Перемещение и сжатие газов

Дата добавления: 2014-07-19 | Просмотров: 2184

7.1. Классификация машин для перемещения и сжатия газов

На предприятиях химической промышленности и при уничтожении химического оружия значительные количества газов и их смесей часто подвергаются переработке. Сжатие газов используют для перемещения их по трубопроводам и аппаратам, создания вакуума. Сжатые газы применяют для перемешивания, распыления жидкостей, создания подпора в аппаратах, обеспечения безопасного проведения технологического процесса и т. д.

Машины, предназначенные для перемещения и сжатия газов, называют компрессорными машинами.

Поскольку газы являются сжимаемыми средами, то при их перемещении изменяется не только объем, но давление и температура.

В зависимости от величины отношения давлений на выходе р₂ и входе р₁, называемой степенью сжатия, машины для перемещения и сжатия газа разделяются на следующие группы:

1. Машины низкого давления – вентиляторы, применяемые для перемещения больших количеств газа, для которых отношение Р₂/Р₁ = 1,1. Они создают избыточное давление до 0,01 МПа (до 1000 мм вод. ст.).

2. Машины среднего давления – газодувки, применяемые для перемещения газов при относительно высоком сопротивлении газопроводной сети, степень сжатия которых находится в пределах (1,1 < Р₂/Р₁ < 3,0). Они создают избыточное давление, равное 0,01 – 0,3 МПа.

3. Машины высокого давления – компрессоры, применяемые для создания высокого давления до 10² МПа и более.

4. Вакуум-насосы – компрессорные машины, применяемые для отсасывания (создания разрежения) газов при давлении ниже атмосферного. Разрежение – более 0,05 МПа.

В качестве вакуум-насосов используются компрессорные машины, в которых всасывание производится при давлениях ниже атмосферного, а нагнетание – выше атмосферного.

Компрессорные машины по принципу действия делятся на поршневые, ротационные, центробежные и осевые.

В поршневых компрессорах сжатие газа происходит в результате уменьшения объема газа в цилиндре при возвратно-поступательном движении поршня.

В ротационных компрессорах сжатие газа происходит за счет уменьшения объема, в котором заключен газ, при вращении эксцентрично расположенного ротора с выдвижными лопастями.

В центробежных машинах энергия передается потоку газа силовым воздействием лопаток рабочего колеса, в результате чего происходит сжатие и повышение кинетической энергии газа. Эта энергия преобразуется в давление в нагнетательном трубопроводе.

В осевых компрессорах газ сжимается при движении его вдоль оси рабочего колеса и направляющего аппарата.

Для получения глубокого вакуума применяют поршневые и ротационные вакуум-насосы.

Принципы действия компрессорных машин незначительно отличаются от соответствующих насосов. В основном разница заключается в том, что в процессе перемещения и сжатия газ изменяет свои объем и температуру, что и влияет на особенности их устройства.

В химической промышленности наибольшее распространение получили поршневые и центробежные компрессорные машины.

7.2. Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры применяются для сжатия газов до высоких давлений (до 100 МПа) при невысокой производительности до 10000 м³/ч.

7.2.1. Одноступенчатые компрессоры

Одноступенчатые компрессоры служат для подачи больших количеств газа при небольших давлениях 0,5 – 0,7 МПа. По конструкции они могут быть одинарного, двойного действия, а также одно- или многоцилиндровыми. Принципиальная схема поршневого компрессора представлена на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема одноступенчатого поршневого

компрессора одинарного действия

Общее устройство и принцип действия одноступенчатого поршневого компрессора одинарного действия

Компрессор состоит из цилиндра, в котором передвигается поршень, снабженный уплотнительными поршневыми кольцами. Поршень соединен шатуном с коленчатым валом компрессора через кривошип и совершает возвратно-поступательное движение. При движении поршня слева направо в цилиндре компрессора создается разрежение. Под действием давления окружающей среды открывается всасывающий клапан и цилиндр заполняется газом, подлежащим сжатию. При движении поршня справа налево всасывающий клапан закрывается, и поршень сжимает находящийся в цилиндре газ. Вблизи ВМТ, когда внутри цилиндра будет давление несколько выше давления в газопроводе, открывается нагнетательный клапан, соединяющий рабочее пространство цилиндра с газопроводом. Сжатый газ из цилиндра выталкивается и нагнетается в газопровод, из которого поступает потребителю.

В компрессорах одинарного действия газ сжимается одной стороной поршня, а процессы всасывания, сжатия и нагнетания совершаются только один раз за два хода поршня или за один оборот вала.

Пространство между поршнем, находящимся в ВМТ, и крышкой цилиндра называется вредным пространством; величина его всегда выражается в долях от полного объема, проходимого поршнем за один ход, и зависит не только от расстояния между поршнем в верхнем мертвом положении и крышкой, но и от конструкции и расположения клапанов машины. Вредное пространство ограничивает предельную степень сжатия одноступенчатого компрессора, так как в нем остается сжатый газ. При движении поршня вправо сжатый газ должен сначала расшириться до давления всасывания, что уменьшает объем всасываемого газа и степень сжатия.

Одноступенчатые компрессоры одинарного действия служат для подачи газа или воздуха при сравнительно небольших давлениях 0,5 – 0,7 МПа. По своей конструкции они могут быть с горизонтально или вертикально расположенными цилиндрами.