КОМПРЕССОРЫ И ИХ ОБОРУДОВАНИЕ

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры в зависимости от числа ступеней сжатия, числа цилиндров и степени действия бывают: одно- и многоступенчатые; одно- и многоцилиндровые: одно- и двустороннего действия. Различают компрессоры (рис. 93): горизонтальные (рис. 93, а), горизонтальные оппозитные (рис. 93, б), вертикальные (рис. 93, в), из прямоугольным (рис. 93, г) и с V-образным (рис. 93, д) расположением цилиндров в вертикальной плоскости.

А Б В

Рис. 93 Расположение цилиндров двухступенчатых

поршневых компрессоров

Все компрессоры крейцкопфные, кроме последний, который есть бескрейцкопфным. На

рис. 93 показанные двухступенчатые компрессоры (I, II — соответственно первая степень и другая степень сжатия).

Компрессоры оппозитные, с прямоугольным и V-образным расположением цилиндров наиболее компактной, экономические и удобные в эксплуатации.

Одноступенчатые компрессоры горизонтальные обычно строятся двустороннего действия одноцилиндровые и двухцилиндровые на производительность до 50...80 м³/мин при избыточном давлении 0,2...0,7 МПа. Одноступенчатые вертикальные компрессоры одноцилиндровые и многоцилиндровые строятся одностороннего действия, быстроходные.

Двухступенчатые компрессоры в горной промышленности получили большое применение.

Компрессоры 4М10-100/8 Пензенськогоого компресорногоого завода выполняются на оппозитной многорядной базе. Шифр компрессора: 4 — число рядов; М — многорядная база; 10 — поршневая сила одного ряда, тс (поршневой силой называется сумма действующих на поршень сил давления воздух в цилиндре, сил инерции масс, которые поступательно двигаются, и сил трения этих масс); 100 - производительность компрессора, /мин; 8 - конечное избыточное давление (0,8 Мпа).

Шатунный-кривошипно-шатунные механизмы компрессора расположенные по обоих стороны вала, причем кривошипы сопредельных рядов 1 и 2,3 и 4сдвинутые на 180 ° (рис. 94) и имеют взаимно- противоположное движение, чем обеспечивается противоположное направление сил инерции в каждом паре рядов. Противоположное направление и равенство сил инерции обеспечивают красивую уравновешенность масс, которые двигаются. Частота обращения двигателя 5 в связи с этим доказанная до 500 об/мин и компрессор выполнен без маховика. Благодаря высокой быстроходности компрессор 4М10-100/8 в сравнении с другими поршневыми компрессорами имеет меньшие размеры и массу.

На рис. 95 показанный разрез по цилиндрам первого и четвертого рядов оппозитного компрессора 4М10-100/8. По обоих стороны кривошипно-шатунного механизма 1 консольно расположенные цилиндры 2 и 3 первого и второго степеней сжатия. Фонари 4 с крейцкопфами 5 имеют сопротивления 6.

Цилиндры I ступени разборные и состоят из трех частей. Поршни пустотелые, причем поршень I ступени свареный, а II ступени — литой. Клапаны 7 прямоточные, круглые. Вода для охлаждения циркулирует в водных рубашках 8. Промежуточный охладитель располагается над цилиндрами и имеет предупредительный клапан.

Смазывание механизмов движения осуществляется шестеренным насосом, который подает масло через пластинчатый фильтр и маслоохладитель, смазывание цилиндров и сальников – плунжерным насосом (лубрикатором).

Компрессор 4М10-100/8 имеет буферные емкости (цилиндрические сосуды) перед I ступенью и после II ступени сжатия перед конечным охладителем, которые необходимые для устранения резонансных явлений, которые возникают в всасывающем и напорном трубопроводах в связи с пульсирующим характером движения в них воздух.

Рис. 94. Схема четырехрядного оппозитного компрессора:

l, ll – первая и вторая ступени сжатия

Ротор синхронного двигателя закрепленный на консоли главного вала. Мощность электродвигателя 630 квт (770 квт · А), напряжение – 6000 В, частота обращения – 500 об/мин.

Производительность компрессора автоматически регулируется перепуском воздуха из пустоты сжатия в пустоту всасывания с помощью байпасов 9. Система ступенчатого регулирования действует на клапаны байпасов автоматически. Предусмотрена возможность ручного управления регулированием производительности компрессора.

Пензенский компрессорный завод изготовляют компрессоры 2М10-50/8 производительностью 50 м³/мин. Компрессор двухступенчатый, представляет собой горизонтальную оппозитную двурядную поршневую машину с двумя цилиндрами двустороннего действия.

рис 95. Разрез по цилиндрам оппозитного компрессора 4М10-100/8

Поршневые компрессоры 4М10-100/8 и 2М10-50/8 имеют приборы и устройства защиты: электроконтактные манометры на промежуточном охладителе, после второй ступени сжатия, на трубопроводах охлаждающей воды и системы смазывания механизма движения: электронный самопишущий мост из малоинерционными термометрами сопротивления для измерения и записи температуры сжатого воздуха после ступеней сжатия и на выходе из промежуточного охладителя, а также температуры масла на выходе из картера; пружинные предупредительные клапаны на промежуточном охладителе и на буферной емкости после второй ступени сжатия; измерительные приборы и устройства защиты электродвигателя. С помощью аппаратуры защиты компрессор автоматически отключается и машинисту подается звуковой сигнал: при повышении температуры сжатого воздуха после второй ступени до 170 °С; повышении давления сжатого воздуха в воздухопроводе на 10% в сравнении с нормальной; снижении давления масла в механизме движения и давления охлаждающей воды до 0,05 МПа. Система автоматически выполняет следующие функции: программный дистанционный пуск и остановку компрессора, дистанционный контроль всех основных показателей работы, сигнализацию, которая предупреждает и аварийную, отключение и блокирование двигателя компрессора при отклонении от заданных показателей.

Компрессор ВП-10/8 (рис. 96) с прямоугольным расположением цилиндров имеет производительность 10 м³/мин, избыточное давление 0,8 МПа, частоту обращения вала 735 про/мин. Между цилиндром ступени низкого давления (ц.н. д.) 1, расположенным вертикально, и цилиндром ступени высокого давления (ц.н. д.) 2, расположенным горизонтально, размещенный промежуточный охладитель 3. Цилиндры двустороннего действия, причем в каждой рабочей пустоте ц.н. д. установлен по двух всасывающих и двух нагнетательных клапана, а в пустотах ц.в. д. — по одном всасывающему и одном нагнетательном клапане.

Рис. 96. Компрессор ВП-10/8

Заводом “Борец” разработанный ряд двухступенчатых компрессоров с прямоугольным расположением цилиндров производительностью 6, 10, 20, 30, 40 и 50 м³/мин при конечном избыточном давлении до 0,9 МПа.

Передвижные компрессоры, применяемые в шахтных условиях, если потребление воздуха сравнительно небольшой (например, в забое штрека при очень крепких породах и в случае применения в очистительных забоях электроэнергии), вместе с двигателями устанавливаются на тележках для перемещения по рельсовым путям шахты.

Передвижная шахтная воздушная компрессорная станция ШВКС-5 имеет компрессор с V-образным расположением цилиндров. Компрессор имеет четыре цилиндра в двух блоках. Каждый блок состоит из цилиндров первой и второй ступеней сжатия, расположенных под углом 75° друг относительно друга. Цилиндры с ребристой поверхностью и трубчатым промежуточным охладителем имеют воздушное охлаждение, обеспечиваемое специальным вентилятором. Производительность компрессора 5 м³/мин, избыточное давление 0,7 МПа, мощность двигателя 34 квт при напряжении 380/660 В.

Клапаны компрессоров бывают кольцевые, дисковые, полосовые и прямоточные. К клапанам предъявляются следующие требования; прочность; плотность закрытия; легкость открывания и закрывание точно в необходимый момент; быстрое и бесшумное действие; достаточное пересечение, чтобы скорость воздуха при проходе через клапаны не превышала 20...50 м/с.

Наиболее сделанными являются прямоточные клапаны (рис. 97), которые характеризуются небольшими газодинамическими сопротивлениями и бесшумностью в работе. Клапаны состоят из седла 1 и упругих пластин, которые примыкают к нему, 2. Если давление под клапаном большее, чем над ним, пластины отгибаются по профилю седла и пропускают поток воздуха.

Регулирование производительности компрессоров вырабатывается с целью поддержки постоянного давления сжатого воздуха у потребителей независимо от его затраты. При работе без регулирования, если затрата сжатого воздуха больше производительности компрессоров, давление в воздухопроводной сети падает, при обратном явлении — давление возрастает, чего нельзя допускать во избежание нарушения нормальной работы потребителей сжатого воздуха.

Регулирование подачи сжатого воздуха в воздухопроводную сеть должно быть автоматической в зависимости от давления воздуха в воздухопроводной сети и может быть осуществлен:

1) выпуском в атмосферу из воздухосборника через клапан лишнего количества воздуха;

2) выключением компрессорного двигателя при повышении давления в воздухопроводной сети выше необходимого;

3) регулированием производительности компрессора способом изменения частоты обращения его .вала;

4) регулированием производительности компрессора при постоянной частоте обращения.

Регулирование по п. 4 вырабатывается путем: а) открывание всасывательных клапанов при нагнетательном ходу поршня; б) перепуска воздуха из пустоты сжатия в пустоту всасывания; в) увеличение вредного пространства; г) закрывание всасывающей трубы.

Рис. 97. Прямоточный клапан поршневого компрессора

Все способы, за исключением третьего, разрешают лишь снизить подачу воздуха в воздухопроводную сеть, и, итак, при них нормальная производительность компрессора должна отвечать максимальной затрате воздуха потребителями. Первый способ неэкономичный, второй применяется в компрессорах небольшой производительности, третий в компрессорах, которые приводятся в действие регулированными двигателями, четвертый — в компрессорах большой производительности с электродвигателями.

При регулировании производительности компрессоров путем автоматического открывания (отжима) всасывающих клапанов осуществляется продолжительное сообщение цилиндров I ступени сжатия с атмосферой и цилиндров II ступени с промежуточным охладителем. При таком способе регулирования компрессоров отжим всасывающих клапанов должный происходить одновременно в двух ступенях. При несоблюдении этого поднимается пропорциональность снижения производительности в ступенях и имеет место перераспределение степени повышение давления в цилиндрах. В цилиндре, где отжим всасывающего клапана по какой-нибудь причине не состоялся, степень повышения давления увеличивается и температура воздуха может достичь опасной величины..

Регулирование производительности перепуском воздух из пустоты сжатия в пустоту всасывания (того же цилиндра) применяется в компрессорах 4М10-100/8. Регулирование пятиступенчатое (100, 75, 50, 25 и 0%), вырабатывается с помощью специальных клапанов — байпасов 7, 2 и 5, установленных в цилиндрах (рис. 98).

Трехходовые электромагнитные клапаны КЭТ соединяют байпасы или с воздухосборником ВС, или с атмосферой, причем байпасы соответственно ли закрываются открываются.

Импульс на срабатывание электромагнитных клапанов дается электроконтактным манометром, установленным на общем напорном коллекторе компрессорной станции.

Если потребление воздуха из сети отвечает производительности компрессорной станции, воздух из воздухосборника через электромагнитные клапаны поступает в байпасам /, 2 и 3, удерживая их в закрытом состоянии. Производительность компрессора равняется 100 %. При росте давления в сети подаются последовательно импульсы на электромагнитные клапаны КЭТ1, КЭТ2 и КЭТЗ, что открывают соответствующие пары байпасов 1, 2и 3. При этом в той же последовательности из восьми рабочих пустот отключаются две, четыре, шесть пустоты и производительность компрессора становится равной соответственно 75, 50 и 25 % нормальной.

Дальнейший рост давления сопровождается подачей импульса на задвижку ЭЗс электроприводом, что, открывая, соединяет напорный трубопровод с атмосферой. Производительность компрессора станет равной нулю.

При снижении давления в сети все операции повторяются в обратной последовательности.

Регулирование может быть принудительной путем включения электромагнитов тумблерами на щите или управление вентилями В.

При регулировании производительности компрессора путем автоматического увеличения вредного пространства осуществляется сообщение цилиндра с дополнительными объемами вредного просторную, расположенными в крышке цилиндра компрессора. Включение любого с четверых дополнительных вредных пространств снижает производительность компрессора на 25 %.

При регулировании производительности компрессора автоматическим закрыванием всасывающей трубы осуществляется разъединение цилиндра I ступени компрессора с атмосферой с помощью регулятора. Такие регуляторы через их недостатки распространения не получили.

Теоретическая характеристика поршневого компрессора — зависимость между теоретической производительностью и давлением — изображается прямой линией l (рис. 99).

Рис. 98. Схема регулирования производительности компрессора перепуском воздуха из нагнетательной во всасывающую пустоту

Рис. 99. Характеристики поршневого компрессора

В силу разных причин (см. Одноступенчатое сжатие) соответствующей действительности производительность компрессора меньше теоретической, причем потери производительности увеличиваются с ростом давления.

Соответствующей действительности характеристика поршневого компрессора – зависимость между соответствующей действительности производительностью его и давлением – представляет собой линию II, начало что не совпадает с началом линии I, что объясняется началом вредного пространства.

Рис. 100 Индикаторна диаграмма к построению характеристики поршневого компрессора

Соответствующей действительности характеристику компрессора можно построить по его индикаторной диаграмме (рис.100). На диаграмме обозначенное атмосферное давление всасываемого воздуха р_вс давление в промежуточном охладителе р_пр, давление на выходе из второй ступени р₂ и соответствующие им абсциссы индикаторной диаграммы А_вс, А_пр , А₂. При снятии индикаторной диаграммы записываются температуры атмосферного воздуха у фильтра компрессора Т_вс и на выходе с ц.н. д. Т₁ и ц.в. д. Т₂ .

Далее определяется количество воздуха V_вс , всасываемого компрессором, перечисленное на условия всасывания количества воздуха V₁, что поступает в промежуточный охладитель, и V₂ на выходе из цилиндра высокого давления :

(146)

(147)

(148)

где µ_v — масштаб индикаторной диаграммы по оси объемов, м³ /см; n — частота обращения двигателя, об/мин.

Для компрессоров двустороннего действия результаты вычислений удваиваются.

Имея V_вс ,V₁ ,V₂ и соответствующие им значение р_вс, р_пр и р₂ , получаем точки 1,2 и 3 (см.рис.99). Линия, которая соединяет эти точки, соответствует действительности характеристикой поршневого компрессора.

Для сравнения компрессоров, которые работают в разных условиях, их характеристики необходимо привести к нормальным условиям. Для этого вырабатывается перечисление V_вс, V₁ и₂ по формуле (127).

Соответствующей действительности характеристика компрессора разрешает судить про его техническое состояние. Кроме того, эти характеристики имеют большое значение при установлении рабочего режима как одного компрессора, так и нескольких компрессоров на общую воздухопроводную сеть.

Преимущества поршневых компрессоров: надежность в работе, большой срок службы и высокий к.п. д.; красивая работа при параллельном подключении на общий воздухопровод; способность развивать большое давление; стойкий режим при работе на сеть любой характеристикой.

Недостатки поршневых компрессоров: небольшая частота обращения вала, в связи с чем необходимые тихоходные двигатели, а при быстроходных двигателях — передача между валами компрессора и двигателя; большие размеры и масса, которая требуют больших фундаментов; сравнительно ограниченная производительность; неравномерная подача сжатого воздуха в сеть через возвратно – поступательное движение поршня; наличие воздухораспределительных клапанов, которые могут поднимать работу компрессоров.