Компрессор

Компрессор (далее К) устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в К более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2—3 раза применяют воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м² (1000 мм вод. cm.) — вентиляторы. К впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в.

Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером, теория осевых К и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина и других ученых.

По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают К поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные. К также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, и др.), по создаваемому давлению р_н (низкого давления — от 0,3 до 1 Мн/м², среднего — до 10 Мн/м² и высокого — выше 10 Мн/м²), по производительности, то есть объему всасываемого _вс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м³/мин) и другим признакам. К также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью .

Поршневой К в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых К имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые К бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, ^- или -oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного поршневого К заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединенный с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объема, заключенного между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в К его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки К оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика). Одноступенчатый К, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7—8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые К, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений — выше 10 Мн/м². В поршневых К обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них — регулирование изменением частоты вращения вала.

Ротационные К имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые К, имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3. Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части К будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части К объемы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подается из К в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного К охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного К обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного К с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м².

Принципы действия ротационного и поршневого К в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном К всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного К, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационного К осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

Центробежный К в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колесами. Центробежный 6-ступенчатый К разделен на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного К частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси К к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень К и т.д.

Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25—30, а у промышленных К — 8—12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колес, допускающих окружные скорости до 280—500 м/сек. Важной особенностью центробежных К (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки К отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

Регулирование работы центробежных К осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.

Осевой К имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6. На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого К составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого К вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси К (откуда его название) и вращаться. Решетка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых К между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счет уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого К обычно равна 1,2—1,3, т. е. значительно ниже, чем у центробежных К, но кпд у них достигнут самый высокий из всех разновидностей К

Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых К осуществляется так же, как и центробежных. Осевые К применяют в составе газотурбинных установок (см. Газотурбинный двигатель).

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых К оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные К по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные К обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

Основные типы К, их параметры и области применения показаны в табл.
Типы компрессоров и их характеристика<

Тип компрессора	Предельные параметры	Область применения
Поршневой	_ВС = 2—5 м³/мин Р_Н = 0,3—200 Мн/м² (лабораторно до 7000 Мн/м²) n = 60—1000 об/мин до 5500 квт	промышленность, холодильные установки, питание пневматических систем, гаражное хозяйство.
Ротационный	_ВС = 0,5—300 м³/мин Р_Н = 0,3—1,5 Мн/м² n = 300—3000 об/мин до 1100 квт	промышленность, дутье в некоторых металлургических печах и др.
Центробежный	_ВС = 10—2000 м³/мин Р_Н = 0,2—1,2 Мн/м² n = 1500—10000 (до 30000) об/мин до 4400 квт (для авиационных — до десятков тысяч квт)	Центральные компрессорные станции в металлургической, машиностроительной, горнорудной, нефтеперерабатывающей промышленности
Осевой	_ВС = 100—20000 м³/мин Р_Н = 0,2—0,6 Мн/м² n = 2500—20000 об/мин до 4400 квт (для авиационных — до 70000 квт)	Доменные и сталелитейные заводы, наддув поршневых двигателей, газотурбинных установок, авиационных реактивных двигателей и др.

Лит.: Шерстюк А. Н., Кы, М.—Л., 1959; Рис В. Ф., Центробежные компрессорные машины, 2 изд., М.— Л., 1964; Френкель М. И., Поршневые компрессоры, 3 изд., Л., 1969: Центробежные компрессорные машины, М., 1969.

Е. А. Квитковская.

	Copyright © 1999-2023 Oval.ru, All Rights Reserved.