Регулирование производительности компрессоров

Тема 6.11 Поршневые компрессоры.
План.
1. Назначение, классификация, устройство и принцип работы поршневых
компрессоров.
2. Передвижные компрессоры.
3. Регулирование производительности компрессоров.
4. Охлаждение сжимаемого воздуха.
1. Назначение, классификация, устройство и принцип работы поршневых
компрессоров.
Поршневые компрессоры предназначены для получения сжатого воздуха,
используемого при работе горных комбайнов, отбойных и бурильных молотков,
лебёдок, вентиляторов местного проветривания, участковых насосов и т.д.
Сжатый воздух в шахтных условиях имеет существенное преимущество –
взрывобезопасность, но по сравнению с электроэнергией он дороже и его труднее
передавать на значительные расстояния.
Поршневые компрессоры в зависимости от числа ступеней сжатия, числа
цилиндров и степени действия бывают: одно- и многоступенчатые; одно- и
многоцилиндровые: одно- и двустороннего действия. Различают компрессоры (рис. 7):
горизонтальные (рис. 7, а), горизонтальные оппозитные (рис. 7, б), вертикальные
(рис. 7, в), с прямоугольным (рис. 7, г) и о V-образным (рис. 7, д) расположением
цилиндров в вертикальной плоскости.
Рисунок 7. Расположение цилиндров двухступенчатых поршневых компрессоров.
Все компрессоры крейцкопфные, исключая последний, который является
бескрейцкопфным. На рисунке 7 показаны двухступенчатые компрессоры (I, II –
соответственно первая ступень и вторая ступень сжатия).
Компрессоры оппозитные, с прямоугольным и F-образным расположением
цилиндров наиболее компактны, экономичны и удобны в эксплуатации.
О д н о с т у п е н ч а т ы е к о м п р е с с о р ы горизонтальные обычно строятся
двустороннего
действия
одноцилиндровые
и
двухцилиндровые
на
3
производительность до 50 ÷ 80 м /мин при избыточном давлении 0,2 ÷ 0,7 МПа.
Одноступенчатые вертикальные компрессоры одноцилиндровые и многоцилиндровые
строятся одностороннего действия, быстроходные.
Д в у х с т у п е н ч а т ы е к о м п р е с с о р ы в горной промышленности получили
большое применение.
Рисунок 8. Схема четырехрядного оппозитного компрессора:
I, II – первая и вторая ступени сжатия
Компрессоры 4М10-100/8 Пензенского компрессорного завода выполняются на
оппозитной многорядной базе. Шифр компрессора: 4 – число рядов; М – многорядная
база; 10 – поршневая сила одного ряда, тс (поршневой силой называется сумма
действующих на поршень сил давления воздуха в цилиндре, сил инерции
движущихся возвратно-поступательно масс и сил трения этих масс); 100 –
производительность компрессора, м3/мин; 8 – конечное избыточное давление (0,8
МПа).
Поршневые компрессоры 4М10-100/8 и 2М10-50/8 имеют приборы и устройства
защиты. Система автоматически выполняет следующие функции: программный
дистанционный пуск и остановку компрессора, дистанционный контроль всех
основных показателей работы, предупреждающую и аварийную сигнализацию,
отключение и блокировку двигателя компрессора при отклонении от заданных
показателей.
К о м п р е с с о р ВП-10/8 с прямоугольным расположением цилиндров имеет
производительность 10 м3/мин, избыточное давление 0,8 МПа, частоту вращения вала
735 об/мин.
2. Передвижные компрессоры, применяемые в шахтных условиях, когда
потребление воздуха сравнительно невелико (например, в забое штрека при очень
крепких породах и в случае применения в очистных забоях электроэнергии), вместе с
двигателями устанавливаются на тележках для перемещения по рельсовым путям
шахты.
Передвижная шахтная воздушная компрессорная станция ШВКС-5 имеет
компрессор с V-образным расположением цилиндров. Компрессор имеет четыре
цилиндра в двух блоках. Каждый блок состоит из цилиндров первой и второй
ступеней сжатия, расположенных под углом 75° друг относительно друга. Цилиндры
с ребристой поверхностью и трубчатый промежуточный охладитель имеют
воздушное
охлаждение,
обеспечиваемое
специальным
вентилятором.
3
Производительность компрессора 5 м /мин, избыточное давление 0,7 МПа, мощность
двигателя 34 кВт при напряжении 380/660 В.
3. Регулирование производительности компрессоров производится в целях
поддержания постоянного давления сжатого воздуха у потребителей независимо от
его расхода. При работе без регулирования, если расход сжатого воздуха больше
производительности компрессоров, давление в воздухопроводной сети падает, при
обратном явлении – давление возрастает, чего нельзя допускать во избежание
нарушения нормальной работы потребителей сжатого воздуха.
Регулирование подачи сжатого воздуха в воздухопроводную сеть должно быть
автоматическим в зависимости от давления воздуха в воздухопроводной сети и может
быть осуществлено:
1) выпуском в атмосферу из воздухосборника через клапан излишнего количества
воздуха;
2) выключением компрессорного двигателя при повышении давления в
воздухопроводной сети выше требуемого;
3) регулированием производительности компрессора способом изменения частоты
вращения его вала;
4) регулированием производительности компрессора при постоянной частоте
вращения.
Регулирование по пункту 4 производится путем: а) открывания всасывающих
клапанов при нагнетательном ходе поршня; б) перепуска воздуха из полости сжатия в
полость всасывания; в) увеличения вредного пространства; г) закрывания
всасывающей трубы.
Все способы, за исключением третьего, позволяют лишь снизить подачу воздуха в
воздухопроводную сеть, и, следовательно, при них нормальная производительность
компрессора должна соответствовать максимальному расходу воздуха потребителями.
Первый способ неэкономичен, второй применяется в компрессорах небольшой
производительности, третий в компрессорах, приводимых в действие регулируемыми
двигателями, четвертый – в компрессорах большой производительности с
электродвигателями.
Преимущества поршневых компрессоров: надежность в работе, большой срок
службы и высокий к. п. д.; хорошая работа при параллельном подключении на общий
воздухопровод; способность развивать большое давление; устойчивый режим при
работе на сеть с любой характеристикой.
Недостатки поршневых компрессоров: небольшая частота вращения вала, в связи
с чем необходимы тихоходные двигатели, а при быстроходных двигателях – передача
между валами компрессора и двигателя; большие размеры и масса, требующие больших фундаментов; сравнительно ограниченная производительность; неравномерная
подача сжатого воздуха в сеть из-за возвратно-поступательного движения поршня;
наличие воздухораспределительных клапанов, которые могут нарушать работу компрессоров.
4. Охлаждение сжимаемого воздуха.
Охлаждение воздуха при его сжатии в компрессоре имеет большое, значение для
уменьшения затрачиваемой работы, а при поршневом компрессоре, кроме того, и
безопасности, так как наивысшая температура воздуха должна быть не более
допустимой температуры нагревания смазки. При недостаточном охлаждении возможен взрыв масляного нагара.
Охлаждение сжатого воздуха после выхода его из компрессора также является
важным для обеспечения надежной и безопасной работы установки. При этом от
сжатого воздуха отделяются масло и вода, в компрессоре и воздухопроводе
уменьшается образование нагара и воздух становится более сухим.
Сжимаемый воздух в поршневом компрессоре охлаждается обычно с помощью
водяной рубашки. Для этого в цилиндре предусматриваются полости, в которых
циркулирует вода (рис. 4).
Водяные рубашки, кроме того, обеспечивают: нормальные условия смазки
цилиндра и предохранение поршневых колец от пригорания (благодаря снижению
температуры стенок цилиндра); предупреждение образования на клапанах нагара
(благодаря снижению их температуры); замедление процесса разложения смазочного
масла в цилиндрах; увеличение производительности компрессора в связи с
уменьшением подогрева воздуха при всасывании.
Для охлаждения воздуха при переходе его из одной ступени сжатия в другую
применяется промежуточный охладитель 5, который состоит из трубок, помещенных
в корпус. Вода циркулирует внутри трубок, а воздух – снаружи. Воздух и вода могут
иметь одинаковое (прямоток) и противоположное (противоток) направление движения.
Охладители с противотоком позволяют нагревать воду до более высокой
температуры, т. е. улучшается использование воды. Существуют охладители со
смешанным противотоком, когда вода и воздух в одной секции охладителя движутся
в одном и том же направлении, а в другой секции – в противоположных направлениях.
Рисунок 4. Схемы двухступенчатых компрессоров:
а – двухцилиндрового; б – одноцилиндрового с дифференциальным поршнем.
Литература:
1. Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. М.: Недра, 1982 с. 160-171.