Компрессор

устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в К. Более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2—3 раза применяют воздуходувки (См. Воздуходувка), а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. Cm.) — Вентиляторы. К. Впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в. Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером, теория осевых К. И вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского (См. Жуковский), С. А. Чаплыгина и других учёных. По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают К. Поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные. К. Также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные и др.), по создаваемому давлению рн (низкого давления — от 0,3 до 1 Мн/м2, среднего — до 10 Мн/м2 и высокого — выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам.

К. Также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N. Поршневой К. В основном состоит из рабочего цилиндра и поршня. Имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых К. Имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые К. Бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного поршневого К. 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. 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 К. Его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки К. Оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением.

При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика). Одноступенчатый К., исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до β = 7—8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые К., в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений — выше 10 Мн/м2. В поршневых К. Обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования.

Простейший из них — регулирование изменением частоты вращения вала. Ротационные К. Имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые К., имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3. Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части К. Будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части К. Объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из К. В холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод.

Корпус ротационного К. Охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного К. Обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного К. С промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м2. Принципы действия ротационного и поршневого К. В основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном К. Всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного К., в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов.

Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационного К. Осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора. Центробежный К. В основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый К. Разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного К. Частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси К.

К периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень К. И т.д. Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25—30, а у промышленных К. — 8—12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280—500 м/сек. Важной особенностью центробежных К. (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки К. Отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

Регулирование работы центробежных К. Осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др. Осевой К. Имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6. На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого К. Составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого К. Вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси К. (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени.

В некоторых конструкциях осевых К. Между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого К. Обычно равна 1,2—1,3, т. Е. Значительно ниже, чем у центробежных К., но кпд у них достигнут самый высокий из всех разновидностей К. Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых К. Осуществляется так же, как и центробежных. Осевые К. Применяют в составе газотурбинных установок (см. Газотурбинный двигатель). Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых К.

Оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях. Струйные К. По устройству и принципу действия аналогичны струйным Насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные К. Обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар. Основные типы К., их параметры и области применения показаны в табл. Типы компрессоров и их характеристика -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | Тип компрессора  | Предельные параметры | Область применения  | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Поршневой  | VВС = 2—5 м3/мин | Химическая | |  | РН = 0,3—200 Мн/м2  | промышленность, | |  | (лабораторно до 7000 Мн/м2) | холодильные установки, | |  | n = 60—1000 об/мин | питание пневматических | |  | N до 5500 квт | систем, гаражное хозяйство.

| |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Ротационный  | VВС = 0,5—300 м3/мин | Химическая | |  | РН = 0,3—1,5 Мн/м2 | промышленность, дутье в | |  | n = 300—3000 об/мин | некоторых металлургических | |  | N до 1100 квт | печах и др. | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Центробежный | VВС = 10—2000 м3/мин | Центральные компрессорные  | |  | РН = 0,2—1,2 Мн/м2 | станции в металлургической, | |  | n = 1500—10000 (до 30000) | машиностроительной, | |  | об/мин | горнорудной, | |  | N до 4400 квт (для | нефтеперерабатывающей | |  | авиационных — до десятков | промышленности  | |  | тысяч квт) | | |------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Осевой | VВС = 100—20000 м3/мин | Доменные и сталелитейные | |  | РН = 0,2—0,6 Мн/м2 | заводы, наддув поршневых | |  | n = 2500—20000 об/мин  | двигателей, газотурбинных | |  | N до 4400 квт (для | установок, авиационных | |  | авиационных — до 70000 квт) | реактивных двигателей и др.

| -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Лит. Шерстюк А. Н., Компрессоры, М.—Л., 1959. Рис В. Ф., Центробежные компрессорные машины, 2 изд., М.— Л., 1964. Френкель М. И., Поршневые компрессоры, 3 изд., Л., 1969. Центробежные компрессорные машины, М., 1969. Е. А. Квитковская. Рис. 1. Поршневой компрессор. 1 — коленчатый вал. 2 — шатун. 3 — поршень. 4 — рабочий цилиндр. 5 — крышка цилиндра. 6 — нагнетательный трубопровод. 7 — нагнетательный клапан. 9 — воздухозаборник. 9 — всасывающий клапан. 10 — труба для подвода охлаждающей воды. Рис. 2. Ротационный пластинчатый компрессор. 1 — отверстие для всасывания воздуха. 2 — ротор. 3 — пластина. 4 — корпус.

5 — холодильник. 6 и 7 — трубы для отвода и подвода охлаждающей воды. Рис. 3. Центробежный компрессор. 1 — вал. 2, 6, 8, 9, 10 и 11 — рабочие колёса. 3 и 7 — кольцевые диффузоры. 4 — обратный направляющий канал. 5 — направляющий аппарат. 12 и 13 — каналы для подвода газа из холодильников;14 — канал для всасывания газа. Рис. 4. Осевой компрессор. 1 — канал для подачи сжатого газа. 2 — корпус. 3 — канал для всасывания газа. 4 — ротор. 5 — направляющие лопатки. 6 — рабочие лопатки..