Компрессорами называются машины, предназначенные для сжатия и
перемещения воздуха и газа. Широкому использованию воздуха как
энергоносителя способствовали его особые свойства: упругость,
прозрачность, безвредность, огнебезопас-ность, неспособность к
конденсации, быстрая передача давления и неограниченный запас в природе.
Высокая стоимость производства и значительные потери при
транспортировании к местам потребления (утечки через неплотности
трубопроводов, предохранительной арматуры и пневмомеханизмов)—недостатки
его. как энергоносителя.
Сжатый газ — аккумулятор энергии, которая может расходоваться для
привода в движение различных машин и механизмов. Так используется сжатый
воздух в пневматических молотах, для привода пневматических инструментов
в горном и строительном деле, для привода в движение механических
пневматических тормозов. Во взрывоопасных шахтах сжатый воздух
применяется для привода в движение грузоподъемных средств, а также для
работы приборов и автоматизации производственных процессов. В этих
случаях работа компрессоров связана с получением энергоносителя. Пример
ипользования сжатого воздуха как энергоносителя — применение его в
эжекторах для перемещения различных жидкостей, а также для создания
разрежения в технологических аппаратах. Компрессоры, предназначенные для
этой цели, должны поддерживать давление в воздухораспределительной сети
на определенном заданном уровне.
Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры относятся к разряду компрессоров объемного
действия, в которых процесс сжатия и перемещения воздуха происходит в
замкнутом пространстве за счет изменения его объема. В поршневых
компрессорах таким пространством является рабочий цилиндр, а органом,
воздействующим на воздух с целыо изменения его объема,— поршень.
Принципиальная схема поршневого компрессора приведена на рис. V.11.
Основные узлы его: рабочий цилиндр 1; поршень 2; приемный рабочий клапан
3 — распределительный орган на входе воздуха в компрессор;
нагнетательный рабочий клапан 4 — распределительный орган на выходе
сжатого воздуха из цилиндра в напорный трубопровод. Кривошипно-шатунная
система, состоящая из штока 5, крейцкопфа 6, шатуна 7 кривошипа 8,
служит для преобразования вращательного движения привода в
возвратно-поступательное движение поршня.
Расстояние между двумя крайними положениями поршня (плоскости А-г-А и В—
В), в которых его скорость Vrt=0, называется ходом поршня S.
Работа поршневого компрессора сводится к следующему. При движении поршня
2 вправо увеличивающийся объем рабочего цилиндра заполняется воздухом,
поступающим через открытый приемный клапан 3 из приемного трубопровода.
Этот процесс называется процессом всасывания. По достижении поршнем
плоскости В—В клапан 3 закрывается. Начало движения поршня влево
совпадает с началом процесса сжатия, который заканчивается в момент,
когда рабочие параметры воздуха достигнут значений, соответствующих
условиям нагнетания. Процесс сжатия заканчивается при достижении поршнем
плоскости С—С. В этом положении открывается нагнетательный клапан 4,
происходит процесс нагнетания, т. е. вытеснение воздуха поршнем в
напорный трубопровод. С началом движения вправо нагнетательный клапан
закрывается, параметры воздуха изменяются до значений, соответствующих
условиям всасывания, после чего опять начинается процесс всасывания.
Комплекс процессов всасывания, сжатия и нагнетания составляет цикл
работы поршневого компрессора.
Рабочие цилиндры компрессоров различаются по типу, расположению в
пространстве и сочетанию этих признаков. Принципиальные схемы устройств
и некоторые признаки позволяют классифицировать компрессорные машины
следующим образом.
Рис. V. 11. Схема поршневого компрессора
простого действия
1. По развиваемому давлению:
воздуходувки — машины, сжимающие воздух до избыточного давления р — 0,2
МПа;
компрессоры — машины, сжимающие воздух до избыточного давления р>0,2
МПа, в свою очередь компрессоры делятся на три группы в зависимости от
давления нагнетания: низкого (р<=0,2----1 МПа); среднего (р= 1 + 10
МПа); высокого (р= 10----300 МПа).
2. По пазвиваемой подаче:
малые компрессоры с подачей до 0,015 м3/с; средние
компрессоры с подачей 0,015—1,5 м3/с; крупные компрессоры с подачей
свыше 1,5 м3/с.
Следует отметить, что поршневые компрессоры, как правило, относятся к
разряду только мелких и средних компрессорных машин.
3. По способу установки: стационарные; передвижные.
На предприятиях горнорудной промышленности используются в основном
стационарные компрессоры, установленные па фундаментных основаниях, а в
геологоразведочных организациях — передвижные.
4. По расположению рабочих органов (штоков, поршней, валов рабочих колес
и др.):
горизонтальные;
вертикальные;
наклонные.
5. По принципу действия:
с цилиндрами простого действия (рис. V.12, д); с цилиндрами двойного
действия (рис. V.12, а);
с дифференциальным цилиндром (рис. V.12, б); используется только в
многоступенчатых компрессорах.
6. По числу ступеней: одноступенчатые (см. рис. V. 11); двухступенчатые
(рис. V.12,б, г, е, ж, з); трехступенчатые (рис. V.12, в) и с большим
числом ступеней.
В современных компрессорах число ступеней не превышает обычно семи.
7. По числу цилиндров:
одноцилиндровые (ом. рис. V.11, рис. V.12, а, б);
двухцилиндровые (рис. V.12, в, е, ж, з, г); трехцилиндровые (рис. V.12,
а) и с большим числом ступеней.
На рис. V.12, г изображена схема одноступенчатого двухцилиндрового
компрессора, а на рис. V.12, д —двухступенчатого трехцилиндрового.
8. По числу рядов, в которых располагаются цилиндры: однорядные (рис.
V.12, ж)
двухрядные (рис. V. 12, г);
многорядные.
9. По ориентации цилиндров в плоскости:
угловые (рис. V.12, е)\ и с V-образным расположением (рис. V.12, д).
10. Компрессоры со встречным (оппозитным) движением поршней (рис. V.12,
з).
Кроме того, известны компрессоры с водяным и воздушным охлаждением.
Водяное охлаждение применяется в основном па компрессорах с большой
подачей.
Рис. V.12. Схемы поршневых компрессоров:
сплошные линии — движение воздуха при прямом ходе поршня, пунктирные
линии движение воздуха при обратном ходе поршня, I, II, III — номера
ступеней
Рудничные компрессорные станции оборудованы
воздушными поршневыми компрессорами различных конструкций. Наряду с
современными двухступенчатыми угловыми компрессорами типа ВП с подачей
до 100 м3/мин и горизонтальными компрессорами с онозитивным движением
поршней 4ВМ10 с подачей также 100 м3/мин в эксплуатации находятся машины
старого выпуска — вертикальные двухступенчатые компрессоры простого и
двойного действия, горизонтальные компрессоры 1ВГ, 2ВГ и 55В с подачей
60 и 100 м3/мин и др.
У современных угловых крейцкопфных компрессоров типа ВП с подачей 10—100
м3/мин цилиндры высокого давления расположены под прямым углом но
отношению к цилиндрам низкого давления. Такая конструкция позволила
повысить частоту вращения вала приводного электродвигателя и достичь
уравновешенности инерционных масс. Угловые компрессоры по сравнению с
горизонтальными более экономичны и надежны в работе, занимают меньшую
площадь.
В табл. V.18 приведена техническая характеристика некоторых современных
отечественных стационарных поршневых воздушных компрессоров, применяемых
на шахтах и рудниках.
Поршневые воздушные компрессоры общего назначения (рис. V.13) имеют
следующие основные конструктивные узлы: фундаментную раму 9,
закрепляемую на фундаменте 8 и являющуюся основанием для размещения
коленчатого вала 7, который укладывают на коренные подшипники, цилиндры
3 и 10 соответственно низкого и высокого давления, поршни, шатуны 6 и
крейцкопфы 5, промежуточный холодильник 1. Штоки поршней в крышке
цилиндров уплотняют сальниками. Каждый поршневой компрессор оборудован
системой механизма
движения (вкладышей, шатунов и крейцкопфов) и
цилиндров. Воздухораспределение осуществляется клапанами 4 и 2
соответственно всасывающими и нагнетательными, устанавливаемыми на
цилиндрах. Для изменения подачи компрессоры оборудуют регуляторами
производительности (давления).
Компрессор общего назначения 205ВП-30/В имеет подачу 30 м3/мин и
давление нагнетания 0,8 МПа. Буквы в его шифре обозначают: В —
воздушный, П — угловой (прямоугольный); цифры 20 — вторая модернизация
(10 — первая), 5 — сила,действующая на поршень, 30 — подача, 8 —
давление нагнетания.
Компрессорная установка состоит из компрессора с встроенным
электродвигателем, системы охлаждения, системы контроля и управления.
Цилиндры компрессора изготовляют из чугуна. В них размещены сменные
рабочие втулки из анти-фрикционного чугуна. В цилиндрах высокого
давления используются стальные гильзы, закаленные и обработанные до
высокой частоты. Клапаны — самодействующие, кольцевые, с точечными
пружинами. Штоки выполняют из углеродистой стали, с поверхностным
упрочнением, а поршни — дисковые, литые, чугунные. Для уплотнения штоков
применяются металлические сальники с плоскими уплотняющими элементами.
Холодильник I ступени выполнен в виде батареи из эллиптических труб с
ребрами из гофрированной латунной ленты и встроен в раму машины. Воздух
при охлаждении движется в межтрубном пространстве, а вода — внутри труб.
Система охлаждения — с открытым сливом. Охлаждающую воду подводят
сначала к масляному холодильнику, откуда она подается в промежуточный
холодильник, водяные рубашки цилиндров и крышки цилиндров I и II
ступеней, после чего вода поступает на слив.
Для смазки цилиндров служит масляный насос (лубрикатор), приводимый в
действие от коленчатого вала компрессора. У каждой точки подвода масла
установлен обратный клапан.
Система контроля и управления предназначена для измерения в процессе
работы компрессора его основных параметров (давления сжатого воздуха,
воды, масла, температуры этих сред и др.), сигнализации об отклонении
этих параметров от установленных нормальных значений, регулирования
подачи. В компрессоре применено двухпозиционное (100 и 60% номинальной
подачи) автоматическое регулирование подачи подключением к полостям
цилиндров дополнительных вредных пространств с помощью электромагнитных
клапанов. Компрессор снабжен пультом управления и приборами местного
контроля. Управление ручное.
Выпускаются компрессоры, не требующие смазки цилиндров. У этих
компрессоров уплотнительные элементы изготовляют из фторопластовых
композиций различного типа. Фонари таких машин отлиты заодно с
цилиндрами, штокы имеют увеличенную длину.
Рис. V. 13. Угловой поршневой компрессор
205ВП-30/8
