Применение компрессоров в промышленности (стр. 1 из 10)
1. Введение
Компрессорами называются машины, предназначенные для сжатия (компримирования) и перемещения газов. Потребление газов вообще, а сжатых в особенности, в настоящее время достаточно велико.
Особое значение компримирование газов играет в технологических процессах нефтеперерабатывающих и химических заводов.
В технологиях современных химических заводов и предприятий нефтехимии внедряется все больше и больше технологических процессов, в которых участвуют всевозможные газы, сжатые до значительных давлений.
О степени использования сжатых газов на этих заводах свидетельствует тот факт, что на их компримирование расходуется около 40% мощностей в общем балансе заводских энергозатрат.
К наиболее емким по потреблению сжатых газов можно отнести предприятия органического синтеза — производства синтетических спирта, каучука и аммиака, а также производства полимеров.
Сырьем подобных производств служат газы, которые в процессе их технологических превращений необходимо сжимать до значительных давлений: 3—4 МН/м2 при получении синтетического спирта и до 300 МН/м2 при получении полиэтилена. До широкого внедрения в процессе добычи нефти метода погружных насосов основным методом извлечения ее из недр являлся компрессорный способ.
Открытие природных месторождений газа, необходимость доставки его в населенные пункты и промышленные предприятия способствовали созданию очень протяженной и разветвленной сети газопроводов, транспорт газа по которым немыслим без применения компрессоров высокого давления, развивающих большие подачи. Достаточно отметить, что через каждые 100—150 км газопроводов необходимо устанавливать компрессорные станции, перекачивающие до нескольких миллионов кубометров газа в сутки.
Применение компрессоров в промышленности идет в направлении достижения различных целей.
1. Сжатый газ является аккумулятором энергии, которая может расходоваться для привода в движение различных машин и механизмов. Таково применение сжатого газа (воздуха) в пневматических молотах, для привода пневматических инструментов в горном и строительном деле, для привода в движение механических пневматических тормозов.
Во взрывоопасных цехах химических и нефтехимических производств сжатый воздух используется для привода в движение грузоподъемных средств (кранов, тельферов), а также для работы приборов и автоматизации производственных процессов. В этих случаях работа компрессоров связана с получением энергоносителя. Примером использования сжатых газов как энергоносителя является применение его в эжекторах для перемещения различных жидкостей, а также для создания разрежения в технологических аппаратах. Компрессоры, предназначенные для этой цели, должны поддерживать давление в воздухораспределительной сети на определенном заданном уровне.
2. Компрессорные машины используются для перемещения газов по трубопроводам. Обычно применение компрессорных машин, создающих небольшие давления (вентиляторы и газодувки), связано с необходимостью только перемещения газа.
Компрессоры, используемые для транспортировки газов, должны удовлетворять условиям, обеспечивающим необходимую подачу.
3. В технологических производствах, связанных с процессами, протекающими в газовых средах, компрессоры должны создавать необходимое давление в системах и развивать подачу определенного количества газа, являющегося сырьем.
Компрессоры, служащие для отсасывания и нагнетания паров хладагентов— так называемые холодильные компрессоры, — выделяются в отдельную группу. У них в связи с особенностью выполняемых ими функций изменена конструкция некоторых узлов и деталей: цилиндров, рабочих клапанов, поршня и др.
В настоящее время в промышленности используется большое число компрессорных машин для компримирования газов с самыми разнообразными физическими свойствами. В этом случае их конструкции имеют некоторые особенности.
Однако общие принципиальные схемы устройства и некоторые признаки позволяют классифицировать компрессорные машины следующим образом.
2. Анализ существующих конструкций
2.1 Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры относятся к разряду компрессоров объемного действия, в которых процесс сжатия и перемещения газа происходят в замкнутом пространстве за счет изменения его объема.
В поршневых компрессорах таким пространством является рабочий цилиндр, а органом, воздействующим на газ с целью изменения его объема, — поршень.
На рис.1 приведена принципиальная схема поршневого компрессора. Основными узлами компрессора, как видно из схемы, являются рабочий цилиндр 1, поршень 2, приемный рабочий клапан 3, являющийся распределительным органом на поступлении газа в компрессор, нагнетательный рабочий клапан 4, являющийся распределительным органом на выходе сжатого газа из цилиндра в напорный трубопровод. Кривошипно-шатунная система, состоящая из штока 5, крейцкопфа 6, шатуна 7, кривошипа 8, служит для преобразования вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение поршня.
Расстояние между двумя крайними положениями поршня (плоскости А—А и В—В), в которых его скорость wn ~ 0, называется ходом поршня S.
Работа поршневого компрессора сводится к следующему.
При движении поршня 2 вправо (см. рис. 2.1) происходит заполнение увеличивающегося объема рабочего цилиндра газом, поступающим через открытый приемный клапан 3 из приемного трубопровода. Этот процесс называется процессом всасывания. По достижении поршнем плоскости В—В всасывающий клапан 3 закрывается. Начало движения поршня влево совпадает с началом процесса сжатия, который заканчивается в момент, когда рабочие параметры газа достигнут значений, соответствующих условиям нагнетания. Процесс сжатия заканчивается при достижении поршнем плоскости С—С. В этом положении открывается нагнетательный клапан 4, происходит процесс нагнетания, т. е. вытеснение газа поршнем в напорный трубопровод.
Рис.1 Схема поршневого компрессора простого действия
С началом движения вправо нагнетательный клапан закрывается, параметры газа изменяются до значений, соответствующих условиям всасывания, после чего опять начинается процесс всасывания. Комплекс процессов всасывания, сжатия и нагнетания составляет цикл работы поршневого компрессора.
2.2 Центробежные компрессоры
Центробежные компрессоры составляют значительную часть (до 70%) компрессорных машин, занятых на предприятиях нефтехимической и газовой промышленности.
Разновидностью центробежных компрессоров являются газодувки и вентиляторы, различающиеся рабочими параметрами.
Центробежные компрессоры характеризуются отношением давлений е = 2,5÷3,0 и развивают давление от 1,2 до 3,0 МН/ма. Газодувки характеризуются отношением давлений е >1,1, а центробежные вентиляторы отношением давлений е < 1,1. Эти машины развивают давление до 0,015 МН/м2. Центробежные компрессоры могут быть как одноступенчатыми, так и многоступенчатыми. В последних сжатие газа производится в несколько последовательных стадий (ступеней), которые могут быть промежуточными и концевыми.
Рис.2 Схема промежуточной и концевой ступеней центробежного диффузор 2, затем в обратный компрессора. направляющий аппарат 3, откуда забирается рабочим колесом 5 последующей ступени и через диффузор 4 попадает в нагнетательную камеру (улитку). Комплекс рабочее колесо — диффузор — обратный направляющий аппарат и является ступенью центробежного компрессора.
Сжатый газ из промежуточной ступени поступает в следующую ступень без предварительного охлаждения.
Ступени, из которых газ поступает в промежуточный или в конечный охладитель перед подачей в напорную систему, называются концевыми. На рис.2 представлена схема промежуточной и концевой ступеней центробежного компрессора.
Газ из рабочего колеса 1 промежуточной ступени поступает в
В центробежных компрессорах создание напора и перемещение газов производятся при воздействии лопаток вращающегося колеса на частицы газа находящиеся в корпусе машины. В процессе вращения колеса и перемещений газа от центра к периферии (улитке) колеса проходит процесс сжатия, т. е. процесс непрерывного изменения термодинамических параметров состояния р и Т.
Центробежные компрессоры, являясь вообще машинами для сжатия газов, подчиняются общим закономерностям. Для них справедливы зависимости, касающиеся основных показателей их работы: развиваемого напора, производительности, потребляемой мощности и к. п. д. Однако процесс компримирования газа в центробежном компрессоре имеет свои специфические отличия.
2.3 Винтовые компрессоры
На рис.3 представлен винтовой компрессор типа «Лисхолм». Работа компрессора осуществляется следующим образом. В корпусе компрессора 3 вращаются два ротора: ведущий 1 и ведомый 2. Поверхности роторов выполнены в виде винтов и находятся в зацеплении таким образом, что выступы ведомого вала входят во впадины ведущего. При всасывании газа из зоны а газ попадает во впадины ведущего ротора, которые выполняют роль цилиндров. Роль поршня выполняют выступы ведомого вала, которые, заполняя последовательно всю длину канала, образованного впадинами, постепенно осуществляют сжатие газа. В момент, когда сечение впадин оказывается перед нагнетательным отверстием, газ, сжатый до конечного давления, поступает в систему нагнетания (зона б). Процесс сжатия газа осуществляется и во впадинах ведущего ротора при заполнении их выступами ведомого ротора. Таким образом, винтовые компрессоры являются типичными представителями компрессоров объемного типа.