Компрессоры и их виды

Компрессоры и их виды

Компрессор, устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в Компрессор более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2-3 раза применяют воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. cm.) - вентиляторы. Компрессор впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в.

Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером, теория осевых Компрессор и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н.Е. Жуковского, С.А. Чаплыгина и других учёных.

По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают Компрессор поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные. Компрессор также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные и др.), по создаваемому давлению рн (низкого давления - от 0,3 до 1 Мн/м2, среднего - до 10 Мн/м2 и высокого - выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам. Компрессор также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N.

Поршневой Компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых Компрессор имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые Компрессор бывают однои многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, Vили W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного поршневого Компрессор заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в Компрессор его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки Компрессор оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика). Одноступенчатый Компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7-8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые Компрессор, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений - выше 10 Мн/м2. В поршневых Компрессор обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них - регулирование изменением частоты вращения вала.

Ротационные Компрессор имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые Компрессор, имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3. Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части Компрессор будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части Компрессор объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из Компрессор в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного Компрессор охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного Компрессор обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного Компрессор с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м2.

Рис. 1. Поршневой компрессор: 1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3 - поршень; 4 - рабочий цилиндр; 5 - крышка цилиндра; 6 - нагнетательный трубопровод; 7 - нагнетательный клапан; 9 - воздухозаборник; 9 - всасывающий клапан; 10 - труба для подвода охлаждающей воды.

Принципы действия ротационного и поршневого Компрессор в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном Компрессор всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного Компрессор, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационного Компрессор осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

Рис. 2. Ротационный пластинчатый компрессор: 1 - отверстие для всасывания воздуха; 2 - ротор; 3 - пластина; 4 - корпус; 5 - холодильник; 6 и 7 - трубы для отвода и подвода охлаждающей воды.

Центробежный Компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый Компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного Компрессор частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси Компрессор к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень Компрессор и т.д.

Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25-30, а у промышленных Компрессор - 8-12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280-500 м/сек. Важной особенностью центробежных Компрессор (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки Компрессор отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

Регулирование работы центробежных Компрессор осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.

Осевой Компрессор имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6. На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого Компрессор составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого Компрессор вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси Компрессор (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых Компрессор между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого Компрессор обычно равна 1,2-1,3, т.е. значительно ниже, чем у центробежных Компрессор, но кпд у них достигнут самый высокий из всех разновидностей Компрессор

Рис. 3. Центробежный компрессор: 1 - вал; 2, 6, 8, 9, 10 и 11 - рабочие колёса; 3 и 7 - кольцевые диффузоры; 4 - обратный направляющий канал; 5 - направляющий аппарат; 12 и 13 - каналы для подвода газа из холодильников; 14 - канал для всасывания газа.

Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых Компрессор осуществляется так же, как и центробежных. Осевые Компрессор применяют в составе газотурбинных установок (см. Газотурбинный двигатель).

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых Компрессор оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные Компрессор по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные Компрессор обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

Рис. 4. Осевой компрессор: 1 - канал для подачи сжатого газа; 2 - корпус; 3 - канал для всасывания газа; 4 - ротор; 5 - направляющие лопатки; 6 - рабочие лопатки