«Компрессор (Нагнетатель, Воздуходувка, Газодувка, Эксгаустер) – это энергетическая машина или устройство для повышения давления и перемещения газа или их смесей (рабочей среды)» (ГОСТ 28567-90).
По принципу действия все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные.
Особенностью динамических машин является сжатие путем сообщения газу большой угловой скорости и последующего преобразования кинетической энергии потока в работу сжатия и нагнетания газа.
Другая группа – компрессоры объемного действия, которые подают газ из пространства низкого давления в пространство высокого давления путем периодически повторяющихся увеличений и уменьшений объема рабочей полости.
Рисунок 1 – Компрессоры динамического принципа
Данная статья посвящена поршневым компрессорным агрегатам. Одной из ветвей поршневых компрессоров являются ступени, работающие без смазки проточной части.
Эффективность работы и дешевизна эксплуатации поршневых компрессоров перед другими технологиями сжатия выше в тех случаях, когда требуется невысокая (до 200 л/мин.) производительность и значительное (свыше 20–30 атмосфер) давление. Исключение составляют турбокомпрессоры, для которых характерна эффективная работа при значительной выработке сжатого воздуха.
Смазка цилиндров минеральным маслом часто нежелательна или совершенно недопустима по различным причинам. В одних случаях потому, что сжатый газ не должен содержать даже следов масла, в других – масло и газ активно вступают в химическое соединение, в третьих – сжимаемый газ растворяется в масле и снижает его смазывающие свойства или выделяет конденсат, смывающий масляную пленку со стенок цилиндра.
Смазка водой, глицерином или другими жидкостями, которыми пользуются взамен минерального масла, не является полноценной, и при ее применении возрастает износ трущихся поверхностей. Во многих случаях газ должен оставаться совершенно чистым и его загрязнение любыми жидкостями не допускается. В связи с этими обстоятельствами созданы компрессоры, работающие без смазки цилиндров. Такие машины широко применяются в химической, нефтеперерабатывающей, газовой, пищевой, фармацевтической и некоторых других отраслях промышленности.
Во многих производствах применение компрессоров без смазки цилиндров требуется потому, что масло «отравляет» катализаторы, применяемые при химической переработке сжатых газов. Они теряют свою активность, что во многих случаях резко снижает скорость течения процессов. Компрессоры без смазки цилиндров особенно нужны для сжатия кислорода и хлора, которые вступают в реакцию с минеральным маслом настолько активно, что возможность его применения полностью исключена.
В установках разделения воздуха для получения кислорода и азота применение таких компрессоров устраняет унос масла и продуктов его разложения в разделительную (ректификационную) колонну, что во многих случаях исключает возможность взрывов с тяжелыми последствиями.
Поршневые компрессоры, работающие без смазки цилиндров, выполняются трех разновидностей: с уплотнением из самосмазывающихся материалов, с лабиринтным уплотнением.
Рисунок 2 — Виды поршневых уплотнений в бессмазочных ступенях
В компрессорах без смазки цилиндров применяют самодействующие клапаны двух разновидностей – без направления и с направлением пластин. К первым относятся прямоточные клапаны и некоторые разновидности дисковых, у которых пластины не скользят по направляющим выступам ограничителя подъема, а закреплены в центре и выполнены упругими.
Анализ современных тенденций, литературы [1,3-8] показал, что существующие решения по бессмазочным ступеням поршневых агрегатов решают только проблему чистоты сжимаемого газа. Данное решение реализовывается на ступенях использующих самосмазывающиеся материалы в качестве контактных уплотнений.
Направление дальнейшего исследования одноступенчатых компрессорных агрегатов выбрано в сегменте бессмазочных компрессоров, позволяющих повысить надёжность ступени без применения громоздких систем смазки цилиндров с огромными масляными баками, а также дополнить существующие модели решением таких проблем как уменьшение массогабаритных характеристик за счёт исключения межступенчатых охладителей, то есть перехода к одноступенчатому сжатию, что само по себе подразумевает приближение рабочего процесса в ступени к изотермическому и перехода на одноступенчатое сжатие до средних и высоких давлений. Важным направлением является также и обеспечение надёжной работы агрегата.
Варианты решения основной задачи (разработка квазиизотермической ступени):
- Применение линейного или привода от асинхронного электродвигателя.
Учитывая выбранное направление исследований – длинноходовая бессмазочная ступень поршневого компрессора, то очевиден вариант применения линейного привода.
- Интенсификация охлаждения газа в рабочей камере за счёт увеличения коэффициента теплоотдачи на внешней поверхности рабочей камеры, либо увеличение время цикла.
Учитывая данные исследований [2,9-11] есть некоторый диапазон величины коэффициента теплоотдачи на внешней поверхности рабочей камеры, после которого увеличение значений коэффициента теплоотдачи не позволяет на сколько-то сильно влиять на уменьшение температуры в рабочей камере, либо это просто становится энергетически очень затратным. Поэтому вариантом дальнейшего исследования является увеличения времени охлаждения газа в цилиндре, то есть увеличение времени рабочего процесса.
Проведённые исследования показываю, что при интенсивном охлаждении ступеней с параметром ψ =Sn/D более 10 и временем цикла 0,5- 2 с. Возможно применение данных ступеней для сжатия до 5-10 МПа в одной ступени.
Список литературы:
- Болштянский, А. П. Компрессоры с газостатическим центрированием поршня / А. П. Болштянский, В. Д. Белый, С.Э. Дорошевич. – Омск: ОмГТУ, 2002. – 406 с.
- Бусаров, С.С., Машков, Ю.К., Недовенчаный, А.В. Исследование процессов теплообмена в длинноходовых, тихоходных компрессорах с учетом влияния расположения клапанов [Текст]: –Бусаров, С.С., Машков, Ю.К., Недовенчаный, А.В.,Федосеева, Н.Ю. // Издательство Омский научный вестник. Серия «Приборы, машины и технологии» №3(123) 2013г.
- Dry gas seals point the way to oil-free compressors // Chem. Eng. (Gr. Brit.) – 1988. — №451/ — P.21.
- Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. [Текст]:– 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2008. – 711 с.
- Прилуцкий, И.К., Прилуцкий, А.И. Расчёт и проектирование поршневых компрессоров и детандеров [Текст]:– СПб.: СПбГАХПТ, 1995.
- Френкель, М.И. Поршневые компрессоры [Текст]: теория, конструкции и основы проектирования 3-е издание, переработанное и дополненное / Френкель, М.И. – Издательство Л.: Машиностроение, 1969. – 744 с.
- Фотин Б.С., И.К.,Прилуцкий А.И. Поршневые компрессоры [Текст]:– Л.: «Машиностроение» Ленинградское отделение, 1987.– 372с.
- Юша В.Л. Системы охлаждения и газораспределения объёмных компрессоров [Текст]: – Новосибирск: Наука, 2006. – 286 с.
- Юша, В.Л., Бусаров, С.С., Криницкий, В.И. Исследование процессов теплопередачи в ступени поршневого компрессора при симметричном температурном поле [Текст]: известия высших учебных заведений – Издательство Горный журнал – 2007. — №6. – С.59-66.
- Юша, В.Л., Новиков, Д.Г., Бусаров, С.С. Влияние микрооребрения на мгновенный коэффициент теплоотдачи в рабочей камере бессмазочного поршневого компрессора [Текст]: – химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2007. — №11. – С.19-21.
- V.L. Yusha, V.G. Den’gin V.I. Karagusov, S.S. Busarov, Theoretical analysis of the working process of the superlow rotary low expense piston compressor with the increased piston stroke, 8thInternational Conference on Compressors and Coolants, 2013, Papiernicka, Slovakia. Book of abstracts. — p. 22.[schema type=»book» name=»ТИХОХОДНЫЕ ДЛИННОХОДОВЫЕ СТУПЕНИ – КАК ОДНО ИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ В КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ» description=»Бессмазочные компрессорные агрегаты, обеспечивающие требуемую чистоту рабочего газа широко известны в настоящее время. Длинноходовые тихоходные ступени с интенсивным охлаждением позволяют наряду с обеспечение требуемой чистоты газа заметно уменьшить массогабаритные показатели компрессорного агрегата, путём перехода на одноступенчатое сжатие до средних давлений.» author=»Бусаров Сергей Сергеевич, Сажин Богдан Сергеевич, Котовщиков Максим Сергеевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-18″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_28.11.15_11(20)» ebook=»yes» ]