Осевые компрессоры

Устройство

Центробежные компрессоры. Принцип действия и

Центробежные компрессоры по принципу действия и устрой­ству подобны центробежным насосам, но имеют особенности, связанные со сжимаемостью перекачиваемой среды и высокими частотами вращения (десятки тысяч оборотов в минуту).

Так же как и насосы, центробежные компрессоры подразделяются на одно­ступенчатые (нагнетатели) и многосту­пенчатые (нагнетатели и собственно ком­прессоры), однопоточные и многопоточ­ные.

Схемы одноступенчатых компрессо­ров показаны на рис. 16.

Рис. 16 Одноступенчатые лопастные компрессоры

В многоступенчатом нагнетателе или компрессоре имеются все характерные элементы многоступенчатого насоса - направля­ющие аппараты НА, обратные направляющие аппараты ОНА, диафрагмы с уплотнениями Д (рис. 17, а). На эпюре показано изменение давления и скорости газа в рабочем колесе и в отводе между точками 1, 2, 3 и 4.

Рис. 17. Схемы многоступенчатых центробежных компрессоров

Многоступенчатые нагнетатели выполняют в одном корпусе (рис. 17, б). На выходе из последней ступени газ поступает в улитку или сборную камеру, а затем направляется в нагнета­тельный патрубок.

Многоступенчатый компрессор (рис. 17, в) состоит из не­скольких секций (при показателе адиабаты k = 1,40 до трех ступеней в каждой) с промежуточным охладителем X. Промежу­точное охлаждение необходимо для экономии мощности путем приближения процесса ступенчатого сжатия к изотермическому (подробнее см. далее). Число промежуточных охлаждений уста­навливают, сопоставляя экономию мощности компрессора с дополнитель-ными затратами на охлаждение и усложнение компрес­сорной установки при увеличении числа охладителей.

Сжатие с одним промежуточным охладителем выгодно при ε = 2,5 - б. С уменьшением значения показателя адиабаты k указанный верхний предел величины ε возрастает. Сжатие в одном корпусе с двумя промежуточными охладителями эффективно при более высоких степенях повышения давления (до 10 при k = 1,4). С увеличением числа рабочих колес в одном корпусе и удлине­нием ротора снижаются критические частоты вращения вала, при которых возникают недопустимо большие вибрации отбалансированного ротора. Когда рабочая частота существенно отличается от критической, прогибы вала и вибрационные нагрузки резко снижаются. Рабочая частота может быть меньше или больше пер­вой критической, при этом вал называют соответственно «жестким» или «гибким». Возможности повышения критических частот путем уменьшения массы роторов и увеличения их жесткости ограни­чены. В связи с этим, при ε > 10 приходится размещать рабочие колеса в двух корпусах.

Например, компрессор К-380-101-1 с объемным расходом газа на входе 500 м³/мин, предназначенный для сжатия нефтяного газа от 0,15 до 4,2 МПа (ε = 28), выполнен с двумя корпусами. В каждом корпусе расположено по пять рабочих колес. Частота вращения ротора в первом корпусе составляет 7 350 об/мин, во втором - 17 тыс. об/мин. Компрессор имеет только один охла­дитель между корпусами, что объясняется низким значением показателя адиа­баты сжимаемого газа, а также возможностью выпадения жидкой фазы при его охлаждении.

В отличие от насосов рабочие колеса в компрессоре могут быть неодинаковыми по диаметру и по форме. Обычно наружный диаметр колеса уменьшается с увеличением порядкового номера секции; внутри секции колеса имеют, как правило, одинаковый диаметр, но могут отличаться шириной каналов в меридиональ­ном сечении (в частности, отношением b₂/D₂. Это объясняется следующими причинами. Если диаметры и тип лопастного аппа­рата у всех колес в одном корпусе выполнять одинаковыми, что удобно технологически и удешевляет изготовление машины, то, поскольку объем протекающего газа уменьшается, а меридиональ­ная скорость c_2m сохраняется постоянной, последние колеса окажутся чрезмерно узкими (b₂/D₂ мало), что приведет к росту аэродинамических потерь и снижению КПД.

Если же диаметры при переходе от первой секции к последующим уменьшаются, то получают приемлемые значения b₂/D₂ и в последних ступенях.

С уменьшением диаметра колес снижается окружная скорость u₂, и, следо­вательно, требуется больше колес для заданной степени повышения давления ε.

А это приводит к увеличению осевого габарита машины, и к снижению крити­ческих частот вращения ротора, вследствие чего появляется опасность сближе­ния рабочей частоты вращения со второй критической. Поэтому в одном и том же компрессоре иногда применяют лопастные аппараты различного типа. При этом выходной угол наклона лопастей β_2л и скорость c_2m постепенно уменьшаются от первой ступени к последней, что позволяет сохранить диаметры ступеней внутри одного корпуса равными или близкими.

Для привода центробежных компрессоров применяют: стан­дартные электродвигатели, достоинствами которых являются простота запуска и удобства в эксплуатации; газовые турбины, обла­дающие автономностью, более высокой, нежели стандартные электродвигатели, частотой вращения (5,5 - 6,0 тыс. об/мин) и возмож­ностью экономичного регулирования; паровые и воздушные (для холодильных компрессоров) турбины с высокой частотой вращения (до 100 тыс. об/мин)¹.

Принцип действия и устройство. По принципу действия осевой компрессор подобен осевому насосу. Главное направление движения газа – вдоль оси вращения, траектории частиц газового потока расположены на цилиндрических или слегка конических поверхностях. Устройство осевого компрессора показано на рис. 18.

Рис. 18. Осевой компрессор

а – схема компрессора; б – ступень; в – замковый паз; 1 – корпус;

2 – ротор; 3 – подшипники; 4 – уплотнения; 5 – входной конфузор;

6 – входной направляющий аппарат; 7 – рабочий венец; 8 – направляющий венец; 9 – спрямляющий аппарат; 10 – выходной диффузор

Ступень компрессора состоит из двух рядов (венцов) лопастей ротора и статора. Во входном направляющем аппарате перед первой ступенью поток закручивается в ту же сторону, что и направляющих аппаратах ступеней. Из последнего спрямляющего аппарата поток выходит в осевом направлении. Вместе с объёмом сжимаемого газа уменьшается высота лопастей в венцах. В первых ступенях отношение диаметра втулки к диаметру корпуса обычно бывает d_в / d_к = 0,5 – 0,7, а в последних ступенях 0,7 – 0,9. Применяют преимущественно две схемы проточной части: а) с постоянным диаметром корпуса, б) с постоянным диаметром ротора. Схема а позволяет снизить число ступеней, так как при прочих равных условиях средний диаметр проточной части в этой схеме больше, чем в схеме б, и, следовательно, мощность каждой ступени выше. Поэтому схему а применяют там, где в особенности необходимо уменьшить габариты и массу машины. Схема б удобна и проста для изготовления, и поэтому она более приемлема для компрессоров стационарных установок.

На рис. 19 изображены боковой вид и продольный разрез двадцатиступенчатого осевого компрессора. Компрессор имеет промежуточный отбор после восьмой ступени и, следовательно, подаёт воздух двух давлений.

Рис. 19. Осевой компрессор:

1 – опорный подшипник; 2 – барабан; 3 – корпус; 4 – патрубок промежуточного отбора; 5 – диффузор; 6 – переходные патрубки; 7 – опорно – упорный подшипник; 8 – фланец жёсткой муфты

Компрессор выполнен с постоянным внутренним диаметром корпуса (см. рис. 19., б). Корпус имеет разъём в горизонтальной плоскости. Подвод и вывод воздуха – в осевом направлении. Ротор массивный, большой массы.

Поршневые компрессоры. Принцип действия,

устройство, классификация

Принцип действия поршневых компрессоров и насосов в основном одинаков: при возвратно – поступательном движении поршней или плунжеров происходит циклическое наполнение рабочих камер и выталкивание из них порций перекачиваемой среды. Однако характер рабочего процесса в компрессоре существенно иной, нежели в насосе. По устройству эти машины также значительно различаются. По системам охлаждения цилиндров и их смазки поршневые компрессоры родственны поршневым ДВС. Некоторые детали этих машин аналогичны.

Процесс повышения давления газа, как и в динамических компрессорах, может осуществляться последовательно в нескольких камерах многоступенчатого компрессора, прерываясь для промежуточного охлаждения.

По способу передачи движения рабочим органам поршневые компрессоры подразделяются на две группы: с механизмом дви­жения (преимущественно кривошипно-шатунным) и свободно-порш­невые. В свою очередь компрессоры первой группы можно разде­лить на обособленные и моноблочные.

Обособленный компрессор предназначен для привода от дви­гателя любого типа, соединенного непосредственно или через трансмиссию. Моноблочный компрессор с электрическим приво­дом отличается от обособленного тем, что ротор электродвига­теля служит маховиком компрессора. Для этой цели предназна­чены двигатели, в которых статор и ротор меняются местами: наиболее массивная кольцевая часть электродвигателя служит ротором, а центральная - статором. В целях удешевления производства компрессоров их выпу­скают с унифицированными базами, представляющими собой совокупность нормализованных механизмов движения, систем его смазки, а для моноблочных машин - также и привода. Моди­фикации компрессоров с одной базой, рассчитанные на различ­ные давления и объемные расходы газа на входе, имеющие оди­наковую мощность и длину хода поршней, различаются разме­рами цилиндров и числом ступеней сжатия. Унификация выгодна и для эксплуатации машин, так как упрощаются их обслуживание и ремонт. Кроме того, можно модифицировать компрессор в про­цессе эксплуатации. Такая необходимость возникает, например, когда падает давление газа на приеме компрессорной станции га­зового промысла и в связи с увеличением необходимой е прихо­дится снижать объем всасываемого газа.

Рис. 20. Поршневой компрессор:

1 – станина; 2 – коленчатый вал; 3 – противовесы коленчатого вала; 4 – шатун;

5 – крейцкопф; 6 – направляющие крейцкопфа; 7 – цилиндр первой ступени;

8 – цилиндр второй ступени; 9 – поршень первой ступени; 10 – поршень

второй ступени; 11 – клапан всасывающий; 12 – клапан нагнетательный;

13 – сальник; 14 – промежуточный холодильник; 15 – дополнительная полость;

16 – присоединительный клапан; 17 – маховик

В поршневых компрессорах используют различные средства регулирования объемного расхода газа на входе. Одно из этих средств - искусственное увеличение «мёртвого» пространства в цилиндре. На рис. 20 видно, что в крышке цилиндра первой ступени устроена дополнительная полость, присоединя­емая к основной с помощью клапана пневматического действия.

Для перекачивания попутных нефтяных и природных газов широко применяют моноблочные компрессоры с газовым ДВС - газомотокомпрессоры. Унифицированной базой компрессора здесь служит многоцилиндровый газовый двигатель с несколькими механизмами передачи движения к поршням компрессора (компрес­сорными отводами).

Дата добавления: 2017-02-01