|
Литература
1. Фотин Б. С., Пирумов И. Б., Прилуцкий И. К., Пластинин П. И. Поршневые компрессоры, Л., Машиностроение; 1987. – 373 с.
2. Френкель М. И. Поршневые компрессоры. 3-е изд., Машиностроение, Л., 1959. – 743 с.
3. Видякин Ю. А., Доброклонский Е. Б, Кондратьева Т. Ф. Оппозитные компрессоры, 2-е изд, Машиностроение, Л., 1979.
4. Михайлов А. К. Ворошилов В. П. Компрессорные машины., М., Энергоиздат, 1989. – 287 с.
5. Пластинин П. И. Поршневые компрессоры. Теория и расчет. т. 1, М.: Комс. 2000. – 456 с.
НАЗНАЧЕНИЕ КОМПРЕССОРНЫХ МАШИН
Компрессорные машины предназначены для сжатия и перемещения газов.
Они работают за счет механической энергии, подводимой от двигателя, т.е. являются машинами-орудиями. В связи с этим внедрение их в промышленность исторически зависело не только от уровня развития теории этих машин, но и от наличия соответствующих машин-двигателей (паровых машин, электродвигателей, ДВС, турбин).
Хотя первый в мире поршневой компрессор был изобретен и построен знаменитым русским механиком И. И. Ползуновым в 1765 г., производство этих компрессоров в Европе началось лишь в середине XIX века, когда паровая машина стала прочно внедряться в промышленность. Производство промышленных центробежных компрессоров в Европе началось с конца XIX века, а осевых – во второй четверти XX века.
В Царской России поршневые компрессоры начали строить только с 1900 г., а центробежные и осевые – вообще не строили. После Великой Октябрьской Социалистической революции в годы первых пятилеток компрессоростроение в СССР выросло в целую отрасль энергетического машиностроения.
В настоящее время в нашей стране насчитывается множество заводов, производящих все необходимые типы компрессорных машин.
Практически нет ни одной отрасли народного хозяйства, где бы не применялись компрессорные машины.
В химической промышленности широко применяются газы (различные) при давлениях, измеряемых десятками, сотнями Мегапаскалей (Рк = 250 Мпа и выше при производстве полиэтилена).
Высокое давление газов требуется при синтезе аммиака, метанола, каучука, искусственного жидкого топлива и т.д.
Широко применяется сжатый воздух как энергоноситель в различных пневматических устройствах на машиностроительных, судостроительных и др. металлообрабатывающих заводах, в горно-добывающей и нефтяной промышленности, при производстве строительных и ремонтных работ и т.д. На многих таких предприятиях 20-50% всей потребляемой ими энергии тратится для получения сжатого воздуха.
Перемещение и сжатие воздуха и горючих газов необходимо для организации и интенсификации процессов горения. Это относится к металлурга (кислородное дутье и т.д.), коксохимическим предприятиям и т.п.
В газовой промышленности при добыче, транспортировке и использовании природных и искусственных газов также необходимы компрессорные машины.
В установках умеренного и глубокого холода, в двигателях внутреннего сгорания, в газотурбинных установках и реактивных двигателях компрессорные машины являются органической частью, в значительной степени определяющей экономичность агрегатов.
В пищевой промышленности, на железнодорожном транспорте, на речных и морских судах, в полиграфической промышленности и т.д. значительную роль играют процессы сжатия и перемещения газов с помощью различных компрессорных машин.
Таков далеко не полный перечень отраслей народного хозяйства, в которых применяются компрессорные машины.
Многообразие областей применения компрессорных машин по давлению, производительности, сжимаемой среде, производственным условиям приводит к большому разнообразию типов машин.
Компрессорные машины классифицируют по следующим признакам:
1. По принципу действия
2. По конструктивному выполнению
3. По области рабочих давлений.
По принципу действия все компрессорные машины можно разделить на 2 группы:
1. Объемные компрессорные машины
2. Лопастные компрессорные или турбокомпрессорные (машины динамического действия).
Согласно кинетической теории давление газа определяется количеством ударов молекул в единицу времени, приходящихся на единицу поверхности, и интенсивностью этих ударов.
Количество ударов зависит от концентрации молекул газа в единице объема. Интенсивность ударов определяется скоростью молекул газа, которая зависит от температуры.
Следовательно, повышение давления можно осуществить двумя путями:
1) увеличением количества ударов молекул на единицу поверхности – сближением молекул друг с другом, т.е. увеличением количества молекул в единице объема;
2) увеличением скорости движения молекул вследствие повышения температуры газа.
Второй способ не применим в компрессорных машинах виду его неэкономичности. Поэтому для сжатия газов используется только способ сближения молекул.
Сближение молекул газа можно осуществить двумя путями: уменьшением объема замкнутого пространства, в котором находится газ, и сближением молекул под действием инерционных сил в потоке газа (газу сообщается большая скорость с последующим преобразованием кинетической энергии потока в работу сжатия и нагнетания газа).
Принцип действия объемных компрессорных машин заключается в сближении молекул газа путем уменьшения объема замкнутого пространства при движении поршня в цилиндре. Характерным для этих машин является отсутствие непрерывного потока газа в процессе сжатия и периодичность рабочих процессов.
Принцип действия турбокомпрессоров заключается в сближении молекул газа при создании ускорений в потоке газа вследствие взаимодействия этого потока с вращающейся решеткой лопаток. Характерным для этих машин является наличие непрерывного потока в процессе сжатия и непрерывность рабочих процессов.
По конструктивному выполнению компрессорные машины подразделяются на следующие типы:
I. Объемные компрессорные машины
1. Компрессоры с возвратно-поступательным движением поршней. Они бывают:
а) с шатунно-кривошипным механизмом. Их принято называть «поршневые компрессоры»;
б) со свободно движущимися поршнями (без шатунно-кривошипного механизма); к этим машинам относятся свободнопоршневые дизель-компрессоры (СПДК) и свободнопоршневые генераторы газа (СПГГ).
2. Компрессоры с вращательным движением поршней, которые называются ротационными (коловратными)
II. Турбокомпрессоры (лопастные компрессорные машины)
1. Центробежные компрессоры
2. Осевые компрессоры
3. Вихревые компрессоры.
Рассмотрим принципиальные конструктивные схемы поршневых компрессоров.
РИС
1 – цилиндр
2 – поршень
3 – рубашка для охлаждения цилиндра.
4 – шатун
5 – кривошип коленчатого вала
6 – станина
7 – всасывающий клапан
8 – нагнетательный клапан
9 – всасывающий патрубок
10 – нагнетательный патрубок
11 – крышка цилиндра.
РИС….
Компрессор дойного действия.
1 – полости цилиндра (а – полость крышки, б – полость штока или вала)
2 – стандартная точка всасывания
3 – полость всасывания
4 – полость нагнетания
5 – стандартная точка нагнетания.
Поверхности цилиндра, крышки и поршня образуют рабочее пространство. Вращение вала преобразуется кривошипно-шатунным механизмом возвратно-поступательное движение поршня. При движении поршня от крайнего верхнего положения вниз давление газа в цилиндре падает.
Под влиянием более высокого давления во всасывающем патрубке открывается всасывающий клапан, и газ заполняет увеличивающийся объем цилиндра. Процесс всасывания продолжается до тех пор, пока поршень не придет в крайнее нижнее положение. В этот момент всасывающий клапан закрывается. При движении поршня вверх объем рабочей полости уменьшается, а давление газа увеличивается. Когда давление газа в цилиндре несколько превзойдет давление его в нагнетательном патрубке, нагнетательный клапан открывается, и через него сжатый газ вытесняется в нагнетательный патрубок. Этот процесс происходит до тех пор, пока поршень не придет в крайнее верхнее положение. Тогда нагнетательный клапан закрывается.
Описанный процесс всасывания, сжатия и нагнетания повторяется при каждом обороте вала.
Далее рассмотрим схему поршневого компрессора двухстороннего (двойного) действия.
РИС
1 – цилиндр
2 – поршень
3 – шток
4 – крейцкопф
5 – шатун
6 – кривошип коленвала.
Ротационные компрессоры выполняются по различным конструктивным схемам.
Рассмотрим схему многокамерного пластинчатого компрессора.
РИС….
Цилиндр закрыт двумя торцевыми крышками. Внутренняя поверхность цилиндра, крышек и наружная поверхность ротора расположенного внутри цилиндра эксцентрично, образуют рабочую полость серповидного сечения.
Во время вращения ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к внутренней поверхности цилиндра и своими внешними гранями скользит поп последней, разделяя серповидную полость цилиндра на вращающиеся рабочие камеры.
Рассмотрим винтовой компрессор.
РИС
Первый ротор (левый) чаще всего является трех- или четырехходовым винтом.
Второй ротор является чаще всего трех- или шестиходовым винтом.
РИС
Роторы находятся в тебретическом зацеплении друг с другом и во время работы имеют разное направление вращения.
Винтовые поверхности их и стенок корпуса образуют рабочие камеры машины.
Винтовые выступы роторов играют роль своеобразных поршней, обеспечивающих сжатие и нагнетание газа.
Кромки всасывающих и нагнетательных окон на противоположных концах корпуса цилиндра машины представляют собой своеобразные золотники, управляющие впуском и выпуском газа. Поэтому давление газа в конце сжатия в рассматриваемых машинах определяется конструкцией машин, т.е. формами и размерами нагнетательных окон.
В СПДК и СПГГ двигатель и компрессор настолько тесно взаимосвязаны конструкцией и рабочими процессами, что представляют собой единую схему симметричного одноступенчатого СПДК.
РИС
1 – всасывающий патрубок;
2 – цилиндр продувания насоса;
3 – камера всасывания;
4 –всасывающий клапан продувного насоса;
5 – продувные окна;
6 – форсунка;
7 – выпускные окна;
8 – цилиндр дизеля;
9 – нагнетательный клапан продувного насоса;
10 – поршень дизеля и компрессора;
11 – продувочный ресивер.
Рассмотрим колесо центробежного компрессора.
РИС
Схема газомотокомпресора
РИС
1 – цилиндр компрессора
2 – цилиндр двигателя
3 – шатун компрессора
4 – шатун двигателя
5 – кривошип коленвала.
Области применения различных компрессоров в зависимости от производительности и давления представлены на следующем рисунке.
РИС
В зависимости от области давления различают:
Вакуум-компрессоры – отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного и обычно нагнетают в пространство, где давление равно атмосферному или выше.
Газодувки – машины, предназначенные производить сжатие до 3 кГ/см2 (до 0,3 Мпа). Они широко применяются в металлургическом производстве для подачи воздуха и называются в этом случае воздуходувками.
Компрессоры низкого давления – сжимают газ от 3 до 10 кГ/см2 (от 0,3 до 1,0 Мпа). Основная область применения этих машин – пневматические….
|
Научная литература 
