химический каталог




КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ

Автор Химическая энциклопедия г.р. И.Л.Кнунянц

КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ, применяют главным образом для перемещения и сжатия газов, а также их сжижения, охлаждения и др. Перемещение газа осуществляется под действием разности давлений на двух участках потока в замкнутых каналах (трубопроводах, газоходах и т.д.) или без них. В последнем случае перемещение газов называют вентиляцией. Необходимая разность давлений определяется требуемой скоростью газового потока и допускаемым гидравлич. сопротивлением системы, возникающим при движении газа по трубопроводу. Перепад давлений, обеспечивающий перемещение газов, достигается с помощью их сжатия, или компримирования. Конечное давление при сжатии зависит от условий теплообмена газа с окружающей средой. Согласно теории, газ может сжиматься изотермически или адиабатически. При изотермодинамически сжатии вся расходуемая энергия превращаются в теплоту, которая полностью отводится в окружающую среду. При адиабатич. сжатии теплообмен с ней отсутствует и вся выделяющаяся теплота затрачивается на возрастание внутр. энергии газа и повышение его температуры. Действит. процесс сжатия - политропический и рассматривается как совокупность последоват. изменений равновесных состояний газа. При этом изменяется его температура и часть теплоты отводится в окружающую среду. Реальный процесс компримирования приближенно описывается уравением политропы: pVn=const, где р, V-соответственно давление газа и его удельная объем, n-параметр (показатель политропы), определяемый свойствами, количеством газа и его теплообменом с окружающей средой, а также работой сил трения. Показатель n обычно переменен, поэтому такой процесс принято заменять условным, который эквивалентен действительному с n=const. Работа L, затрачиваемая на повышение давления газа массой 1 кг в КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ м. любого типа, равна сумме работ сжатия (L) и перемещения газа: L=L+Lвыт+Lвх, где Lвыт и Lвх - работы, совершаемые соответственно после сжатия при вытеснении газа из рабочих полостей машины и при входе газа в них. В общем случае
,
а при политропич. сжатии идеального газа где V1 и V2 - удельная объем газа соответственно до и после машины, p1 -начальное давление, или давление всасывания, р2 - конечное давление, или давление нагнетания. Температура газа в конце политропич. сжатия Т2=Tl(p2/pl)(n-l)/n. Теоретически наиболее выгодно изотермодинамически сжатие, поскольку при этом затраты энергии КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ м. на уменьшение удельная объема и перемещение газа минимальны. Однако полное изотермодинамически сжатие практически неосуществимо и для приближения к нему сжимаемый газ в ряде случаев охлаждают, понижая температуру стенок рабочих полостей машины. В зависимости от величины повышения давления (отношение р21, устар. - степень сжатия) КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ м. подразделяют на вентиляторы, газодувки и компрессоры.
Вентиляторы (p2/p1<1,1) применяют в системах пром. вентиляции (см. Охрана труда), тягодутьевых (см. Градирни), пневмотранспортных (см. Пневмо- и гидротранспорт) и др. установках. В соответствии с величиной р2 различают машины низкого (до 1 кПа), среднего (1-3 кПа) и высокого (до 15 кПа) давления. Вентиляторы может быть одно- и многоступенчатые, одно- и двустороннего всасывания, горизонтальные и вертикальные (по положению оси рабочего органа - колеса в виде барабана либо пропеллера с про-филир. лопатками). По направлению потока газа в колесе вентиляторы бывают радиальные, осевые, диаметральные и диагональные (рис. 1). В радиальных, или центробежных, машинах газ

Рис. 1. Вентиляторы: а - радиальный: п осевой; в диаметральный; г диагональный; l - рабочее колесо; 2 - корпус.

через направляющий аппарат всасывается вдоль оси вращения колеса в каналы между его лопатками. При вращении колеса под действием центробежной силы газ перемещается по спиральному корпусу и удаляется по направлению радиуса в выпускное отверстие, создавая на выходе избыточное давление. В осевых вентиляторах газ проходит вдоль оси, не изменяя направления; в диаметральных машинах газ пересекает колесо по диаметру; в диагональных (прямоточных) вентиляторах газ с лопаток поступает по диагонали в кольцевой кожух, из которого выходит в осевом направлении. наиболее распространены радиальные и осевые вентиляторы. Последние проще в изготовлении, менее металлоемки, чем центробежные машины, однако развивают меньшее давление. Их целесообразно применять в коротких газопроводящих системах для подачи больших объемов газа при малом напоре. В разветвленных сетях (например, пром. вентиляции) обычно используют центробежные машины. Осн. показатели (давление, производительность, мощность, кпд) работы вентиляторов, как и других КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ м., находят путем расчета вентиляционных либо иных систем и по спец. графикам. Нормальная эксплуатация вентиляторов определяется условиями их работы. Например, при значительной колебаниях расхода и давления воздуха затруднительно обеспечить устойчивое функционирование вентиляц. сети с помощью одной машины, поэтому соединяют параллельно либо последовательно несколько вентиляторов. В случае необходимости существенно увеличить при постоянном давлении производительность машин применяют их параллельное соединение, для значительной повышения давления при той же производительности - последовательное.
Газодувки, или нагнетатели (1,1<р21< 3,5), создают давление от 0,015 до 0,115 МПа и используются для пневмотранспорта, при рециркуляции горячих газов в сушилках и топочных газов в печах, для предварит, сжатия воздуха или его смеси с топливом (так называемой наддув) перед подачей в двигатели внутр. сгорания и др. К газодувкам относятся также вакуум-насосы (см. Насосы) и эксгаустеры. Последние характеризуются большой производительностью и применяются для отсасывания газов, например пыльного воздуха, из производств. помещений; газ всасывается при пониж. давлении, сжимается до давления, равного атмосферному либо превышающего его, и выбрасывается в атмосферу.
Компрессоры (p2/p1>3,5) применяют для перемещения по трубопроводам сжимаемых при охлаждении газов, перемешивания и распыливания жидкостей, увеличения степени превращаются исходных веществ и т. п. Эти машины подразделяют на вакуумные (начальное давление ниже атмосферного, т. е. p1<0,115 МПа), низкого (р2=0,115-1 МПа), среднего (1-10 МПа), высокого (10-100 МПа) и сверхвысокого (св. 100 МПа) давления. Компрессоры бывают одно- и многоступенчатые, одно- и многосекционные (секция-единичная ступень либо группа ступеней, после которой газ отводится в холодильник или направляется потребителю). Прочностная характеристика ступени либо секции, конструктивные особенности предохранительных и др. клапанов и применяемые материалы определяются рабочим давлением, размеры ступени (например, диаметр рабочего органа - цилиндра, колеса и т.п.) - производительностью Q, или объемом газа, перемещаемого машиной в единицу времени. Компрессорная установка кроме собственно компрессора с приводом включает межступенчатую и концевую теплообменную аппаратуру, влагомаслоотделители, трубопроводы, а также контрольно-измерит. приборы, средства защиты (вибрационной, акустической и т. д.) и автоматики. По принципу сжатия различают объемные и динамич. компрессоры. В первом случае компримирование происходит вследствие периодической уменьшения объема, занимаемого газом, во втором - в результате непрерывного ускорения потока газа с преобразованием подводимой к нему внешний энергии последовательно в кинегич. энергию потока и в потенциальную (давление). Объемные компрессоры по виду рабочего органа делятся на поршневые, мембранные и роторные (ротационные). В поршневых компрессорах (рис. 2) газ сжимается в замкнутом пространстве (цилиндре) поршнем, совершающим возвратно-поступат. движение с помощью кривошипно-шатунного механизма. Выпускают одно- и многоцилиндровые машины, причем в зависимости от расположения цилиндров различают горизонтальные, вертикальные и угловые компрессоры. Горизонтальные машины, в которых цилиндры размещены по одну сторону коленчатого вала, называют односторонними, по обе стороны-оппозитными. Последние отличаются большей частотой вращения вала (что позволяет повышать производительность), меньшими массой и габаритными размерами, чем односторонйие машины. Вертикальные компрессоры по сравнению с горизонтальными занимают меньшую площадь, а фундамент, воспринимающий вертикальные нагрузки, имеет меньшую массу. Угловые компрессоры в зависимости от расположения цилиндров по отношению к оси вала может быть V- и W-образные, а также прямоугольные; эти машины получили значительной распространение

благодаря ряду преимуществ перед горизонтальными и вертикальными компрессорами: лучше уравновешены (поэтому требуется менее массивный фундамент), компактны и имеют меньшую массу. Поршневые компрессоры применяют для сжатия (р2=3-300 МПа) газов низкой плотности при Q=10-300 м3/мин; недостатки: загрязнение газов маслами, используемыми для смазки цилиндров, большие габаритные размеры, необходимость установки на массивных и дорогостоящих фундаментах, неравномерность подачи газа. В мембранных компрессорах, которые по типам (горизонтальные, угловые и т.п.) не отличаются от поршневых, газ компримируется в результате уменьшения объема камеры сжатия при колебаниях мембраны, вызываемых возвратно-поступат. движением гидропривода. При прогибе мембраны происходит всасывание и нагнетание газа, который интенсивно охлаждается вследствие развитой поверхности мембраны и иногда - посредством змеевика с холодной водой, что обеспечивает высокое отношение р21 в одной ступени. Так, в трехступенчатом компрессоре создается давление 100 МПа. При перемещении мембраны достигаются герметизация рабочей полости машины и возможность получать на выходе газ высокой чистоты. Поэтому такие компрессоры используют для сжатия обычно до 10-50 МПа, например, кислорода, хлора и фтора при Q = 1-50 м3/мин. В роторных компрессорах уменьшение объема газа осуществляется одним или несколько вращающимися роторами. По конструкции рабочих полостей эти машины подразделяются на пластинчатые, жидкостнокольцевые, винтовые и др. Пластинчатые компрессоры (рис. 3) состоят из корпуса,

Рис. 3. Пластинчатый компрессор: 1 - корпус; 2 ротор; 3 - пластина; 4 камера сжатия; 5 - охлаждающая рубашка; 6. 7 - всасывающий и нагнетательный патрубки.

внутри которого на горизонтальном валу вращается эксцентрично расположенный ротор с продольными пазами и вставленными в них свободно скользящими пластинами. При вращении ротора пластины под воздействием центробежной силы выталкиваются из пазов и разделяют пространство между корпусом и ротором на ряд камер. Объем последних при вращении ротора непрерывно уменьшается по направлению от всасывающего патрубка к нагнетательному, через который вытесняется газ, сжатый в камерах. В компрессорах с жидкостным кольцом внутри цилиндрич. корпуса вращается эксцентрично размещенный ротор, снабженный жестко закрепленными лопатками. Корпус машины примерно наполовину заполняется жидкостью, которая при движении ротора отбрасывается лопатками к стенкам корпуса, образуя на его внутр. поверхности вращающееся кольцо. В результате между ним и лопатками образуются камеры разного объема, который непрерывно уменьшается, вследствие чего газ, засасываемый через отверстие в крышке корпуса, сжимается и выталкивается в нагнетат. патрубоколо Рабочей жидкостью, как правило, служит вода (такие машины называют водокольцевыми), реже масло, ртуть, серная или др. кислоты. Несмотря на то что эти компрессоры имеют более низкий кпд, чем пластинчатые, они нашли широкое применение благодаря простоте устройства, малому износу, надежности действия и возможности компримирования запыленных газов. В винтовых компрессорах (рис. 4) рабочие камеры образуются корпусом и двумя винтообразными роторами, связанными между собой парой цилиндрич. шестерен и имеющими зубья различные профиля. При вращении ведущего ротора его зубья входят в зацепление с зубьями на ведомом роторе и вытесняют находящийся в камерах сжатый газ, перемещая

Рис. 4. Винтовой компрессор: 1 - корпус; 2, 3 - ведущий и ведомый винтовые роторы; 4 - шестерни.

его в продольном направлении. Различают машины сухого сжатия (газ охлаждают с помощью водяных рубашек, расположенных в корпусе) и маслозаполненные (для охлаждения газа в рабочие полости винтов впрыскивают масло). Достоинства винтовых компрессоров: быстроходность, компактность, чистота подаваемого газа; недостатки:

Рис. 5. Центробежный компрессор: 1 - корпус (улитка): 2 - рабочее колесо: 3 - вал; 4 - устройство для торможении потока газа и повышения давления (диффузор); 5 - направляющий аппарат; 6, 7 - всасывающий и нагнетательный патрубки.

сложность изготовления винтообразных роторов, высокий уровень шума при работе. Типичные показатели роторных машин: Q = 1-100 м3/мин, р2=0,3-1 МПа. Динамич. компрессоры по принципу действия подразделяются на турбинные (турбокомпрессоры) и струйные. В турбокомпрессорах поток газа ускоряется в результате контакта его с лопатками вращающегося рабочего колеса. наиболее распространены радиальные и осевые машины.

Рис. 6. Осевой компрессор: 1, 2 - статор и его лопатки; 3, 4 ротор и его лопатки; 5, 6 - Направляющий и спрямляющий аппараты; 7 - диффузор; 8, 9 - всасывающий и нагнетательный патрубки.

Радиальные турбокомпрессоры, в которых газ движется от центра колеса к периферии, называют центробежными (рис. 5), в обратном направлении - центростремительными. Центробежные машины, в которых давление создается под действием центробежных сил, возникающих во вращающемся газовом потоке, может быть с горизонтальным (развивают избыточное давление до 7 МПа) или с вертикальным (до 35 МПа) разъемом корпуса и имеют производительность до 600 м3/мин и выше. Для обеспечения производительности 1500 м3/мин и более наряду с центробежными применяют осевые компрессоры (рис. 6). Осн. частями такой машины служат ротор и корпус-статор, снабженные лопатками. При вращении ротора газ перемещается вдоль оси машины, причем кинетическая энергия потока превращаются в энергию давления одновременно на лопатках ротора и статора; кроме того, статорные лопатки образуют своеобразное направляющее устройство, по каналам которого сжатый газовый поток через спец. спрямляющий аппарат и выходной патрубок поступает в напорный трубопровод. Осевые компрессоры имеют более высокий кпд, меньшие массу и габаритные размеры, чем машины с радиальным потоком. Осн. достоинства турбокомпрессоров: большой срок службы и высокая надежность работы; сжатие газов без загрязнения смазочными материалами; непрерывность подачи газа; малая металлоемкость; достаточно высокий кпд; возможность использования легких фундаментов вследствие небольшой вибрации. Благодаря этим достоинствам, а также высокой производительности турбокомпрессоры находят в последнее время все большее применение в крупнотоннажных производствах, например, аммиака, метанола, азотной кислоты. В струйных компрессорах (инжекторах) ускорение газа происходит в результате смешения потоков разных удельная энергий. При этом газ низкого давления сжимается до промежуточного за счет кинетическая энергии газа, подаваемого под высоким давлением. Вследствие компактности, простоты устройства и надежности эксплуатации струйные машины часто экономически целесообразно использовать, несмотря на невысокий кпд (обычно 0,2-0,25), например, в качестве тепловых насосов в выпарных установках (см. Выпаривание). Тип компрессора выбирается в соответствии с производительностью и требуемым давлением (рис. 7). В химический промышлености часто комбинируют различные машины, например последовательно устанавливают центробежные и поршневые компрессоры. Сравнение характеристик работы машин разных типов примерно одинаковой производительности показывает, что поршневые компрессоры значительной более экономичны, чем остальные машины, но уступают им по металлоемкости и надежности. Два наиболее важных типа компрессоров - поршневые и турбокомпрессоры-скорее не конкурируют, а дополняют друг друга, причем в каждом конкретном случае оптимально применение того или иного типа машин в зависимости от сочетания условий функционирования (показателя политропы, плотности, влажности, агрессивности и степени загрязнения газов, стоимости машин и др.). Однако турбокомпрессоры предпочтительнее использовать при Q=900 м3/мин и выше. Роторные компрессоры занимают промежуточные положение между поршневыми и центробежными. При Q=60-90

Рис. 7. Области применения компрессоров: 1-3 -поршневых (соответственно вертикальных, оппозитных и угловых W-образных); 4 - центробежных; 5 - осевых; 6, 7 - роторных (соответственно жидкостнокольцевых и пластинчатых).

м3/мин сжатый газ, не загрязненный маслом, получают с помощью роторных, в частности винтовых, машин. При Q = 12-60 м3/мин целесообразно применять поршневые компрессоры, потребляющие меньшую удельная мощность, чем роторные. Особую группу КОМПРЕССОРНЫЕ МАШИНЫ м. составляют компрессоры холодильных установок (см. Холодильные процессы), или холодильные компрессоры. Последние предназначены для сжатия паров холодильных агентов (хладонов, аммиака, пропана, этана, этилена, метана и т.д.) до давления конденсации и для их циркуляции. Осн. типы этих компрессоров: поршневые, роторные (винтовые) и центробежные. Конструктивно они не отличаются от рассмотренных выше, однако их конфигурация, масса, габаритные размеры и прочностные характеристики определяются свойствами холодильных агентов.

Химическая энциклопедия. Том 2 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
дверь авто
новогодние концепции 2018
благотворительность дети
заказать таблички на дверь

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(18.11.2017)