1 – винтовой блок – здесь происходит сжатие воздуха
2 – электродвигатель – приводит винтовой блок во вращение через систему привода
3 – воздушный фильтр – служит для очистки воздуха, поступающего на сжатие в винтовой блок
4 - Регулятор всасывания – обеспечивает работу компрессора в рабочем режиме и в режиме холостого хода
5 – Масляный резервуар – первичная ступень сепарации масла
6 – Масляный сепаратор – финальная очистка воздуха от масла
7 – Клапан минимального давления - служит для защиты компрессора от падения давления в масляном резервуаре, обратный клапан – предохраняет компрессор от обратного движения воздуха
8 – воздушный радиатор – служит для охлаждения воздуха после сжатия, масляный радиатор – служит для отвода от масла тепла, образовавшегося при сжатии воздуха
9 – термостатический клапан – автоматически поддерживает температуру компрессорного масла на оптимальном уровне
10 – масляный фильтр – служит для очистки масла от загрязнений перед подачей его в винтовой блок
11 - напорный вентилятор – служит для принудительной подачи охлаждающего воздуха в корпус компрессора
12 – система управления компрессора Air Control - обеспечивает автоматическое взаимодействие вышеперечисленных компонентов.
Маслозаполненные винтовые компрессоры имеют давления сжатия на выходе от 4 до 15 бар. Объёмные расходы – от 0,5 до 70 м3/мин, они достигаются при помощи приводных двигателей мощностью от 4 до 500 КВт. Уровень шума при использовании шумоизоляции составляет от 63 до 80 Дб.
Вследствие их работы с низким уровнем вибрации винтовые компрессоры могут устанавливаться непосредственно на пол, без использования специального фундамента; благодаря хорошей шумоизоляции они также могут устанавливаться в рабочих помещениях. При установке обращайте внимание на Правила Безопасности.
Рекуперация тепла
Винтовые компрессоры зачастую используются при максимальной рабочей нагрузке (эксплуатация при 100% нагрузке). Так как около 80% тепла, выделяемом при работе маслозаполненного компрессора, поглощается маслом (температура масла составляет 85ºС), эта энергия может быть использована для нагрева воды (до 70ºС).
Безмасляные компрессоры
Безмасляные компрессоры нашли широкое применение в химической, фармацевтической и пищевой промышленности, где есть потребность в экологически чистом, лишенном примесей масла воздухе. Эти компрессоры делятся на следующие типы: безмасляные поршневые компрессоры, винтовые компрессоры сухого сжатия, компрессоры типа Рутс и многие другие. В некоторых областях, в качестве альтернативы безмасляным компрессорам, используются компрессоры, заполненные парафиновым маслом, так как оно, в отличие от минерального, нетоксично.
Винтовые компрессоры сухого сжатия
В винтовых компрессорах сухого сжатия применяются синхронизирующие шестерни для привода обоих роторов, чтобы предотвратить металлический контакт между ними. Однако из-за этого привода значительно возрастает стоимость винтового блока, отсутствует отвод тепла маслом, в результате степень сжатия в одной ступени составляет только 3,5 бар. Промежуточный охладитель и применение второй ступени позволяют увеличить степень сжатия до 10 бар. Компрессоры сухого сжатия имеют значительно меньшую производительность по сравнению с маслозаполненными агрегатами.
Водозаполненные винтовые компрессоры
Водозаполненные винтовые компрессоры являются достижением современной науки и сочетают преимущества маслозаполненных и безмасляных компрессоров: безмасляное сжатие воздуха при степени повышения давления в одной ступени до 13 бар с оптимальной производительностью.
Основной особенностью компрессоров нового поколения является замена компрессорного масла на натуральную, более экологически чистую и одновременно менее дорогостоящую жидкость – воду. Вода известна своей высокой удельной теплоёмкостью и теплопроводностью. Особенно при использовании дозированного впрыска в зону сжатия, температура в процессе сжатия не повышается более чем на 12ºС независимо от конечного давления сжатия. Последующее охлаждение произведённого сжатого воздуха больше не требуется. Циркуляционная вода должна охлаждаться в теплообменнике примерно до температуры окружающей среды. Влага, которая содержалась в сжатом воздухе, конденсируется в рефрижераторном осушителе. Если в маслозаполненных компрессорах конденсат был источником загрязнения окружающей среды, то водозаполненные компрессоры с такими же производительностями используют конденсат для пополнения контура циркуляции воды (при непрерывной эксплуатации при нормальных условиях окружающей среды). Эта непрерывная регенерация практически исключает накопление микроорганизмов в водяном контуре компрессора.
Процесс сжатия в водозаполненных винтовых компрессорах приближен к идеальному “изотермическому” сжатию. По сравнению с обычными компрессорами сухого сжатия, они способны повысить энергосбережение до 20%! К тому же тепловая нагрузка на узлы и детали компрессора минимизирована. Следовательно, система впрыска воды гарантирует высокую безопасность и надёжность в эксплуатации, что особенно важно в тяжёлых условиях работы. Кроме того исключается использование масла, образование маслосодержащего конденсата, масляных фильтров и емкостей для сбора отработанного масла – соответственно и издержки на них устраняются.
Водозаполненные винтовые блоки компрессоров производятся с использованием запатентованных поликерамических материалов и новейшего высокоточного технологического процесса. Новая система впрыска воды, также запатентованная, оптимально распыляет воду. Это гарантирует практически полный отвод тепла, образовавшегося в процессе сжатия воздуха аэрозолью воды.
Дизельные винтовые компрессоры
Дизельные компрессоры представляют собой автономный источник сжатого воздуха благодаря использованию дизельного двигателя как привода для винтового блока. Такие компрессоры обладают широким диапазоном рабочих температур. Особенно важно, что в отличии от электрических – дизельные компрессоры могут работать при отризательных температурах (до – 35 C`), в любую погоду в том числе в дождь, не боятся агрессивной среды и не требуют специальной площадки для работы.
Область применения дизельных компрессоров разнообразна:
- Дорожно-строительные работы (для отбойных молотков) – от 2 до 10 м3/мин при давлении 7-10 бар
- Пескоструйные работы (для пескоструйных установок)10-20 м3/мин при давлении 7-12 бар
- Работы по очистке поверхностей (для обработки поверхностей сухим льдом)10-12 м3/мин при давлении 10-14 бар
- Опрессовочные работы (опрессовка трубопроводов любого диаметра)8-30 м3/мин при давлении 14-34,5 бар
- Буровые работы (для буровых установок, в т.ч. для очистки бура) 8-30 м3/мин при давлении 14-34,5 бар
- Диагностика нефте-газопроводов ( 20-50 м3/мин при давлении 24-34,5 бар)
- Производство азота (Опрессовочные работы (опрессовка трубопроводов любого диаметра) 20-50 м3/мин при давлении 10-24 бар)
1.4. Описание турбокомпрессора и элементов конструкции
Компрессор представляет собой многоступенчатый воздушный центробежный компрессор с внутренним зубчатым приводом, который приводится в действие электродвигателем. Каждая ступень сжатия состоит из рабочего колеса - импеллера, диффузора, и кожуха (улитки). Воздух всасывается через входной фильтр и подается на первую ступень сжатия через входной регулирующий аппарат. Между всеми ступенями сжатия помещаются промежуточные охладители. Дожатый третьей ступенью воздух подается в концевой охладитель и далее - потребителю. В трубопроводе нагнетания установлен контрольный клапан для предотвращения обратного потока сжатого воздуха из системы при остановке/разгрузке компрессора. Избыток сжатого воздуха сбрасывается клапаном продувки (сбросным клапаном) через глушитель.
Входной воздушный фильтр служит для предотвращения попадания в рабочую часть компрессора твердых частиц и пыли.
Р абочее колесо - импеллер
Импеллер при вращении забирает воздух в свои осевые каналы и передает энергию газу посредством его ускорения в радиальном направлении в этих каналах от вершины рабочего колеса. В компрессоре используется импеллер с лопатками обратной закрутки, что обеспечивает широкий диапазон характеристик потока.
Промежуточные теплообменники
Т еплообменники служат для охлаждения воздуха после каждой ступени сжатия для повышения эффективности работы турбокомпрессора.
Преимущества турбокомпрессоров
Не требуется дополнительного оборудования для очистки воздуха от масла!!
Чистый воздух на выходе
Широкий диапазон регулирования производительности
Отсутствие пульсаций
Низкий уровень шума и отсутствие вибрации
Высокая эффективность
Как правило, турбокомпрессоры стоят дороже винтовых аналогов. Однако, эксплуатационные расходы для турбокомпрессоров настолько малы, что по накопленной стоимости они сравниваются менее чем за год работы.
Часть 2
ПРИНЦИПЫ СЖАТИЯ ВОЗДУХА
2.1. Классификация по степени сжатия и области применения компрессоров в технологии сжатия воздуха
Диапазон низких давлений (4 – 15 бар)
Для сжатия воздуха в диапазоне низких давлений используются преимущественно одно- и двухступенчатые поршневые компрессоры и одноступенчатые маслонаполненные винтовые компрессоры. Все области применения приведены в описаниях этих компрессоров.
Диапазон средних давлений (10 – 44 бар)
В диапазоне средних давлений, в основном используются двух- или трёхступенчатые поршневые компрессоры; для больших значений производительности оптимальным решением являются двухступенчатые винтовые компрессоры. Воздух среднего давления необходим для пуска основных и/или вспомогательных судовых дизельных двигателей, генераторов на дизельных электростанциях. Сжатый до 30-40 бар воздух используется в промышленности, например, для испытания изделий на герметичность и прочность, а также для производства полимерной тары (т.е. в ПЭТ индустрии).
Диапазон высоких давлений (40 - 420 бар)
В диапазоне высоких давлений, используются многоступенчатые поршневые компрессоры или родственные им мембранные компрессоры (кроме турбокомпрессоров для очень больших производительностей). Применение компрессоров высокого давления чрезвычайно многообразно. Высокое давление необходимо в большинстве областей использования для хранения больших объемов сжатого воздуха в максимально малых емкостях. Например, для получения и хранения атмосферного воздуха в сосудах под давлением 225 и 330 бар, которые используют аквалангисты, профессиональные водолазы, спасатели и пожарные.
Компрессоры высокого давления используются для гидроэлектростанций, прочих электростанций, прокатных станов, в нефтяной и газовой промышленности, испытаний под давлением и проверок на герметичность, авиационной и судостроительной промышленности, а также для нужд военно-морского флота.
Применение сжатого воздуха высокого давления в сочетании с высокой температурой создает оптимальные условия при покраске изделий свинецсодержащими красками. В металлургии при удалении окалины сжатый воздух управляет струей воды под высоким давлением. В гидрометаллургии сжатый воздух применяется в автоклавном производстве никеля, вольфрама.
Компрессоры высокого давления применяются при разведке, освоении, эксплуатации и обслуживании месторождений, при строительстве новых и модернизации существующих объектов нефтяной и газовой промышленности, при обучении технического персонала по эксплуатации трубопроводных систем. Сжатый воздух применяется для продувки и осушки трубопроводов, при ремонтных работах на действующих, а также при сварочных работах на новых трубопроводах, когда необходимо обеспечить герметичность швов.
В автомобилестроении сжатый воздух применяется для испытания под давлением фитингов, клапанов и гидравлических шлангов тормозных систем (ABS, ASR, ESP). Сжатый воздух обеспечивает движение скользящих транспортеров, на которых устанавливают автомобили при проведении крэш-тестов. Воздух высокого давления незаменим в индустрии пластмасс при формовке объемных полимерных деталей.
На распределительных трансформаторных подстанциях компрессоры высокого давления (100-420 бар) используется для активации электрических переключателей, с помощью которых регулируется подача электроэнергии, передаваемой с подстанции конечным потребителям. Сухой сжатый воздух используется для изоляции силовых переключателей от окружающего воздуха высокой влажности. Сжатый воздух за доли секунды гасит высоковольтную дугу в высоковольтных размыкателях.
На ГРЭС, ТЭЦ сжатый воздух применяют для вентиляции и очистки хранилищ сырья от угольной пыли, очистки котельных от сажи, образующейся при сжигании углеводородного топлива, очистки от нагара внутренней поверхности дымовых труб. Сжатый воздух применяется для пуска и остановки турбин, охлаждения отработавшего в турбине ГРЭС водяного пара. На ГЭС сжатый до 40-70 бар воздух в сочетании с гидравликой позволяет корректировать мощность, выдаваемую гидротурбинами. Корректировка обеспечивается изменением положения лопастей рабочего колеса и направляющего аппарата, изменением сечения сопел гидротурбин.
Рис. 7: Четырёхступенчатый компрессор высокого давления с водяным охлаждением для военно-морского флота, разработанный компанией Sauer.
Сжатый воздух находит широкое применение на борту современных кораблей и судов. Воздух высокого давления (100-350 бар) используется для заправки баллонов дыхательных аппаратов и при геофизическом сейсмопрофилировании шельфа. На рис. 7 изображён четырёхступенчатый компрессор для военно-морского флота с объёмным расходом 160 м3/ч при конечном давлении 350 бар и скорости вращения коленчатого вала 1800 об/мин. Благодаря звездообразному расположению цилиндров и балансировке кривошипно-шатунного механизма, вибрации компрессора в процессе эксплуатации практически отсутствуют.
2.2. Организация управления компрессора
Блок управления компрессора предназначен для производства сжатого воздуха с параметрами необходимыми его потребителю. Существует три типа блоков управления: блоки управления пуском/остановкой компрессора, блоки управления нагрузкой компрессора и блоки управления задержкой холостого хода.
Блок управления пуском/остановкой
Переключение режимов работы компрессора на различные уровни давления осуществляется при помощи реле давления. Рабочее давление компрессора повышается до достижения верхней границы заданного диапазона давления (давления выключения). Затем реле давления выключает компрессор. Вследствие потребления сжатого воздуха в линии давление в линии нагнетания снова снижается. Когда значение давления в линии нагнетания достигнет нижнего предела заданного диапазона давления (давления включения), реле давления запускает компрессор для производства сжатого воздуха (см. рис. 8).
Давление выключения
Периоды снижения давления включения
Давление включения
Рис. 8: Блок управления пуском/остановкой
Блок управления нагрузкой
Блок управления этого типа переключает компрессор в режим холостого хода при достижении верхней границы заданного диапазона давления. Он продолжает работать в режиме холостого хода, не вырабатывая сжатого воздуха. Работа в режиме холостого хода продолжается до достижения нижней границы заданного диапазона давления, после чего компрессор снова выходит на нагрузку и начинает вырабатывать сжатый воздух. При работе компрессора на холостом ходу ограничивается число включений электродвигателя, и тепло, выделившееся в процессе сжатия, отводится более эффективно (см. рис. 9).
Рис. 9: Блок управления нагрузкой
|
