Виды и классификация поршневых компрессоров.

По способу передачи движения рабочим органам поршневые компрессоры подразделяются на две группы: с м е х а н и з м о м д в и ж е н и я (преимущественно кривошипно-шатунным) и с в о б о д н о – п о р ш н е в ы е. В свою очередь компрессоры первой группы можно разде­лить на обособленные и моноблочные.

Обособленный компрессор предназначен для привода от дви­гателя любого типа, соединенного непосредственно или через трансмиссию. Моноблочный компрессор с электрическим приво­дом отличается от обособленного тем, что ротор электродвига­теля служит маховиком компрессора. Для этой цели предназна­чены двигатели, в которых статор и ротор меняются местами: наиболее массивная кольцевая часть электродвигателя служит ротором, а центральная — статором.

Компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом, обособлен­ные от двигателя, различаются по типам. Тип определяется рас­положением осей цилиндров в пространстве — вертикальным, горизонтальным, угловым. К угловому типу относят машины с вертикалыю-горнзонгальным (прямоугольный тип П) и с наклонным расположением цилиндров (V-образные, веерообразные).

Каждый тип компрессоров имеет свои достоинства. Гор и з о н т а л ь н ы й компрессор удобен для обслуживания и скрытого размещения аппаратуры и трубопроводов иод машиной; демонтаж коренного вала и шатуна проводится легче, чем в когл-прессорах других типов. Эти преимущества особенно важны для крупных стационарных компрессоров. Угловой тип — наи­лучший для компрессоров небольших размеров, в том числе пред­назначенных для передвижных компрессорных установок. Колен­чатый вал таких компрессоров может быть уложен на подшипни­ках качения. При наклонном расположении цилиндров угловой компрессор компактен и удобен для монтажа. Основное преиму­щество вертикальных компрессоров — равномерный из­нос цилиндров и поршней вследствие меньшего давления поршней на стенки цилиндров благодаря равномерному распределению смазки и оседанию твердых частиц на торце поршня. Это преиму­щество особенно выявляется в компрессорах без смазки или с не­полной смазкой цилиндров.

Компрессоры одного типа различаются числом рядов цилиндров (равным числу шатунов), расположением цилиндров и ступеней, конструкцией кривошипно-шатунного механизма, который может быть крейцкопфным или бескрейцкопфным. Это — признаки схемы компрессора, которая предопределяет конструк­цию машины, ее массу, габариты и стоимость, а также экономич­ность в эксплуатации, надежность, удобство обслуживания и ремонта.

Различие требований, предъявляемых к компрессорам в зависимости от их назначения, отражено в разнообразии применяемых схем. Некоторые из них показаны на рис. 3.1 Уравнительная полость в отличие от рабочих камер не имеет клапанов и нахо­дится под действием постоянного давления газа для уменьшения усилия в поршневом штоке.

Рис. 3.1 Схемы поршневых компрессоров

I,II, III, IV, V — ступени сжатия; У_р — уравнительная полость

Бескрейцкопфные компрессоры (а—д) просты по конструкции и компактны, вследствие чего их применяют в передвижных установках. В крупных компрессорах сказываются недостатки этой схемы: пониженный механический к. п. д., большие утечки газа через поршневые кольца, повышенный унос масла из картера и насыщение им сжимаемого газа, неэффективное использование объема цилиндра (поршни одностороннего действия). Указанные недостатки устранены в схеме с крейцкопфом (е—к).

В схеме и со встречным движением поршней (оппозитный ком­прессор) колена вала каждой пары противолежащих рядов ком­прессора взаимно смещены на 180°. Здесь полностью уравнове­шены силы инерции поступательно движущихся масс, силы давле­ния газа на поршни противоположны по направлению, вслед­ствие чего коренные подшипники оказываются разгруженными. Тем самым уменьшается работа сил трения, а, следовательно, и износ подшипников п коренных шеек вала. Поскольку оппозитные компрессоры хорошо динамически уравновешены, частота вращения вала их более высокая. Это позволяет снизить массу (на 50—60% на единицу объемного расхода ) и габариты (по сравнению с неоппозитными горизонтальными компрессорами).

На рис. 3.1 к изображена схема так называемого дифферен­циального блока поршней, применяемого в многоступенчатых компрессорах. Он удобен тем, что позволяет уменьшить число сальников и длину ряда цилиндров. Камеру с высоким давлением для снижения утечек газа через уплотнение поршня меньшего диаметра обычно располагают в торце блока.

Свободно- поршневой компрессор — агре­гат, в котором мощность от цилиндра двигателя к цилиндрам компрессора передается без промежуточного механизма, благо­даря чему компрессорная установка становится ком­пактной, а к. п. д. увеличивается.

Для перекачивания попутных нефтяных и природных газов на нефтяных и газовых промыслах промыслах широко применяют моноблочные компрессоры с газовым ДВС —г а з о м о т о к о м п р е с с о р ы. Эти мощные и сложные газоперекачивающие агрегаты (ГПА) применяют как в стационарных, так и в передвижных компрессорных станциях.

В газомотокомпрессоре. ГМ-8 (рис. 3.2 а) противополож­ное расположение компрессорных цилиндров и продувочных насосов двигателя благоприятствует уравновешенности агрегата в горизонтальной плоскости. К каждой шатунной шейке коленчатого вала присоединены по два шатуна: дви­гателя и компрессора или двигателя и продувочного насоса. Система смазки— циркуляционная для механизма движения и принудительная от лубрикаторов для всех цилиндров и сальников. Охлаждающая вода подается в блок цилиндров двигателя, при этом часть ее отводится на охлаждение компрессорных цилиндров.

Газомотокомпрессоры этого типа выпускаются следующих модификаций: ГМ-8/4-64; ГМ-8/1-9; ГМ-8/1-17 и т. д. Последняя цифра в шифре означает номинальное давление сжатого газа в кгс/см^г, предпоследняя под дробной чертой — начальное давление, цифра 600 — мощ­ность в л. с. у стационарных компрессоров (у передвижных она равна «400 кВт за счет привода вентиляторной установки; в шифре не указана).

Рис. 3.2 Схемы газомотокомпрессоров

а — с двусторонним расположением компрессорных цилиндров и продувочных насосов; б — с односторонним расположением компрессорных цилиндров; в — с односторонним расположением компрессорных цилиндров и продувочных насосов; г — с двусторонним расположением компрессорных цилиндров; / — поршень двигателя; 2 — поршень ком­прессора; 3 — крейцкопф; 4 — поршень продувочного насоса; 5 — направляющие крейц­копфа; 6 — фундаментная рама

Компрессорная станция КС-550 смонтирована в нескольких блоках на сварных рамах-салазках. Наиболее крупный блок — газомотоком-прессор ГМ-8 со щитом системы управления и контроля, пневмосистемой ее питания и другими составляющими. Второй блок содержит радиаторно-вентилятор-ную установку, компрессор и баллон пускового воздуха, водо-масляный бак. В трех небольших вспомогательных блоках размещены сепараторы, масляные фильтры, воздухоочиститель и глушитель выхлопа.

Для регулирования нагрузки на каждую ступень предусмотрены обводные линии с задвижками, соединяющие буферную емкость нагнетания с буферной емкостью всасывания первой ступени. Продувка конденсата производится из буферных емкостей нагнетания и сепараторов в общий коллектор. Радиаторно-вентиляторная установка для двух ступеней сжатия состоит из четырех секций охлаждения — водной, масляной и двух газовых. Каждая секция имеет радиатор из оребренных труб, внутри которых проходят потоки охлаждаемых сред, а снаружи — охлаждающий воздух.

Гидропривод вентиляторов состоит из роторных насосов, соединенных через редуктор с коленчатым валом, и гидромоторов, вращающих рабочие колеса вен­тиляторов. Масло поступает в насосы из масляного отделения водо-масляного бака, расположенного в верхней части радиаторно-вентиляторной установки и возвращается из гидромоторов через фильтр.

Газомотокомпрессор ЮГКН (рис. 3.2 в)предназначен для стационарных станций. Корпуса продувочных насосов двигателя одновременно служат направляющими крейцкопфов. К шатунным шейкам коленчатого вала крепятся только головки компрессорных шатунов, а шатуны двигателя — при­цепные. Компрессоры этой марки выпускают с цилиндрами диаметром от 110 до 630 мм. В одноступенчатых машинах степень повышения давления е состав­ляет 1,2—4,0 при максимальном давлении 12,2 МПа; при двух ступенях 8 равно 3—12,5, а конечное давление достигает 34, 5 МПа; при трех ступенях е более 20, а при четырех ступенях доходит до 75. Шифр ЮГКН 4/1-55 означает: компрессор с четырьмя ступенями сжатия от р_н ~ 0,1 МПа до 5,4 МПа.

Газомотокомп рессор МК-8 (рис. 3.2 б),как и ЮГКН, пред­назначен для стационарных установок. Двигатель этого компрессора имеет вы­сокие показатели (к. п. д. = 0,36 вместо 0,27—0,29 у ГМ-8 и ЮГКН). Шатуны двигателя и компрессора выполнены отдельно. Они расположены попарно на первой, четвертой, шестой и восьмой шатунных шейках коленчатого вала. Продувочные насосы отсутствуют, и продувка двигателей осуществляется от турбо­компрессора.

Газомотокомпрессор ДР-12 — наиболее мощный и сложный из выпускаемых заводом «Двигатель Революции». Он состоит из двухтактного V-образного двигателя и шести компрессорных цилиндров, расположенных с обеих сторон базы.

3.3 Принцип действия и устройство поршневых компрессоров

Поршневые компрессоры по принципу действия и устройству подобны поршневым насосам. В них при возвратно-поступательном движении поршней или плунжеров происходит циклическое наполнение рабочих камер и выталкивание порций перекачиваемого газа. Однако, характер рабочего процесса в компрессоре существенно иной, чем в насосе из-за значительной сжимаемости газа. По устройству эти машины также значительно различаются. По системам охлаждения цилиндров и их смазки поршневые компрессоры аналогичны поршневым ДВС. Некоторые детали этих машин аналогичны.

Процесс повышения давления газа, как и в динамических ком­прессорах, может осуществляться последовательно в нескольких камерах многоступенчатого компрессора, прерываясь для проме­жуточного охлаждения. В целях удешевления производства компрессоров их выпу­скают с унифицированными базами, представляющими собой совокупность нормализованных механизмов движения, систем его смазки, а для моноблочных машин — также и привода. Моди­фикации компрессоров с одной базой, рассчитанные на различ­ные давления и объемные расходы газа на входе, имеющие оди­наковую мощность и длину хода поршней, различаются разме­рами цилиндров и числом ступеней сжатия. Унификация выгодна и для эксплуатации машин, так как упрощаются их обслуживание и ремонт. Кроме того, можно модифицировать компрессор в про­цессе эксплуатации. Такая необходимость возникает, например, когда падает давление газа на приеме компрессорной станции га­зового промысла и в связи с увеличением необходимой прихо­дится снижать объем всасываемого газа.

На рис. 3.3 приведен двухступенчатый компрессор завода «Борец» с унифицированной базой, которая состоит из станины, коленчатого вала с коренными подшипниками, шатунов, крейцкопфов, промежуточного холодильника, а также системы смазки и некоторых других частей машины.

Рис. 3.3 Поршневой компрессор

1 — станина; 2 — коленчатый пал; 3 — противовесы коленчатого вала; 4 — шатун; 5 — крейцкопф; 6 — направляющие крейцкопфа; 7 — цилиндр первой ступени; 8 — цилиндр второй ступени; .9 — поршень первой ступени; 10 — поршень второй ступени; 11 — клапан всасывающий; 12 — клапан нагнетательный; 13 — сальник; 14 — промежу­точный холодильник; 15 — дополнительная полость; 16 — присоединительный клапан; 17 — маховик

Цилиндр первой ступени большего диаметра расположен вертикально, а цилиндр второй ступени — горизонтально, причем нагнетательная линия направ­лена вниз, а не вверх, как в поршневых насосах, что необходимо здесь для удаления из цилиндра возможного конденсата. Ци­линдры и крышки цилиндров имеют полости для циркуляции в них охлаждающей воды. Уплотнения поршневых штоков выполнены съемными.

В поршневых компрессорах используют различные средства регулирования объемного расхода газа на входе. Одно из этих средств — искусственное увеличение «мертвого» пространства в цилиндре. На рис. 3.3 видно, что в крышке цилиндра первой ступени устроена дополнительная полость, присоединя­емая к основной с помощью клапана пневматического действия.

Смазка цилиндров минеральным маслом часто нежелательна или недопустима по различным причинам, в частности, если масло загрязняет перекачиваемый газ или вступает с ним в реакцию (кислород, хлор и др.), или если газ растворяется. При высоких температурах компрессорное масло разлагается и вызывает опасность взрыва. Поэтому созданы компрессоры, не нуждающиеся в смазке цилин­дров и сальников.