Лекція №6 Типи компрессоров.doc
Переваги.
У порівнянні з горизонтальними, мають дещо менший і більш рівномірний по колу знос поршнів і циліндрів.
Станини їх відрізняються більш простою і легкою конструкцією, яка сприймає переважно розтягують і стискають напруги, але не схильні до вигину, як рами горизонтальних компресорів.
Циліндри вертикальних компресорів не потребують опорах, тому що температурні і пружні деформації в цих машинах вільні.
Монтаж і демонтаж циліндрів і поршнів в вертикальних компресорах більш зручні, ніж в горизонтальних.
Сили інерції зворотно-рушійних мас діють на фундамент вертикально. Машини менш схильна до коливань, фундамент може бути більш легким. Маса фундаменту вертикальних компресорів складає не більше 2/3 від маси фундаменту колишніх горизонтальних компресорів такої ж потужності.
Фундамент має більш просту форму.
Вертикальні компресори займають меншу площу в порівнянні з горизонтальними.
Переваги вертикального виконання важливіші для компресорів з неповноцінною мастилом циліндрів і для компресорів без змащення циліндрів.
Недоліки.
Демонтаж механізму руху менш зручний, ніж в горизонтальних машинах.
При великій продуктивності вертикальні компресори можуть мати значну висоту, що ускладнює їх обслуговування.
У порівнянні з оппозітнимі компресорами мають гіршу врівноваженість під силу інерції.
Горизонтальні компресори.
Горизонтальними виконують головним чином крейцкопфні компресори середньої і великої продуктивності. Компресори з циліндрами по обидві сторони валу називаються оппозітнимі (з числом рядів від 2-х до десяти).
Оппозітниє компресори можуть бути М-образного виконання і Н-образного виконання.
М-образне виконання, коли компресор має загальну раму і двигун розташований у її торця. Н-образне виконання, коли компресор має дві роздільні рами і двигун розташований між ними.
З оппозітних компресорів М- і Н-образного виконання перше має переваги: спрощення монтаж (особливо при електродвигуні консольного типу) та велика надійність роботи вала, що укладається на жорстко пов'язані рамою підшипники.
Чотирирядні Н-образні компресори мають як правило, цілісний колінчастий вал, а шести- і восьмирядні - складовою, причому середній ділянку вала, що несе ротор електродвигуна, часто встановлюють на окремих підшипниках двигуна.
Основним недоліком Н-образного виконання є затруднительность точного укладання вала на двох рамах, а іноді, крім того, на підшипниках двигуна. В сучасних компресорах застосовуються тонкостінні вкладиші підшипників, що не допускають шабровки. При недостатньому монтажі або нерівномірному їх знос у валу можуть виникнути небезпечні додаткові напруги.
Переваги.
У оппозітних компресорів внаслідок можливості збільшення числа рядів виключається необхідність послідовного розташування декількох циліндрів один за одним в одному ряду. При виконанні в ряду одного або рідше двох циліндрів вони більш зручні для монтажу і доступні для ремонту.
Поодинокі циліндри на відміну від диференціальних легко уніфікувати, що при реалізованих базах скорочує терміни і вартість проектування і виготовлення компресора.
У оппозітних компресорах можна досягти повного взаємного урівноваження сил інерції першого і другого порядків.
При куті між колінами протилежних рядів в 180 ° для цього достатньо рівності зворотно рухомих мас цих рядів. У компресорах з чотирма колінами вала в одній площині і з симетричним дзеркальним зміщенням парних колін і рядів врівноважуються і моменти (див. Малюнок).
У оппозітних компресорах, добре врівноважених під силу інерції, допускають частоту обертання в 2,5-3 рази більшу, ніж у Г і П-подібних горизонтальних машин.
У порівнянні з великими вертикальними більш зручні для обслуговування.
Більш легкий, ніж у інших типів компресорів демонтаж колінчастого вала і шатуна.
Конструкція багаторядних оппозітних баз зручна для пристрою многослужебних компресорів, призначених для одночасного стиснення різних газів. Також машини представляють собою з'єднання декількох компресорів в одному агрегаті, яке доцільно, коли споживання різних газів пов'язане загальним технологічним процесом (див. Малюнок).
Многослужебние компресори вимагають меншого приміщення, ніж кілька окремих компресорів. Це дозволяє значно зменшити розміри всієї установки, застосувати більший двигун і спростити систему автоматичного управління, контролю і захисту. Все це знижує початкові витрати і вартість експлуатації. Недоліки.
У порівнянні з вертикальними компресорами більший знос циліндрів і поршнів (і більш нерівний знос).
У порівнянні з вертикальними і кутовими компресорами велика займана площа.
Кутові компресори.
Кутові крейцкопфні компресори, виконувані V-подібними, W- образними, віялоподібними і зіркоподібними, зустрічаються в одинарному виконанні з одноколенчатим валом і в здвоєному-с двухколенчатим.
Кутові крейцкопфні компресори - V-подібні, W- образні, віялоподібні - мають число рядів від двох до чотирьох і одноколенчатий вал.
Кутові вертикально-горизонтальні крейцкопфні компресори виконуються найчастіше дворядними. Іноді вони виконуються чотирирядними-с двухколенчатим валом, двома вертикальними рядами і двома горизонтальними.
Переваги.
Результуюча сил інерції першого порядку може бути частково або повністю врівноважена противагами на валу.
Тому фундаменти цих компресорів порівняно малі.
Завдяки значній віддаленості циліндрів один від одного, можна збільшити число клапанів, знизивши виникають втрати енергії.
Є можливість встановити одноколенчатий вал кутових компресорів, а у малих машин і двухколенчатий вал, на підшипниках кочення (дві опори).
Компактність конструкції і зручність монтажу та обслуговування.
Деякі рекомендації щодо вибору типу компресора.
Повітряні компресори малої продуктивністю, в тому числі для пересувних компресорних станцій низького і високого тиску, особливо при повітряному охолодженні циліндрів краще виконувати бескрейцкопфние кутовими: V-подібними, W- образними, віялоподібними і зіркоподібними, із застосуванням одинарних і здвоєних компоновок. Такі ж конструкції, але з герметизацією картера можуть бути прийняті і для малих газових компресорів, якщо забруднення газу маслом не виключає можливості їх застосування.
Компресори середньої продуктивності для воздухан газів слід виконувати крейцкопфний - вертикальними, кутовими або оппозітнимі. Вертикальне виконання доцільно для компресорів без змащення циліндрів з лабіринтовим або графітовим ущільненням, а також для машин, від яких вимагають мінімальних габаритів в плані. В інших випадках вертикальні компресори поступаються кутовим, які краще врівноважені, вимагають менших фундаментів і можуть працювати при більш високих частотах обертання.
З кутових компресорів середньої продуктивності раніше віддавали перевагу вертикально-горизонтальним. В останні роки серед нових конструкцій частіше стали зустрічатися V-подібні, W- образні, віялоподібні. Вони мають такі переваги: менші розміри і маса станини, менша площа під компресором і простота одноколенчатого вала. Застосовуючи однакові циліндри на V-образних, W- образних і віялоподібних базах, отримують компресори різних производительностей.
Але з точки зору уніфікації найбільш зручні багаторядні оппозітниє компресори. Картер у них конструктивно і технологічно простий і при збільшенні числа рядів менше ускладнюється, ніж у кутових. Демонтаж колінчастого вала, шатуна і крейцкопфа більш зручний. При безпідвальних виконанні апаратура розташовується безпосередньо над компресором. Оппозітниє компресори мають перевагу і в динаміці - у них на відміну від кутових компресорів врівноважуються сили інерції не тільки першого, а й другого порядків. Тому вони можуть бути виконані більш високооборотними і встановлені на менш потужних фундаментах. В результаті підвищення частоти обертання знижуються розміри і вартість двигуна. Оппозітниє компресори поступаються кутовим машинам лише в займаної площі. Великі оппозітниє компресори мають ряд додаткових переваг. Для них не потрібні високі приміщення, як для вертикальних або кутових компресорів. У порівнянні з Г-подібними і П-образними машинами в оппозітних компресорах внаслідок збільшення частоти обертання маса електродвигунів знижується в 2,5 рази.
Вибір числа рядів компресора і розміщення ступенів в ряду.
Однорядне виконання відрізняється простотою механізму руху, а у крейцкопфних компресорів - меншим числом сальників.
Дворядні і багаторядні компресори в порівнянні з однорядними мають наступні переваги:
Поршневі сили, що діють в окремих рядах компресора, зменшуються, і відповідно зменшується вага зворотно-рухомих частин кожного ряду. Це дозволяє робити такі машини багатооборотні, а, отже, більш компактними і легкими.
Тангенціальна діаграма виходить більш рівномірною, що дозволяє знизити вагу маховика.
Менші фундаменти внаслідок часткового або повного взаємного урівноваження сил інерції.
Зменшення числа циліндрів в ряду, що спрощує монтаж циліндрів і забезпечує виконання їх ремонту і розбирання.
При виборі числа рядів компресора враховують також технологічні можливості заводу-виготовлювача.
Вирішуючи задачу розподілу ступенів між рядами і розташування їх усередині ряду, прагнуть до зрівнювання поршневих сил, поліпшенню ущільнення поршнів і штоків, до зручності виїмки поршнів і до зменшення габаритних розмірів машини.
Якщо в багаторядному компресорі поршневі сили між рядами і всередині ряду рівні, то окремі лав не перевантажені і може бути використана легша база. В цьому випадку знижується маса компресора, зменшується маховик і підвищується ККД хутро. машини.
Якщо відсутній проміжний відбір газу, то для рівності поршневих сил в рядах в кожному з них повинно бути однакові число ступенів. Це потрібно також для зменшення довжини машини.
Циліндри машин середньої та великої продуктивності виконують подвійної дії або при декількох ступенів в ряду об'єднують в диференційний блок.
При диференціальних блоках зменшується число сальників, але значно зростають перетікання газу через поршневі кільця, особливо у ступенів високого тиску. Кільця цих ступенів працюють в несприятливих умовах. Внаслідок односторонньо направленого перепаду тисків вони постійно і з великою силою притиснуті до однієї зі стінок в канавках поршня і при зворотному русі поршня не відбувається в них перекладка кілець. На навантажену сторону канавок не надходить мастило і ковзання кілець в канавках здійснюється в умовах сухого або напівсухого тертя. Це значно посилює знос кілець. При диференціальному поршні діаметри циліндрів набагато більше, ніж при дискових порушених ступенів подвійної дії. В результаті цього ще більш зростають витоку і робота тертя поршневих кілець. Економічність компресора знижується ще і внаслідок підвищеного нагріву всмоктуваного газу при контакті з диференціальним поршнем.
До недоліків диференціальних поршнів відноситься і складність конструкції. Для виїмки диференціального поршня може знадобитися демонтаж частини циліндрів і прилеглих до них трубопроводів.
Маса диференціальних поршнів значно вище, ніж у дискових. Пов'язані з цим підвищення сил інерції призводить до необхідності знижувати частоту обертання і збільшувати розміри фундаменту.
Пристрій циліндрів в диференціальних блоках - вимушене рішення. До нього вдаються, якщо число ступенів компресора більше числа рядів бази.
Найбільш доцільно розташовувати в кожному ряду по одному циліндру. При цьому компресор може бути більш високооборотним, економічним, меншим за габаритами, зручним для обслуговування та ремонтів.
Рівняння поршневих сил ряду.
При рівних відносинах тисків в ступенях і відсутності між ними відбору газу поршневі сили в ряду компресора з диференціальним блоком зрівняні, якщо половина ступенів ряду звернена до валу і половина - в протилежну сторону.
При виборі розташування ступенів в диференціальному блоці керуються такими міркуваннями. Сума всіх площ диференціального поршня, звернених до валу, складена з площею штока, дорівнює сумі площ поршня, звернених в протилежну від вала сторону. Якщо число ступенів в диференціальному блоці непарне, то ступінь низького тиску виконується в циліндрі подвійної дії, а інші щаблі в циліндрах одинарного, причому вони розташовуються в рівній кількості по обидві сторони від ступені подвійної дії. При такій компоновці машини поршневі сили при ході до валу і від вала приблизно рівні.
У ряді випадків для рівняння поршневих сил при ході до валу і від вала вводять зрівняльні порожнини, тиск в яких буває дорівнює тиску всмоктування, або одному з межступенчатом тисків.
На відміну від робочих порожнин компресора вирівнююча порожнина не має клапанів, а тиск газу в ній майже постійно.
Циліндри з підвішеним поршнем.
Циліндри найбільших горизонтальних компресорів (діаметром більше 1000мм) іноді виконую з поршнем, який підвішений на наскрізному штоку, спирається кінцями на крейцкопф і повзун. При цьому повністю усувається знос циліндра і дещо знижується витрата енергії. Однак пристрій додаткових паралелей, плазунів і сальників ускладнює конструкцію, збільшує габарити компресора і масу поступально рухомих частин. Таке виконання лише доцільно в компресорах для стиснення дуже забруднених газів і в дотискати компресорах для рівняння сил.
Уніфікація і нормалізація.
Уніфікацією в машинобудуванні називається метод конструювання машин з ряду однакових вузлів і деталей.
Нормалізація - встановлення певних (стандартних) типів широко застосовуваних деталей різних механізмів.
Застосування уніфікації дає наступні переваги:
Скорочення часу на проектування машин.
Скорочення часу на підготовку виробництва.
Можливість більш раціональної організації виробництва і застосування більш досконалої технології, характерних для серійного виробництва.
Велика можливість спеціалізації окремих заводів.
Все це дозволяє збільшити випуск машин і скоротити їх вартість.