Техническа криогеника - Курс

Въведение

Общото предназначение на компресора е да транспортира и/или да увеличи налягането на газовия поток. Газовете преминават през тръби от високо налягане до ниско налягане, така че изместването или транспортирането на газ изисква първоначалното му налягане да бъде по-високо от крайното налягане. Газовете също се компресират, за да се улеснят предпочитани химични реакции при високо налягане. Има два основни типа компресия: динамично компресиране и обемно компресиране. Динамичното компресиране генерира налягане чрез трансформиране на кинетичната енергия на газовия поток в налягане. Обемната компресия генерира налягане чрез непрекъснато намаляване на обема, наличен за газовия поток.

Принципи на компресия на газ

Когато газът се компресира, от входното налягане P1 до изходното налягане P2, обемът намалява от V1 до V2 и температурата се увеличава от T1 до T2 (Фигура 1).

В конвенционален газов компресор обемът се намалява (което трябва да доведе до лек спад на температурата) и налягането се увеличава (което трябва да доведе до значително повишаване на температурата). Тъй като повишаването на налягането има по-голям ефект върху температурата, отколкото намаляване на обема, газът трябва да излезе от компресора при по-висока температура. Полученото повишаване на температурата се нарича компресионна топлина.

Функцията на компресора е да повишава налягането на въздуха или газа.

Вид компресия

Има два основни типа компресори:

Обемни компресори

Динамични компресори

Класификация на компресора

ОБЕМ	КОМПРЕСОРИ	ДИНАМИЧНИ
АЛТЕРНАТИВЕН	МЕМБРАНЕН БУТАЛ	ЦЕНТРИФУГАЛЕН ОСЕН ЕЖЕКТОР
РОТАЦИЯ	ТЕЧЕН ПЪЛН Остриета ФИЛЕ

Обемна компресия

Буталният/бутален компресор е обемен компресор. Всмукването, компресията и отвеждането на течност (газ) се постига чрез преместване на буталата и задействане на управляващите клапани. Тези компресори обикновено се използват за високо хидростатично налягане/ниски дебити. Фигура 6 показва едностепенния компресор и двустепенния компресор.

По време на фазата на всмукване клапаните за контрол на всмукване се отварят и буталото се спуска. По време на фазата на компресия всички контролни клапани са затворени и буталото се повдига. Във фазата на отработените газове клапаните за контрол на отработените газове се отварят.

Буталните компресори са компресори с положително изместване, при които компресионно-преместващият елемент е бутално бутало (трептящо „напред-назад“) вътре в цилиндър. Този тип компресор се характеризира със своите самоходни бутала, задвижвани от свързващите щанги (задвижващи щанги) на коляновия вал, като компресията се извършва в горната част на буталото, при всяко завъртане на коляновия вал. Буталният компресор осигурява пулсиращ газов поток. Импулсните амортисьори обикновено могат да отстранят този недостатък (Фигура 2).

Разположение на цилиндрите

Повечето стандартни проекти използват стил W, вертикален V, редови или полурадиален цилиндър (Фигура 3).

Описание на технологията и оборудването

клапани

Както входящите, така и изходните клапани за едностепенни компресори са от автоматичен тип налягане, които се отварят и затварят при малка разлика в налягането. За да се осигури бързо действие, елементите на клапаните са с леко тегло и пропорционални на ниско налягане. Тъй като клапаните се отварят, нарастващото налягане на пружината минимизира силите на удара върху елементите на клапаните и също така намалява нивото на шума. Всеки клапан трябва да се отваря и затваря веднъж за всяко завъртане на коляновия вал. Клапаните в компресор, работещ при 700 оборота в минута, ще се отварят и затварят 42 000 пъти на час, над 1 000 000 пъти на ден и 367 920 000 пъти годишно. Клапите имат по-малко от 1/10 от секундата, за да се отворят и да позволят на газта да влезе и след това да се затворят. Всеки клапан трябва да прави това с минимално съпротивление, в противен случай мощността ще бъде загубена.
Има четири основни конструкции на клапаните, използвани в различни компресори. Това са:

бутонен клапан,
възвратен клапан,
канален клапан,
кръгов пръстен.

Бутонен клапан

Назъбен клапан (с канал)

Обратен клапан/амортисьор

Кръгов пръстен или дисков клапан

Системи за уплътняване на бутални компресори

Принципът на лабиринта се отнася до изключително малко свободно пространство между уплътняващия елемент и противоположната страна, което създава пренебрежимо механично триене. Цилиндърът или цилиндрите на компресора са разположени вертикално над коляновия вал. Компресията се извършва в среда без масло.

Техниката на лабиринтно запечатване се използва в приложения, при които не се допускат смазки в цилиндъра и където не се приемат абразивни частици в технологичния газ. Това важи за компресията на кислород, където безопасността е от първостепенно значение.

Фигури 6 и 7 илюстрират как работи уплътнението на лабиринта. Фигура 6 показва безмасления сектор на компресора.

Лабиринтното уплътнение (Фигура 7) има голям брой точки на удушаване (затваряне) [3] и обемни камери [4], подредени последователно. Всяка точка на удушаване [3] действа като изключително малък отвор, в който енергията на налягането се трансформира в кинетична енергия. Последователните обемни камери [4] намаляват скоростта на газа и превръщат кинетичната енергия в топлинна и вихрова енергия.

Ротационни компресори с течен пръстен са машини, в които вода или друга течност се използва във въртящ се елемент за преместване на флуида (Фигура 7).
Термодинамичната ефективност на този тип компресор е ниска. По-голямата част от необходимата енергия се изразходва от циркулацията на водата. Поради тази причина тези машини се използват само за опасни газове или ниски потоци, в приложения, при които консумацията на енергия е вторична.

Лопатовите компресори или лопаточните компресори са машини, при които надлъжните лопатки се плъзгат в радиална посока, в ротор, чиято ос е извън центъра (ексцентрична) по отношение на оста на цилиндъра.
Всеки компресор има ексцентрично монтиран ротор вътре в охладителната риза. Роторът е снабден с лопатки, които могат свободно да се движат радиално във и извън слотовете (жлебове). Лопатките се изтласкват към стената на цилиндъра чрез центробежна сила и течността (газът) се компресира, когато роторът се върти.

Вкоренява ротационни компресори са машини, при които два лопатни ротора, взаимно адаптирани, се въртят в цилиндър. Даден обем течност се въвежда в точка 1. Този обем се прехвърля в точка 2 без компресия. Когато обемът на течността се прехвърли в точка 3, колоната на течността от дренажа на компресора компресира течността.

Важно е да се разбере, че компресорът не се компресира, а действието на течността, разположена на изхода на компресора.

Лопатовите компресори обикновено са ограничени до приложения с нисък поток.

Динамично компресиране

Има два основни типа динамични компресори:

центробежен компресор и
компресор с аксиален поток.

Центробежен или радиален компресор тя се състои от един или повече ротори, монтирани на един вал или няколко вала.

Роторите са оборудвани с лопатки назад, в сравнение с посоката на въртене. В тези колела течността увеличава скоростта си от центъра до краищата, поради увеличаването на въртенето/радиуса на колелото. Течността преминава в дифузер (където обемът се разширява). Дифузорът е този, който кара скоростта на течността да намалява, превръщайки я в повишаване на налягането, с добра ефективност. След дифузора течността тече към следващия ротор или към междинен охладител.

Един добър начин да разберете това е да завържете камък на низ. Ако започнете да люлеете камъка с струната, над главата, камъкът ще се опита да избяга от точката, където е вързан за струната (радиална скорост). Ако камъкът удари нещо, енергията на движение, която има, ще се трансформира в енергия под налягане. Точно това се случва в центробежния компресор. Лопатките на ротора увеличават скоростта на газовите частици и се отдалечават от шахтата, достигайки радиалната скорост. Тогава газът влиза в контакт с няколко неподвижни структури на компресора, наречени дифузори или мембрани, които забавят газовите частици, което причинява повишаване на налягането. След това корпусът на компресора събира газа от дифузора и го насочва към изхода. Той също така помага да се трансформира енергията на скоростта в натиск.

Центробежните компресори могат да се състоят от един или повече етажи. Двустепенният центробежен компресор просто означава две последователно подредени компресорни колела. Първият етап на компресия на въздушен компресор постига неговия аспирационен стремеж от атмосферата. Неговата евакуация е стремежът към втория етап. Ако се желаят няколко стъпки, всяка следваща стъпка ще поеме аспирацията от предишната евакуация.

Центробежните компресори могат да бъдат два вида:

многостепенният центробежен компресор, където всеки етаж, разположен на различен вал, може да има различна скорост, или
всички ротори могат да бъдат на един и същ вал и да имат еднаква скорост за всеки етаж, както е показано на фигура 10.

съединител

Съединител е монтиран между зъбния вал на компресора и задвижващия механизъм на компресора (двигател/турбина). Въртящият момент е предназначен да се коригира за малки отклонения от коаксиалността, които могат да възникнат по време на работа на компресора. Съединителите могат да бъдат от няколко вида (със зъби, твърди, полугъвкави или мембранни).

Основните изисквания за високоефективните съединители са висок въртящ момент и висока скорост, ниско тегло и малък размер, кратък момент на конзолата (момент на превишаване) и нисък остатъчен дисбаланс. Съединителят трябва да може да предава конструктивния въртящ момент на системата при максимална непрекъсната скорост за продължителни периоди. Той трябва да може да се справи с преходните моменти на скорост и товар в условия на отклонение от коаксиалността/паралелизма и с минимално въздействие върху задвижващата система (Фигура 7).