Лопаточные компрессоры

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Лопаточные компрессоры (осевые и центробежные) называют турбокомпрессорами. Компрессоры, приспособленные для создания больших разрежений, называют вакуум-насосами.

Лопаточные компрессоры используют кинетическую энергию газа, которую он получает на лопатках вращающихся рабочих колес. К лопаточным относятся осевые и центробежные компрессорные машины. Одноступенчатый поршневой компрессор. Лопаточные компрессоры в зависимости от принципа действия подразделяются на центробежные и осевые. В центробежных компрессорах в процессе сжатия газ движется в радиальном направлении, а в осевых компрессорах движение газа происходит в осевом направлении. Лопаточные компрессоры изготовляют в виде центробежных или осевых. Для наддува в большинстве случаев применяют центробежные нагнетатели.



Принципиальные схемы парогазовых установок

Какие лопаточные компрессоры - центробежные или осевые в одной ступени позволяют получить более высокую степень повышения давления. В лопаточных компрессорах сжатие газа происходит с помощью вращающегося рабочего колеса. Лопаточные компрессоры в зависимости от направления потока по отношению к оси колеса делятся на центробежные и осевые. В лопаточных компрессорах давление газа увеличивается от действия инерционных сил, возникающих при вращении колеса компрессора. Иначе их называют турбокомпрессорами и разделяют на центробежные и осевые. Основными типами лопаточных компрессоров являются центробежные ( радиальные) и осевые, различающиеся направлением потока газа в проточной части.

С уменьшением производительности лопаточного компрессора давление воздуха ( напор) растет до некоторого максимума. Помпаж сопровождается сильным шумом и ударами воздуха в компрессорах. Производительность его при этом резко падает. [10]

Сжатие газов в лопаточных компрессорах производится за счет сообщения газу в рабочих колесах больших скоростей с последующим преобразованием в диффузорах и направляющих аппаратах энергии потока в энергию давления.

Газотурбинные установки -- ГТУ -- полезные сведения



Газотурбинные установки -- ГТУ имеют единичную электрическую мощность от двадцати киловатт (микротурбины) до нескольких десятков мегаватт. Электрический КПД современных газотурбинных установок составляет 33-39%. С учетом высокой температуры выхлопных газов в мощных газотурбинных установках имеется возможность комбинированного использования газовых и паровых турбин. Такой инженерный подход позволяет существенно повысить эффективность использования топлива и увеличивает электрический КПД установок до 57-59%.

Соотношение производимой электрической энергии к тепловой энергии у газотурбинных установок -- ГТУ составляет ~ 1:2. То есть газотурбинная установка с электрической мощностью 10 МВт способна выдать ~ 20 МВт тепловой энергии. Для перевода МВт в ГКал используется коэффициент 1,163 (1,163 МВт = 1163 кВт = 1 Гкал).В зависимости от потребностей газотурбинные установки -- ГТУ дополнительно оснащаются паровыми или водогрейными котлами, что дает возможность иметь пар различного давления для производственных потребностей, или горячую воду со стандартными температурами (ГВС). При комбинированном использовании энергии двух видов коэффициент использования топлива газотурбинной тепловой электростанции увеличивается до 90%. Режим работы электростанции, с использованием сопутствующей тепловой энергии имеет свой технический термин -- когенерация. Возможность получения от газотурбинных установок больших количеств бесплатной тепловой энергии предполагает возврат более быстрый возврат.

Применение газотурбинных установок в качестве силового оборудования для мощных ТЭС и мини-ТЭЦ оправдано экономически, так как на сегодняшний день электростанции, работающие на газовом топливе, имеют наиболее привлекательную для потребителя удельную стоимость строительства и низкие затраты при последующей эксплуатации.

Избытки бесплатной тепловой энергии в любое время года дают возможность, посредством чиллеров -- АБХМ, без затрат электричества, наладить полноценное кондиционирование помещений любого назначения. Охлажденный таким образом теплоноситель можно применять в промышленных целях, в различных производственных циклах. Эта технология называется тригенерация.

Эффективность использования газотурбинных установок обеспечивается в широком диапазоне электрических нагрузок от минимальных 1-3% до максимальных 110-115%.

Позитивным фактором использования газотурбинных установок -- ГТУ непосредственно в местах проживания людей, является то, что содержание вредных выбросов у них минимально и находится на уровне 9-25 ppm. Такие отличные экологические качества позволяют без проблем размещать газотурбинные установки в непосредственной близости от местонахождения людей. парогазовый установка компрессор топливо

Этот критерий газотурбинных установок -- ГТУ значительно лучше, чем у ближайших конкурентов -- поршневых электростанций.

При использовании газотурбинных установок потребитель получает ощутимую экономию денежных средств на дорогостоящих катализаторах и при строительстве дымовых труб. Газотурбинные установки имеют незначительные вибрации и шумы в пределах 65-75 дБ (что соответствует по шкале уровня шума звуку пылесоса на расстоянии 1 метр). Как правило, специальная звуковая изоляция для подобного высокотехнологичного генерационного оборудования не нужна.

Газотурбинные установки обладают относительно компактными размерами и небольшим удельным весом. Допускается монтаж ГТУ на техническом этаже здания или крышное расположение маломощных газотурбинных установок. Это полезное свойство ГТУ является важным финансовым фактором в городской застройке, потому что оно позволяет экономить дорогостоящие дефицитные квадратные метры и во многих ситуациях дает больше технического простора инженерам для решения задачи размещения автономной электростанции.

Газотурбинные установки -- ГТУ отличаются высокой надежностью и неприхотливостью. Имеются подтвержденные заводские данные о безостановочной работе некоторых газотурбинных установок -- ГТУ в течение 5-7 лет. Некоторые производители современных газовых турбин осуществляют ремонт узлов без транспортировки на завод-изготовитель, а другие производители заранее привозят сменную турбину или камеру сгорания, что существенно снижает сроки выполнения капитального ремонта до 4-6 рабочих дней. Эти меры снижают затраты на обслуживание установок.

Преимуществом газотурбинных установок -- ГТУ является длительный ресурс (полный до 200 000 часов, до капитального ремонта 30000-60000 часов). В рабочем цикле газотурбинных установках моторное масло не применяется. Имеется небольшой объем редукторного масла, частота замены которого редка. Отсутствие водяного охлаждения выгодно отличает газотурбинные установки от поршневых электростанций. Многие марки ГТУ надежно функционируют на различных видах газового топлива, включая попутный нефтяной газ (ПНГ). Но, как и для других видов электростанций, попутный газ с содержанием сероводорода требует специальной подготовки. Без современной установки -- станции подготовки газа жизненный цикл электростанции любого типа сокращается в 4-5 раз. Последствия эксплуатации ГПЭС или ГТУ без станций подготовки ПНГ зачастую носят просто фатальный характер. Газотурбинные установки подготовлены для эксплуатации в различных климатических условиях. Строительство газотурбинных установок в отдаленных районах позволяет получить экономию финансовых средств за счет исключения дорогостоящего строительства линий электропередач (ЛЭП). В местах с более развитой инфраструктурой газотурбинные установки повышают надежность электрического и теплового снабжения.

Одним из вариантов применения газотурбинных установок -- ГТУ является концепция блочно-модульных систем (кластеров). Модульные газотурбинные установки -- ГТУ состоят из унифицированных энергоблоков и общих управляющих систем, что позволяет за короткий период времени увеличивать электрическую мощность с наименьшими финансовыми и временными затратами.

Газотурбинные установки -- ГТУ -- принцип работы

В газотурбинных установках -- ГТУ многоступенчатый компрессор сжимает атмосферный воздух, и подает его под высоким давлением в камеру сгорания. В камеру сгорания газотурбинных установок -- ГТУ подается и определенное количество топлива. При столкновении на высокой скорости топливо и воздух воспламеняются. Топливовоздушная смесь сгорает, выделяя большое количество энергии. Затем, энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струями раскаленного газа лопаток турбины. Некоторая часть полученной энергии расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на электрический генератор. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТУ. Отработавшие газы направляются в утилизатор для получения тепловой энергии.Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.В качестве топлива могут использоваться любое горючее: керосин, дизельное топливо, газ.

Объёмные компрессоры

Общие сведения

Для объемных компрессоров характерно создание определенного замкнутого объема газа или воздуха и последующее повышение давления, которое достигается за счет уменьшения этого замкнутого объема. Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры были изобретены первыми и являются самыми распространенными из всех компрессоров. Поршневые компрессоры очень разнообразны; одинарного или двойного действия, со смазкой или бессмазочные, с разным числом цилиндров и самых различных конфигураций. За исключением самых малых компрессоров с вертикальными цилиндрами, для небольших компрессоров наиболее часто применяется V-образное расположение цилиндров.

В крупных компрессорах двойного действия наибольшими преимуществами обладает L-образная конфигурация с вертикальным цилиндром низкого давления и горизонтальным цилиндром высокого давления. Поэтому такая конструкция наиболее распространена.

В маслосмазываемых компрессорах обычно применяют систему естественной подачи масла или систему подачи масла под давлением. В большинстве компрессоров используются самодействующие клапаны, которые открываются и закрываются в результате разности давлений по обе стороны пластины клапана.

Безмасляные поршневые компрессоры

Безмасляные поршневые компрессоры могут оснащаться поршневыми кольцами, изготовленными из политетрафторэтилена (ПТФЭ) или графита. В другом варианте исполнения в поршне и стенке цилиндра могут быть пазы, как в лабиринтных компрессорах. Более крупные машины оснащаются крейцкопфом и уплотнениями на штоке поршня, а также вентилируемым "фонарем" (промежуточным отсеком), предотвращающим перенос масла из картера коленчатого вала в камеру сжатия. Небольшие компрессоры зачастую оснащаются картером коленчатого вала с подшипниками, смазка которых рассчитана на весь срок службы.

Мембранные компрессоры

Мембранные компрессоры образуют другую группу компрессоров. Мембрана приводится в движение механическим или гидравлическим способом. Механические мембранные компрессоры используются при малых производительностях и низких давлениях или в качестве вакуумных насосов. Гидравлические мембранные компрессоры используются для получения высоких давлений.

Винтовые компрессоры

Принцип действия ротационных компрессоров объемного действия с поршнем в форме винта был разработан в 30-е годы, когда потребовались высокопроизводительные компрессоры, способные стабильно работать в различных условиях.

Основными частями винтового компрессора являются ведущий и ведомый роторы, которые вращаются навстречу друг другу, в то время как пространство между ними и корпусом уменьшается. Каждый из винтовых элементов имеет постоянную, присущую ему степень повышения давления, которая зависит от их длины, шага пинта и формы выпускного отверстия. Для получения наибольшего кпд степень повышения давления должна соответствовать требуемому рабочему давлению.

Винтовой компрессор не оснащен клапанами, и в нем отсутствуют механические силы, вызывающие разбалансировку. Это значит, что он может работать при высокой скорости вращения вала, и его конструкция позволяет получить высокую величину потока при малых габаритных размерах. Осевое усилие, зависящее от разности давлений между входом и выходом компрессора, должно приниматься подшипниками. Винт, который первоначально был симметричным, в дальнейшем видоизменился и приобрел различные асимметричные геликоидальные (спиральные) профили.

Безмасляные винтовые компрессоры

В первых винтовых компрессорах, так называемых безмасляных компрессорах, или компрессорах с сухим сжатием, винт имел симметричный профиль и в камере сжатия не использовалась жидкость. В конце 1960-х годов были внедрены высокоскоростные безмасляные винтовые компрессоры с асимметричным профилем винта. Новый профиль винта, благодаря уменьшению внутренних утечек, позволил значительно повысить кпд.

В компрессорах с сухим сжатием для синхронизации вращающихся навстречу друг другу роторов используется внешняя зубчатая передача. Так как роторы не соприкасаются ни друг с другом, ни с корпусом компрессора, в камере сжатия отдельной смазки не требуется. Поэтому в сжатом воздухе совершенно отсутствует масло. Роторы и корпус изготавливаются с высокой точностью, чтобы уменьшить утечку воздуха со стороны нагнетания в сторону всасывания. Полная степень повышения давления ограничивается разностью температур на впуске и выпуске. Поэтому безмасляные винтовые компрессоры зачастую изготавливаются с несколькими ступенями.

Безмасляные винтовые компрессоры с нагнетанием жидкости

Винтовые компрессоры с нагнетанием жидкости охлаждаются и смазываются жидкостью, которая нагнетается в камеру сжатия, а также зачастую и в подшипники компрессора. Жидкость предназначена для охлаждения и смазки компрессорного элемента, а также для уменьшения обратной утечки воздуха в сторону воздухозабора.

В настоящее время для этих целей чаще всего используется масло из-за его хороших смазочных свойств, но могут применяться и другие жидкости, например вода. Винтовые компрессорные элементы с нагнетанием жидкости могут изготавливаться с большой степенью повышения давления, и поэтому для давлений до 13 бар обычно достаточно одной ступени сжатия. Малые обратные утечки в элементе означает также, что эффективно работают даже относительно небольшие компрессоры.

Зубчатый компрессор

Компрессорный элемент зубчатого компрессора состоит из двух роторов, которые вращаются в камере сжатия навстречу друг другу.

Процесс сжатия состоит из этапов впуска, сжатия и выпуска. На этапе впуска воздух всасывается в камеру сжатия до тех пор, пока роторы не перекроют впускной канал. На этапе сжатия поступивший воздух находится в камере сжатия, объем которой по мере вращения роторов постепенно уменьшается.

Во время сжатия выпускной капал закрыт одним из роторов, в то время как впускной канал открывается для впуска новой порции воздуха в противоположную секцию камеры сжатия.

Выпуск происходит, когда один из роторов открывает выпускной капал и сжатый воздух вытесняется из камеры сжатия. Впуск и выпуск происходят в радиальном направлении через камеру сжатия, что позволяет упростить конструкцию подшипников и улучшить заполнение.

Вращение обоих роторов синхронизируется зубчатым колесом. Максимальная степень повышения давления, которую можно получить в безмасляном зубчатом компрессоре, составляет 4,5. Следовательно, для более высоких давлений потребуется несколько ступеней.

Спиральный компрессор

Спиральный компрессор является разновидностью безмасляного ротационного объемного компрессора, т.е. он сжимает определенное количество воздуха в постепенно уменьшающемся объеме. Компрессорный элемент состоит из неподвижной спирали в корпусе элемента и подвижной эксцентрической спирали с приводом от двигателя. Спирали установлены со сдвигом по фазе на 180° так, чтобы они образовывали воздушные полости с изменяющимся объемом.

Такая конструкция обеспечивает спиральным элементам радиальную стабильность. Утечки в спиральном элементе минимальны, так как разность давлений между воздушными полостями меньше разности давлений во впускных и выпускных каналах.

Подвижная спираль приводится в движение короткоходным коленчатым валом и эксцентрически перемещается вокруг центра неподвижной спирали. Впускной канал находится и верхней части корпуса элемента.

Когда подвижная спираль движется против часовой стрелки, воздух всасывается, захватывается одной из воздушных полостей и сжимается, по мере продвижения к центру, где расположены выпускной капал и обратный клапан. Цикл сжатия продолжается в течение 2,5 оборота, что фактически обеспечивает постоянный воздушный поток без пульсаций. Этот процесс относительно безшумный и почти беи вибрации, так как не возникает переменного вращающего момента, как, например в поршневом компрессоре.

Роторно-пластинчатый компрессор

Принцип действия роторно-пластинчатого компрессора тот же, что и у большинства пневмодвигателей. Пластины обычно изготавливаются из специиальных литейных сплавов. В большинстве компрессоров в качестве смазки применяется специальное масло.

Ротор с пластинами, которые могут перемещаться в радиальном направлении, эксцентрично установлен в корпусе статора. При вращении ротора центробежная сила прижимает пластины к стенкам статора. При увеличении расстояния между ротором и статором воздух всасывается. Он захватывается различными полостями компрессора, которые при вращении уменьшаются в объеме. Когда пластины проходят мимо выпускного канала, происходит выпуск воздуха.

Жидкостно-кольцевой компрессор

Жидкостно-кольцевой компрессор представляет собой объемный компрессор с заданной степенью повышения давления.

Ротор с фиксированными лопатками эксцентрично установлен в корпусе, который частично заполнен жидкостью. Рабочее колесо с лопатками перемещает жидкость относительно корпуса компрессора, и за счет центробежной силы у стенок корпуса образуется кольцо жидкости. Благодаря овальной форме корпуса компрессора кольцо жидкости располагается эксцентрично относительно ротора. Объемы между лопатками рабочего колеса циклично изменяются. Конструкция компрессора обычно предполагает установку двух камер сжатия на противоположных сторонах рабочего вала, позволяя тем самым устранить радиальную нагрузку на подшипники. Благодаря контакту воздуха с жидкостью охлаждение в жидкостно-кольцевом компрессоре является непосредственным. Это означает, что повышение температуры сжатого воздуха окажется незначительным. Однако потери на вязкое трение между корпусом и лопатками будут велики. Воздух насыщается парами компрессорной жидкости, в качестве которой обычно используется вода. Могут также использоваться и другие жидкости, например, для поглощения определенной составной части сжимаемого газа или для защиты компрессора от коррозии, которая происходит при сжатии агрессивных газов.

Воздуходувки

Воздуховики не являются объемными компрессорами, так как работают без внутреннего сжатия. Там, где камера сжатия входит в контакт с выпускным каналом, сжатый воздух течет со стороны более высокого давления. Именно там происходит сжатие: объем камеры сжатия уменьшается по мере вращения. Соответственно, компрессия происходит в условиях полного противодавления, что приводит к низкой эффективности и высокому уровню шума.

Два одинаковых, обычно симметриичных ротора, вращающихся в противоположных направлениях, работают в цилиндрическом корпусе с плоскими торцами. Роторы синхронизированы посредством зубчатой передачи. Воздуходувки бывают чаще всего безмасляные и с воздушным охлаждением. Низкая эффективность ограничивает применение воздуходувок теми случаями, где используется низкое давление при сжатии в одну ступень, хотя возможны версии и в две-три ступени. Воздуходувки чаще всего используются как вакуумные насосы и для пневматической подачи материалов.

Разновидности топлива

На практике используются три вида топлива: твердое, жидкое и газообразное

К твердому топливу относятся антрацит, каменный уголь, бурый уголь, горючие сланцы, торф и дрова.

Качество топлива можно определить по его теплотворной способности, т.е. количеством теплоты (в килоджоулях) которое образуется при сгорании одного кг топлива. Чем больше в топливе углеродов, тем выше его теплотворная способность.

Ископаемые угли могут использоваться не только в виде топлива. К примеру, ? добытых углей подвергают пиролизу, таким образом, получая кокс и различные вещества, которые в дальнейшем используются для производства пластмасс, красителей, медикаментов и других продуктов. Добыча, а также использование природного топлива, в том числе и ископаемых углей, непрерывно растет в нашей стране.

К жидкому топливу относят продукты переработки нефти: бензин, керосин, мазут. Удельная теплота сгорания нефти и ее продуктов чрезвычайно велика.

К газообразному топливу относится природный газ, который преимущественно состоит из метана.

На сегодняшний день масштабы применения данного вида топлива все больше набирают обороты.

Сжигание топлива. В промышленности для сжигания твердого топлива используются печи непрерывного действия. Принцип непрерывности поддерживается за счет колосниковой решетки, на которую постоянно подается твердое топливо. Скорость протекания реакций, в которых участвуют твердые вещества, напрямую зависит от их поверхности, в свою очередь последняя - от степени измельчения. Однако степень измельчения ограничивается оптимальными размерами частиц.

Во время подачи воздуха в топку необходимо соблюдать ряд определенных условий. Если воздуха недостаточно, то сгорание будет неполным: образуется оксид углерода (II) при этом остаются мелкие несгоревшие частицы угля в виде сажи (черный дым). Таким образом, выделяется намного меньше теплоты по сравнению с теоретически возможным количеством. И напротив, если воздух поступает в избытке, то большая часть выделенной теплоты напрасно затрачивается на его обогревание.

Для более рационального сжигания топлива сооружаются печи, которые способны сжигать его в пылеобразном состоянии. Таким же образом сжигается и жидкое топливо.

В последнее время все чаще и чаще в качестве топлива используются горючие газы. Для сжигания газообразное топливо и воздух подают в топку по металлической трубке (сопло). Когда смесь выходит из сопла, ее поджигают. Для сжигания газообразного топлива также используются особые керамические печи. В них горючий газ и необходимое количество воздуха подаются в мельчайшие каналы, место, где происходит сгорание.

Газообразное топливо обладает рядом преимущество достоинств перед другими видами топлива. Во-первых, добыча и транспортировка газообразного топлива намного выгоднее экономически. Во-вторых, упрощается устройство топок и облегчается труд человека при подаче топлива в печь. В-третьих, упрощается управление процессом горения и облегчается соблюдение гигиены труда. В-четвертых, топливо сжигается более рационально. Кроме этого, сжигание газообразного топлива практически безвредно для окружающей среды.

Значение топлива в народном хозяйстве. В настоящее время для энергетической вооруженности нашей страны ведутся постоянные строительные работы различных гидротепловых электростанций. Однако около 85% всей энергии мы получаем за счет сжигания топлива. Все виды современного транспорта работают на различных видах нефтепродуктов (бензин, солярные масла, керосин, мазут). Огромное значение имеют и такие химические источники энергии как, магний, литий, бор, алюминий и гидриды этих элементов. При их сжигании выделяется много теплоты, которая используется достаточно широко, например в ракетных двигателях и т.д.

Размещено на Allbest.ru