Тенденции развития технологических компрессоров

Размещено на http://allbest.ru

Оренбургский государственный университет

Тенденции развития технологических компрессоров

Гареев Р.Ю. магистрант кафедры машин и аппаратов

химических и пищевых производств

Василевская С.П. канд. техн. наук, доцент

кафедры машин и аппаратов химических и пищевых производств

г. Оренбург, Россия

Аннотация

В работе рассмотрены основные разновидности существующих компрессоров. Приведено описание конструкции и функционирования компрессоров объемного и динамического сжатия. Продемонстрированы ключевые достоинства и недостатки представленных компрессоров. Рассмотрены перспективы совершенствования компрессорной техники. Подведен итог, в котором заключены главные выводы о важности перехода от принципа сжатия механическим способом к иным методам получения энергии давления. В заключении рассматриваются главные тенденции развития компрессорной техники на основании проведенного анализа.

Ключевые слова: типы компрессоров, техника, механика, сжатие, энергия, достоинства, недостатки.

Технологические компрессоры - это оборудование специального назначения, применяемое в промышленных процессах для сжатия паров и газов. Спектр их применения достаточно обширен: нагнетание воздуха, вакуумирование, стабилизация давления. Технологические компрессоры могут быть приведены в действие электрическим или механическим двигателем и имеют различные характеристики и конструкции в зависимости от конкретных требований технологического процесса.

Главное назначение компрессорной установки состоит в получении сжатого воздуха или другого необходимого газа с целью использования его энергии. Решение такой задачи может производиться самыми разнообразными путями: сжатие рабочего вещества путем заключения в замкнутый объем, или осуществление процесса преобразования динамической энергии потока в потенциальную, с образованием давления в напорной магистрали. [1] По принципу действия все компрессоры следует разделить на ряд ключевых типов, классификация которых представлена на рис. 1.

Рис. 1. Классификация компрессоров

Поршневые компрессоры

Данный тип компрессоров является наиболее старым и до середины ХХ века именно он занимал ключевое место в компрессоростроении. Важными требованиями компрессорной техники выступают: увеличение производительности и вместе с тем уменьшение массы, а также повышение энергетической эффективности. Повысить производительность можно путем увеличения суммарного теоретического объема цилиндров, а также числа оборотов двигателя. Объемную производительность ПК можно определить по диаметру цилиндра, ходом поршня и числом рабочих цилиндров.

Объективную оценку перспективам развития поршневых компрессоров можно дать только, проанализировав их ключевые недостатки, которые характерны для представленного типа машин. К основным недостаткам поршневых компрессоров следует отнести значительную энергозатратность оборудования, частые и сложные ремонтные работы, а также незначительный рабочий ресурс клапанных узлов. [2]

Рис. 2. Поршневой компрессор

1-коленчатый вал; 2- корпус; 3-шатун; 4-поршневой палец; 5- поршень; 6 -цилиндр; 7- клапаны; 8 -головка цилиндра; 9 -клапанная плита; 10 - маховик; 11- сальник; 12 - подшипники вала.

Рис. 3. Ряд компрессора в разрезе

Однако, даже с учетом всех имеющихся недостатков такого типа компрессоров, следует отметить, что поршневые компрессоры до настоящего времени находят значительное применение, особенно в областях с малой производительностью и высоким давлением. [3]

Рис.4. Общий вид компрессора 6 ГМ25-140/35-56

Винтовые компрессоры

В настоящее время наиболее часто из компрессоров объемного сжатия используются винтовые компрессоры средней производительности. Главными положительными сторонами таких компрессоров выступают:

- в оборудовании находится незначительное количество узлов, подвергающихся трению, что в значительной мере увеличивает рабочий ресурс винтовых компрессоров по сравнению с поршневыми;

- особенности конструкции ВК таковы, что дают возможность плавно управлять производительностью в широком диапазоне;

- значительная динамическая уравновешенность рабочих органов практически ликвидирует нагрузки инерционного плана;

- возможность осуществления подачи жидкой фазы в рабочие полости компрессора интенсифицирует процессы охлаждения компримируемой среды.

Однако, наряду со значительным числом положительных черт, винтовые компрессоры имеют и ряд значительных недостатков:

- при повышении производительности и давления нагнетания, значительно увеличивается масса - габаритные характеристики, а также силовые нагрузки на узлы подшипникового типа;

- расчетная окружная скорость рабочих органов имеет прямую зависимость от параметров компримируемой среды и значительно воздействует на энергетические показатели машины;

- пульсирующий процесс нагнетания рабочего вещества, также оказывает отрицательное влияние на эффективность работы компрессора.

Дальнейшее развитие конструкций винтовых компрессоров требует новых конструктивных и технологических решений. На данный момент перспективными направлениями развития ВК могут служить работы, связанные с модернизацией рабочих органов. [4]

Спиральные компрессоры

Основное использование СПК связанно с холодильным оборудованием и кондиционерами малой и средней производительности.

К основным достоинствам такого типа машин относятся:

- значительная энергетическая эффективность;

- высокая надежность и долговечность;

- большая динамическая уравновешенность;

- низкий уровень шума.

Однако, как и любой технический объект, СПК имеют целый ряд недостатков:

- слишком высокие требования к точности изготовления и сборки;

- большие нагрузки на подшипниковые узлы.

Рис.5. Принцип работы спирального компрессора

Представленные недостатки ограничивают рабочие параметры СПК и, в первую очередь, их производительность и степень увеличения давления. Несмотря на отмеченные недостатки, представленный тип машин имеет значительные перспективы развития. [5]

Осевые компрессоры

Осевые компрессоры следует отнести к типу компрессоров динамического сжатия. Увеличение рабочего давления возникает за счет превращения механической работы в кинетическую энергию потока рабочего вещества с дальнейшим преобразованием ее во внутреннюю энергию. [6]. Основные трудности, с которыми сталкиваются разработчики осевых компрессоров - это вопросы прочностного характера рабочих органов, задачи эффективного управления производительностью, надежность и эффективность работы подшипниковых узлов и уплотнений. Практические решения этих задач позволят увеличить производительность и надежность данного оборудования. компрессор механический динамический

Центробежные компрессоры

Работа компрессора центробежного типа сравнима с принципом функционирования осевого компрессора, поскольку он аналогичен компрессору сжатия динамического типа. Если придерживаться выполнения ряда задач, способствующих улучшению качества работы данного типа компрессоров, то можно в значительной мере добиться увеличения надежности оборудования:

- улучшение проточной части компрессора;

- разработка качественных уплотнений и подшипниковых узлов;

- применение качественных современных типов приводов.[7]

Рис.6. Принцип работы центробежного компрессора

Газовые компрессоры

Если говорить о газовых компрессорах, то следует отметить, что они используются в самых различных отраслях промышленности. К основным из них следует отнести нефтяную, химическую и нефтеперерабатывающую. Такие компрессоры отлично работают с агрессивными, инертными, ядовитыми и взрывоопасными газами (предварительно газы следует очистить). В настоящее время находят широкое применение многовальные центробежные компрессоры, которые до недавнего времени применялись только в качестве компрессоров назначения для сжатия воздуха с незначительными энергетическими потерями.

Кроме этого находят свое применение мультипликаторные компрессоры почти для всех промышленных газов: лёгких, тяжёлых, горючих, ядовитых и взрывоопасных на давление до 200 кгс/см² и производительностью от 600 до 350 000 м³/час.

Заключение

Проведенные исследования разновидностей компрессоров и выявление их значимых недостатков, позволяют сделать вывод о новых путях совершенствования компрессорного оборудования. Основные тенденции развития технологических компрессоров включают в себя:

1. Увеличение эффективности - новые материалы и технологии позволяют создавать компрессоры с высокой эффективностью.

2. Уменьшение размеров и массы - современные конструкции компрессоров могут быть значительно меньше и легче своих предшественников.

3. Увеличение надежности - благодаря новым материалам и технологиям, компрессоры стали более надежными и долговечными.

4. Автоматизация - современные компрессоры могут быть полностью автоматизированы, что позволяет их управление и обслуживание.

5. Интеграция с другими системами - технологические компрессоры могут интегрироваться с другими системами и устройствами для максимально эффективной работы.

6. Экологические аспекты - новые требования и стандарты по экологической безопасности стимулируют разработку более экологически чистых технологий и производственных процессов, что касается и технологических компрессоров.

7. Улучшение конструктивных элементов прибора и в первую очередь рабочих органов машин.

8. Совершенствование технологии изготовления и культуры производства.

9. Использование совершенных типов приводов, включая электрические приводы с частотной регулировки числа оборотов.

Список литературы

1. Пластинин П.И. Теория и расчет поршневых компрессоров. М. Агропромиздат, 1987. - 271 с.

2. Моисеев В.Ф., Шатравка А.М., Мясоедов С.В., Тросина А.Н. Кинематика и динамика малых холодильных компрессоров. Вестник МАХ- № 4 - 2007, с. 16-20.

3. Пронин В.А., Шляховецкий Д.В. Герметичный компрессор на диоксиде углерода для установки экстракции растительного сырья. Вестник МАХ - № 2 - 2007, с. 11 -17.

4. Ануфриев А.В., Пекарев В.И. Расчет рабочих процессов винтового компрессора с регулируемой производительность. Вестник МАХ - № 3 -2008, с. 6-10.

5. Докукин В.Н., Емельянов А.Л., Носков А.Н. Результаты испытаний маслозаполненного винтового компрессора малой производительности в высокотемпературных режимах. Вестник МАХ - № 1 - 2009, с. 6-8.

6. Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах. Л.: Машиностроение, 1973, 272 с.

7. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. М.-Л.: Машиностроение, 1981. 351 с.

Abstract

Trends in the development of technological compressors

Gareev R.Y.

Orenburg State University (Orenburg, Russia)

Vasilevskaya S.P.

Orenburg State University (Orenburg, Russia)

The article discusses the main types of existing compressors. A description of the design and operation of volumetric and dynamic compression compressors is given. The key positive and negative aspects of the presented compressors are demonstrated. The prospects of improving compressor technology are considered. The summary is summarized, which concludes the main conclusions about the importance of the transition from the principle of compression by mechanical means to other methods of obtaining pressure energy. In conclusion, the article discusses the main trends in the development of compressor technology based on the analysis.

Keywords: types of compressors, equipment, mechanics, compression, energy, advantages, disadvantages.

Размещено на Allbest.ru