Центробежный компрессор: устройство, принцип действия

Производительность по сжатому воздуху

Центробежные компрессоры CENTAC (стандартное давление от 3,0 до 11,5 бар (изб.)

Центробежные компрессоры CENTAC (низкое давление от 0,5до 2,5 бар (изб.)

Центробежные компрессоры CENTAC (высокое давление от 2,0 до 50,0 бар (изб.)

Каждый центробежный компрессор, поставляемый в каталоге компании «НПО «ЦВЭРТ» в рамках ведения работ по монтажу и оптимизации пневмосистем предприятий — уникальный механизм от ведущих мировых производителей. Цена такого компрессора вполне оправдана высокой степенью функциональности, качества, надёжности. Полный перечень оборудования приведён в каталоге турбокомпрессоров, размещённом на нашем сайте.

Безусловным и признанным лидером мирового компрессоростроения является компания Ingersoll Rand. Первый центробежный компрессор этого производителя увидел свет в 1912 году. Спустя чуть более полвека, в 1968 году, результатом совмещения инженерной мысли, передовых технологий и мастерства специалистов стал первый многовальный моноблочный агрегат CENTAC с тем же принципом действия. Несмотря на простоту конструкции, компрессор центробежный представляет собой совокупность совершенных аэродинамических решений высокого качества, чрезвычайной надёжности при минимуме технического обслуживания. На сегодняшний день более 17 тысяч установок CENTAC безупречно работают в самых разных условиях на предприятиях многих стран мира. В стремлении удержать завоёванные позиции производитель продолжает обновлять и совершенствовать технические параметры центробежных компрессоров, подтверждая своё лидерство в этой области.

Компрессор центробежный такого типа представляет собой единый блок, собранный и протестированный в заводских условиях. Комплект CENTAC поставляется полностью готовым к эксплуатации и включает в себя:

компрессор большой производительности;
электродвигатель;
системы охлаждения воздуха и масла;
замкнутую систему смазки;
воздушный фильтр с электроподогревом (входной);
коробку приводов;
систему управления и блокировок.

Все элементы CENTAC, кроме фильтра, монтируются на стальной платформе с компоновкой, обеспечивающей лёгкий доступ персонала для ремонта и профилактики. Конструкцией CENTAC предусмотрен широкий диапазон регулирования производительности (от 60 до 100%) без остановки работы и сброса давления, вместе с этим меняется и потребляемая мощность. Надёжность CENTAC такова, что вполне реальна безостановочная работа оборудования в течение нескольких лет (!) и неограниченное количество циклов включения/выключения. Несмотря на большую мощность, уровень шума центробежных компрессоров CENTAC (с кожухом) даже в режиме полной нагрузки составляет не более 75 дБ (А), в чем проявляется забота о здоровье обслуживающего персонала и состоянии окружающей среды. Кинематическая схема агрегата идеально сбалансирована, при работе практически отсутствует вибрация. Это позволяет производить монтаж оборудования CENTAC на простой ровной бетонной площадке.

Видео:Пятиступенчатые центробежные компрессоры Dresser RandСкачать

Приведённые в каталоге турбокомпрессоры, входящие в серию CENTAC, представляют собой многоступенчатые, многовальные установки центробежного типа. Забор воздуха осуществляется через входной направляющий аппарат (ВНА) и поступает в блок первой ступени сжатия, где рабочее колесо разгоняет его до определённой скорости. При прохождении воздушной массы через диффузор создаётся давление, сопровождающееся выделением тепла. Воздухозаборник выполняет двойственную функцию — управление подачей и оптимизацию потока при входе в полость с рабочим колесом. Встроенный в систему охладитель доводит параметры сжатого на первом этапе воздуха до нормы. Далее сепаратор, изготовленный из нержавеющей стали, отделяет влагу, содержащуюся в сжатой воздушной среде. При работе компрессоров большой производительности серии CENTAC такой технологический процесс повторяется по числу ступеней сжатия до получения требуемых эксплуатационных параметров и подаётся на точки потребления. Автоматическая система позволяет беспроблемно осуществлять управление агрегатом и вести постоянный контроль над основными параметрами и режимами.

Принцип работы компрессора CENTAC заключается в преобразовании некоторых видов энергии в энергию сжатого воздуха. В данном случае конечный результат является следствием прямой передачи вращательного движения с вала электродвигателя на главную шестерню редуктора, включающего в себя шестерни валов роторов каждой ступени сжатия. Привод CENTAC спроектирован так, что роторы каждой ступени вращаются со своей собственной скоростью, обусловленной максимальной эффективностью работы оборудования.

Каждая ступень сжатия в компрессоре большой производительности имеет:

собственный ротор с шестерёнчатой передачей;
съёмное рабочее колесо;
упорное кольцо.

Конструкция устройства максимально сбалансирована и кинематически связана с главной шестерней редуктора. Роль упорного кольца в системе — компенсирование осевого аэродинамического давления, снижение нагрузок на зубчатую передачу, оно съёмное. Оригинальная геометрия элементов рабочего колеса — продукт инженерной мысли специалистов компании «Ингерсолл Рэнд». Его профиль, прочный корпус из высокопрочной нержавеющей стали обеспечивает оптимальные характеристики газодинамического цикла. Шлицевые сопряжения надёжно фиксируют колесо и другие элементы на валу, их конструкция исключает применение шпонок или горячей посадки.

Центробежный компрессор технические характеристики

Подшипники и уплотнения, применяемые в компрессорах CENTAC.

Конструктивные особенности компрессорного оборудования данного типа предполагают значительное количество узлов вращения. Оптимальные условия работы обеспечены использованием подшипников скольжения с наклонным вкладышем из высокотемпературного баббита в стальной оправке. Характеристики каждого подшипника для стабильной, безаварийной эксплуатации в компрессорах CENTAC определяются расчётом. Для предотвращения утечек сжатого воздуха и попадания в него масла применяются самоцентрирующиеся уплотнения-картриджи с графитовыми кольцами, образующие единый узел с подшипниками. В процессе работы эти элементы изнашиваются, однако конструкцией предусмотрена возможность быстрой и несложной их замены.

Промежуточный (промежуточные) и концевой охладители.

В состав компрессоров большой производительности после каждой ступени сжатия включён водо-воздушный теплообменник (охладитель) с сепаратором влаги и конденсатоотводчиком. Уникальная конструкция системы позволяет эффективно и с минимальными энергетическими затратами выполнять своё предназначение. Нержавеющая сталь, олово и медь, используемые при изготовлении элементов охладителей компрессоров, обеспечивают высокую теплопередачу, коррозийную стойкость и простоту обслуживания (очистки).

Для эффективной работы оборудования CENTAC специалистами компании «Ингерсолл Рэнд» разработана и применена автономная замкнутая система смазки с давлением 2 бара. Давление создаёт масляный насос с приводом от собственного электродвигателя и поддерживает другой насос, связанный с валом ротора.

Видео:Центробежный компрессорСкачать

В зависимости от условий эксплуатации оборудование этого типа предусматривает несколько режимов управления. Доступ к системе осуществляется через панель микропроцессорного типа, размещённую на раме-основании компрессора. Функция самодиагностики, наличие блокировок и возможность подключения управления центробежным компрессором к компьютерной сети предприятия делают использование механизма безопасным и эффективным, вполне оправдывающим его цену. Система диагностирования способна самостоятельно передавать информацию о техническом состоянии на диспетчерский пульт, в сервисный центр или непосредственно на завод-изготовитель.

Каждый включённый в каталог турбокомпрессор по своим техническим характеристикам соответствует современным требованиям эксплуатации и способен выполнить своё предназначение в любом регионе Российской Федерации.

Центробежные компрессоры. Виды, характеристики центробежных компрессоров.

Центробежные компрессоры

По назначению компрессоры подразделяются на воздушные и газовые (кислородные).

Наибольшее распространение получили воздушные компрессоры, или компрессоры общего назначения. Они вырабатывают сжатый воздух давлением до 5 МПа, который широко применяется в промышленности. Например, в металлургии сжатый воздух используется для дутья в доменных и мартеновских печах, вагранках, нагревательных и термических печах и пр. Сжатый воздух как энергоноситель используется для привода различных пневмомеханизмов, молотов, трамбовок, вибраторов, обрубных молотов,

патронов для зажима деталей в станках, пневмоподъемников и т.д.

Воздух широко применяется для транспортирования и перемешивания сыпучих материалов, сепарации пыли и во многих других процессах.

Рост сети газопроводов и увеличение их протяженности способствовали развитию газовых компрессоров на высокие давления — до 40 МПа и выше. Для доставки природного газа в пункт потребления через каждые 100— 150 км газопроводов необходимо устанавливать компрессорные станции, перекачивающие до нескольких миллионов кубометров газа в сутки.

По принципу действия различают поршневые (объемные) компрессоры и турбокомпрессоры.

В поршневых повышение давления происходит из-за уменьшения объема замкнутого пространства, в котором находится газ, за счет перемещения стенки (например, поршня в цилиндре). При сжатии газ практически неподвижен, силы инерции в нем не проявляются (статическое сжатие). Характерной особенностью этих компрессоров является периодичность рабочего процесса.

В турбокомпрессорах сжатие происходит вследствие использования сил инерции потока газа. Преобразование энергии в турбокомпрессорах можно условно разделить на два этапа: на первом — газу сообщается кинетическая энергия (например, вращающимся лопаточным аппаратом), а на втором — поток газа тормозится и его кинетическая энергия преобразуется в потенциальную (в диффузоре). Оба этапа могут совершаться одновременно. Характерной особенностью этих турбокомпрессоров является непрерывность рабочего процесса.

Видео:Как работает центробежный газовый компрессорСкачать

Следует заметить, что получение сжатых газов является весьма энергоемким производством. Например, на многих машиностроительных заводах для привода компрессоров расходуется около 30% общих затрат энергии, а на предприятиях горнорудной промышленности еще больше.

Конструктивная схема центробежного компрессора представлена на рис. 4.1. Можно сказать, что центробежный компрессор действует аналогично центробежному насосу.

Реальный компрессорный процесс сжатия считается политропным. Работу политропного сжатия идеального газа (без учета потерь на трение) можно определить по уравнениям термодинамики в специальной литературе (погрешность составляет 2—3 %).

Рис. 4.1. Трехступенчатый центробежный компрессор:

1 — вал; 2 — диффузор; 3 — неподвижные направляющие лопатки; 4 — лабиринтовые уплотнения; 5 — концевые уплотнения; 6 — рабочее колесо; 7 — рабочие лопатки; 8 — корпус компрессора

Удельная работа L, совершаемая над потоком в реальном компрессоре, расходуется на сжатие и перемещение газа, изменение его кинетической энергии и внутренние потери.

При наличии потерь в зависимости от интенсивности внешнего охлаждения процесс сжатия в компрессоре может протекать с показателем политропы п = 1,2÷1,7, меньшим или большим показателя адиабаты.

К основным параметрам компрессора относятся подача, конечное давление, мощность на валу и КПД (относительный), так как совершенство компрессорного процесса оценивают при помощи относительных термодинамических КПД — изотермического hиз и изоэнтропного hа.

Если действительный политропный процесс в компрессоре происходит с показателем n при удельной энергии L, то изотермический и изоэнтропный КПД определяют по формулам:

где Lиз и La — удельные энергии изотермического и изоэнтропного процессов.

Видео:Как работает центробежный насос? Основные типы конструкций центробежных насосовСкачать

Центробежные и осевые компрессоры (с неинтенсивным охлаждением) оцениваются при помощи изоэнтропного КПД hа. Это объясняется тем, что для компрессоров этого типа изоэнтропный процесс является эталонным и наиболее совершенным.

Подачей называется количество газа (воздуха), подаваемого компрессором в единицу времени. Различают массовую т, кг/с, и объемную Q, м 3 /с, подачи. В характеристиках машины обычно указывается объемная подача, отнесенная к условиям всасывания либо к нормальным условиям по ГОСТ 2939—63 (tн = 20 °С, рн = 101,325 кПа). Давление р, развиваемое компрессором, можно рассматривать как энергию, сообщаемую одному кубическому метру газа (1 Дж/м 3 = 1 Н. м/м 3 = 1 Па).

Мощность на валу центробежного компрессора для одной ступени, кВт,

где r — плотность газа (воздуха), кг/м 3 ; Lа — удельная энергия изоэнтропного процесса сжатия, Дж/кг; hа= 0,8÷0,9; hмех= 0,96÷0,98 — механический КПД.

Мощность многоступенчатого компрессора представляет собой сумму мощностей отдельных ступеней.

Характеристиками центробежных компрессоров называются графически изображенные зависимости: р = f1(Q), Nв= f2(Q) и hк= f3(Q). Наиболее важной из них является зависимость между давлением (удельной работой) и подачей р = f1(Q).

Центробежные компрессоры выполняются с большим разнообразием схем и конструкций проточной части, отдельных узлов и деталей. Их изготовляют одноступенчатыми и многоступенчатыми. Повышение давления, создаваемого одной ступенью центробежного компрессора, ограничивается аэродинамической прочностью рабочего колеса. Поэтому для достижения требуемого конечного давления применяются многоступенчатые компрессоры. В современных центробежных компрессорах в зависимости от требуемого конечного давления в одном корпусе размещают шесть— восемь ступеней. Многоступенчатые центробежные компрессоры могут иметь промежуточные теплообменники (охладители). После сжатия в секции, состоящей из одной—трех неохлаждаемых ступеней, газ охлаждается в теплообменнике (рис. 4.2).

Центробежные компрессоры общего назначения выпускаются с подачей 1,66; 4,166 и 8,33 м 3 /с,

для кислородных блоков — 15 м 3 /с и выше, для доменных печей — от 50 до 200 м 3 /с. В отдельных случаях производят компрессоры с малой подачей 1,0—1,5 м 3 /с (для нефтехимии и др.). Компрессоры с подачей более 50 м 3 /с имеют в основном паротурбинный привод.

Рис. 4.2. Схема трехсекционного шестиступенчатого центробежного компрессора:

Видео:Курс ""Турбомашины" Глава 3.2 Рабочий процесс центробежного компрессора. ч. 1 (лектор Батурин О.В.)Скачать

1 — компрессор; 2 — редуктор; 3 — привод; 4 — охладитель II секции; 5 — охладитель I секции

Компрессоры со средней и высокой подачей большей частью выпускаются с разъемом корпуса в горизонтальной плоскости по аналогии с современными паровыми турбинами. Диффузоры и обратные направляющие аппараты составляют одно целое с корпусом или же, что встречается чаще, они размещаются на диафрагмах, плотно вставленных в корпус. Диафрагмы также имеют разъем в горизонтальной плоскости.

Все центробежные компрессоры, как правило, многоступенчатые. Охлаждение корпуса компрессора улучшает его энергетические характеристики.

На рис. 4.3 представлено устройство широко распространенного в промышленности воздушного компрессора К-250-61-1. Компрессор шестиступенчатый, трехсекционный, имеет корпус с горизонтальным разъемом. Все подводящие и отводящие патрубки отлиты как одно целое с нижней половиной корпуса. Диффузоры компрессора канального типа имеют горизонтальный разъем и плотно вставлены в корпус. Привод компрессора электрический и соединен с компрессором через повышающий редуктор.

Регулирование подачи компрессора производят следующими способами: изменением частоты вращения вала, закруткой потока перед рабочим колесом и дросселированием потока на всасывании или нагнетании.

Характеристики турбокомпрессоров и воздуходувок отечественных и зарубежных производителей приведены в табл. 4.1—4.5.

Рис. 4.3. Воздушный компрессор К-250-61-1:

а — 1 — рабочее колесо I секции; 2 — диффузор канального типа первого колеса; 3 — рабочее колесо II секции; 4 — рабочее колесо III секции; 5 — думмис; б — характеристики компрессора при tн = 20 °С; п = 11230 мин –1

Таблица 4.1. Технические характеристики центробежных компрессоров ТКА

источники:

https://evakuatorinfo.ru/tsentrobezhnyy-kompressor-tehnicheskie-harakteristiki