительные приборы, а также емкости для аккумулирования воздуха и сглаживания пульсирующего потока сжатого воздуха, возникающего при работе поршневого компрессора. На нагнетательном трубопроводе за компрессором устанавливается обратный клапан, предотвращающий движение сжатого воздуха из сети в компрессор при его остановке и могущий вызвать поломку машины.

Воздух поступает из атмосферы через фильтр по всасывающему трубопроводу к компрессору. Компрессор приводится в действие электродвигателем. Если компрессор и электродвигатель имеют одинаковую частоту вращения, то их валы соединяются при помощи муфты. Если же частота вращения компрессора отличается от частоты вращения электродвигателя, то их валы соединяются через редуктор.

Некоторые типы компрессоров приводятся в действие через ременные (текстропные) передачи.

Сжатый в компрессоре воздух охлаждается в промежуточном и концевом воздухоохладителях и направляется через воздухосборник по воздухопроводу к потребителям (пневмоприемникам).

1.3. Принцип действия и классификация компрессоров

Компрессорными машинами или компрессорами называют машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов.

Компрессоры, различные по давлению, производительности, сжимаемой среде, условиям окружающей среды, имеют большое разнообразие конструкций и типов. Компрессоры классифицируются по ряду характерных признаков.

По принципу действия компрессоры подразделяются на объемные и лопастные. Под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора (рис. 2).

Рис. 2. Классификация компрессорных машин: 1 – ротационно-пластинчатые; 2 – жидкостно-кольцевые; 3 – винтовые однороторные; 4 – винтовые двухроторные; 5 – типа Рутс; 6 – бескрейцкопфные; 7 – крейцкопфные; 8 – лабиринтные; 9 – мембранные

Объемный компрессор – это машина, в которой процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменяющих свой объем периодически, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные машины по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер можно разделить на поршневые и роторные компрессоры.

Поршневые компрессоры могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения). На рисунке 3 показаны различные конструктивные схемы поршневых компрессоров.

Рис. 3. Схемы типовых конструкций поршневых компрессоров: а – бескрейц­копфные (одностороннее всасывание): 1 – вертикальный; 2 – типа У; 3 – типа Ш; 4 – горизонтальный оппозитный (корпусного типа); 5 – вертикальный со ступенчатым поршнем; 6 – двигатель-компрессор типа L; 7 – двигатель-компрессор типа Ш; б – крейцкопфные (с двухсторонним всасыванием): 1 – в одну линию; 2 – типа L; 3 – типа У; 4 – типа Ш; 5 – горизонтальный, оппозитный; 6 – горизонтальный со ступенчатым поршнем; 7 – двигатель-компрессор типа L

В поршневом компрессоре сжатие газа осуществляется перемещением поршня, совершающего возвратно – поступательное движение. Возвратно-поступательное движение рабочих органов имеют также свободно – поршневые и мембранные компрессоры. На рисунке 4 дана схема мембранного компрессора.

В свободно – поршневом компрессоре передача движения от двигателя к сжимаемому элементу осуществляется без механизма передачи движения. В мембранном компрессоре уменьшение объема газа осуществляется перемещением сжимающего элемента – ротора, совершающего вращательное или качательное движение.

К объемным машинам с вращающим сжимающим элементом (роторным машинам) относятся: винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин (рис. 5).

Рис. 5. Винтовой компрессор: 1 – всасывающий патрубок; 2 – ведомый ротор; 3 – ведущий ротор; 4 – подшипник качения ведущего ротора; 5 – упорный подшипник; 6 – шестерни, синхронизирующие движение винтов; 7 – уплотнения вала; 8 – цилиндр и нагнетательный патрубок

Лопастной компрессор – машина динамического действия, в которой сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решетками лопастей. Характерной особенностью лопастных машин является отсутствие пульсации развиваемого ими давления. К лопастным компрессорам относятся радиальные (центробежные), радиально – осевые (диагональные), осевые (рис. 6).

В центробежном компрессоре поток движется в основном от центра к периферии. В осевом компрессоре поток газа движется вдоль оси ротора.

По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т. д.), по роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т. д.), по непосредственному назначению (пускового воздуха, тормозные и т. д.).

По конечному давлению различают:

вакуум- компрессоры – машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;

компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа, среднего – от 1,2 до 10 МПа, высокого – от 10 до 100 МПа и сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объема газа, приведенного к нормальным условиям.

По способу отвода теплоты – с водяным и воздушным охлаждением.

По типу приводного двигателя – с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины.

Для удобства монтажа и уменьшения габаритов компрессорной установки применяются электродвигатели, ротор которых является валом компрессора (моноблочный принцип).

Расчет, конструирование и эксплуатация компрессора ведутся с учетом свойств газа, для сжатия которого предназначен данный компрессор.

Свойства сжимаемого газа определяют размеры и конструкцию главных узлов и деталей компрессора; например, при сжатии пожароопасных газов (кислород, водород, углеводородные газы и др.) необходимо обеспечение повышенной герметичности компрессора и взрывобезопасности двигателя, систем защиты и управления. При сжатии газов, отличающихся токсичностью (оксид углерода, хлор и др.) и повышенной текучестью (гелий), главное требование – герметичность компрессора. При сжатии газов с коррозионными свойствами (сероводород, хлор и др.) необходимо применение специальных материалов для деталей газового такта компрессора.

Некоторые газы активно вступают в химическую реакцию с минеральным маслом (например, кислород), растворяют минеральное масло и смывают его с трущихся поверхностей узлов компрессора (например, углеводородные газы и их смеси), поэтому необходимо применение специальной смазки или выполнение конструкции компрессора, не требующей смазки.

Наибольшее распространение получили воздушные, кислородные, азотоводородные, водородные, гелиевые компрессоры.

Воздух считается чистым, если содержание пыли в нем менее 25 мг/м³. Воздух содержит пары воды, количество которых определяется его температурой и относительной влажностью. Давление атмосферного воздуха зависит от высоты над уровнем моря и колебаний барометрического давления, достигающих 2,5 %. На высоте 1000 м, например, атмосферное давление ниже давления на уровне моря приблизительно на 13,5 %.