Устройство и принцип действия поршневого компрессора

Лекция №3  По программе подготовки нач. смен.       Разраб. Бритов М.А.

Компрессоры. Назначение и работа. Основные узлы конструкций всех типов компрессоров. Основные устройства системы разгрузки и загрузки поршневых компрессоров. Важность смазки для всех типов компрессоров. Важность системы охлаждения. Основные конфигурации компрессоров (сепараторы, промежуточные охладители, ресиверы)

Машиныдля сжатия и перемещения газовотносят к классу газодувныхмашин. Газодувные машины классифицируют:

               Компрессоры - сжимают давлением Ризб. > 2 кгс/ см² (0,2 МПа);

               нагнетатели  - сжимают газ до давления Ризб. до 2 – 3 кгс/см² (0,2 – 0,3 МПа);

               газодувки  - сжимают газ до давления Ризб.= 1кгс/см² (0,1 МПа).

             Компрессоры подразделяют:

             а) низкого давления       Ризб.= 2 – 10 кгс/см² (0,2 – 1,0 МПа);

             б) среднего давления Ризб.= 10 – 100 кгс/см² (1,0 – 10 МПа);

             в) высокого давления  Ризб. > 100 кгс/см² (> 10 МПа).

              По принципу сообщения газу кинетической энергии все компрессоры делят на два класса:

              Объемные →    поршневые

                                     → мембранные

                                     → роторные → винтовые

               →    пластинчатые

                             → жидкостно- кольцевые

            Динамические → центробежные

                                             → осевые

             По производительности компрессоры различают:

             малой производительности до 0,015 м³/с;

             средней производительности   0,015 – 1,5 м³/с;

             высокой производительности    >1,5 м³/с;

Поршневые компрессоры

              Поршневые компрессорыотносятся к классу объемных, на технологических установках НПЗ применяются для сжатия и перемещения газов. В компрессорах этого типа газ сжимается в замкнутом пространстве (цилиндре) в результате возвратно-поступательного движения поршня.

              Поршневые компрессоры делят:

              по числу ступеней – одно, двух и многоступенчатые до семи ступеней;

              по кратности действия (подачи) – одинарного действия, двойного действия, дифференциального действия;

              по типу кривошипно-шатунного механизма – крейцкопфные и бескрейцкопфные;

              по числу цилиндров – одно, двух и многоцилиндровые;

              по расположению осей цилиндров – горизонтальные, вертикальные, угловые, комбинированные, V – образные, W – образные;

              по составу сжимаемого газа – воздушные, азотные, аммиачные, кислородные и т.д.

              Горизонтальные компрессоры различают по расположению осей цилиндров к валу –         с односторонним расположением цилиндров;

              с расположением осей цилиндров по обе стороны вала компрессора – оппозитные.

             Оппозитные компрессоры как более прогрессивные получили преимущественное применение благодаря особенностям компоновки схем и конструкций базы, они являются более высокооборотными, имеют меньшие габариты и массу. В оппозитных компрессорах происходит взаимное уравновешивание инерционных и частично поршневых сил, действующих в противолежащих рядах компрессора, коренные подшипники оказываются разгруженными, силы инерции, а в некоторых компоновках и моменты от этих сил не передаются на фундамент и возможна установка компрессоров на относительно небольших фундаментах. Поскольку нагрузки на механизм движения в оппозитном компрессоре значительно меньше, стало возможным увеличение частоты вращения вала в 2 – 3 раза, что, в свою очередь, дало возможность уменьшить размеры цилиндров и компрессора в целом. При высокой частоте вращения масса ротора электродвигателя оказывается достаточной для обеспечения необходимого махового

момента без дополнительного маховика.

            Оппозитные компрессоры имеют недостатки, присущие многорядному исполнению: большое число уплотнений поршней и штоков; более тяжелые условия работы этих уплотнений при высокой частоте вращения вала и высоком давлении; меньший срок службы клапанных пластин и других деталей, работающих на усталость.

Сопоставление экономических показателей оппозитных компрессоров и горизонтальных компрессоров с односторонним расположением цилиндров показывает, что значение удельной мощности быстроходных оппозитных компрессоров не ниже, а показатели надежности наиболее напряженных работающих узлов стали выше, чем были у тихоходных горизонтальных машин.

Устройство и принцип действия поршневого компрессора

                 Для понятия процесса работы поршневого компрессора необходимо рассмотреть две диаграммы:

                 диаграмма сжатия идеального газа (см.рис.1);

                 диаграмма сжатия реального газа (см.рис.2);

Поршень двигается вправо открывается всасывающий клапан и газ поступает в цилиндр,  происходит процесс всасывания по линии 1- 6, поршень двигается влево всасывающий клапан закрывается и газ сжимается (если при сжатие все тепло отводится, то сжатие будет изотермическим по линии 6 – 3, если сжатие происходит без теплообмена с внешней средой, оно будет адиабатическим по линии 6 – 5, в действительности сжатие происходит с частичным теплообменом по политропе по линии 6- 5). Затем открывается нагнетательный клапан и газ выталкивается из цилиндра по линии 4 – 2. При повторном движении поршня вправо давление в цилиндре резко снижается л. 2 – 1, начинается всасывание через открывающийся всасывающийся клапан и все процессы повторяются. Площадь диаграммы, ограниченная линиями 1-6-5-2 показывает работу.

                       Поз.1 - цилиндр; поз.2 – поршень; поз.3 – клапаны всасывающий и    

                      нагнетательный; поз.4 – ползун; поз.5 – шатун; поз.6 – кривошип.  

                                     Действительная диаграмма имеет вид см. рис.2.

    В конце сжатия не весь газ выталкивается, часть его остается в каналах клапанов, клапанных гнездах, зазоре между поршнем и крышкой цилиндра (мертвое или вредное пространство – V₀). При движении поршня вправо газ во вредном пространстве расширяется по л. 2 – 1и отдает почти всю энергию, которая затрачена на сжатие, поэтому наличие V₀ не влияет на расход энергии, кроме того газ находящийся во вредном пространстве V₀  служиткак бы буфером между поршнем и крышкой цилиндра. Всасывание газа начинается в точке1лишь тогда, когда газ находящийся во вредном пространстве расширяется и давление его понизится до Р₁  л. 1 – 4. Сжатие газа происходит по политропе по л. 4 – 3. При достижения давления несколько больше Р₂ открывается нагнетательный клапан и идет процесс нагнетания по л. 3 -2.

               Процесс сжатия газа в одном цилиндре невозможен вследствии:

               а) при сжатии газа совершается работа с выделением тепла, тепло необходимо отводить;

               б) при высокой температуре ухудшаются условия смазки, смазка разжижается, разлагается, образуется нагар на стенках цилиндра, поршня, клапанах, уменьшается коэффициент использования рабочего объема цилиндра;

               в) увеличивается расход мощности на сжатие газа.

Поэтому процесс сжатия газа ведут в несколько ступеней. Экономически целесообразно не более 7- ми ступеней. Так как большее количество ступеней усложняет конструкцию компрессора.