Принцип действия и классификация компрессорных машин

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. 1.1).

Рис. 1.1. Классификация компрессорных машин:

1 — ротационно-пластинчатые; 2 — жидкостно-кольцевые; 3 — винтовые однороторные; 4 — винтовые двухроторные; 5 — типа Руте; 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 рис. 1.2 показаны различные конструктивные схемы поршневых компрессоров.

Рис. 1.2. 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 рис. 1.3 дана схема мембранного компрессора.

Рис. 1.3. Мембранный компрессор механического типа:

1 - мембрана; 2 — узел крепления мембраны; 3 — клапанная перегородка; 4 — эксцентрик; 5 — подшипник

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 кача-тельное движение.

К объемным машинам с вращающим сжимающим элементом (роторным машинам) относятся: винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые и другие конструкции компрессорных машин (рис. 1.4).

Рис. 1.4. 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), радиальноосевые (диагональные), осевые (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Схемы лопастных компрессоров

а — центробежный; б — диагональный; в — осевой

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, или 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.

Свойства часто встречающихся газов приведены в приложении.

Наибольшее распространение в криогенной технике получили воздушные, кислородные, азотоводородные, водородные, гелиевые компрессоры. Поэтому укажем состав воздуха, содержащий основные газы, используемые в криотехнике (табл. 1.1).

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 %.