Компрессоры, общие сведения.

1. Лекция 4. Компрессоры, общие сведения. Компрессорами называются механические устройства, предназначенные для сжатия и перемещения различных газообразных веществ, среди которых особое место занимает атмосферный воздух. Подавляющее большинство компрессорных машин служат именно для работы с воздухом. Вещество, с которым работает компрессор, называют рабочим телом. Компрессоры, которые сжимают рабочее тело, по составу существенно отличающееся от воздуха, называют газовыми. Компрессоры занимают одно из ведущих мест в машинном парке страны. Достаточно, например, сказать, что примерно 10% всей электроэнергии, вырабатываемой в стране, идет на привод только стационарных компрессоров. По потреблению энергии компрессоры стоят в одном ряду с таким мощным потребителем, как подвижной состав железной дороги. В связи с этим развитию компрессоростроения уделяется достаточно много внимания. Существуют специализированные предприятия по выпуску компрессорной техники и научно-исследовательские организации, в которых разрабатываются и совершенствуются компрессоры. Спектр применения компрессорных машин очень широк – медицина (для привода в действие инструмента, обеспечение дыхания больных), машиностроение (привод инструмента и исполнительных механизмов роботов и механических зажимов, транспортировка деталей, покраска, сборка высокоточных соединений, контрольные операции, опоры высокоточного оборудования и т.д.), холодильная и криогенная техника, в которых воздух и другие газы являются основным рабочим веществом, пищевая и фармацевтическая промышленность (активирование реакций в растворах, перемешивание, транспортировка сыпучих веществ, например – муки, сахара, и т.д.), транспортные устройства – привод тормозов, управляющие пневмосистемы, строительство и т.д. Широкое применение компрессоров связано прежде всего с двумя факторами. Первый – большое удобство использования сжатого воздуха в исполнительных механизмах. Так, например, пневматические манипуляторы обладают гораздо большей удельной (в отношении их массы) мощностью, чем электрические, не уступают последним по точности позиционирования, имеют высокое быстродействие. Пневматический инструмент очень удобен при использовании, универсален, безопасен при работе во взрывоопасных и сырых помещениях. Второй аспект – широкое применение сжатых газов в химической промышленности, например – при получении полиэтилена. Особое место занимают холодильные компрессоры, использующиеся для хранения пищевых продуктов и для кондиционирования помещений. О масштабах применения сжатого воздуха можно судить, например, по такому факту – еще 20 лет назад сжатый воздух, произведенный в течение года только для привода пневмоинструмента покрывал территорию страны слоем примерно в один метр. Классификация компрессорных машин. По принципу действия компрессоры делятся на два больших класса – компрессоры объемного и компрессоры динамического действия. В первых сжатие рабочего тела происходит за счет изменения его объема, во вторых – путем преобразования кинетической энергии движущегося потока в потенциальную энергию давления. Кроме того, все компрессоры, особенно это относится к объемным, делятся на смазываемые и компрессоры без смазки. Иногда последние называют «сухими» компрессорами. Несмазываемые компрессоры находят все более широкое применение в связи со стремлением потребителя иметь в технологических процессах гарантированно чистый, без масляных аэрозолей, газ. Это необходимо как с экологической, так и с технологической точек зрения. Существуют ГОСТы и международные стандарты, ограничивающие количественный и качественный состав примесей в сжатых газах. Эти ограничения очень строги. Достаточно, например, отметить, что чистота воздуха, использующегося в медицинских целях, выше, чем чистота воздуха в сельской местности. Кроме того, по назначению компрессоры классифицируются по отраслям производства, для которых они предназначены: химическое, энергетические, общего назначения и т.д., по роду сжимаемого газа: кислородные, азотные, воздушные, хлорные, гелиевые и т.д., по прямому непосредственному назначению: пускового воздуха, тормозные и т.д. Необходимость данной классификации обусловлена специфическими требованиями, предъявляемыми конкретными потребителями. Например, в кислородных компрессорах нельзя применять масла для смазки поршневой пары, в хлорных компрессорах необходима специальная защита поверхностей, соприкасающихся с рабочим телом, тормозные компрессоры должны обладать повышенной надежностью и допускать частые пуски и остановки и т.д. По величине конечного давления компрессоры различают: • вакуум-компрессоры – компрессоры, предназначенные для удаления газа из полостей с конечным давлением, ниже атмосферного; • компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа под давлением от 0,15 до 1,2 МПа; • компрессоры среднего давления – от 1,2 до 10 МПа; • компрессоры высокого давления – от 10 до 100 МПа; • компрессоры сверхвысокого давления – свыше 100 МПа. Компрессоры называют дожимающими, если давление всасывания газа существенно превышают величину атмосферного давления. По способу отвода теплоты сжатия компрессоры делятся на машины с водяным, воздушным охлаждением и компрессоры с внутренним отводом теплоты за счет впрыска охлаждающей жидкости. Эта жидкость, как правило, обладает и смазывающими свойствами. По типу приводного двигателя компрессоры делятся на машины с электроприводом, с приводом от ДВС, паровой или газовой турбины, и с пневмоприводом. Последнее, обычно, при работе во взрывоопасных условиях для мультипликации давления газа. Основные внешние показатели компрессора: 1. Производительность. Обозначается: объемная производительность – Q, измеряется в м3/мин, м3/час, м3/сек или в л/сек (для компрессоров малой производительности), массовая производительность – М, измеряется в кг/мин или в кг/сек. Производительность обычно измеряется при приведении рабочего тела к нормальным условиям, то есть при атмосферных давлении и температуре. Иногда производительность измеряется по условиям всасывания, данное обстоятельство существенно для дожимающих машин и должно быть особо оговорено. 2. Конечное давление и давление всасывания, соответственно РВ и РН. Измеряется в барах или МПа и степень повышения давления . 3. Мощность привода – Вт, кВт. Часто используется удельная характеристика – кВт/( м3/мин). 4. Коэффициент подачи (для компрессоров объемного действия)- - отношение объемной производительности к величине объема, описанного рабочим органом. Например, для поршневого компрессора таким объемом служит произведение площади поперечного сечения поршня на его ход и умноженное на число двойных ходов в минуту или секунду в зависимости от того, в каких единицах измерена объемная производительность. 5. Удельная материалоемкость МУД – отношение массы компрессора к его производительности. Каждый тип компрессора наиболее выгодно использовать при вполне определенных условиях. Обычно под этими условиями подразумевают сочетание величин давления и производительности. На основании опыта применения компрессорных машин существуют рекомендации, которые, обычно, изображают в виде диаграммы: В настоящее время большая часть компрессорного парка – это поршневые машины, которые в последнее время вытесняются в области средних давлений и производительности винтовыми машинами, а в области низких давлений и малой производительности – спиральными компрессорами. Связано это в основном с тем, что несмотря на высокотехнологичную конструкцию поршневых машин, они подвержены вибрациям, имеют высокий шум при работе и большую удельную материалоемкость. Много проблем доставляет надежность работы клапанной группы. В связи с этим их и вытесняют хорошо уравновешенные роторные машины, не имеющие клапанов.