ТИХОХОДНЫЕ ДЛИННОХОДОВЫЕ СТУПЕНИ – КАК ОДНО ИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ В КОМПРЕССОРНОЙ ТЕХНИКЕ

«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):

1. Применение линейного или привода от асинхронного электродвигателя.

Учитывая выбранное направление исследований – длинноходовая бессмазочная ступень  поршневого компрессора, то очевиден вариант применения линейного привода.

2. 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 =S_n/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:

1. Болштянский, А. П. Компрессоры с газостатическим центрированием поршня / А. П. Болштянский, В. Д. Белый, С.Э. Дорошевич. – Омск: ОмГТУ, 2002. – 406 с.
2. 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.
3. Dry gas seals point the way to oil-free compressors // Chem. Eng. (Gr. Brit.) – 1988. — №451/ — P.21.
4. Пластинин П.И. Поршневые компрессоры. Том 2. Основы проектирования. Конструкции. [Текст]:– 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Колос, 2008. – 711 с.
5. Прилуцкий, И.К., Прилуцкий, А.И. Расчёт и проектирование поршневых компрессоров и детандеров [Текст]:– СПб.: СПбГАХПТ, 1995.
6. 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.
7. Фотин Б.С., И.К.,Прилуцкий А.И. Поршневые компрессоры [Текст]:– Л.: «Машиностроение» Ленинградское отделение, 1987.– 372с.
8. Юша В.Л. Системы охлаждения и газораспределения объёмных компрессоров [Текст]: – Новосибирск: Наука, 2006. – 286 с.
9. 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.
10. 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.
11. 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, 8^thInternational 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» ]