Раздел 3 Динамические компрессорные машины (Лопастные компрессоры)
Компрессорное оборудование газовой промышленности
Основная литература для подготовки:
КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ – Касьянов В.М. - ТЕТРАДЬ III.
Гидромашины и компрессоры – Касьянов В.М.- М. «Недра» 1981
Дополнительная литература для подготовки:
Компрессорные машины – Михайлов А.К., Ворошилов В.П. –М.»Энергоатомиздат» 1989
Центробежные нагнетатели природного газа – Ивановский Н.Н., Криворотько В.Н. – М. «Недра», 1994
Газотурбинные установки – Корж В.В. – Ухта 2010
Вопросы к экзамену по разделам
В экзаменационных билетах возможна вариантная конкретизация каждого из вопросов)
Раздел 1 Общие положения
1. Определение и общая классификация проточных машин
2. Баланс работ в проточной машине
Раздел 2 Основные технические показатели и виды компрессоров
Виды компрессорных машин Классификация компрессоров и характер их производства
Компрессоры — важнейшее энергетическое оборудование, применяемое в технологических процессах химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, металлургической, пищевой промышленности и ряде других отраслей.
Компрессором называют энергетическую машину или устройство для повышения давления и перемещения газа. Обычно к компрессорам относят машины, обеспечивающие сжатие воздуха или газа до избыточного давления не ниже 0,015 МПа. Начальное давление газа может быть менее атмосферного, равным или более атмосферного.
|
|
Компрессорные машины разделяют на три класса:
1. вентиляторы — компрессоры, повышение давления и отношение давлений в которых не превышают соответственно 0,01 МПа и 1,1;
2. нагнетатели — машины с повышенным отношением давлений (до 1,3 и более) и без охлаждения среды в процессе работы;
3. собственно компрессоры — машины, снабженные устройством для охлаждения среды при работе (отношение давлений более 3),
По достижимому конечному давлению различают:
1. компрессоры низкого давления — с конечным давлением до 1 МПа;
2. компрессоры среднего давления -— с конечным давлением от 1 до 10 МПа;
3. компрессоры высокого давления — с конечным давлением от 10 до 100 МПа;
4. компрессоры сверхвысокого давления — с конечным давлением свыше 100 МПа.
Компрессоры могут эксплуатироваться в составе стационарных или передвижных машин или установок. Соответственно этому различают стационарные, передвижные, переносные, прицепные, самоходные, транспортные (авиационные, автомобильные, судовые, железнодорожные) компрессоры.
По применимости в газовой (рабочей) среде компрессоры разделяют на: 1) газовые — для сжатия любого газа или смеси газов, кроме воздуха; в зависимости от вида газа они называются кислородными, водородными, аммиачными и т. д.; 2) воздушные — для сжатия воздуха; значительную группу таких компрессоров составляют компрессоры общего назначения, предназначенные для сжатия атмосферного воздуха до давления 0,8—1,5 МПа и выполненные без учета каких-либо специфических требований; 3) циркуляционные — для обеспечения циркуляции газа в замкнутом технологическом контуре; 4) многоцелевые (специальные) — для попеременного сжатия различных газов; 5) многослужебные (специальные) — для одновременного сжатия различных газов.
|
|
Значительная часть компрессоров эксплуатируется в составе устройств, предназначенных для изменения (понижения) температуры окружающей среды. Различают: 1) криогенные компрессоры — специальные компрессоры, в которых сжимаемый газ хотя бы на одной из стадий цикла имеет криогенную температуру (0—120 К); 2) холодильные компрессоры.
Специальные компрессоры, предназначенные для откачки газа с целью получения вакуума, называют вакуумными компрессорами. Вакуумные компрессоры, у которых конечное давление больше атмосферного, относят к компрессорам комбинированного применения
В компрессорах объемного действия рабочий процесс осуществляется путем циклического изменения объемов абочих камер. Поршневыми компрессорами (ПК) называют компрессоры объемного действия, в которых объем рабочих камер изменяется с помощью поршней, совершающих возвратно-поступательное движение. Основные типы производства ПК — серийное и крупносерийное. По конструктивному расположению цилиндров различают схемы ПК: горизонтальную, вертикальную, оппозитную, прямоугольную, V- и W-образные, звездообразную.
|
|
Наиболее широко ПК применяют в химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности. Основные тенденции совершенствования конструкций ПК в этих отраслях следующие: повышение быстроходности; широкая унификация конструкций с использованием в качестве базовых в основном V- и W-образных и оппозитной схем; совершенствование термодинамического процесса; снижение потерь производительности и мощности; разработка систем прогнозирования работоспособности ПК и предотвращения отказов; обеспечение надежности и ремонтопригодности. Так, например, освоено серийное производство ПК 4ВМ10—120/9 и 2ВМ10—63/9 с повышенной на 20% частотой вращения. На унифицированной V-образной базе с усилием на поршень 10 кН освоен выпуск семи модификаций компрессора 2ВУ1—2,5/13 и шести модификаций компрессора 4ВУ1—5/13. Проведена модернизация ряда оппозитных компрессоров (4ГМ16— 14/15— 105М; 4М16—22,4/23—64СМЗ и др.).
|
|
Расширена область применения ПК без смазывания и с ограниченным смазыванием. Новые конструкции поршней и опорных устройств (в том числе и многоразового использования) для горизонтальных рядов компрессоров отличаются компактной опорно-уплотнительной системой с развитой опорной поверхностью. Это позволило значительно увеличить межремонтный цикл для этих компрессоров. Так, например, новые опорные устройства крупных поршней (массой более
1 т) проработали на компрессорах производства аммиака более 25 000 ч без замены. Подача масла была уменьшена на 70%. На компрессорах 4М40—680/22—320 и 6М40— 320/320 новые конструкции уплотнений штоков отработали при давлении 9 МПа без замены 27 000 ч без подачи смазывающего материала в сальник и практически не изнашивая шток.
Для повышения долговечности деталей ПК, работающих в условиях повышенного трения (поршневых колец, лабиринтно-контактных уплотнений и т. д.), разработаны новые высокопрочные антифрикционные материалы типа флубон и графелон. В результате замены кольцевых клапанов клапанами с газовым демпфером в ступенях среднего и высокого давления в 3—4 раза увеличилась средняя наработка на отказ ПК.
Значительное число ПК используется в составе:
· холодильных машин общепромышленного назначения на базе компрессоров с ходом поршня 70, 130, 150, 220 мм; потребитель — пищевая промышленность, МинторгСССР, химическая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая промышленность (производство аммиака, химического волокна, шинное производство, производство пластмасс);
· судовых холодильных машин в рыбопромысловом флоте, рефрижераторных судах;
· холодильных установок для авторефрижераторов;
· холодильных машин для предприятий торговли и общественного питания;
· холодильных установок для рефрижераторных вагонов;
· автономных кондиционеров (на базе малых поршневых компрессоров);
· холодильных машин специального назначения.
Конструктивные недостатки ПК (неполная уравновешенность их движущихся частей, наличие большого числа пар трения
и т. д.), а также тяжелые условия эксплуатации ПК являются причинами того, что в стране примерно половина численности обслуживающего холодильный парк и ремонтного персонала работает на машинах и установках с ПК. Большинство ПК ремонтируют на местах эксплуатации. Централизованному ремонту подлежат: 1. холодильные машины для предприятий торговли и общественного питания — ремонт выполняется на ремонтно-монтажных комбинатах Минторга СССР; 2. холодильные установки для железнодорожного транспорта — ремонт производится вагоноремонтными депо; 3. судовые холодильные машины — ремонт на судоремонтных ваводах; 4. передвижные компрессорные станции — ремонт на специализированных ремонтных предприятиях. В холодильной технике потребность в запасных частях достигает по отдельным моделям ПК 70—80% номинального числа деталей. Из-за недостатка запасных частей сменные узлы и детали приходится изготовлять на месте эксплуатации» что увеличивает стоимость ремонта. Мембранные компрессоры (МК) — компрессоры объемного действия, в которых объем рабочих камер изменяется с помощью циклически деформируемых мембран. МК с давлением нагнетания до 40 МПа выпускаются серийно в одноступенчатом исполнении (с одним и двумя мембранными блоками при отношении давлений 20) и в двухступенчатом исполнении (при отношении давлений до 400). Выпускаются также компрессоры на основе комбинированных схем, предназначенные для создания высоких и сверхвысоких давлений при большой производительности блока. В таких компрессорах первые ступени — поршневые, а последние — мембранные (мембранно-поршневые компрессоры). МК эксплуатируются там, где возникает необходимость сжатия газа при обеспечении его высокой чистоты (например, в электронной промышленности), а также при работе с агрессивными газами. Роторными компрессорами (РК) называют компрессоры объемного действия, в которых рабочая камера образуется расточкой корпуса и размещенным в ней ротором (роторами), а объемы рабочих камер изменяются в результате вращения ротора (роторов). РК имеют большую быстроходность, лучшую уравновешенность и плавность подачи газа, чем ПК. Конечное давление в РК не вависит от частоты вращения ротора, что расширяет диапазон регулирования. Коэффициенты полезного действия РК несколько меньше, чем у ПК. В роторных пластинчатых компрессорах (РПЛК) ротор расположен эксцентрично цилиндрической расточке корпуса и представляет собой вал с установленными · на нем продольными подвижными в радиальном направлении или гибкими в окружном направлении пластинами, контактирующими свободными концами с поверхностью расточки. РПЛК выпускаются серийно и используются: · при сжатии и транспортировании воздуха и различных газов, неагрессивных к материалам и смазочным материалам машин — в стационарных установках; · при снабжении воздухом пневмоинструмента и пневматических разгрузочных устройств сыпучих материалов — в передвижных установках; · при получении чистого «сухого» газа — в холодильных установках. Производительность этих машин, как правило, менее 100 м3/мин. Компрессорное оборудование постепенно совершенствуется на базе РПЛК. Так, например, налажено производство модернизированной передвижной компрессорной станции ПР — 10/8М2 на базе РПЛК. Ремонт РПЛК производят чаще всего на месте эксплуатации. Однако часть компрессоров, входящих в состав передвижных и холодильных установок, ремонтируют централизованно. Жидкостно-кольцевой компрессор (ЖКК) представляет собой пластинчатый компрессор, в котором пластины выполнены жесткими, неподвижно закреплены на валу и не контактируют с поверхностью расточки корпуса, а зазор между концами пластин и поверхностью расточки уплотняется с помощью жидкостного кольца, формирующегося при вращении ротора. Одним из вариантов реализации ЖКК является водокольцевой компрессор, в котором для образования жидкостного кольца используется вода. ЖКК благодаря отсутствию механического трения в их рабочих плоскостях используют при работе с токсичными, взрывоопасными, легкоразлагающимися и воспламеняющимися газами, паро- и газожидкостными смесями, в том числе агрессивными и загрязненными механическими примесями. Эти машины применяют в химической, целлюлозно-бумажной, пищевой, фармацевтической, горнодобывающей, металлургической, текстильной, машиностроительной, энергетической промышленности, в коммунальном и сельском хозяйстве. |
Значительное число В К применяется в холодильной технике. Винтовые холодильные компрессоры (ВХК) экономически выгодны в диапазоне холодопроизводительности от 150 до 1600 кВт (общепромышленное исполнение), 50—150 кВт (судовое исполнение) и в каскадных одно- и двухступенчатых холодильных машинах и установках. ВХК работают в том же диапазоне холодопроизводительности, что и поршневые холодильные блок-картерные компрессоры П110, П220; оппозитные одноступенчатые АО1200П, АО600П и двухступенчатые ДА0275, ДАО550, ДОН 175, ДАОН350.
ВХК в СССР выпускаются в основном в сальниковом исполнении, двухроторными, горизонтальными, маслозаполненными, с синхронной частотой вращения ведущего ротора 50 с-1. Каждый ВХК имеет три модификации по геометрической степени сжатия 2,6; 4,0; 5,0 и может работать при разности конечного и начального давлений до 1,8 МПа и конечном давлении не более 2,3 МПа. Показатели надежности ВХК: ресурс работы до капитального ремонта 50 000—60 000 ч; наработка на отказ более 5000 ч; ресурс работы до текущего ремонта более 5500 ч.
Внедрение ВХК дает экономический эффект как при их производстве, так и при эксплуатации. При изготовлении ВХК снижаются по сравнению с ПК:
· расход металла, особенно при замене поршневых оппозитных машин, более чем в 2 раза;
· масса литых деталей в 3—7,3 раза;
· масса стального проката на 30%;
· трудоемкость изготовления — за счет использования высокоавтоматизированного оборудования.
Внедрение ВХК производительностью 150—300 кВт, имеющих высокую надежность, может привести к сокращению численности обслуживающего персонала, а также снижению на 30% сопутствующих капитальных затрат.
Выпуск холодильных агрегатов и машин с ВХК постоянно увеличивается. Планируется снять с производства холодильное оборудование с ПК П220, а также поршневые оппозитные компрессоры АО1200П, ДАО550, ДАОН350.
Шестеренные компрессоры (ШК) представляют собой РК с двумя роторами, имеющими зубчатые сопряженные профили. ШК получили значительное распространение в народном хозяйстве. Их объемная производительность — до 30—35 м8/с. Использующийся в таких компрессорах процесс с внешним сжатием несовершенен, и данные машины можно использовать лишь в случае, когда потери от внешнего сжатия незначительны по отношению к другим потерям. Для них характерны небольшие отношения давлений (1,4—1,8), увеличение конечной температуры, высокий уровень шума. Долговечность таких машин снижается за счет возникновения ударных нагрузок от внутреннего давления, возрастающих с увеличением окружной скорости роторов, что приводит к разрушению синхронизирующих шестерен, а затем и роторов.
Роторно-поршневой компрессор (РПК) представляет собой РК, в котором расточка корпуса и ротор имеют специальные профили, и ось вращения ротора совершает переносное вращательное движение вокруг оси, совпадающей с центром симметрии расточки корпусов.
Трохоидные РПК имеют две основные детали — корпус и ротор. Теоретический профиль одной из этих деталей (исходный) выполняется по эпи- или гипотрохоиде, другой профиль (сопряженный) — по внутренней и наружной огибающей семейства соответствующих трохоид. Характеристики машины зависят от выбранной схемы и числа вершин у ротора. На практике применяют схемы с эпитрохоидной расточкой корпуса и ротором, грани которого спрофилированы по внутренней огибающей.
Компрессорами с катящимся ротором называют РК с двумя рабочими камерами, образуемыми цилиндрической расточкой корпуса, разделительной пластиной и ротором, который эксцентрично расположен по отношению к корпусу и ось вращения которого совершает переносное вращательное движение вокруг оси, совпадающей с центром симметрии расточки корпуса. Конструкции этих компрессоров с точки зрения технического обслуживания и ремонта содержат многие элементы, характерные для конструкций каждой из групп РК, рассмотренных ранее. В компрессорах динамического действия рабочий процесс осуществляется путем динамического воздействия на непрерывный поток сжимаемого газа.
2. Термодинамика компрессорного процесса
3. Подача компрессора
4. Мощность и КПД компрессора
5. Охлаждение. Ступенчатое сжатие
Раздел 3 Динамические компрессорные машины (Лопастные компрессоры)
1. Центробежные компрессоры. Принцип действия и устройство
2. Осевые компрессоры. Принцип действия и устройство
3. Центробежные вентиляторы. Принцип действия и устройство
4. Рабочий процесс в динамическом компрессоре
5. Внутренний политропический КПД неохлаждаемого компрессора
6. Характеристики лопастных компрессоров. Пересчёт характеристик
7. Особенности регулирования лопастных компрессоров
8. Газодинамические характеристики. Безразмерные и приведенные характеристики
9. Основы расчёта ступени центробежного компрессора
10. Осевые компрессоры
11. Основы расчёта осевого компрессора
12. Помпаж в компрессорах и вентиляторах
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 942; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!