Компресори - найважливіше енергетичне обладнання, яке використовується в технологічних процесах хімічної, нафтохімічної, нафтопереробної, газової, металургійної, харчової промисловості та ряді інших галузей.
Компресором називають енергетичну машину або пристрій для підвищення тиску і переміщення газу. Зазвичай до компресорів відносять машини, що забезпечують стиснення повітря або газу до надлишкового тиску не нижче 0,015 МПа. Початковий тиск газу може бути менш атмосферного, що дорівнює або більше атмосферного.
Компресорні машини поділяють на три класи:
- вентилятори - компресори, підвищення тиску і ставлення тисків в яких не перевищують відповідно 0,01 МПа і 1,1;
- нагнітачі - машини з підвищеним відношенням тисків (до 1,3 і більше) і без охолодження середовища в процесі роботи;
- власне компресори - машини, забезпечені пристроєм для охолодження середовища при роботі (відношення тисків більше 3),
За досяжному кінцевому тиску розрізняють:
- компресори низького тиску - з кінцевим тиском до 1 МПа;
- компресори середнього тиску - з кінцевим тиском від 1 до 10 МПа;
- компресори високого тиску - з кінцевим тиском від 10 до 100 МПа;
- компресори надвисокого тиску - з кінцевим тиском понад 100 МПа.
Компресори можуть експлуатуватися в складі стаціонарних або пересувних машин або установок. Відповідно до цього розрізняють стаціонарні, пересувні, переносні, причіпні, самохідні, транспортні (авіаційні, автомобільні, суднові, залізничні) компресори.
За застосовності в газовій (робочої) середовищі компресори розділяють на. 1) газові - для стиснення будь-якого газу або суміші газів, крім повітря; в залежності від виду газу вони називаються кисневими, водневими, аміачними і т. д .; 2) повітряні - для стиснення повітря; значну групу таких компресорів складають компресори загального призначення, призначені для стиснення атмосферного повітря до тиску 0,8-1,5 МПа і виконані без урахування будь-яких специфічних вимог; 3) циркуляційні - для забезпечення циркуляції газу в замкнутому технологічному контурі; 4) багатоцільові (спеціальні) - для поперемінного стиснення різних газів; 5) многослужебние (спеціальні) - для одночасного стиснення різних газів.
Значна частина компресорів експлуатується в складі пристроїв, призначених для зміни (зниження) температури навколишнього середовища. Розрізняють: 1) кріогенні компресори - спеціальні компресори, в яких стискається газ хоча б на одній зі стадій циклу має криогенну температуру (0-120 К); 2) холодильні компресори.
Спеціальні компресори. призначені для відкачування газу з метою отримання вакууму, називають вакуумними компресорами. Вакуумні компресори, у яких кінцевий тиск більше атмосферного, відносять до компресорів комбінованого застосування
У компресорах об'ємного дії робочий процес здійснюється шляхом циклічної зміни обсягів обоча камер. Поршневими компресорами (ПК) називають компресори об'ємного дії, в яких обсяг робочих камер змінюється за допомогою поршнів. роблять зворотно-поступальний рух. Основні типи виробництва ПК - серійне і великосерійне. За конструктивним розташуванню циліндрів розрізняють схеми ПК: горизонтальну, вертикальну, опозитний, прямокутну, V- і W-подібні, зіркоподібну.
Найбільш широко ПК застосовують в хімічній, нафтохімічній і нафтопереробній галузях промисловості. Основні тенденції вдосконалення конструкцій ПК в цих галузях наступні: підвищення швидкохідності; широка уніфікація конструкцій з використанням в якості базових переважно V- і W-образних і оппозитной схем; вдосконалення термодинамічної процесу; зниження втрат продуктивності і потужності; розробка систем прогнозування працездатності ПК і запобігання відмов; забезпечення надійності та ремонтопридатності. Так, наприклад, освоєно серійне виробництво ПК 4ВМ10-120 / 9 і 2ВМ10-63 / 9 з підвищеною на 20% частотою обертання. На уніфікованої V-подібної базі із зусиллям на поршень 10 кН освоєно випуск семи модифікацій компресора 2ВУ1-2,5 / 13 і шести модифікацій компресора 4ВУ1-5 / 13. Проведена модернізація низки оппозітних компресорів (4ГМ16- 14 / 15- 105м; 4М16-22,4 / 23-64СМЗ і ін.).
Розширено сферу застосування ПК без змазування і з обмеженим змазуванням. Нові конструкції поршнів і опорних пристроїв (в тому числі і багаторазового використання) для горизонтальних рядів компресорів відрізняються компактною опорно-ущільнювальної системою з розвиненою опорною поверхнею. Це дозволило значно збільшити міжремонтний цикл для цих компресорів. Так, наприклад, нові опорні пристрої великих поршнів (масою більше
1 т) пропрацювали на компресорах виробництва аміаку більше 25 000 ч без заміни. Подача масла була зменшена на 70%. На компресорах 4М40-680 / 22-320 і 6М40- 320/320 нові конструкції ущільнень штоків відпрацювали при тиску 9 МПа без заміни 27 000 год без подачі змащуючого матеріалу в сальник і практично не зношуючи шток.
Для підвищення довговічності деталей ПК, що працюють в умовах підвищеного тертя (поршневих кілець, лабіринтно-контактних ущільнень і т. Д.), Розроблені нові високоміцні антифрикційні матеріали типу флубон і Графелон. В результаті заміни кільцевих клапанів клапанами з газовим демпфером в ступенях середнього і високого тиску в 3-4 рази збільшилася середня напрацювання на відмову ПК.
Значне число ПК використовується в складі:
Конструктивні недоліки ПК (неповна врівноваженість їх рухомих частин, наявність великої кількості пар тертя
і т. д.), а також важкі умови експлуатації ПК є причинами того, що в країні приблизно половина чисельності обслуговуючого холодильний парк і ремонтного персоналу працює на машинах і установках з ПК.
Більшість ПК ремонтують на місцях експлуатації. Централізованого ремонту підлягають:
- холодильні машини для підприємств торгівлі та громадського харчування - ремонт виконується на ремонтно-монтажних комбінатах Мінторгу СРСР;
- холодильні установки для залізничного транспорту - ремонт проводиться вагоноремонтними депо;
- суднові холодильні машини - ремонт на судноремонтних ваводах;
- пересувні компресорні станції - ремонт на спеціалізованих ремонтних підприємствах.
У холодильній техніці потреба в запасних частинах досягає за окремими моделями ПК 70-80% номінального числа деталей. Через нестачу запасних частин змінні вузли та деталі доводиться виготовляти на місці експлуатації »що збільшує вартість ремонту.
Мембранні компресори (МК) - компресори об'ємного дії, в яких обсяг робочих камер змінюється за допомогою циклічно деформованих мембран. МК з тиском нагнітання до 40 МПа випускаються серійно в одноступенчатом виконанні (з одним і двома мембранними блоками при відношенні тисків 20) і в двухступенчатом виконанні (при відношенні тисків до 400). Випускаються також компресори на основі комбінованих схем, призначені для створення високих і надвисоких тисків при великій продуктивності блоку. В таких компресорах перші щаблі - поршневі, а останні - мембранні (мембранно-поршневі компресори).
МК експлуатуються там, де виникає необхідність стиснення газу при забезпеченні його високої чистоти (наприклад, в електронній промисловості), а також при роботі з агресивними газами.
Роторними компресорами (РК) називають компресори об'ємного дії, в яких робоча камера утворюється расточкой корпусу і розміщеним в ній ротором (роторами), а обсяги робочих камер змінюються в результаті обертання ротора (роторів). РК мають велику швидкохідні, кращу врівноваженість і плавність подачі газу, ніж ПК. Кінцевий тиск в РК не вавісіт від частоти обертання ротора, що розширює діапазон регулювання. Коефіцієнти корисної дії РК дещо менше, ніж у ПК.
У роторних пластинчастих компресорах (РПЛК) ротор розташований ексцентрично циліндричної расточке корпусу і являє собою вал з встановленими
- на ньому поздовжніми рухливими в радіальному напрямку або гнучкими в окружному напрямку пластинами, що контактують вільними кінцями з поверхнею розточення. РПЛК випускаються серійно і використовуються:
- при стисненні і транспортуванні повітря і різних газів, неагресивних до матеріалів і мастильних матеріалів машин - в стаціонарних установках;
- при постачанні повітрям пневмоінструменту і пневматичних розвантажувальних пристроїв сипучих матеріалів - в пересувних установках;
- при отриманні чистого «сухого» газу - в холодильних установках. Продуктивність цих машин, як правило, менше 100 м3 / хв. Компресорне обладнання поступово вдосконалюється на базі РПЛК. Так, наприклад, налагоджено виробництво модернізованої пересувної компресорної станції ПР - 10 / 8М2 на базі РПЛК. Ремонт РПЛК виробляють найчастіше на місці експлуатації. Однак частина компресорів, що входять до складу пересувних і холодильних установок, ремонтують централізовано.
Рідинно-кільцевої компресор (ЖКК) являє собою пластинчастий компресор, в якому пластини виконані жорсткими, нерухомо закріплені на валу і не контактують з поверхнею розточення корпусу, а зазор між кінцями пластин і поверхнею розточення ущільнюється за допомогою рідинного кільця, що формується при обертанні ротора. Одним з варіантів реалізації ЖКК є водокільцевий компресор, в якому для освіти рідинного кільця використовується вода. ЖКК завдяки відсутності механічного тертя в їх робочих площинах використовують при роботі з токсичними, вибухонебезпечними, легкоразлагающіміся і займистими газами, паро- та газорідинними сумішами, в тому числі агресивними і забрудненими механічними домішками. Ці машини застосовують в хімічній, целюлозно-паперової, харчової, фармацевтичної, гірничодобувної, металургійної, текстильної, машинобудівної, енергетичної промисловості, в комунальному та сільському господарстві.
Значне число В К застосовується в холодильній техніці. Гвинтові холодильні компресори (ВГК) економічно вигідні в діапазоні холодопроизводительности від 150 до 1600 кВт (загальнопромислове виконання), 50-150 кВт (суднове виконання) і в каскадних одно- і двоступеневих холодильних машинах і установках. ВХК працюють в тому ж діапазоні холодопроизводительности, що і поршневі холодильні блок-картерів компресори П110, П220; оппозітниє одноступінчасті АО1200П, АО600П і двоступеневі ДА0275, ДАО550, ДОН 175, ДАОН350.
ВГК в СРСР випускаються в основному в Сальникова виконанні, Двохроторннім, горизонтальними, маслозаповнені. з синхронною частотою обертання ведучого ротора 50 з-1. Кожен ВХК має три модифікації по геометричній ступеня стиснення 2,6; 4,0; 5,0 і може працювати при різниці кінцевого і початкового тиску до 1,8 МПа і кінцевому тиску не більше 2,3 МПа. Показники надійності ВХК: ресурс роботи до капітального ремонту 50 000-60 000 ч; напрацювання на відмову більше 5000 год; ресурс роботи до поточного ремонту більше 5500 год.
Впровадження ВХК дає економічний ефект як при їх виробництві, так і при експлуатації. При виготовленні ВХК знижуються в порівнянні з ПК:
- витрата металу, особливо при заміні поршневих оппозітних машин, більш ніж в 2 рази;
- маса литих деталей в 3-7,3 рази;
- маса сталевого прокату на 30%;
- трудомісткість виготовлення - за рахунок використання високоавтоматизованого обладнання.
Впровадження ВХК продуктивністю 150-300 кВт, що мають високу надійність, може привести до скорочення чисельності обслуговуючого персоналу, а також зниження на 30% супутніх капітальних витрат.
Випуск холодильних агрегатів і машин з ВГК постійно збільшується. Планується зняти з виробництва холодильне обладнання з ПК П220, а також поршневі оппозітниє компресори АО1200П, ДАО550, ДАОН350.
Шестеренні компресори (ШК) представляють собою РК з двома роторами, що мають зубчасті пов'язані профілі. ШК набули значного поширення в народному господарстві. Їх об'ємна продуктивність - до 30-35 м8 / с. Використовується в таких компресорах процес із зовнішнім стисканням недосконалий, і дані машини можна використовувати лише в разі, коли втрати від зовнішнього стиснення незначні по відношенню до інших втрат. Для них характерні невеликі відносини тисків (1,4-1,8), збільшення кінцевої температури, високий рівень шуму. Довговічність таких машин знижується за рахунок виникнення ударних навантажень від внутрішнього тиску, що зростають зі збільшенням окружної швидкості роторів, що призводить до руйнування синхронізуючих шестерень, а потім і роторів.
Роторно-поршневий компресор (РПК) являє собою РК, в якому розточування корпусу і ротор мають спеціальні профілі, і вісь обертання ротора робить переносне обертальний рух навколо осі, що збігається з центром симетрії розточення корпусів.
Трохоідние РПК мають дві основні деталі - корпус і ротор. Теоретичний профіль однієї з цих деталей (вихідний) виконується по епі- або гіпотрохоїда, інший профіль (зв'язаний) - по внутрішньої і зовнішньої обвідної сімейства відповідних трохоїда. Характеристики машини залежать від обраної схеми і числа вершин у ротора. На практиці застосовують схеми з епітрохоідной расточкой корпусу і ротором, межі якого спрофільовані по внутрішньої обвідної.
Компресорами з катящимся ротором називають РК з двома робочими камерами, утвореними циліндричної расточкой корпусу, розділової пластиною і ротором, який ексцентрично розташований по відношенню до корпусу і вісь обертання якого здійснює переносне обертальний рух навколо осі, що збігається з центром симетрії розточення корпусу. Конструкції цих компресорів з точки зору технічного обслуговування і ремонту містять багато елементів, характерні для конструкцій кожної з груп РК, розглянутих раніше. У компресорах динамічної дії робочий процес здійснюється шляхом динамічного впливу на безперервний потік стиснення газу.