Объёмные компрессоры

В машинах объёмного принципа действия рабочий процесс осуществляется в результате изменения объёма рабочей камеры. Номенклатура машин данного типа разнообразна и насчитывает более десятка, основные из них: поршневые, винтовые, роторно-шестерёнчатые, мембранные, жидкостно-кольцевые, воздуходувки Рутса, спиральные, компрессор с катящимся ротором.

Компрессор – это машина, которая повышает давление газа и затем поставляет его для использования в различных областях применения, включая те, которые связаны со сгоранием, пневматикой, охлаждением и процессами транспортировки газа.  Основное назначение компрессора повысить давление газа до такого значения, когда станет возможным его использование в технологическом процессе.

Объемный компрессор сжимает рабочую среду в рабочих камерах, объём которых при сжатии то увеличивается, то уменьшается, при этом также происходит изменение давления. Давление меняется за счет периодического изменения объема камер при работе компрессора, при уменьшении объема давление повышается. Объемные компрессоры работают с постоянной производительностью и в зависимости от конструкционных форм рабочих частей и тому как меняется объем рабочих камер они могут быть роторными и поршневыми.

Масло, впрыскиваемое под давлением, образуют масляную пленку в процессе работы компрессора и служит смазывающим веществом, а также участвует в процессе охлаждения. Однако во время пуска и останова компрессора масло не успевает распределяться и возможен контакт пластин и статора, который в итоге ведет к износу. Также на износ пластин могут повлиять любые твердые частицы.

В компрессорах, где большая производительность и давление превышает 5 бар замене подлежит рабочий блок в сборе. Статоры не восстановимы (их шлифовка не возможна). Замена только пластин без статора не производится. Срок работы компрессора определяют качество воздуха и режим эксплуатации. При неравномерной работе ресурс рабочего блока примерно 25000 часов. Однако, чем дольше агрегат находится в работе, тем больше его срок службы из-за равномерности распределения смазки по рабочим частям.

Общее описание и типы

К объемным компрессорам относят компрессоры следующих типов:

• Поршневые - этот тип компрессоров использует поршень, который двигается вперед и назад внутри цилиндра для сжатия;
• Винтовые (использует два ротора в зацеплении для сжатия среды. У роторов специфичная форма и они вращаются в противоположные стороны с очень небольшим зазором между ними).
• Жидкостно-кольцевые – сжимающий элемента – это жидкость в корпусе специфичной формы. В качестве жидкости может быть использована вода, серная кислота, нефть или другая жидкость которая не вступает в реакцию с газом, который будет сжиматься.
• Спиральные компрессоры – другой популярный тип компрессоров. Имеет одну движущуюся часть, два спиральных элемента, при этом одна спираль стационарна.
• Роторно-пластинчатый компрессор состоит из ротора с пластинами, вставленными в радиальные пазы в роторе. При движении ротора в цилиндрическом статоре пластины выдвигаются под действием центробежной силы и таким образом образуются камеры сжатия. Сжатие среды происходит в камерах, объем камер уменьшается по направлению движения ротора. При макс. объеме и количестве сжимаемой среды происходит ее отсоединение от всаса, по мере движения ротора объем ячейки снижается. Сжимаемая среда поступает в патрубок на нагнетании.

В объемных компрессорах давление увеличивается путем удержания определенного количества газа и преобразование его в меньший объем. Наиболее распространенными типами объемных компрессоров являются поршневые и винтовые компрессоры.

Магистральные газопроводы, нефтехимические установки, нефтеперерабатывающие заводы и другие промышленные предприятия и сферы применения зависят от этого типа оборудования. Благодаря многим факторам включая, но не ограничиваясь, качеством исходных конструкций, адекватностью процесса технического обслуживания и эксплуатационных характеристик промышленные предприятия могут получить значительно варьирующиеся затраты по продолжению срока службы и надежность от их собственных установок.

Различные компрессоры можно найти почти в каждой промышленной сфере применения. Объемные компрессоры могут перекачивать следующие газы:

Поршневые компрессоры обычно используются там, где требуется высокая степень сжатия на ступень (степень нагнетания к давлению всасывания) без высокой производительности и технологическая среда относительно сухая.

Роторные компрессоры имеют несложное конструктивное устройство, небольшой вес, отличаются по форме ротора и применяются во многих областях промышленности.

Принцип действия объемных компрессоров и конструктивное устройство

Объемный компрессоры имеют схожий принцип работы и имеют схожий механизм потерь. Однако относительная величина различных потерь может различаться от типа к типу. Так, например, потеря в результате утечки будет небольшой в масляном промышленном компрессоре с надежными поршневыми кольцами, но может быть значительной в сухом винтовом компрессоре, если он работает на низкой скорости, а давление увеличивается.

Все типы компрессоров имеют камеру сжатия, в которой находится газ при давлении нагнетания в конце процесса нагнетания. Для некоторых конструктивных типов этот объем может быть небольшим и значительным для других конструкций. Некоторые типы компрессоров, как например поршневые компрессоры могут иметь большое пространство сжатия, но при этом газ возвращается к давлению всасывания в цилиндре. В винтовом компрессоре газ расширяется до давления всасывания в пространстве сжатия.

Некоторые типы компрессоров, которые используют зафиксированные отверстия для нагнетания, рассчитаны для работы с определенным значением объема.

Рассмотрим принцип действия и конструктивное устройство объемных компрессоров более подробно на примере поршневого и винтового компрессора.

Компрессоры роторного типа, компактны, требуют небольшого технического обслуживания при их эксплуатации. Роторные компрессоры это компрессоры с высоконапорным корпусом. Всасывание в этих компрессорах происходит напрямую в камере сжатия. Газ, сжимаемый в камере нагнетается в компрессорный корпус. Необходимо отметить, что при холодном пуске компрессорам с высоконапорным кожухом требуется больше времени для того, чтобы достичь их нормального рабочего давления в компрессорном корпусе. Это вызвано частично большим объемом кожуха компрессора.

Роторные винтовые компрессоры – это компрессоры объемного типа, которые используют роторы винтовой формы для сжатия газа. Основными компонентами являются входное и выходное отверстие и основной и вспомогательный ротор. Когда шлицы винтового ротора проходят мимо входного отверстия газа, газ поступает на шлицы. Газ удерживается там, образуя газовый карман по всей длине шлица. После того как основной и вспомогательный роторы приходят в зацепление, объем газового кармана уменьшается и происходит сжатие удерживаемого там газа. По достижению шлицем нагнетания газ выпускается.

Основные два типа винтовых компрессоров – это компрессоры с маслозаполнением и компрессоры сухого типа. Наиболее распространены винтовые компрессоры с маслозаполнением, где масло и газ поступают вместе в компрессор. Масло выполняет функцию уплотнения для вращающихся роторов, в то время как у компрессоров сухого типа есть распределительная шестерня, которая регулирует движение роторов. Однако масло должно быть удалено из сжимаемой среды прежде, чем она покинет компрессор и для этого используют масляные фильтры. Это та, часть компрессора, которая требует регулярного технического обслуживания и замены.

Компрессоры поршневого типа – это объемный компрессор, который использует движение поршня внутри цилиндра для движения газа с одного уровня давления на другой более высокий уровень давления. Цилиндры компрессора, называемые еще ступенями, которых может быть от одной до шести и более являются ограничителями для технологического газа во время сжатия. Для получения более высокого давления газа используют больше ступеней. Конструкция может быть простого или двойного действия. В компрессорах с двойным действием сжатие происходит с обоих сторон поршня. Некоторые цилиндры с двойным действием в высоконапорных применениях имеют стержень поршня с обоих сторон поршня для обеспечения равномерности и сбалансированных нагрузок. Конструкции с тандемными цилиндрами помогают минимизировать динамические нагрузки путем расположения цилиндров в парах, подсоединенных к общему коленвалу, так что движения поршней противоположны друг другу. Износ дорогих частей минимален. Компрессоры с одним цилиндром классифицируются либо как вертикальные или горизонтальные.

Применение объемных компрессоров

Объемные компрессоры широко используются для технологических процессов, где требуется сжатие воздуха, технологических газов и хладогентов. Компрессоры объемного типа можно встретить на химических производствах, в сельском хозяйстве, в электронике, металлургии, в пищевой промышленности, фармацевтической промышленности, в пневмотранспорте и прочих

Объемные компрессоры применяются как при добыче газа так и при улавливании паров, когда требуется транспортировка рабочих сред. Компрессоры объемного типа используется для областей применения, где условия для технологических газов и состав газа могут варьироваться, в этом случае чаще всего применение находят безмасляные винтовые компрессоры. Винтовые компрессоры также хороший выбор там, где требуется экономичная работа. Они могут легко обрабатывать газы с содержанием примесей, сжиженный газ, топливный газ.

Для создания воздуха низкого давления, перемещения природного газа, подаче газа высокого давления во время бурения скважин и для различных областей применения при производстве или химических процессах, которые требуют воздух среднего или высокого давления применяют также представителя объемного типа компрессоров – большие многоцилиндровые многоступенчатые поршневые компрессоры. Эти компрессоры могут применяться на месторождениях и иметь дистанционное управление или на входе газовой установки, где происходит сжатие сырого, влажного (с содержанием воды или углеводородов) и возможно кислого ( с содержанием сероводорода) природного газа. Эти компрессоры устанавливают также на разгрузочном конце газовой установки, где сжимается полностью чистый и сухой газ для потребителей и подается в магистраль.

Недостатки и преимущества

Основные недостатки и преимущества объемных компрессоров приведены в таблице ниже.

Поршневые компрессоры обычно недорогие в закупке, но их производительность со временем понижается, уровень шума высокий и качество среды может быть невысоким из-за присутствия в нем масла.

Объемные компрессоры – это класс высокоэффективных промышленных машин, которые применяются во многих областях промышленности. В настоящее время также ведется постоянная работа по усовершенствованию конструкций и возможностей сжатия этих компрессоров.