Сжатие и перемещение газов. Компрессоры

Сжатие и перемещение  газов. Компрессоры.

Типы компрессорных  машин. Компрессорные машины по величине давления разделяются на следующие  группы: 1) низкого давления (избыточное давление до 0,1ат)- вентиляторы; 2) среднего давления (избыточное давление) без охлаждения - газодувки; 3) высокого давления (избыточное давление от 3 атм. и выше) с охлаждением - компрессоры; 4) вакуумные (разрежение более 0,5ат) - вакуум-насосы, Несмотря на конструктивные отличия каждой группы машин,, принцип действия их одинаков. Поэтому газодувки, вентиляторы и вакуум-насосы можно рассматривать как разновидности компрессоров. Компрессоры делятся на поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные; центробежные компрессоры называются турбокомпрессорами и турбогазодувками. К центробежным и осевым компрессорам могут быть отнесены вентиляторы. Вакуум-насосы представляют собой компрессоры, в которых газ засасывается при разрежении и выталкивается под давлением несколько больше атмосферного.

Типы поршневых  компрессоров. Поршневые компрессоры  по числу ступеней сжатия делятся  на одноступенчатые, двухступенчатые  и многоступенчатые, а по характеру  действия- на компрессоры простого (одинарного) и двойного действия. Одноступенчатые компрессоры изготовляются горизонтальными и вертикальными; горизонтальные компрессоры являются большей частью машинами двойного действия, а вертикальные - простого действия. В одноступенчатых компрессорах двойного действия газ в цилиндре 1 сжимается по обе стороны поршня 2; поэтому цилиндр снабжен двумя всасывающими клапанами 3 и двумя нагнетательными клапанами 4. Устройство компрессоров двойного действия сложнее, но зато, при равном весе и равной занимаемой площади, они дают вдвое большую производительность, чем компрессоры простого действия. Для. охлаждения сжатого газа цилиндр, а иногда и крышки компрессоров снабжают водяными рубашками. На коренной вал компрессора насажен маховик 8. Для увеличения производительности одноступенчатых компрессоров простого и двойного действия они изготовляются многоцилиндровыми. В двухцилиндровом компрессоре простого действия (рис. 1,в) поршни работают параллельно, приводпоршней осуществляется от одного коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 90 или 180°, Для сжатия газа до избыточного давления выше 4—5 ам (максимум 7аг)применяют многоступенчатые компрессоры с двумя и более ступенями, причем газ охлаждается в холодильниках между ступенями сжатия. Многоступенчатые компрессоры изготовляют с последовательным расположением цилиндров (по одной оси) – системы тандем или с параллельным расположением цилиндров — системы компаунд. Двухступенчатые горизонтальные компрессоры часто изготовляют одноцилиндровыми со ступенчатым или дифференциальным поршнем. Газ первоначально сжимается в цилиндре 1 одной стороной поршня 2, затем охлаждается в промежуточном холодильнике 9, из которого снова поступает в цилиндр по другую сторону поршня и сжимается до заданного конечного давления. Горизонтальные компрессоры являются тихоходными (  = 60—300 об/мин). Они соединяются с двигателем ременной передачей. Вертикальные компрессоры быстроходны (п = 300—350 об/мин и более) и соединяются с двигателем либо непосредственно, либо через ременную, в частности клиноременную передачу. Многоступенчатые горизонтальные компрессоры часто приводятся в действие тихоходным электродвигателем, ротор которого насажен на вал компрессора и служит одновременно маховиком. Сжатый газ из поршневых компрессоров направляется к местам потребления через газосборник (ресивер), служащий буфером для смягчения толчков газа, неравномерно нагнетаемого компрессором, и колебаний давления газа при неравномерном потреблении. В газосборнике газ очищается от масла и влаги.

Между поршнем в  мертвом положении и крышкой  цилиндра всегда остается некоторый  свободный объем, так называемое вредное пространство. По окончании  нагнетания остающийся в этом пространстве сжатый газ при обратном ходе поршня расширяется и всасывающий клапан открывается лишь при снижении давления до давления всасывания. Величина вредного пространства выражается долей хода поршня. При охлаждении газа в компрессоре через рубашку процесс сжатия приближается к изотермическому, причем соответственно снижается расход энергии на сжатие газа.

Многоступенчатое  сжатие. С увеличением степени  сжатия в одной ступени возрастают потери, связанные с сжатием газа во вредном пространстве, и уменьшается к. п. д. компрессора. Кроме того, происходит сильное нагревание газа и возрастает расход энергии на его сжатие. Чтобы избежать чрезмерного повышения температуры газа и повысить эффективность работы компрессора, применяют многоступенчатое сжатие, охлаждая газ в промежуточных холодильниках между ступенями до температуры, возможно более близкой к температуре газа, всасываемого в компрессор. Благодаря небольшой степени сжатия в каждой ступени уменьшается холостой ход поршня при расширении газа во вредном пространстве и соответственно увеличивается объемный к. п. д. компрессора. При сжатии газа в двухступенчатом компрессоре затрачивается меньше энергии, чем при сжатии в одноступенчатом компрессоре, работающем в тех же пределах давления. Ротационные компрессоры. Пластинчатый ротационный компрессор имеет цилиндрический ротор 7, который эксцентрично установлен внутри корпуса 2, снабженного водяной рубашкой. В радиальных вырезах ротора свободно скользят пластины 3. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы выдвигаются из прорезей и скользят по внутренней поверхности корпуса, образуя замкнутые камеры. Объем камер увеличивается слева от вертикальной оси корпуса и уменьшается справа от нее. Соответственно этому газ засасывается через патрубок 4, затем сжимается и нагнетается через патрубок 5. Абсолютное давление сжатия в одноступенчатых пластинчатых компрессорах—> до 5 ам, в двухступенчатых — до 15 ам. Ротационный водокольцевой компрессор состоит из корпуса 7 и эксцентрично установленного в нем ротора 2 с лопатками (звездочки). Перед пуском корпус почти наполовину заполняется водой, которая при вращении ротора отбрасывается к стенкам корпуса, образуя около них вращающееся жидкостное кольцо. Вследствие эксцентричности ротора пространство, не заполненное жидкостью, делится лопатками ротора на ячейки неодинакового объема, В ячейки, объем которых увеличивается при вращении ротора, газ засасывается через отверстие 3, затем сжимается в ячейках с уменьшающимся объемом и выталкивается через отверстие 4 (отверстия 3 и 4 на рисунке заштрихованы). Патрубки для входа и выхода газа располагаются на торцовых крышках компрессора. Водокольцевые компрессоры создают небольшое избыточное давление (до 1 аг) и чаще используются в качестве вакуум-насосов.

Сжатие газов — основные понятия

В производственных процессах  подвергаются переработке  значительные количества газов и их смесей при давлении, отличном от атмосферного; кроме того, газы используются также для вспомогательных целей (для передавливания, перемешивания и распыления различных веществ). Все эти процессы проводят при сжатии или разрежении газов. Сжатие или разрежение газа (изменение объема) сопровождается изменением его давления и температуры.

Адиабатическое, изотермическое и политропическое сжатие и разрежение. Как известно из термодинамики, изменение состояния газа при изменяющихся объеме и давлении может протекать тремя путями: изотермически, адиабатический и политропический. Изменение давления газа при сжатии в значительной степени зависит от того, происходит ли во время сжатия теплообмен между сжимаемым газом и окружающей внешней средой. Практически такой теплообмен неизбежен, а во многих случаях даже и необходим, для чего используют искусственное охлаждение сжимаемого газа.

Теоретически можно  представить себе два предельных случая сжатия газов, причем все реальные процессы сжатия газов будут являться промежуточными между ними.

В первом случае вся теплота, выделяющаяся при сжатии газа, полностью отводится наружу, и процесс изменения состояния газа, т. е. изменение его объема и давления, протекает при одной постоянной температуре; такой процесс называется изотермическим. Во втором случае, наоборот, вся теплота, выделяющаяся при сжатии газа, полностью остается внутри газа, повышая его температуру, при этом потери тепла в окружающую среду отсутствуют; такой процесс называется адиабатическим.

В действительности  сжатие газов протекает не изотермически и не адиабатически, а в каждом частном случае лишь приближается к одному из этих процессов. Такой реальный процесс сжатия газа, при котором одновременно с изменением объема и давления происходит также изменение температуры и отвод тепла наружу, называется политропическим.

План

1. Перемещение газов. Компрессоры.
2. Сжатие газов — основные понятия