Молниезащита
Справочные данные
Статьи / Справочные данные / Поршневые компрессоры. Устройство, виды, характеристики поршневого компрессора.
  03.10.18  |  

Поршневые компрессоры. Устройство, виды, характеристики поршневого компрессора.

Устройство и работа поршневого компрессора


Поршневые компрессоры по конструктивным признакам сходны с поршневыми насосами. Конструктивная схема одноступенчатого компрессора с цилиндром двойного действия и индикаторная диаграмма представлены на рис. 4. Цилиндр компрессора, закрытый с обеих сторон крышками, имеет две полости. В стенках цилиндра в специальных коробах расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, которые открываются и закрываются автоматически под действием перепада давлений между рабочей полостью и соответствующей камерой (всасывающей либо нагнетательной).



Рис. 4. Одноступенчатый поршневой компрессор двустороннего действия:


а — общая схема: 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — шток; — крейцкопф; 5 — шатун; 6 — кривошип; 7, 8 — всасывающий и нагнетающий клапаны; б — индикаторная диаграмма: 1...4 — точки процесса; Vр — объем расширения мертвого протстранства; Vв — действительный объем всасывания






Цилиндры поршневых компрессоров чаще всего охлаждаются водой. Для этого в них предусмотрена специальная водяная рубашка. Небольшие компрессоры выполняют с воздушным охлаждением, а их поршень соединен непосредственно с шатуном (бескрейцкопфные компрессоры). В месте прохода штока через крышку цилиндра помещается уплотнение, называемое сальником. Перепад давлений, обеспечивающий открытие клапанов и преодоление их гидравлических сопротивлений, определяет дополнительные затраты работы по сравнению с идеальным компрессорным циклом (см. заштрихованные площадки на индикаторной диаграмме).


В рабочей полости цилиндра в конце нагнетания всегда остается газ объемом Vм, который называется объемом мертвого пространства. Этот объем определяется в основном размерами зазора между поршнем, находящимся в крайнем положении, и крышкой цилиндра. Зазор необходим для исключения удара поршня о крышку. Отношение объема мертвого пространства Vм к рабочему объему Vh, называется относительным объемом мертвого пространства:


a = Vм/Vh.


В большинстве цилиндров компрессоров a < 0,05. Остаток газа в мертвом пространстве расширяется по линии 3—4 (рис. 4), поэтому всасывание газа начинается не в начале хода поршня, а в конце процесса расширения, т. е. в точке 4.


Характеристики поршневого компрессора и регулирование подачи


Компрессор обычно подключается к системе трубопроводов, на которых установлены запорные, регулирующие и другие устройства. Совокупность этих устройств и трубопроводов называется сетью. Гидравлические свойства сети определяются ее характеристикой, т. е. зависимостью между расходом Vc и давлением рc в сети. Характеристика большинства газовых сетей имеет вид параболы.


Одной из важных характеристик компрессора является зависимость между подачей V0 и рабочим давлением р2: р2 = f(V0). В расчетном режиме подача поршневого компрессора практически не зависит от развиваемого давления и характеристики р2 = f(V0) для различной частоты вращения близки к вертикальным линиям (рис. 5).






Рис. 5. Характеристики работы поршневого компрессора на различные сети и при различной частоте вращения вала (n¢0, n¢0¢)


Пересечение характеристик компрессора и сети определяет рабочую точку А и рабочие параметры машины — подачу и давление. Расход газа в сети по условиям работы потребителей обычно непостоянен. Во избежание резких колебаний давления газа в сети необходимо изменять подачу компрессоров так, чтобы она всегда соответствовала потреблению. Регулирование подачи компрессора в настоящее время осуществляется следующими способами: отключением одной или нескольких машин при их параллельной работе на сеть, изменением частоты вращения вала компрессора, изменением объема мертвого пространства цилиндра, дросселированием потока на всасывании и отжатием пластин всасывающего клапана.


Периодические остановы компрессора (отключение от сети) возможны лишь при значительном и, главное, длительном снижении потребления газа. Очень часто отключение компрессора приводит к чрезмерному перегреву электропривода и выходу его из строя.


Изменение частоты вращения вала пропорционально изменяет подачу и индикаторную мощность машины. Такое регулирование можно осуществить в установках с приводом от турбины, ДВС и электродвигателя постоянного тока. В последнее время для изменения частоты вращения вала ши роко используется применение на приводных двигателях тиристорных преобразователей частоты, что позволяет регулировать подачу компрессора.


Изменение объема мертвого пространства достигается подключением к цилиндру отдельной полости постоянного или переменного объема. Подключение дополнительного объема мертвого пространства уменьшает объем всасываемого газа. Такой способ регулирования применяется на новейших компрессорах со средней и большой подачей.


Дросселирование газа на всасывании осуществляется задвижкой. В результате падения давления перед компрессором объемы всасываемого газа и подачи уменьшаются, но при этом растут степень повышения давления в цилиндре и связанная с ней температура. Во


избежание воспламенения смазки, применяемой в цилиндрах, температура газа на нагнетании не должна превышать 160—170 °С. Схема регулирования такого типа показана на рис. 6.



Рис. 6. Автоматическое устройство для регулирования подачи дросселированием на всасывании:


1 — компрессор; 2 — трубка; 3 — баллон; — поршневой механизм; 5 — дроссельная заслонка


Если расход из баллона 3 в сеть уменьшается, то при данной подаче компрессора 1 давление в баллоне 3 возрастает и, передаваясь по трубке 2 в полость поршневого механизма 4, воздействует на поршень, который, сжимая пружину, прикрывает дроссельную заслонку 5. Подача компрессора уменьшается, сравниваясь с расходом газа из баллона. Регулирующее устройство может быть настроено на требующуюся подачу натяжением пружины поршневого механизма 4. Благодаря простоте и автоматичности действия этот способ регулирования широко применяется при высоких степенях сжатия, но энергетическая эффективность его невысока.






Рис. 7. Регулирование подачи отжиманием пластин всасывающего клапана:


1 — импульсная трубка; 2 — баллон; 3 — вилка; — поршневой механизм; 5 — поршень


Отжимание пластин всасывающего клапана как способ регулирования подачи осуществляется по схеме,


показанной на рис. 7. Если вследствие уменьшения расхода в сети давление в баллоне 2 повысится, то повышенное давление, передаваясь по импульсной трубке 1 к поршневому механизму 4, преодолеет натяжение пружины и подвинет вниз поршень 5. Шток поршня имеет на конце вилку 3, рожки которой будут препятствовать пластине всасывающего клапана садиться на седло. При этом сжатие и подача газа не произойдут, потому что всасывающий клапан будет открыт и газ из цилиндра будет выталкиваться во всасывающий трубопровод. Вследствие этого произойдет пропуск сжатия и подачи. Это будет продолжаться до тех пор, пока давление в баллоне 2 не понизится и поршень 5 не приведет вилку 3 в нормальное положение, не препятствующее пластине клапана К плотно садиться на место. Таким образом, уменьшение подачи компрессора достигается здесь пропусками подачи. Это очень простой способ регулирования, но энергетическая эффективность его мала, так как на холостой ход при пропуске подачи затрачивается не менее 15% полной мощности. Такой способ регулирования применяется для компрессоров с любыми степенями сжатия и подачами.


Отжим клапанов линии всасывания в течение всего хода поршня приводит, как указывалось, к пропускам подачи, т.е. к снижению подачи компрессора до нуля. В настоящее время применяют отжим клапанов на части хода поршня, получая возможность плавного изменения подачи от номинальной до 0,1 номинальной.


Многоступенчатые компрессоры


Одноступенчатые поршневые компрессоры с водяным охлаждением цилиндра применяют в основном для сжатия газов до давления менее 0,6 МПа. Более высокое давление получают в многоступенчатых компрессорах с охлаждением газа в холодильнике после каждой ступени.


При сжатии газа температура его повышается. В табл. 6 приведены конечные температуры воздуха, сжимаемого при различных условиях в компрессоре от начальной температуры t1 = 293 К. Так как компрессорные смазочные масла имеют температуру вспышки 3—533 К, то конечная


температура сжатия 3—493 К, получаемая при степени повышения давления eр= р2 / р1 = 8, является опасной. Электрические разряды невысокого потенциала, возникающие в проточной части компрессоров, могут вызвать возгорание нагара и затем, при достаточной концентрации масляных паров в воздухе, взрыв компрессора. Это ограничивает степень повышения давления в одном цилиндре компрессора.





Таблица 6. Температура сжатия при адиабатном и политропном процессах


ep

Конечная температура воздуха, К

Адиабатное сжатие

Политропное сжатие с охлаждением цилиндра

Политропное сжатие с охлаждением цилиндра и крышки

2

358

337

325

4

438

402

372

6

493

454

409

8

536

493

443


В современных компрессорах с водяным охлаждением степень повышения давления в одном цилиндре выше семи встречается редко. В отечественных конструкциях большой подачи eр ≤ Если ep > 7, то процесс сжатия ведут в нескольких последовательно включенных полостях — ступенях давления — и при переходе из одной ступени в другую газ охлаждают в промежуточных охладителях.


Для достижения заданного значения eр принимают следующее число ступеней z:


eр

до 6

6—30

30—100

100—150

150 и более

z

1

2

4

5

6 и более


Увеличение числа ступеней усложняет конструкцию и увеличивает стоимость компрессора. Это обстоятельство обусловливает предел увеличения количества ступеней современных компрессоров.


Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением приближает рабочий процесс компрессора к изотермическому, поэтому при заданной степени повышения давления компрессора применение ступенчатого сжатия обеспечивает существенную экономию мощности приводного двигателя.


В многоступенчатых компрессорах с числом ступеней z при одинаковых работах отдельных ступеней изотермическая мощность компрессора определяется по формуле



Мощность на валу компрессора при указанном условии



Если работа отдельных ступеней неодинакова, то мощность на валу компрессора определяется как сумма отдельных ступеней.


В табл. 7—4.11 представлены характеристики поршневых компрессоров отечественного и зарубежного производства.


Таблица 7. Технические характеристики поршневых компрессоров ОАО «Мелитопольский компрессор»


Обозначение

Q, м3/мин

p, МПа

Nдв, кВт

Габариты (ДxШxВ), мм

Масса, кг

по условиям всасывания

по сжатому воздуху

Компрессоры среднего давления

2ВУ0,25-0,17/7,3

0,17

0,023

0,63

1,5

970x570x760

125

2ВУ0,25-0,3/7,3

0,3

0,041

0,63

3

998x430x828

129

2ВУ0,35-0,5/7,3

0,5

0,069

0,63

4

1028x460x885

137

2ВУ0,6-1,0/7,3

1,0

0,137

0,63

7,5

1355x505x975

250

3ВШ0,6-1,5/7,3А2

1,5

0,206

0,63

11

1560x930x800

380

3ВШ0.6-1,5/7,3А3

1,5

0,206

0,63

Привод от вала трактора

1580x980x800

360

ЭК-16/11

2,7

0,3

0,8

22

1874x957x1220

1485

4ВУ0,6-8/3,5У2

7,8

2,23

0,25

30

1830x1290x1180

995

4ВУ1-5/9М82 (сподогревом масла)

5

0,56

0,8

37

2030x960x1340

1250

4ВУ1-7/1Ш6

6,8

0,62

1

55

2030x960x1340

1220

3ВШ0,6-1/17М2

1,0

0,059

1,6

11

1230x830x840

340

2ВТ1-1,5/17УХЛ5

1,5

0,088

1,6

Привод от дизеля

2610x780x1 360

1650

2ВУ1,5-2,5/26М1

2,5

0,096

2,5

30

1540x1180x940

910

2ГУ1,5-2,4/26С

2,4

0,092

2,5

37

1590x1750x1300

1250

2ВУ2,5-2,5/310М5

2,5

0,083

3

30

1600x1180x1020

995

ЭКП-70/25М1

1,17

0,045

2,5

18,5

1520x730x1545

1046

ЭКП-210/25М1

3,5

0,135

2,5

55

2200x780x1655

2013

ЭКП-280/25М1

4,67

0,18

2,5

75

2400x780x1655

2215

Компрессоры высокого давления

К2-150

0,3

1,8 (1,3)

15(20)

441x435x480

82

ЭК2-150 (общепромышленное исполнение)

0,3

1,8 (1,3)

15(20)

7,5

1 010x435x668

197

ЭК2-150 (морское исполнение)

0,3

1,8 (1,3)

15(20)

7,5

1106x435x668

255

ЭКПА-2/150

0,3

1,8 (1,3)

15(20)

7,5

1100x640x715

310

КР-25

0,26

1,25

20

7,5

1100x850x870

325

АКР-2

0,3

1,8

15

7,5

1450x720x890

375

ВТ1,5-0,3/150

0,3

2

15

7,5

1400x750x860

405

Блок осушкиУБОВ-0,3/150М2

2

15

610x410x1 930

405





Таблица 8. Технические характеристики поршневых компрессоров ALUP (ременных двухступенчатых) фирмы «ABAC Group»


Модель

Объем ресивера, л

p, МПа

Подача,

м3/мин

Число цилиндров

Nдв, кВт

n, мин–1

Габариты (ДxШxВ),см

Масса, кг

на входе

на выходе

HL

051522-350

350

1,5

515

420

2

4

975

114x54x71

135

HL

081523-500

500

1,5

810

675

3

5,5

770

135x57x75

165

HL

101523-500

500

1,5

1020

845

3

7,5

960

135x57x75

165

HL

131523-500

500

1,5

1296

1 075

3

11

1220

135x57x75

185

HL

151524-750

750

1,5

1625

1 360

4

11

910

168x60x78

340

HL

201524-750

750

1,5

2090

1 695

4

15

1170

168x60x78

340

HL

023522-250

250

3,5

210

160

2

22

675

98x41x68

90

HL

043522-500

500

3,5

400

292

2

4

780

114x54x71

145

HL

053522-500

500

3,5

500

380

2

5,5

975

114x54x71

155

HL

083523-500

500

3,5

800

525

3

7,5

765

135x57x75

220

HL

103523-500

500

3,5

1050

710

3

11

1000

135x57x75

220


Таблица 9. Технические характеристики поршневых компрессоров компании «Ингерсолл-рэнд»


Модель

Nдв, кВт (л.с.)

pmax, МПа

Объем ресивера, л

Q3/мин

Габариты (ДxШxВ), мм

Масса, кг

Компрессоры ТЗО «Стандарт»

АЕЗЕ30

2,2 (3)

1,1

200

230

138x49x98

140

AE3F40

3 (4)

1,1

270

310

146x49x103

160

AE3F55

4 (5,5)

1,1

270

420

146x53x106

180

AR3H75

5,5 (7,5)

1,1

500

560

187x53x116

260

АЕЗН100

7,5 (10)

1,1

500

820

187x74x126

315

АЕЗН150

11 (15)

1,1

500

1 200

187x71x138

425

АЕЗН200

15 (20)

1,1

500

1 0

187x71x138

435

АЕЗН250

18,5 (25)

1,1

500

2 200

187x83x152

580

АЕЗН300

22 (30)

1,1

500

2 0

187x83x152

600

Маслонаполненные компрессоры ТЗО

ЕЗЕ30

2,2 (3)

1,4

200

220

137x49x95

180

EЗF40

3 (4)

1,4

270

280

160x49x103

195

EЗF55

4 (5,5)

1,4

270

400

160x49x103

230

ЕЗН75

5,5 (7,5)

1,4

500

520

187x61x122

303

ЕЗН100

7,5 (10)

1,4

500

800

187x74x130

360

ЕЗН150

11 (15)

1,4

500

1 050

187x71x141

505

ЕЗН200

15 (20)

1,4

500

1 0

187x71x141

520

ЕЗН250

18,5 (25)

1,4

500

2 200

187x83x157

635

ЕЗН300

22 (30)

1,4

500

2 0

187x83x157

635

ЕЗХ30

2,2 (3)

1,4

220

82x49x50

90

ЕЗХ40

3 (4)

1,4

280

82x49x50

90

ЕЗХ55

4 (5,5)

1,4

400

85x53x53

115

ЕЗХ75

5,5 (7,5)

1,4

530

85x53x53

135

ЕЗХ100

7,5 (10)

1,4

800

106x74x66

183

ЕЗХ150

11 (15)

1,4

1 050

126x71x80

292

ЕЗХ200

15 (20)

1,4

1 0

126x71x80

292

ЕЗХ250

18,5 (25)

1,4

2 200

133x83x92

460

ЕЗХ300

22 (30)

1,4

2 0

133x83x92

480

Компрессоры ТЗО без смазки цилиндров

OL5F55

4 (5,5)

0,86

270

430

146x64x112

73

OL5X55

4 (5,5)

0,86

430

106x54x59

73

OL5F75

5,5 (7,5)

0,86

270

550

146x64x112

73

OL5X75

5,5 (7,5)

0,86

550

106x54x59

73

OL10H100

7,5 (10)

0,86

500

830

187x70x129

105

OL10X100

7,5 (10)

0,86

830

128x66x65

105

OL15H200

l5 (20)

0,86

500

1250

187x85x153

205

OL15X200

15 (20)

0,86

1250

133x85x89

205

OL25h200

22 (30)

0,86

500

2610

220x115x216

300

OL25X300

22 (30)

0,86

2610

185x94x116

300

2-OL15H200

15+15 (20+20)

0,86

500

2500

228x185x189

205

2-OL25Vh200

22+22 (30+30)

0,86

500

5220

228x185x216

300

Компрессоры ТЗО высокого давления

231Х30

2,2 (3)

3,5

140

87x51x51

100

7Т2Х100

75 (20)

3,5

630

124x67x84

275

5Т2Х200-35

15 (20)

3,5

1120

143x84x87

415

5Т2Х200-70

15 (20)

7

920

143x84x87

415

15Т4Х200

15 (20)

2,4

560

150x78x108

505

Н15Т4Х200

15 (20)

3,45

560

150x78x108

525

Таблица 10. Технические характеристики поршневых компрессоров малой производительности ЗАО «ВВТ»





Модель

p, МПа

Q3/мин

Объем ресивера, л

Nдв, кВт

Габариты (ДxШxВ), мм

Масса, кг

Передвижные компрессоры

КМ-1

1

0,16

18

2,2

750x400x620

65

К-1

1

0,16

110

2,2

1 000x620x970

110

К-2

1

0,63

150

5,5

1 300x620x1 250

270

К-5

1

0,63

70

5,5

1 190x660x1 000

220

К-6

1

1

70

11

1 250x680x1 140

220

К-11

1

0,16

60

2,2

1 000x470x800

95

К-23

0,6

0,25

60

3,0

1 000x470x830

105

К-24 (СО-243)

0,6

0,5

70

4,0

1 150x540x980

130

К-25

0,6

0,5

150

4,0

1 300x620x1 150

150

К-26

1

0,6

120

5,5

1 150x540x1 100

125

К-28

1

0,5

120

4,0

1 150x540x1 100

128

К-31

1

1

190

11

1 500x750x1 300

360

КТ-16

0,8

1—1,5

300

Вал отбора мощности трактора

980

КТ-16Э

1

1

300

11

3 150x2 150x1 750

980

С-412М

1

0,16

10

2,2

750x400x500

72

Стационарные компрессоры

С-415М

1

0,63

250

5,5

1 750x600x1 350

330

С-415М1

1

0,63

500

5,5

2 100x700x1 0

380

С-416М

1

1

500

11

2 100x700x1 0

480

С-416М1

1

1

250

11

2 100x600x1 0

420

К-3

1

2

500

2x11

2 300x760x1 500

730

К-20

1,6

1

500

2x7,5

2 100x760x1 0

620

К-22

1,6

0,5

250

7,5

2 050x800x1 350

350

К-30

1

1,26

500

2x5,5

2 100x700x1 0

600

КВ-7 (вертикальный)

1

0,16

110

2,2

620x700x1 260

110

КВ-15

1

10

300

5,5

1 000x900x1 850

350

KB-18

1

0,6

210

5,5

800x670x1 700

205

Передвижные компрессоры, 220 В

МК-3

0,8

0,1

18

1,1

660x400x600

40

К-12

0,8

0,16

60

2,2

1 000x470x800

95

К-14

0,8

0,2

60

1,1

900x450x750

70

К-29

0,8

0,16

22

2,2

780x450x620

75

Таблица 11. Компрессоры маслосмазываемые поршневые с V-образной компоновкой фирмы «Атлас Копко»


Модель

рmax, МПа

Q, л/с (м3/мин)

Уровень шума , дБ

Мощность привода, кВт

10-барные версии

LE 2-10

1

3,4 (0,2)

78/65/63

1,5

LE 3-10

1

4,4 (0,26)

79/66/64

2,2

LE 5-10

1

8,4 (0,5)

79/66/64

4

LE 7-10

1

11,7 (0,7)

80/70/68

5,5

LE 10-10

1

15,7 (0,94)

81/70/68

7,5

LE 15-10

1

18,6 (1,12)

84/73/70

11

LE 20-10

1

23,9 (1,43)

85/73/70

15

15-барные версии

LT 2-15

1,5

3,2 (0,19)

78/65/63

1,5

LT 3-15

1,5

4,1 (0,25)

79/66/64

2,2

LT 5-15

1,5

6,7 (0,4)

79/66/64

4

LT 7-15

1,5

9,2 (0,55)

80/70/68

5,5

LT 10-15

1,5

11,7 (0,7)

81/70/68

7,5

20-барные версии

LT 2-20

2

2,2 (0,13)

78/65/63

1,5

LT 3-20

2

3 (0,18)

79/66/64

2,2

LT 5-20

2

5 (0,3)

79/66/64

4

LT 7-20

2

6,7 (0,4)

80/70/68

5,5

LT 10-20

2

9,1 (0,55)

81/70/68

7,5

LT 15-20

2

15,1 (0,91)

86,5/77/72

11

LT 20-20

2

18 (1,08)

86/80/75

15

30-барные версии

LT 3-30

3

2,8 (0,17)

79/64

2,2

LT 5-30

3

4,9 (0,29)

79/64

4

LT 7-30

3

6,4 (0,38)

80/68

5,5

LT 10-30

3

8,5 (0,51)

81/68

7,5

LT 15-30

3

9,28 (0,56)

85/76

11

LT 20-30

3

17 (1,02)

86/80

15


Для компрессоров LE, LT 15, LT 20 уровень шума указан следующим образом: компрессор на ресивере без кожуха/компрессор в кожухе на ресивере/компрессор в кожухе на раме.


Для компрессоров LT 30 уровень шума указан следующим образом: компрессор без кожуха на раме/компрессор в кожухе на раме.



Другие статьи:

Центробежные компрессоры. Виды, характеристики центробежных компрессоров.
Вентиляторы предприятий. Выбор, расчет, обозначение, характеристики вентиляторов.
Центробежные насосы. Виды, характеристики центробежных насосов.