В любом процессе сжатия выделяется тепло. В общем случае, кол-во выделяющегося тепла зависит от финального давления сжатия. Чем выше это давление, тем больше выделится тепла.

В соответствии с правилами промышленной безопасности, температура конца сжатия одноступенчатых компрессоров с маслосмазываемыми камерами сжатия, мощностью приводного электродвигателя до 20 кВт и финальным давлением до 10 бар, не должна превышать 220 °C.

Для компрессоров с более высоким максимальным давлением и мощностью лимитом является 200 °C. Для многоступенчатых компрессоров с максимальным давлением выше 10 бар — 160 °C.

Очевидно, что это тепло должно быть отведено, т.к. оно как увеличивает требования к материалам конструкции, так и, в случае с маслосмазываемыми компрессорами, является потенциальной опасностью взрыва.

Цилиндры поршневого компрессора размещены в наиболее выгодной с точки зрения возможностей охлаждения позиции, а для лучшего теплообмена как сами цилиндры, так и их головки снабжены ребрами охлаждения. Однако, как бы ни был хорош телообмен саммих цилиндров, этого недостаточно. Поэтому, в современных компрессорах каждая ступень сжатия оснащается собственным теплообменником. Более того, иногда именно расчет теплообменников является причиной увеличения числа ступеней сжатия: если в процессе проектирования компрессора выясняется, что потребовались бы слишком большие теплообменники, часто вовсе не увеличивают их размер, а распределяют сжатие по большему числу ступеней — и вместо, например, двух ступеней появляется три.

Для чего охлаждают цилиндры поршневых компрессоров

Рис. 3.28. Пластинчатый теплообменник
поршневого компрессора BOGE

Обычно, поршневые компрессоры оснащаются теплообменниками с воздушным охлаждением — ведь воздух доступен везде, и ничего не стоит. Охлаждение производится вентилятором, направленно охлаждающим цилиндры и теплообменники.

Инструкция по безопасности эксплуатации поршневых маслосмазываемых компрессоров VGB 16 §9 оговаривает, что после последней ступени сжатия температура сжатого воздуха должна быть в пределах 60. 80 °C. Ведущие производители, заботящиеся о качестве своей продукции, не только выполняют это требование, но и обеспечивают еще более низкую температуру сжатого воздуха. Например, в поршневых маслосмазываемых компрессорах BOGE, как одно-, так и двуступенчатых, разница между температурой окружающей среды и сжатого воздуха не превышает 10-15 °C.

Пользователь также много выигрывает от снижения температуры — ведь охлажденный воздух содержит меньше парообразной влаги (которая в последующем все же конденсировалась бы в процессе охлаждения воздуха в трубопроводах и ресиверах). Жидкую же влагу, выделившуюся в теплообменнике компрессора, удалить значительно проще — достаточно простых и недорогих циклонного сепаратора и фильтра грубой очистки. Кроме того, более низкая температура сжатого воздуха означает и возможность использования меньших, а значит, и менее дорогих, осушителей сжатого воздуха.

Содержание

Как происходит процесс охлаждения поршневого компрессора
Воздушное охлаждение поршневого компрессора
Охлаждение поршневого компрессора
Схема охлаждения компрессора
Принцип расчета системы охлаждения
Поршневой компрессор: устройство, характеристики, принцип работы
Работа поршневого компрессора
Устройство поршневого компрессора
Характеристика поршневого компрессора.
💡 Видео

Видео:Компрессор РЕМЕЗА. Чем вызван нагрев головки компрессора?Скачать

Как происходит процесс охлаждения поршневого компрессора

Согласно законам термодинамики, при сжатии воздуха в компрессоре происходит выделение большого количества тепловой энергии. Соответственно, растет потенциальная вероятность и ускоряется процесс износа деталей, падает производительность устройства. Также охлаждение позволяет избежать вспышки или подгорания масла для смазки поршневых цилиндров.

Для устранения этих негативных явлений и улучшения технических характеристик применяют принудительное охлаждение. На практике применяют воздушную или водяную систему. Выбор типа основывается на экономической целесообразности, наличия необходимого оборудования и конечно источников водоснабжения. Обычно средние и крупные компрессорные установки проектируют с водяным охлаждением. Конструкции малой мощности имеют воздушное охлаждение.

Видео:Медленно качает компрессор.Греется цилиндр.Причина устраненаСкачать

Воздушное охлаждение поршневого компрессора

Самым распространенным типом является воздушное охлаждение поршневого компрессора. Данный процесс обеспечивается вентилятором, охлаждающим теплообменники и цилиндры. Процесс нагнетания воздуха осуществляется осевым вентилятором, который обеспечивает большой поток воздуха. Это происходит за счет аэродинамического сопротивления секций труб. Режим работы считается штатным, если температурная разница между выходящим газом и воздухом составляет 12-15°С.

Конструктивно для обеспечения данного процесса, цилиндры поршневого компрессора оснащаются ребрами охлаждения. Но как показывает практика, этого недостаточно. Ведь в цилиндрах можно отвести только малое количество тепла, которое выделяется при трении в кольцах поршня и сальнике. По сути, главная цель здесь — это снизить температуру стенок цилиндра. Это дает возможность улучшить условия для смазки поверхностей. Поэтому основной процесс теплоотведения у газа производится в промежуточных холодильниках. Для этого в новых моделях предусматривается для каждой ступени сжатия собственный теплообменник. Поэтому на этапе проектирования и расчета компрессоров может произойти увеличения размеров теплообменников. Из этой ситуации выходят достаточно просто – распределяют сжатие по большему числу ступеней.

Вы можете ознакомиться более подробно с ассортиментом поршневых компрессоров представленных на нашем сайте. Тем более что наша компания является официальным представителем известных мировых производителей поршневого оборудования.

Читайте также: Что нужно для замены главного тормозного цилиндра

Охлаждение поршневого компрессора

Схема охлаждения компрессора

При сжатии воздуха и газов неизбежно выделяется большое количество тепла. Если это тепло будет уноситься с сжимаемым газом, то будет происходить адиабатический процесс сжатия. Ранее показывалось, что для такого процесса необходимо затратить работу большую, чем при изотермическом или политропическом сжатии. Поэтому для того, чтобы сделать компрессор более экономичным, предусматривают принудительное охлаждение . Чаще оно бывает водяным, иногда воздушным.

В одноступенчатых компрессорах делают охлаждение цилиндров компрессора, в многоступенчатых, кроме того, охлаждают газ в промежуточных холодильниках.

В цилиндрах удается отвести небольшое количество тепла; главным образом здесь отводится тепло, выделенное при трении в поршневых кольцах и сальнике. Здесь основная цель охлаждения — снижение температуры стенок цилиндра с тем, чтобы улучшить условия смазки. Основное количество тепла отнимается у газа в промежуточных холодильниках.

Часто после компрессора устанавливают конечные холодильники. Эти холодильники на процесс сжатия не влияют, и их предусматривают, исходя из требований техники безопасности и технологических нужд — для охлаждения газа и отделения от него влаги и масла. Расход воды, необходимый для этих холодильников, мы в дальнейшем не учитываем.

Вода, поступающая в холодильник, может идти по проточной системе при достаточном ее количестве или по замкнутой. В последнем случае воду, нагретую в холодильнике, необходимо охлаждать. На рис. 3.7 показаны системы охлаждения проточная (а) и циркуляционная (б) с брызгальным бассейном. Вода подается для охлаждения цилиндров первой и второй ступеней компрессора (К) и в холодильник (X). Нагретая вода направляется в сборный бассейн. При циркуляционной системе вода нагнетается насосом (Н) к местам охлаждения, а в брызгальном бассейне в систему разбрызгивания. Капли и струи воды охлаждаются воздухом, и охлажденная вода собирается во втором бассейне.

Охлаждение воды разбрызгиванием сопровождается большим уносом воды и для своего устройства требует больших площадей.

Рис. 3.7. Проточная (а) и циркуляционная (6) системы подачи воды для охлаждения компрессора

Поэтому в некоторых случаях для охлаждения применяются градирни — деревянные башни с решетчатыми перекрытиями. Вода поступает в башню сверху и стекает, разбиваясь на капли. Встречный поток воздуха охлаждает воду.

Открытые системы охлаждения воды приводят к значительному испарению воды, повышению концентрации солей и отложению их на стенках трубопроводов. В закрытой системе циркуляции воды этого недостатка нет.

Принцип расчета системы охлаждения

Детали компрессора и сжимаемый газ охлаждаются водой или воздухом. Основным охлаждаемым узлом в компрессоре является цилиндр. Здесь отводится теплота, получаемая в результате сжатия газа, от трения поршневых колец о поверхность цилиндра и штока в сальнике. Газ охлаждается в охладителях, расположенных между ступенями компрессора.

Количество теплоты Q 1 , отводимой от сжатого газа в единицу времени в межступенчатом охладителе,

Q 1 = G · C P · (T 2 — Т 1 ), (3.22)

где G — массовая подача ступени компрессора;
С P — массовая теплоемкость газа при постоянном давлении;
Т 1 — температура газа на выходе из цилиндра после сжатия;
Т 2 — температура газа на входе в следующую ступень после охладителя.

Количество теплоты Q 2 , отводимой от цилиндра компрессора в единицу времени, обычно принимается равным 0,7 от мощности, затрачиваемой на механические потери N м1 :

Количество воды W, необходимое для отвода теплоты Q1 + Q2 в единицу времени:

где св — удельная теплоемкость воды;
Т в2 — температура воды на выходе из охладителя;
Т в1 — температура воды на входе в охладитель.

Величину ∆T определяют таким образом, чтобы температура охлаждающей воды не превышала 30. 45°С, так как при температуре больше 45°С начинается повышенное выпадение солей, загрязняющих поверхности теплообмена, и чтобы скорость воды была не меньше 1,0. 1,5 м/с (иначе будет происходить быстрое заливание поверхностей теплообмена).

Применяются различные типы межступенчатых охладителей — многотрубные, ребристые, змеевиковые, типа «труба в трубе», оросительные и другие. Определение площади поверхности охладительного устройства представляют собой сложную задачу, так как должны быть учтены многие факторы: степень влажности газа, скорость газа, теплопроводность газа в зависимости от его температуры и давления, плотность газа, коэффициент теплообмена в прямой и изогнутой трубе, оребренность труб и т.д.

Необходимая поверхность охлаждения обычно устанавливается по допускаемым скоростям проходных сечений и числа труб в пачке, а затем по количеству теплоты, которое должно быть отобрано, рассчитывается длина трубного пучка. Если длина труб получается неприемлемой, расчет повторяют, изменяя скорости движения газа, диаметр труб и другие параметры охладителя.

Видео:Поршневой компрессорСкачать

Поршневой компрессор: устройство, характеристики, принцип работы

Поршневой компрессор — это устройство, предназначенное для повышения давления (сжатия) и перемещения газообразных веществ.

Назначение поршневого компрессора заключается в подаче сжатого воздуха или газа под избыточным давлением, более 0,2 – 0,3 МПа.

Электрические поршневые компрессоры, воздействующие с помощью поршня на определенный замкнутый объем воздуха в цилиндре в период нагнетания, могут создавать значительную степень сжатия при относительно ограниченной подаче воздуха или газа.

Читайте также: Чем почистить цилиндр суппорта ваз

Содержание статьи

Поршневой компрессор обладает высоким коэффициентом полезного действия и его применение наиболее целесообразно при давлении более 1 МПа и при малой подаче.

Компрессор поршневой центробежный конструктивно и по принципу действия похож на многоступенчатый центробежный насос. Отличие заключается в том, что рабочим телом является сжимаемый газ.

Видео:Компрессор FUBAG OLS 280/50 CM2 31381. Причина поломки. Важно знать о безмасляных компрессорах.Скачать

Работа поршневого компрессора

Принцип работы поршневого компрессора похож на действие поршневого насоса. Отличием является то, что поршень насоса выталкивает жидкость в течение всего нагнетательного хода, а компрессор поршневой выталкивает воздух или газ лишь после того, как давление в цилиндре превысит давление в нагнетательной линии.

Принцип действия поршневого компрессора основан на совместной работе:
цилиндра;
поршня;
клапана нагнетания;
клапана всасывания;
шатуна;
коленчатого вала.

Всё начинается с того, что привод поршневого компрессора приводит в движение коленчатый вал. Работа поршневого компрессора состоит в подаче сжатого воздуха или газа под избыточным давлением и происходит это следующим образом.

При движении поршня вправо из крайнего левого положения всасывающий клапан k1 открыт и воздух всасывается в цилиндр. Давление на протяжении всего хода всасывания постоянно и равно атмосферному.

При ходе поршня из крайнего правого положения влево всасывающий клапан k1 закрывается и газ, замкнутый в левой полости цилиндра сжимается.

При достижении давления p2, равного давлению газа в нагнетательном сборнике, открывается нагнетательный клапан m1, и газ будет выталкиваться из цилиндра при постоянном давлении p2.

По окончании нагнетания, если принять полное опорожнение цилиндра от газа, начнется снова всасывание. При этом должно произойти мгновенное падение давления.

В зависимости от конструкции поршневые компрессоры бывают: простого и двойного действия.

Устройство поршневого компрессора

В устройство поршневого компрессора входят рабочий цилиндра и поршень, а также всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра.

Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессорах имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Компрессоры промышленные поршневые бывают одно и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V или W — образным и другим расположением цилиндров.

В зависимости от назначения различается конструкция поршневого компрессора одинарного действия (когда поршень имеет одну рабочую сторону) и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами).

По степени сжатия газа бывают модели одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.

Схема работы поршневого компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения.

При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр поршневого компрессора.

При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в компрессоре его температура значительно повышается.

По расположению цилиндров подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с наклонными цилиндрами.

По способу охлаждения – с воздушным и водяным охлаждением.

По числу ступеней сжатия компрессор бывает 2, 4 и 6 поршневой. При такой конструкции все цилиндры имеют одинаковый размер и процессы всасывания и сжатия воздуха происходят в каждом из цилиндров по очереди. Каждый элемент работает в противофазе.

Двухступенчатый поршневой компрессор напротив оборудуется цилиндрами разных размеров. Первая ступень сживает воздух, затем он попадает в межступенчатый охладитель, в качестве которого выступает медная трубка.

В такой трубке сжатый воздух охлаждается и сжимается ещё больше. Потом он попадает на вторую ступень и сжимается ещё больше. Достоинством такого типа установки является большой показатель КПД при меньшем расходе энергии.

Характеристика поршневого компрессора.

В зависимости от способа монтажа, который предусматривает конкретная модель обращают внимание на следующие характеристики компрессора.

Давление нагнетания – избыточное давление, которое способен обеспечить компрессор. В зависимости от модели этот параметр может достигать значения более 300 кгс/см 2

Производительность поршневых компрессоров – количество всасываемого и сжимаемого газа или воздуха. Этот параметр зависит от диаметра поршня, длины хода поршня и скорости вращения вала.

Качество рабочего воздуха – такой показатель очень важен для оборудования используемого в промышленной отрасли, там где часто перекачиваемый воздух содержит примеси масла или других жидких сред.

Мощность поршневого компрессора относится в приводу конкретной модели и измеряется в килоВаттах. Отдельно такая характеристика считается редко, поскольку в подавляющем большинстве случаев покупателям интересна только производительность.

Шум является очень важной характеристикой, поскольку оборудование этого типа считается очень шумным. Этот параметр указывается в дБ. Для уменьшения показателя шума поршневой компрессор может оборудоваться специальным защитным кожухом.

Читайте также: Изготовление цилиндра для авто

Характеристика показывает, где будут использоваться поршневые компрессоры. В зависимости от конкретных показателей это могут быть:
на компрессорных установках для сжатия воздуха – оборудования низкого давления
поршневая компрессорная установка для сжижения газа, его разделения и транспортирования – модели среднего давления
на установках для синтеза газов – оборудование высокого давления.

В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования.

Регулирование подачи поршневого компрессора.

Наиболее простым и удобным способом регулировать поршневой компрессор по подаче, который сразу приходит на ум является изменение частоты вращения привода вала. Однако при более глубоком анализе выясняется, что такой способ применим только в том случает, если привод поршневого компрессора осуществляется от двигателя внутреннего сгорания.

При электроприводе, как одном из наиболее распространенных в настоящее время способе привода компрессоров, регулирование изменение частоты вращения оказывается неприемлемым как с конструктивных, так и с энергетических соображений.

Если приводной двигатель работает с постоянной частотой вращения, то регулирование подачи компрессора может быть осуществлено следующими способами.

1. Регулирование за счет полного или частичного принудительного открытия всасывающих клапанов. Это приводит к полному или частичному переводу поршневого компрессора на холостой ход. При полном открытии всасывающих клапанов сжатие газа в цилиндре не происходит и засасываемый газ снова выталкивается во всасывающую трубу. Если всасывающие клапаны закрываются не полностью или только на части хода поршня, то, подача газа уменьшается. В практике предпочтительнее, как из конструктивных, так и энергетических условий, применять полное открытие всасывающих клапанов на части хода поршня.

2. Регулирование за счет перепуска газа из нагнетательного трубопровода во всасывающий. Такой перепуск может быть свободным или дроссельным. При дроссельном способе регулирования происходит более плавное изменение подачи компрессора, но без уменьшения потребляемой мощности. Поэтому в практике чаще применяется более простой и более экономичный способ – свободный перепуск с помощью байпасного вентиля.

3. Регулирование за счет установки дросселя во всасывающем трубопроводе. Установка дросселя на всасывающем трубопроводе вызывает падение давления при всасывании компрессора. Значит, при неизменном давлении нагнетания степень сжатия будет увеличиваться, а объемный КПД уменьшаться. Следовательно будет уменьшаться и подача компрессора.

4. Регулирование за счет подключения дополнительного пространства. Если крышки компрессора сделать пустотелыми и разделить полости на несколько ячеек, подключаемых к вредному пространству, или каким-либо другим способом подключить к вредному пространству некоторый регулируемый объем, то общий объем вредного пространства будет переменным. В этом случае регулирование объема вредного пространства будет заключаться в подключении или отключении части или всего дополнительного вредного пространства.

Каждый из описанных выше способов регулирования подачи компрессоров разработан и может использоваться как в ручном варианте так и автоматическим способом, с помощью различных устройств. В наше время автоматические способы регулирования показывают достаточную надежность, поэтому ручное регулирование подачи компрессоров все больше уступает место автоматическому.

Типы поршневых компрессоров

По конструктивным особенностям и принципу действия встречаются различные типы поршневых компрессоров. Большим спросом пользуются центробежные модели. Применяются также ротационные компрессоры, которые конструктивно и по способу привода сходны с центробежными машинами, однако по принципу действия (вытеснение) они относятся к поршневым машинам.

Если оборудование установлено на шасси то такая модель считается мобильной, если нет, то это стационарные поршневые компрессоры.

Масляный поршневой компрессор

К масляным поршневым компрессорам относится оборудование, в котором применяется смазка при работе цилиндров. К этому типу оборудования относятся воздушные, винтовые, судовые и др.

Принцип работы такого оборудования довольно прост. Цикл работы заключается в движении поршня. Одним движением поршень уходит из цилиндра и газ поступает в освободившийся объем, при возвращении поршня – газ сжимается, при этом сила давления растет. Пока совершается этот процесс всасывающий клапан закрывается и в работу включается клапан нагнетания, который выталкивает газ в магистраль.

Безмасляный поршневой компрессор

Безмасляные поршневые компрессоры используются тогда, когда необходима подача чистого воздуха или газа без риска попадания в них примесей смазочного материала.

Оборудования такого типа не требует масло для поршневых компрессоров, но это не значит, что оно работает без смазки. Конструктивно выполнено так, что масло не пересекается с воздушными потоками.

Первоначально это достигалось тем, что в корпусе компрессора делали специальные лабиринтные уплотнения. Такая конструкция не нашла широкого применения и в настоящее время безмасляные поршневые компрессоры комплектуются кольцами, выполненными из специальных композитных материалов.

Несмотря на особенности конструкции оборудование этого типа способно работать без ремонта более продолжительные периоды, чем компрессоры с использованием смазки цилиндров.