Назначение компрессора типы компрессоров по способу сжатия принцип действия

Современные типы компрессоров: поршневые, воздушные, винтовые.

Назначение каждого типа компрессоров состоит в сжатии газов и перемещении их к потребителям по трубопроводным системам.

Другими словами компрессор — это оборудование, назначение которого состоит в повышении давления (за счет сжатия) и перемещении газообразных веществ.

Компрессорные машины и установки, применяемые для отсасывания газа из емкостей с вакуумом, сжимающие газ до атмосферного или несколько большего давления, называют вакуум-насосами.

Содержание статьи

Основными величинами (параметрами), характеризующими работу компрессора, являются объемная подача, начальное давление и конечное давление, частота вращения и мощность на валу компрессора.

Поршневой тип компрессора

Основными элементами поршневого типа компрессоров являются рабочий цилиндр и поршень, а так же всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные в крышке цилиндра.

Поршневой тип компрессора характерен возвратно-поступательном движении поршня, при этом осуществляются фазы процесса: расширение, всасывание, сжатие и выталкивание.

Способ действия поршневого компрессора, основанный на вытеснении газа поршнем, позволяет строить конструкции с малым диаметром и ходом поршня, развивающие высокое давление при относительно малой подаче.

На рабочей камере такого оборудования устанавливается обратный клапан, препятствующий обратному движения газа.

Недостатком этого типа оборудования являются высокий шум и вибрация при работе.

Основные типы воздушных компрессоров.

В современные типы компрессоров воздушных установок входят роторный, центробежный и осевой агрегаты.

Роторный компрессор.

При вращении массивного ротора 2, в продольных пазах которого могут свободно перемещаться стальные пластины 3, газ захватывается в межлопастные пространства, переносится от всасывающего патрубка 4 к напорному 5 и вытесняется в трубопровод.

Вал роторного компрессора может соединяться с валом приводного двигателя непосредственно, без редуктора. Это способствует малому весу установки.

Центробежный компрессор

Принцип действия этого компрессора похож на принцип работы центробежного насоса.

Вал центробежного компрессора соединяется с валом приводного двигателя (электродвигателя) напрямую или через механическую передачу, передающую частоту вращения вала компрессора. Этим достигается уменьшение размеров компрессора, снижается его масса и стоимость.

Осевой компрессор

На рисунке обозначено:
1 — рабочие лопасти;
2 — ротор;
3 — направляющие лопасти

Конструкция состоит из массивного ротора с несколькими венцами рабочих лопастей и корпуса, несущего венцы неподвижно направляющих лопастей.

Газ всасывается в приемочный патрубок и, двигаясь в осевом направлении, сжимается последовательно в лопастных ступенях компрессора.

Через напорный патрубок вытесняется в трубопровод, ведущий к потребителям. Привод осевых компрессоров – от электродвигателей, паровых и газовых турбин.

Винтовой тип компрессоров.

Компрессор винтового типа выделяется надежностью и большим ресурсом работы при низких значениях уровня шума и вибрации.

Принцип работы такого оборудования основывается на вращении двух винтов – роторов. Ротора вращаются друг навстречу другу. При вращении винтов создаются области разряжения, в которые всасывается воздух. Воздух проходит через входной фильтр – происходит очищение, смешивание с маслом, охлаждение.

Полученная смесь следует за движением винтов. Затем отделитель сепарирует масло от воздуха, который выходит из компрессора под давлением.

Винтовой компрессор не требует постоянного обслуживания, он быстро монтируется на раму без специально обустроенного фундамента.

Кроме того к преимуществам таких агрегатов относится небольшой вес, компактные размеры, долговечность и высокая надежность.

Область применения и классификация.

В промышленности компрессорное оборудование начали использовать с середины девятнадцатого века. Сначала они появились в Европе, а затем и в России.

Если компрессор соединить с приводом и каким-то дополнительным оборудованием, например газоохладителем, то получится компрессорная установка.

Многие виды компрессорных установок находят применение в технологических процессах в химической, нефтехимической, газовой сфере, в металлургии и пищевой промышленности и во многих других областях, вплоть до бытовой – например автомобильный компрессор.

Компрессоры монтируются как стационарно, так и в состав передвижных установок – прицепов.

Основные типы компрессоров:

Газовые – используются для сжатия газа или смеси газов. В зависимости от используемого газа они бывают кислородные, аммиачные, водородные и т.д.

Воздушные – используются для сжатия воздуха.

Циркуляционные – необходимы для обеспечения циркуляции газа в замкнутом технологическом процессе.

Многоцелевые – используются для попеременного сжатия различных газов.

Кроме того современные типы компрессорных установок, принято разделять по следующим параметрам:

По типу привода. Компрессоры могут работать с электродвигателем или с двигателями внутреннего сгорания. Соответственно, они бывают с прямой передачей (коаксиальные) и с ременным приводом. Коаксиальный компрессор выигрывает благодаря доступной цене и покупается для работы на даче в гараже и т.д., поскольку давление воздуха, выдаваемое аппаратом, не превышает 0,8 МПа.

По системе охлаждения. Бывает с жидкостное и воздушное охлаждение, либо вообще без охлаждения.

По условиям эксплуатации. Компрессоры могут быть стационарными, работающими только в помещении от электросети, или передвижными (переносными), которые работают на открытом воздухе и/или при низких температурах.

По давлению. По давлению такое оборудование подразделяется на четыре группы. Агрегаты низкого давления (0,15-1,2 МПа) используются в составе установок для сжатия газов (воздуха). Устройства среднего давления (1,2-10 МПа) применяются для разделения, транспортировки и сжижения газов в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности. Аппараты высокого давления (10-100 МПа) и сверхвысокого давления (свыше 100 МПа) используются в установках для синтеза газов.

По производительности. Производительность агрегата напрямую зависит от конструкционных параметров, таких как скорость вращения вала, диаметр цилиндра, длина хода поршня. По производительности принято разделять аппараты на 3 категории: малая – до 10 м 3 /мин; средняя – от 10 до 100 м 3 /мин; большая – свыше 100 м 3 /мин.

Для работы этого типа оборудования необходим двигатель. Основные типы приводов компрессоров и установок:

Электродвигатель или электропривод – устанавливается на оборудование небольшой мощности. Асинхронные двигатели устанавливаются на модели мощностью до 1000 кВт, синхронный привод устанавливается на оборудование мощностью до 6300 кВт.

Газотурбинный привод – в этом случае в качестве источника энергии используется газовая турбина. Устанавливается, когда несколько компрессоров установлены на одной станине и объединены одним коленчатым валом.

ДВС привод. В качестве привода используется двигатель внутреннего сгорания. Такой привод устанавливается на передвижные установки.

Видео: основные типы компрессоров

В соответствии со способом действия компрессоры можно разделить на три основные группы: объемные, лопастные и струйные.

При классификации по конструктивному признаку объемные типы компрессоров подразделяются на поршневые и роторные, а лопастные – на центробежные и осевые. Возможно также разделение на группы в зависимости от рода перемещаемого газа, вида привода, назначения компрессора.

Источник

Классификация компрессоров

Продукция, производимая на промышленных предприятиях, пользуется все большим спросом. Производство постоянно усложняется, его темпы растут, применяемое оборудование совершенствуется. Сегодня трудно уже представить промышленный технологический процесс без компрессоров. Давайте рассмотрим основные характеристики компрессорного оборудования и классификацию.

На сегодняшний день существует большое множество моделей компрессоров, вариантов их исполнения и применения. Компрессоры различаются по давлению, по производительности, по рабочей среде (сжимаемому веществу) в том числе и по условиям окружающей среды. Каждый компрессор имеет свои конструктивные особенности, технические и рабочие характеристики. Компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

Компрессор – это промышленный агрегат, который используют для сжатия и подачи различных газов и воздуха под давлением. Компрессоры широко используются в различных технологических процессах практически во всех отраслях производства. Сфера применений – это тяжелое машиностроение, различные добывающие отрасли, химическая, газовая, металлургическая, нефтехимическая и другие отрасли.

Простейший принцип нагнетания воздуха начал использоваться человеком еще много веков назад, к примеру, в кузнечном меху. Несмотря на то, что к настоящему времени существует большое количество типов компрессоров, сам принцип сжатия воздуха в них не изменился. Разнообразие компрессорного оборудования достигается за счет различного конструктивного исполнения. Развитие техники и появление новых технологий стало требовать вначале специальных условий сжатия воздуха и определенных его характеристик на выходе, а затем возникла необходимость и работы с другими газами, в том числе взрывоопасными и токсичными.

Принцип действия компрессоров

Компрессоры можно классифицировать по следующим признакам

По принципу действия

Наиболее общая классификация компрессоров проводится по используемому в них принципу нагнетания газа, в связи с чем выделяют два типа:

• объемные компрессоры;
• динамические компрессоры.

Объемные компрессоры работают за счет последовательного наполнения рабочей камеры газом и дальнейшего его сжатия за счет принудительного уменьшения доступного объема рабочей камеры. Для предотвращения обратного хода газа используется система клапанов, поочередно открывающихся и закрывающихся в фазах заполнения и опорожнения камеры. В свою очередь динамические компрессоры увеличивают давление газа путем передачи ему кинетической энергии, которая затем частично переходит в потенциальную энергию давления. Реализация одного и того же принципа сжатия в компрессорах может быть осуществлена различными способами, отличающимися друг от друга характеристиками получаемого сжатого газа, условиями сжатия и т.д. Это позволяет максимально адаптировать устройство под конкретную задачу.

Объемные компрессоры подразделяют на следующие основные группы:

• поршневые;
• винтовые;
• шестеренчатые;
• роторно-пластинчатые;
• мембранные;
• жидкостно-кольцевые.

Поршневые компрессоры появились одними из первых и как нельзя лучше отражают принцип действия объемных компрессоров. Кривошипно-шатунный механизм, приводимый в движение валом, обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре. Тем самым рабочая камера, ограниченная поршнем и цилиндром, последовательно изменяет свой объем в зависимости от положения поршня. Система односторонних клапанов предотвращает протечку газа в обратном направлении.

Конструктивные особенности так же позволяют разделить эти устройства на подгруппы. По конструкции рабочей камеры компрессоры могут быть одинарного и двойного действия. Во втором случае поршень имеет меньшую толщину и делит рабочую камеру на две части. При его движении в одной части камеры происходит сжатие газа и его подача в выходной патрубок, а вторая часть при этом заполняется газом из входного патрубка. Тем самым за один оборот вала происходит два цикла сжатия. По количеству цилиндров поршневой компрессор может быть одноцилиндровым, двухцилиндровым и т.д. Если газ последовательно претерпевает сжатие в нескольких цилиндрах компрессора, то такой компрессор называют многоступенчатым, а количество ступеней определяет количество пройденных цилиндров. В зависимости от положения цилиндров поршневые компрессоры делят на устройства: с горизонтальным расположением, вертикальным, угловым, V-образным и оппозитные.

Кроме того поршневые компрессоры классифицируют по назначению на 4 группы:

• Компрессоры бытового назначения
  Этот тип оборудования отличается малыми габаритами, возможностью передвижения, потребностью в небольшом количестве сжимаемого вещества, непродолжительным использованием, невысоким уровнем шума и практически отсутствием необходимости в техническом обслуживании. Бытовые компрессоры обычно создают давление до 8 бар. Продолжительный и интенсивный режим работы такого класса компрессоров может привести к значительной поломке, затраты на ремонт которой будут соизмеримой с покупкой нового агрегата. Данный класс компрессоров обычно используют в ремонтных мастерских, на станциях технического обслуживания автомобильного транспорта, в строительстве.
• Полупрофессиональные компрессоры
  Давления до 16 бар, могут перекачивать до 2 куб. м/мин. Надежны в работе. К недостаткам можно отнести шумную работу, требуют периодического ремонта. У данного типа компрессора масло в сжатом воздухе содержится много, поэтому они не отличается экономичностью. Потребители – частные лица и малый бизнес.
• Промышленные компрессоры
  Оборудование данного типа нашли свое применение на разные участках технологического цикла в технических отраслях. Предприятия легкой и тяжелой промышленности, автомастерские, крупных производители.
  Медицинские компрессоры, оснащаются осушителем адсорбционого типа, шумозащитный корпус. Ресивер с обработкой против коррозии. Компрессоры высокого давления. Максимальное рабочее давление на выходе до 60 бар обеспечивается при помощи мощного электродвигателя.
• Компрессоры без смазки цилиндров
  они сжимают разные газы и необходимы в производстве, где на выход должна идти чистая сжимаемая среда, не содержащая масло.
  В качестве уплотнения используют поршневые уплотнительные кольца из композиционого материала. Лабиринтное уплотнение не зарекомендовало себя при практическом применении.
  Компрессоры без смазки цилиндров работают без ремонта более продолжительное время.

Чертеж поршневого компрессора

Винтовые компрессоры представляют собой заключенные в корпус один, два или более винта, находящиеся в зацеплении. То есть винтовые компрессоры могут быть: одновинтовыми, двухвинтовыми и т.д. При движении винтов образуются подвижные рабочие объемы пространства, ограниченные непосредственно винтами и стенками корпуса. Такие компрессоры менее габаритны, чем поршневые, и значительно более устойчивы, а также способны обеспечить большую производительность. При работе между винтами могут возникать значительные силы трения, поэтому для снижения износа деталей применяют смазывающие вещества, обычно смазочное масло. Однако подбор антифрикционных материалов позволяет обойтись и без дополнительной смазки, в связи с чем выделяют масляные и безмасляные винтовые компрессоры. Вторые применяются в тех случаях, когда контакт сжимаемого газа и смазочного вещества недопустим.

Шестеренчатые компрессоры в качестве рабочего органа использую пару находящихся в зацеплении шестерней, вращающихся в противоположные стороны. Шестерни могут значительно отличаться от модели к модели, в том числе представлять собой зубчатые колеса. Рабочая камера в таких компрессорах образуется путем отсекания пространства зубьями шестерни и корпусом устройства. Когда зубья разных шестерней входят в зацепление, объем рабочей камеры уменьшается, и газ под давлением вытесняется в выходной патрубок. Такие компрессоры с успехом применяют в тех случаях, когда требуется подача газа под небольшим давлением.

Роторно-пластинчатые компрессоры имеют отличительную особенность в виде, как следует из названия, ротора со специальными пазами, в которые вставлены подвижные пластины. Ротор устанавливается в цилиндрическом корпусе (статоре), причем ось ротора не совпадает с осью корпуса. При вращении ротора центробежная сила отбрасывает пластины от центра ротора и прижимает их к корпусу, тем самым в компрессоре образуются подвижные рабочие камеры, ограниченные соседними пластинами, корпусом и ротором. Изменение объема рабочих камер обусловлено смещением осей. Для дополнительного усилия прижатия пластин к корпусу в пазах ротора могут быть установлены прижимные пружины. Как и поршневые компрессоры, роторно-пластинчатые способны развивать значительное давление газа на выходе, однако их выгодно отличают компактные размеры и меньшая шумность.

Мембранные компрессоры отличаются тем, что содержат в своей конструкции эластичную полимерную мембрану. Принципиально такие компрессоры схожи с поршневыми, только роль поршня в них выполняет мембрана. Выпячиваясь в разные стороны, мембрана меняет объем рабочей камеры, а систем клапанов тем же образом. Привод самой мембраны может быть механическим, пневматическим, электрическим или мембранно-поршневым. Все эти типы приводов объединяет тот факт, что перекачиваемый газ не контактирует в процессе работы устройства ни с чем, кроме мембраны и корпуса рабочей камеры. Это делает мембранные компрессоры востребованными в тех случаях, когда необходимо обеспечить высокую степень чистоты нагнетаемого газа.

Жидкостно-кольцевые компрессоры использую для своей работы вспомогательную жидкость. В цилиндрическом корпусе (статоре) закрепляется ротор с установленными на нем пластинами, причем ось ротора смешена относительно оси статора. Внутрь компрессора заливается жидкость, которая при вращении ротора отбрасывается к стенкам корпуса, принимая форму кольца. Рабочее пространство при этом становится ограниченным пластинами ротора, корпусом и поверхностью жидкости. Как и в случае роторно-пластинчатого компрессора, смещение осей ротора и статора обеспечивает изменение объема рабочих камер. Перекачиваемый газ в таких компрессорах неизбежно контактирует с жидкостью, которая частично уносится с потоком газа, поэтому предусматривается узел сепарации отходящего потока, а также система подпитки компрессора рабочей жидкостью. Такие устройства особенно хорошо подходят в тех случаях, когда перекачиваемый газ уже содержит в своем составе капли рабочей жидкости.

Чертеж жидкостно-кольцевого компрессора

Динамические компрессоры подразделяют на следующие основные группы:

Радиальные компрессоры получили свое название по направлению движения газа в устройстве. Простейший компрессор такого типа состоит из корпуса и размещенного в нем рабочего колеса, установленного на валу. Лопатки рабочего колеса при вращении перемещают газ от оси в радиальных направлениях, тем самым передавая ему кинетическую энергию, которая затем частично преобразуется в потенциальную энергию давления. Газ поступает на колесо через осевой вход, затем попадает на лопатки, отбрасывается в радиальных направлениях и поступает в спиральный газосборник, а затем выводится через выходной диффузор. Рабочие колеса таких компрессоров могут отличаться как по форме лопаток, так и по общей конструкции, к примеру, быть закрытыми или открытыми. Также центробежные компрессоры могут выполнять многоступенчатыми, располагая несколько колес на одном валу и обеспечивая последовательный проход газа через них. Устройства такого типа компактны, обладают малой шумностью и не подвержены сильной вибрации при работе, а также хорошо подходят для случаев, когда требуется обеспечить подачу незагрязненного газа в больших объемах.

Осевые компрессоры отличаются тем, что газ в них движется в осевом направлении. К основным конструктивным элементам таких устройств относят ротор, установленный на валу, и статор (корпус). На роторе располагаются ряды лопаток, проходя которые газовый поток получает дополнительную кинетическую энергию и претерпевает закручивание. Для выравнивания направления его движения между рядами лопаток ротора располагают ряды направляющих лопаток статора. Область, где изменяются характеристики потока газа, ограничена входным направляющим и выходным выпрямляющим аппаратами. Такие устройства значительно более сложны в изготовлении и эксплуатации по сравнению с более простыми радиальными компрессорами, однако обладают большим КПД при схожем показателе напора.

Струйные компрессоры представляют собой эжекторы, в которых используется энергия одного (активного) газа или пара для увеличения давления другого (пассивного) газа или пара. То есть в такое устройство поступают два газовых потока с высоким и низким давлением, а на выходе получается один поток с давлением, большим, чем у потока пассивного газа, но меньшим, чем у активного. Струйные компрессоры отличаются крайней простотой конструкции и, как следствие, высокой надежностью. Они особо предпочтительны в тех случаях, когда в наличие уже имеется газ с высоким давлением, энергию которого целесообразно использовать. К примеру, такие устройства применяют в газодобыче, когда на месторождении есть скважины, как с высоким давлением, так и с низким, и использование струйного компрессора позволяет получить единый поток с приемлемыми характеристиками.

По области применения:

Компрессоры в зависимости от назначения и отрасли производства можно подразделить на установки общего назначения, энергетические, химические, нефтехимические и т.д.

По давлению на выходе:

По давлению на выходе компрессоры подразделяются на:

• ваккуум компрессоры;
• компрессоры низкого давления (от 0,15 до 1,2 Мпа) применяются на установках для сжатия воздуха;
• компрессоры среднего давления (от 1,2 до 10МПа) в процессах разделения, сжижения и транспортировки газов в химической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности;
• компрессоры высокого давления (от 10 до 100МПа);
• компрессоры сверхвысокого давления (выше 100МПа) применяются для установок синтеза газа.

По типу приводного механизма:

Компрессоры могут быть оборудованы электродвигателем, двигателем внутреннего сгорания, это может быть турбина (газ/пар).

По типу охлаждения:

С водяным или воздушным охлаждением

По производительности

Производительность компрессора как для входа так и выхода принято указывать в единицах объёма сжимаемой среды в единицах времени (норм. условия). Производительность зависит от диаметра цилиндра, длины хода поршня и скорости вращения вала. Компрессоры подразделяют на три категории: малой (до 10 м3/мин), средней (10—100 м3/мин) и большой производительности (свыше 100 м3/мин).

Источник