Вертикальные компрессоры.

Типы компрессоров.

Преимущества.

1. По сравнению с горизонтальными, имеют несколько меньший и более равномерный по окружности износ поршней и цилиндров.

2. Станины их отличаются более простой и легкой конструкцией, которая воспринимает преимущественно растягивающие и сжимающие напряжения, но не подвержены изгибу, как рамы горизонтальных компрессоров.

3. Цилиндры вертикальных компрессоров не нуждаются в опорах, т.к. температурные и упругие деформации в этих машинах свободны.

4. Монтаж и демонтаж цилиндров и поршней в вертикальных компрессорах более удобны, чем в горизонтальных.

5. Силы инерции возвратно-движущих масс действуют на фундамент вертикально. Машины менее подвержена колебаниям, фундамент может быть более легким. Масса фундамента вертикальных компрессоров составляет не более 2/3 от массы фундамента прежних горизонтальных компрессоров такой же мощности.

6. Фундамент имеет более простую форму.

7. Вертикальные компрессоры занимают меньшую площадь по сравнению с горизонтальными.

8. Преимущества вертикального выполнения более важны для компрессоров с неполноценной смазкой цилиндров и для компрессоров без смазки цилиндров.

Недостатки.

1. Демонтаж механизма движения менее удобен, чем в горизонтальных машинах.

2. При большой производительности вертикальные компрессоры могут иметь значительную высоту, что затрудняет их обслуживание.

3. По сравнению с оппозитными компрессорами имеют худшую уравновешенность по силам инерции.

Горизонтальные компрессоры.

Горизонтальными выполняют главным образом крейцкопфные компрессоры средней и большой производительности. Компрессоры с цилиндрами по обе стороны вала называются оппозитными (с числом рядов от 2-х до десяти).

Оппозитные компрессоры могут быть М-образного выполнения и Н-образного выполнения.

М-образное выполнение, когда компрессор имеет общую раму и двигатель расположен у ее торца. Н-образное выполнение, когда компрессор имеет две раздельные рамы и двигатель расположен между ними.

Из оппозитных компрессоров М- и Н-образного выполнения первое имеет преимущества: более простой монтаж (особенно при электродвигателе консольного типа) и большая надежность работы вала, укладываемого на жестко связанные рамой подшипники.

Четырехрядные Н-образные компрессоры имеют как правило, цельный коленчатый вал, а шести- и восьмирядные – составной, причем средний участок вала, несущий ротор электродвигателя, часто устанавливают на отдельных подшипниках двигателя.

Основным недостатком Н-образного выполнения является затруднительность точной укладки вала на двух рамах, а иногда, кроме того, на подшипниках двигателя. В современных компрессорах применяются тонкостенные вкладыши подшипников, не допускающие шабровки. При недостаточном монтаже или неравномерном их износе у вала могут возникнуть опасные дополнительные напряжения.

Преимущества.

1. У оппозитных компрессоров вследствие возможности увеличения числа рядов исключается необходимость последовательного расположения нескольких цилиндров друг за другом в одном ряду. При выполнении в ряду одного или реже двух цилиндров они более удобны для монтажа и доступны для ремонта.

Одиночные цилиндры в отличие от дифференциальных легко унифицировать, что при реализованных базах сокращает сроки и стоимость проектирования и изготовления компрессора.

2. В оппозитных компрессорах можно достигнуть полного взаимного уравновешивания сил инерции первого и второго порядков.

При угле между коленами противолежащих рядов в 180^° для этого достаточно равенства возвратно движущихся масс этих рядов. В компрессорах с четырьмя коленами вала в одной плоскости и с симметричным зеркальным смещением парных колен и рядов уравновешиваются и моменты (см. рисунок).

3. У оппозитных компрессорах, хорошо уравновешенных по силам инерции, допускают частоту вращения в 2,5-3 раза большую, чем у Г и П- образных горизонтальных машин.

4. По сравнению с крупными вертикальными более удобны для обслуживания.

5. Более легкий, чем у других типов компрессоров демонтаж коленчатого вала и шатуна.

6. Конструкция многорядных оппозитных баз удобна для устройства многослужебных компрессоров, предназначенных для одновременного сжатия различных газов. Также машины представляют собой соединение нескольких компрессоров в одном агрегате, которое целесообразно, когда потребление различных газов связано общим технологическим процессом (см. рисунок).

7.

Многослужебные компрессоры требуют меньшего помещения, чем несколько отдельных компрессоров. Это позволяет значительно уменьшить размеры всей установки, применить более крупный двигатель и упростить систему автоматического управления, контроля и защиты. Все это снижает первоначальные затраты и стоимость эксплуатации.

Недостатки.

1. По сравнению с вертикальными компрессорами больший износ цилиндров и поршней (и более неровный износ).

2. По сравнению с вертикальными и угловыми компрессорами большая занимаемая площадь.

Угловые компрессоры.

Угловые крейцкопфные компрессоры, выполняемые V-образными, W- образными, веерообразными и звездообразными, встречаются в одинарном исполнении с одноколенчатым валом и в сдвоенном-с двухколенчатым.

Угловые крейцкопфные компрессоры - V-образные, W- образные, веерообразные – имеют число рядов от двух до четырех и одноколенчатый вал.

Угловые вертикально-горизонтальные крейцкопфные компрессоры выполняются чаще всего двухрядными. Иногда они выполняются четырехрядными-с двухколенчатым валом, двумя вертикальными рядами и двумя горизонтальными.

Преимущества.

1. Результирующая сил инерции первого порядка может быть частично или полностью уравновешена противовесами на валу.

2. Поэтому фундаменты этих компрессоров сравнительно малы.

3. Благодаря значительной удаленности цилиндров друг от друга, можно увеличить число клапанов, снизив возникающие потери энергии.

4. Имеется возможность установить одноколенчатый вал угловых компрессоров, а у малых машин и двухколенчатый вал, на подшипниках качения (две опоры).

5. Компактность конструкции и удобство монтажа и обслуживания.

Некоторые рекомендации по выбору типа компрессора.

Воздушные компрессоры малой производительностью, в том числе для передвижных компрессорных станций низкого и высокого давления, особенно при воздушном охлаждении цилиндров лучше выполнять бескрейцкопфными угловыми: V-образными, W- образными, веерообразными и звездообразными, с применением одинарных и сдвоенных компоновок. Такие же конструкции, но с герметизацией картера могут быть приняты и для малых газовых компрессоров, если загрязнение газа маслом не исключает возможности их применения.

Компрессоры средней производительности для воздухаи газов следует выполнять крейцкопфными – вертикальными, угловыми или оппозитными. Вертикальное выполнение целесообразно для компрессоров без смазки цилиндров с лабиринтным или графитовым уплотнением, а также для машин, от которых требуют минимальных габаритов в плане. В остальных случаях вертикальные компрессоры уступают угловым, которые лучше уравновешены, требуют меньших фундаментов и могут работать при более высоких частотах вращения.

Из угловых компрессоров средней производительности прежде отдавали предпочтение вертикально-горизонтальным. В последние годы среди новых конструкций чаще стали встречаться V-образные, W- образные, веерообразные. Они обладают следующими преимуществами: меньшие размеры и масса станины, меньше площадь под компрессором и простота одноколенчатого вала. Применяя одинаковые цилиндры на V-образных, W- образных и веерообразных базах, получают компрессоры различных производительностей.

Но с точки зрения унификации наиболее удобны многорядные оппозитные компрессоры. Картер у них конструктивно и технологически прост и при увеличении числа рядов меньше усложняется, чем у угловых. Демонтаж коленчатого вала, шатуна и крейцкопфа более удобен. При бесподвальном выполнении аппаратура располагается непосредственно над компрессором. Оппозитные компрессоры имеют преимущество и в динамике – у них в отличие от угловых компрессоров уравновешиваются силы инерции не только первого, но и второго порядков. Поэтому они могут быть выполнены более высокооборотными и установлены на менее массивных фундаментах. В результате повышения частоты вращения снижаются размеры и стоимость двигателя. Оппозитные компрессоры уступают угловым машинам лишь в занимаемой площади. Крупные оппозитные компрессоры имеют ряд дополнительных преимуществ. Для них не нужны высокие помещения, как для вертикальных или угловых компрессоров. По сравнению с Г-образными и П-образными машинами в оппозитных компрессорах вследствие увеличения частоты вращения масса электродвигателей снижается в 2,5 раза.

Выбор числа рядов компрессора и размещение ступеней в ряду.

Однорядное выполнение отличается простотой механизма движения, а у крейцкопфных компрессоров – меньшим числом сальников.

Двухрядные и многорядные компрессоры по сравнению с однорядными имеют следующие преимущества:

1. Поршневые силы, действующие в отдельных рядах компрессора, уменьшаются, и соответственно уменьшается вес возвратно-движущихся частей каждого ряда. Это позволяет делать такие машины многооборотными, а, следовательно, более компактными и легкими.

2. Тангенциальная диаграмма получается более равномерной, что позволяет снизить вес маховика.

3. Меньшие фундаменты вследствие частичного или полного взаимного уравновешивания сил инерции.

4. Уменьшение числа цилиндров в ряду, что упрощает монтаж цилиндров и обеспечивает выполнение их ремонта и разборки.

При выборе числа рядов компрессора учитывают также технологические возможности завода-изготовителя.

Решая задачу распределения ступеней между рядами и расположения их внутри ряда, стремятся к уравниванию поршневых сил, улучшению уплотнения поршней и штоков, к удобству выемки поршней и к уменьшению габаритных размеров машины.

Если в многорядном компрессоре поршневые силы между рядами и внутри ряда равны, то отдельные ряды не перегружены и может быть использована более легкая база. В этом случае снижается масса компрессора, уменьшается маховик и повышается КПД мех. машины.

Если отсутствует промежуточный отбор газа, то для равенства поршневых сил в рядах в каждом из них должно быть одинаковые число ступеней. Это требуется также для уменьшения длины машины.

Цилиндры машин средней и большой производительности выполняют двойного действия или при нескольких ступеней в ряду объединяют в дифференциальный блок.

При дифференциальных блоках уменьшается число сальников, но значительно возрастают перетечки газа через поршневые кольца, особенно у ступеней высокого давления. Кольца этих ступеней работают в неблагоприятных условиях. Вследствие односторонне направленного перепада давлений они постоянно и с большой силой прижаты к одной из стенок в канавках поршня и при возвратном движении поршня не происходит в них перекладка колец. На нагруженную сторону канавок не поступает смазка и скольжение колец в канавках осуществляется в условиях сухого или полусухого трения. Это значительно усиливает износ колец. При дифференциальном поршне диаметры цилиндров намного больше, чем при дисковых поршнях ступеней двойного действия. В результате этого еще более возрастают утечки и работа трения поршневых колец. Экономичность компрессора снижается еще и вследствие повышенного нагрева всасываемого газа при контакте с дифференциальным поршнем.

К недостаткам дифференциальных поршней относится и сложность конструкции. Для выемки дифференциального поршня может потребоваться демонтаж части цилиндров и примыкающих к ним трубопроводов.

Масса дифференциальных поршней значительно выше, чем у дисковых. Связанные с этим повышение сил инерции приводит к необходимости снижать частоту вращения и увеличивать размеры фундамента.

Устройство цилиндров в дифференциальных блоках - вынужденное решение. К нему прибегают, если число ступеней компрессора больше числа рядов базы.

Наиболее целесообразно располагать в каждом ряду по одному цилиндру. При этом компрессор может быть более высокооборотным, экономичным, меньшим по габаритам, удобным для обслуживания и ремонтов.

Уравнение поршневых сил ряда.

При равных отношениях давлений в ступенях и отсутствии между ними отбора газа поршневые силы в ряду компрессора с дифференциальным блоком уравнены, если половина ступеней ряда обращена к валу и половина – в противоположную сторону.

При выборе расположения ступеней в дифференциальном блоке руководствуются следующими соображениями. Сумма всех площадей дифференциального поршня, обращенных к валу, сложенная с площадью штока, равна сумме площадей поршня, обращенных в противоположную от вала сторону. Если число ступеней в дифференциальном блоке нечетное, то ступень низкого давления выполняется в цилиндре двойного действия, а остальные ступени в цилиндрах одинарного, причем они располагаются в равном количестве по обе стороны от ступени двойного действия. При такой компоновке машины поршневые силы при ходе к валу и от вала примерно равны.

В ряде случаев для уравнения поршневых сил при ходе к валу и от вала вводят уравнительные полости, давление в которых бывает равно давлению всасывания, или одному из межступенчатых давлений.

В отличие от рабочих полостей компрессора уравнительная полость не имеет клапанов, а давление газа в ней почти постоянно.

Цилиндры с подвешенным поршнем.

Цилиндры самых крупных горизонтальных компрессоров (диаметром более 1000мм) иногда выполняю с поршнем, который подвешен на сквозном штоке, опирающемся концами на крейцкопф и ползун. При этом полностью устраняется износ цилиндра и несколько снижается расход энергии. Однако устройство добавочных параллелей, ползунов и сальников усложняет конструкцию, увеличивает габариты компрессора и массу поступательно движущихся частей. Такое выполнение лишь целесообразно в компрессорах для сжатия очень загрязненных газов и в дожимающих компрессорах для уравнения сил.

Унификация и нормализация.

Унификацией в машиностроении называется метод конструирования машин из ряда одинаковых узлов и деталей.

Нормализация – установление определенных (стандартных)типов широко применяемых деталей различных механизмов.

Применение унификации дает следующие преимущества:

1. Сокращение времени на проектирование машин.

2. Сокращение времени на подготовку производства.

3. Возможность более рациональной организации производства и применение более совершенной технологии, характерных для серийного производства.

4. Большая возможность специализации отдельных заводов.

Все это позволяет увеличить выпуск машин и сократить их стоимость.