Типы и устройства насосно-компрессорного оборудования.
На производстве объединенного химического комплекса «УРАЛХИМ» (10 производств) используется основное и вспомогательное оборудование, представляющее собой насосно-компрессорное оборудование предприятия. Если рассматривать в общем предприятие «Азот», у них используется несколько типов компрессорного оборудования.
Компрессорное оборудование, используемое на предприятии, можно отнести к типам:
а) осевые компрессоры (производства слабой азотной кислоты, ГТТ- 3М). Осевой компрессор имеет ротор, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. На внутренней стенке корпуса располагаются ряды направляющих лопаток. Всасывание газа происходит через канал, а нагнетание через канал. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток.
При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (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 компрессоров между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого компрессора обычно равна 1,2-1,3, т. е. значительно ниже, чем у центробежных компрессоров, но КПД у них достигнут самый высокий из всех разновидностей компрессоров.
Рисунок 2.2.1. Осевой компрессор: 1 - канал для подачи сжатого газа;
2 - корпус; 3 - канал для всасывания газа; 4 - ротор; 5 - направляющие лопатки; 6 - рабочие лопатки.
б) центробежные компрессора (основные машины производств).
Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы.
Во время работы центробежного компрессора 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 компрессора 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 компрессора и т.д.
Рисунок 2.2.2. 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.
в) поршневые компрессора (ЦПГ/ЦРВ).
Поршневой компрессор 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 компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом.
Поршневые компрессоры 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 компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала соединённый с ним шатун сообщает поршню возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 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, воздух открывает последний и поступает в трубопровод. При сжатии газа в компрессоре его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки компрессор 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.
Одноступенчатый компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7-8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые компрессоры, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений - выше 10 Мн/м2.
В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе.
Рисунок 2.2.3 Схема поршневого компрессора: 1 - коленчатый вал;
2 - шатун; 3 - поршень; 4 - всасывающий клапан; 5 - всасывающая труба;
6 - очиститель; 7 - нагнетательный клапан; 8 - труба; 9 - водяная рубашка;
10 – цилиндр.
Существует несколько способов регулирования. Простейший из них - регулирование изменением частоты вращения вала. Основные типы компрессоров, их параметры и области применения показаны в таблице 2.2.1.
Таблица 2.2.1. Типы компрессоров и их характеристика
| Тип компрессора | Предельные параметры | Область применения |
| Поршневой | VВС = 2-5 м3/мин РН = 0,3-200 Мн/м2 (лабораторно до 7000 Мн/м2) n = 60-1000 об/мин N до 5500 квт | Химическая промышленность, холодильные установки, питание пневматических систем, гаражное хозяйство. |
| Ротационный | VВС = 0,5-300 м3/мин РН = 0,3-1,5 Мн/м2 n = 300-3000 об/мин N до 1100 квт | Химическая промышленность, дутье в некоторых металлургических печах и др. |
| Центробежный | VВС = 10-2000 м3/мин РН = 0,2-1,2 Мн/м2 n = 1500-10000 (до 30000) об/мин N до 4400 квт (для авиационных - до десятков тысяч квт) | Центральные компрессорные станции в металлургической, машиностроительной, горнорудной, нефтеперерабатывающей промышленности |
| Осевой | VВС = 100-20000 м3/мин РН = 0,2-0,6 Мн/м2 n = 2500-20000 об/мин N до 4400 квт (для авиационных - до 70000 квт) | Доменные и сталелитейные заводы, наддув поршневых двигателей, газотурбинных установок, авиационных реактивных двигателей и др. |
Общая сборка турбокомпрессора включает следующие основные этапы:
1. Сборка и центровка корпуса компрессора. Основной задачей является обеспечение правильного взаимного расположения частей корпуса по отношению к единой оси машины в пределах установленной точности. Центровку производят по специальному контрольному валу, опорами которого служат обоймы с регулируемыми по длине резьбовыми штифтами (рис. 2.2.1). Для уменьшения прогиба контрольного вала вдоль него приваривают ребра. Положение частей корпуса относительно контрольного вала контролируется по размерам а, b, c, которые не должны отличаться друг от друга более чем на 0,05 мм (рис. 2.2.4).
Рис. 2.2.4. Центровка корпуса: 1 - контрольный вал;
2 – регулировочные резьбовые штифты.
2. Пригонка фундаментных рам. Опорные поверхности фундаментных рам, на которые устанавливают корпуса подшипников, выставляют в горизонтальное положение с помощью клиновых домкратов (рис. 2.2.2). Корпус относительно одной из фундаментных рам имеет свободное осевое перемещение вследствие компенсации тепловых расширений при работе компрессора.
3. Центровка корпусов подшипников.
Эта операция выполняется только для турбокомпрессоров с отдельно выполненными корпусами подшипников. Центровку выполняют также с помощью контрольного вала.
4. Центровка и установка опорных вкладышей.
5. Пригонка и центровка диафрагм и диффузоров.
Диафрагмы устанавливают в расточки корпуса при помощи опорных штифтов, запрессованных в каждую половину корпуса (для корпусов с горизонтальным разъемом). Отверстия для штифтов сверлят на наружном диаметре диафрагмы. Центровка обеспечивается подгонкой размеров штифтов, а контроль производится также с помощью контрольного вала. При центровке диафрагм учитывают возможный прогиб ротора (во избежание замятия лабиринтных уплотнений). В конструкции диффузоров предусматривают для посадки в диафрагму посадочный поясок. Диффузоры могут также иметь радиальные и боковые штифты.
6. Установка ротора и опорно-упорного вкладыша. Ротор размещают в осевом направлении таким образом, чтобы каналы рабочих колес заняли симметричное положение относительно каналов диффузоров. Фиксация ротора в осевом положении осуществляется регулировкой опорно-упорного вкладыша. Определяют величину осевого смещения ротора, перемещая его в крайние положения при помощи рычагов.
7. Пригонка и установка уплотнений. При установке обойм лабиринтных уплотнений производится контроль взаимного расположения уплотнительных гребней относительно впадин и выступов.
8. Центровка отдельных узлов машины. Центровка привода, редукторов для создания единой линии осей валов выполняется по полумуфтам путем достижения параллельного по торцам и концентричного наружному диаметру положения полумуфт. Для центровки используются скобы различных конструкций. Замеры радиальных и осевых зазоров производят в четырех положениях при одновременном повороте полумуфт.
9. Окончательная сборка и закрытие машины. Все закладные детали вынимают, продувают сжатым воздухом, затем устанавливают обратно. Плоскости разъема смазывают мастикой и закрывают компрессор.
Общую сборку центробежных компрессоров производят на специальных участках общей сборки, куда поступают все детали и сборочные единицы в комплекции. Участки оборудованы в соответствии с выполняемой на них работой подъемно-транспортными средствами (мостовыми кранами, тельферами, консольно-поворотными кранами).
Перед сборкой поступившие детали и узлы осматривают, выявляют отсутствие дефектов и механических повреждений. Проверяют комплектность деталей для сборки. Мелкие и средние детали и сборочные единицы промывают в содовом растворе или керосине, протирают хлопчатобумажными салфетками или обдувают сжатым воздухом. Посадочные поверхности крупных деталей очищают от загрязнений или консерванта, промывают керосином и обдувают сжатым воздухом или протирают ветошью.
Проверяют наличие и состав мастик, применяемых для уплотнения стыков. Для воздушных компрессоров используют мастику, в состав которой входят свинцовые белила, сурик на вареное льняное масло.