Машины для сжатия и перемещения газов ⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 46Следующая ⇒ Сжатие газов в химической промышленности используется для проведения химических процессов под давлением, перемещения газов, а также для создания разрежения. Машины, предназначен­ные для сжатия и перемещения газов, называют компрессорными. Отношение конечного давления р%, создаваемого компрессором, к начальному давлению р\, при котором происходит всасывание, газа, называют степенью сжатия. В зависимости от величины сте­пени сжатия различают следующие типы компрессорных машин: компрессоры, у которых 3< p 2 / pi ; газодувки, у которых l,K/?2/pi<3,0; вентиляторы, у которых Рг1р\!<\,\; вакуум-насосы, предназначенные для отсасывания газов при давлении ниже атмосферного. По принципу действия компрессорные машины делятся на поршневые, ротационные, центробежные и осевые. В поршневых машинах сжатие газа происходит при изменении объема цилиндра за счёт возвратно-поступательного движения поршня. Сжатие газа в ротационных машинах обусловлено умень­шением объема, в котором заключен газ, при вращении эксцентрично расположенного ротора. В центробежных машинах энергия пере­дается газу за счет превращения центробежной силы, создаваемой в рабочем колесе, в энергию давления в неподвижных элементах машины. В осевых машинах газ сжимается йод воздействием лопа­ток рабочего колеса. В вакуум-насосах могут быть использованы" различные принципы сжатия. Их основное отличие состоит в том, что 57 всасывание происходит при давлениях значительно ниже атмосфер-» ного, а нагнетание — при давлениях, несколько превышающих ат­мосферное. Поршневой компрессор простого действия (рис. 31) состоит из цилиндра 3, поршня 4, совершающего возвратно-поступательное, движение, и кривошипно-шатунного механизма 5. В крышке ци­линдра расположены всасывающий 1 и нагнетательный 2 клапаны. При движении слева направо, в цилиндре возникает разреже­ние и под действием давления окружающей среды открывается всасывающий клапан 1. При движении поршня справа налево дав- 3     2
		1	уЛк	1
и		4
		h	v < .	У

Рнс. Э2. Днаграм-ма сжатия газов в идеальном ком­прессоре

Рис. 31. Поршневой компрес­сор простого действия:

/ — всасывающий клапан, 2 — нагне­
тательный клапан, 3 — цилиндр, 4 —
поршень, 5 — кривошипио-шатунвый
'                 механизм

ление в цилиндре возрастает, всасывающий клапан закрывается и поршень сжимает, находящийся в цилиндре газ. Когда давление внутри цилиндра превысит давление в нагнетательной линии, от­крывается нагнетательный клапан и сжатый газ выталкивается в нагнетательную линию.

Работа поршневого компрессора может быть представлена pV-диаграммой, выражающей зависимость давления р, отклады­ваемого по оси ординат, от объема V , откладываемого по оси абс^ цисс (рис. 32). В идеальном компрессоре поршень вплотную под­ходит к крышке цилиндра и в нем отсутствуют механические и гидравлические потери. В крайнем правом положении поршня газ занимает объем V \. Двигаясь справа налево (линия /—2), пор­шень сжимает газ до объема V ₂ . и давления р%. Двигаясь до край­него левого положения, поршень выдавливает сжатый газ (линия 2—3). Линия 3—4 соответствует мгновенному падению давления до рх при начале движения поршня слева направо; далее проис­ходит процесс всасывания по линии 4—/.

В реальном компрессоре поршень не может вплотную подойти к крышке цилиндра. Между крышкой цилиндра и крайним левым положением поршня всегда имеется некоторое вредное пространст­во. Сжатый газ, находящийся во вредном пространстве, расши­ряется при ходе поршня вправо, вследствие чего засасывание но­вой порции газа начинается только с точки 4' (рис. 33). Таким

58

образом, объем засасываемого воздуха V будет меньше объема V \, описываемого поршнем.

Отношение объема газа V , засасываемого компрессором, к объему V \, описываемому поршнем, называется объемным коэф­фициентом полезного действия компрессора. Эта величина зависит от величины вредного объема и степени сжатия р%\р\ в компрес­соре.

Значительное повышение степени сжатия может привести к тому, что сжатый газ, на­ходящийся во вредном пространстве, при крайнем левом положении поршня и его хо­де вправо достигнет давления всасывания pi только к концу хода поршня, т. е. всасы­вания происходить не будет (пунктирная линия на рис. 33).

Рис. 33. Диаграмма сжа­тия газа в реальн >м компрессоре: Va — объем цилиндра, Vi — объем, описываемый порш­нем, р\ — давление всасыва­ния, pi — давление нагнета­ния

При, сжатии газа часть механической энергии превращается 'в тепловую, вследст­вие чего газ в цилиндре разогревается. Что­бы уменьшить потребляемую компрессором мощность, его цилиндр интенсивно охлаж­дают водой. Кроме того, понижение темпе­ратуры сжимаемого газа необходимо для предотвращения ' самовоспламенения- рас­пыленного и смешанного с воздухом смазоч­ного масла. При высоких давлениях сжатия и достигаемых высоких температурах мел­кие частицы масла образуют с воздухом взрывоопасные смеси. Это является^также одной из причин, по которой в одноступенчатом компрессоре конечное давление сжатого воздуха не может превы­шать 0,6—0,7 МПа или, другими словами, степень сжатия p ₂ lpi не должна быть более 6—7.

В тех случаях, когда необходимо получить газ более высокого давления, применяют многоступенчатое сжатие. На рис. 34 пред­ставлена схема двухступенчатого компрессора. Газ засасывается в цилиндр первой ступени 4, сжимается до давления примерно 0,7 МПа и поступает в холодильник 7. Затем охлажденный газ по­дается во второй цилиндр 1 меньшего объема, где сжимается еще в семь раз. Давление газа на выходе из второй ступени достигает уже примерно 4,9 МПа. При необходимости создания еще более высоких давлений применяют три, четыре, пять ступеней, также с промежуточным охлаждением газа. Так, в производстве полиэти­лена высокого давления, применяя многоступенчатое сжатие, дав­ление доводят до 150 МПа.

Ротационный компрессор (рис. 35) состоит из корпуса 2, внутри которого эксцентрично расположен ротор 3 с выдвижными лопас­тями. При вращении ротора лопасти выходят из прорезей и сколь­зят по внутренней поверхности корпуса, образуя между роторами и корпусом замкнутые камеры. В правой части корпуса в камерах создается разрежение, в результате которого через патрубок 5 в

59

них поступает газ. Благодаря эксцентричному расположению ротора при вращении его влево объем камер уменьшается, а дав­ление газа в них увеличивается. Сжатый газ нагнетается в газо­провод из левой части корпуса через патрубок /.

По сравнению с поршневыми компрессорами ротационные име­ют меньшие размеры, присоединяются к двигателю без кривошип-но-шатунного механизма, но харак­теризуются быстрым износом плас­тин, сильным шумом при работе и более низким КПД.

Рнс. '34. Двухступенчатый ^компрессор:

/ — цилиндр высокого давления, 2, 5 — всасывающие клапаиы, 3, 6 — нагнета­тельные клапаны, 4— цилиндр низкого давления, 7 — холодильник

Рис. 35. Ротационный компрессор:

/•—нагнетательный патрубок, 2 — кор­пус, 3—ротор, 4—пластины ротора, 5 — всасывающий патрубок

Центробежные компрессоры представляют собой многоступен­чатые машины, в которых газ последовательно проходит через ра­бочие колеса, сообщающие ему кинетическую энергию, преобразу­емую в давление в каналах корпуса., Такие • машины рассчитаны на большие производительности и большие давления. Они пред­ставляют собой сложные* автоматизированные агрегаты, требую­щие специального обслуживания. Подобные машины используют в производстве аммиака.

Вентиляторы. В зависимости от величины создаваемого напора вентиляторы подразделяют на три группы: низкого давления с на­пором до 100 мм вод. ст.; среднего давления с напором 100— 300 мм вод. ст.; высокого давления с напором 300—1200 мм вод. ст.

По принципу действия вентиляторы делятся на центробежные и осевые. Центробежные вентиляторы (рис. 36, а) относятся ко второй и третьей группам, т. е. их применяют для подачи газа при относительно больших напорах. В первой группе используются осевые вентиляторы, которые обеспечивают большие производи­тельности при малых напорах.

Работа центробежного вентилятора аналогична работе центро­бежного насоса. Газ, поступающий в центральную часть рабочего колеса 3, отбрасывается к периферии, поступает в -спиралевидный канал корпуса и затем в нагнетательный трубопровод. Через вса-

60

сывающий патрубок 4 поступают новые количества газа, и венти­лятор, таким образом, работает непрерывно.

Осевой вентилятор (рис. 36, б) представляет собой корпус 2, внутри которого помещено колесо 3 с наклонно расположенными к оси вращения лопастями (пропеллером). Газ, поступающий во входное отверстие, под воздействием лопаток вращающегося коле­са перемещается в осевом направлении и выбрасывается через наг гнетательный патрубок 1.

Вентиляторы всех, типов находят широкое применение не толь­ко для перемещения газов в технологических процессах, «о и в са-нитарн.б-технических устройствах для вентилирования помещения, подачи чистого наружного воздуха, отсоса воздуха из производст­венных помещений и др.

Вакуум-насосы предназначены для создания разрежения. По конструкции различают поршневые, ротационные и струйные ва­куумные насосы. В зависимости от величиныразрежения, которое необходимо создать, вакуумные насосы выполняют из одной или нескольких ступеней. Принципиально вакуум-насосы не отличают­ся от компрессорных машин соответствующих конструкций. Одна­ко при малом значении абсолютного давления (сильного разреже­ния) объем вредного пространства в вакуум-насосах должен быть значительно меньше; чем в компрессорах.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: