Меню

Степень сжатия насоса это



Степень сжатия насоса это

Принцип действия турбомолекулярного насоса основан на идеях, заложенных в молекулярном насосе, впервые предложенном Геде в 1913 г.

В простейшем варианте (рис. 3.5, а) молекулярный насос состоит из металлического цилиндра (ротора), вращающегося с большой скоростью внутри герметически закрытого корпуса (статора). По своей конструкции этот насос напоминает ротационный, но отличается от него тем, что в нем нет физической границы между объемами низкого и высокого вакуума.

Для молекул газа, попадающих во впускное отверстие насоса со скоростями теплового движения, довольно высока вероятность столкновения с вращающейся поверхностью ротора, в результате чего они остаются на ней некоторое время (равное времени пребывания). После отрыва от поверхности молекулы приобретают высокую скорость, направленную по касательной к вращающемуся ротору.

Таким образом, за счет импульсов, полученных при таких столкновениях, молекулы будут двигаться вслед за цилиндром в полости насоса. Для эффективной работы насоса необходимо, чтобы приобретаемая молекулой дополнительная скорость значительно превосходила скорость ее теплового движения, а длина свободного пробега молекулы была больше размеров впускного отверстия насоса, чтобы практически полностью исключить межмолекулярные столкновения. Геде показал, что в условиях свободно-молекулярного течения отношение давлений на выходе и на входе насоса (степень сжатия) определяется вьтажением

(3.1)

где w — угловая скорость вращения ротора, которая должна быть порядка 10000 об/мин, и А — константа, определяемая геометрией рабочего зазора насоса и природой газа.

Для того чтобы константа А была большой, необходимо увеличивать площадь части поверхности ротора, взаимодействующей с входящим потоком газа, но зазор между ротором и статором при этом должен быть малым. Кроме того, для обеспечения условий свободно-молекулярного течения предварительный вакуум должен быть не хуже 100 Па. В одной из разработанных конструкций (рис. 3.5, б) поверхность была увеличена за счет пазов в роторе, в которые входят перегородки, находящиеся на статоре (рис. 3.5, б). Диаметр ротора при этом составлял 5 см, а зазор между ним и статором — 0,1 мм. Несколько таких откачивающих секций, включенных последовательно, создавали общую степень сжатия по азоту 10 5 .

Быстрота откачки такого насоса относительно низкая и составляет около 10 -3 м 3 с -1 . Были предложены различные конструкции насосов этого типа, в частности насос Голвека , в кото ром использован гладкий ротор, а статор снабжен винтовыми желобками правой и левой нарезки. Ширина желобков постоянна, высота же уменьшается от средней части ротора насоса (вход) к его торцам (выход). При вращении статора молекулы откачиваемого газа перемещаются вокруг и вдоль оси насоса. Аналогичная идея использована в конструкции дискового насоса Зигбана, в котором гладкий диск вращается вплотную к поверхности статора, снабженного несколькими спиральными желобками, по которым откачивается газ.

Однако вследствие требований высокой скорости вращения и очень малых зазоров между вращающимися и неподвижными элементами насоса, а также относительно невысокой быстроты откачки, такие конструкции не выпускались в промышленных масштабах.

Ситуация изменилась в связи с идеей турбомолекулярного насоса, впервые описанной Баккером в 1958 г. Этот насос по своей конструкции напоминает многоступенчатый компрессор или паровую турбину (рис. 3.6, а). Его статор и ротор снабжены лопатками, установленными под определенными углами. Этот насос удовлетворительно функционирует при миллиметровых зазорах между лопатками статора и ротора, что позволяет назначать нежесткие допуски на его изготовление и сборку. Хотя молекулы газа движутся по окружности, в соответствии с направлением движения лопаток, откачка, в отличие от молекулярного насоса, происходит вдоль оси.

Принцип действия тур-бомолекулярного насоса проиллюстрирован на рис. 3.6, б.

Рассматривая усредненный поток молекул газа, движущихся в направлении вращающихся лопаток, можно видеть, что их средние относительные скорости будут составлять с направлением вращения довольно острый угол и они будут ударяться о кромку лопатки, как показано на рисунке. В предположении диффузного механизма рассеяния отраженных частиц молекулы, отраженные в пределах угла ?1, будут возвращаться в область 1, тогда как все молекулы, отраженные в пределах угла ?3, будут попадать в область 2. Молекулы, отразившиеся в пределах угла ?2, могут оказаться как по ту, так и по другую сторону лопаток.

В аналогичных ситуациях оказываются и молекулы, сталкивающиеся с лопаткой со стороны 2. Вероятность того, что молекулы перейдут с одной стороны лопатки ротора на другую, зависит от соотношения углов, и, как видно из рисунка, вероятность переноса молекул в область 2 намного выше вероятности обратного процесса.

Механизм переноса молекул был исследован с помощью метода Монте-Карло. Оказалось, что зависящая от скорости вращения лопатки и угла ее установки вероятность переноса молекулы из области 1 в область 2 примерно в 10—40 раз больше, чем в обратном направлении.

Однако суммарный поток газа вдоль оси ротора зависит не только от рассмотренных вероятностей, но также от перепада давлений на лопатках. Конструкция, рассчитанная на максимальную быстроту откачки, обычно характеризуется низкой степенью сжатия, и наоборот. Таким образом, приходится идти на компромисс между степенью сжатия и быстротой откачки.

Поскольку молекула, отраженная лопаткой, приобретает тангенциальную составляющую скорости в направлении движения ротора, она будет ударяться о лопатку статора под углом отражения. Но поскольку лопатки статора расположены под противоположным углом по отношению к лопаткам ротора, поток молекул газа будет ускоряться вдоль оси насоса. В реальных конструкциях используются несколько пар ротор — статор; каждая пара образует одну откачивающую ступень.

В современных насосах этого типа довольно часто несколько откачивающих ступеней на входе конструируют из расчета достижения максимальной быстроты откачки, тогда как остальные, расположенные на выходе насоса, конструируют из расчета достижения высоких степеней сжатия. Конструкция турбомолекулярного насоса, описанного Беккером и выпускаемого фирмой Arthur Pfeiffer GmbH, имеет две откачивающие секции, расположенные симметрично относительно входа (рис. 3.7).

Скорость вращения ротора зависит от размеров насоса и обычно составляет около 10 000 об/мин. Такая высокая скорость вращения создает значительные нагрузки в подшипниках, которые в связи с этим следует эффективно смазывать потоком масла и одновременно охлаждать водой. На турбомолекулярных насосах были получены почти такие же скорости откачки, как и у диффузионных насосов таких же размеров. Насосы, изготовляемые фирмой Pfeiffer, обеспечивают быстроту откачки в диапазоне 250— 15 000 м 3 ч -1 при степени сжатия 10 9 по азоту и 10 3 по водороду.

Поскольку для достижения свободномолекулярных условий течения турбомолекулярные насосы откачиваются ротационными или сорбционными насосами, возможно достижение в вакуумной системе степени разрежения ниже 10 -8 Па. В системе остаются в основном легкие газы, такие, как водород.

Поскольку максимальная степень сжатия соответствует тяжелым молекулам, пары масла из подшипников не попадают в систему, так что турбомолекулярные насосы позволяют получать вакуум, в котором отсутствуют следы углеводородов и нет необходимости использовать отражатели и ловушки, охлаждаемые жидким азотом. Однако необходимо отметить, что когда насос находится в нерабочем состоянии (не вращается), пары масла из подшипников могут попадать в вакуумную систему, поэтому должны быть приняты соответствующие меры предосторожности.

Последние конструкции турбомолекулярных насосов рассчитаны по теории Кругера и Шапиро. В этих насосах усовершенствованы лопатки, что позволило повысить их эффективность по сравнению с базовой конструкцией Беккера. Увеличение скорости вращения ротора до 42 ООО об/мин при помощи электродвигателей постоянного тока с электронным управлением позволило Остерстрему и Шапиро разработать конструкцию, обладающую десятикратной быстротой откачки (при небольшом уменьшении степени сжатия) и в два раза меньшим числом откачивающих секций по сравнению с базовой моделью такого же размера.

Миргелем предложена альтернативная конструкция, в которой ротор вращается вокруг вертикальной оси, а поток газа движется в одном направлении (в отличие от конструкции Беккера, где входящий газ разделяется на два потока, рис. 3.7). По сравнению с горизонтально расположенным ротором такой насос, выпускаемый фирмой Leybold-Heraues, обладает более компактной конструкцией (рис. 3.8).

Читайте также:  Насосы для огнезащитной обработке

Одно из преимуществ этого насоса заключается в отсутствии неравномерности нагрузок на подшипники, что могло бы привести к выдавливанию смазывающей жидкости или ее паров из привода и последующему попаданию их в вакуумную установку. Насос имеет следующие характеристики: диаметр 20 см, высота 46 см, скорость вращения статора 24000 об/мин, быстрота откачки 1332 м 3 *ч -1 .

Позже этой же фирмой была выпущена новая модель насоса с подшипниками на магнитной подвеске с целью исключения любой возможности загрязнения вакуума маслом. Подшипники этого типа имеют очень сложную конструкцию и поэтому весьма дорогие.

Хотя турбомолекулярный насос обеспечивает более высокую скорость откачки по сравнению с молекулярным насосом, последний способен достигать большей степени сжатия. Это соображение было использовано фирмой CIT-Alcatel в комбинированном варианте насоса. Конструкция этого насоса, в котором соединены оба устройства, описана в работе и схематически представлена на рис.3.9. На входе насоса расположен четырехступенчатый турбомолекулярный насос диаметром 20 см. За ним на той же самой оси размещен молекулярный насос цилиндрического типа.

Рис. 3.9 Сблокированные турбомолекуляриый и молекулярный насосы

Высокая степень сжатия позволяет осуществлять откачку до давлений ниже 10 -6 Па с выхлопом откачанного газа непосредственно в атмосферу. Однако для достижения условий свободно-молекулярного течения на входе в насос необходимо создать начальный форвакуум 10 Па.В последних конструкциях предусмотрена установка воздушного турбокомпрессора на оси ротора.

Такие турбомолекулярные насосы обеспечивают высокую быстроту откачки, высокий вакуум (до 10 -8 Па) и отсутствие загрязняющих следов масла. Рабочая часть насоса обычно может прогреваться до 10O 0 C или несколько выше; кроме того, при эксплуатации такого насоса не требуется отражателей или ловушек.

Однако эти насосы все же представляют собой прецизионные устройства, работающие при высоких скоростях вращения ротора, поэтому они весьма дороги и требуют регулярного и квалифицированного технического обслуживания. Особенно это касается проблемы износа подшипников, которые легко подвержены повреждениям от твердых частиц, способных попасть в насос. Если форвакуум создается ротационным насосом, то следует предусмотреть меры, предотвращающие попадание паров масла, хотя эта проблема для турбомолекулярного насоса не так важна, как в случае диффузионного, ввиду высокой степени сжатия для тяжелых молекул.

В последнее время турбомолекулярные насосы находят все более широкое применение, особенно в электронных микроскопах, где требуется довольно высокая производительность при полном отсутствии загрязнения маслом.

Источник

Технические характеристики турбомолекулярных насосов

Различия параметров, предоставляемых разными производителями, зависят от фактической конструкции (например конструкции лопасти, ступени ротора) ТМН.

Степень сжатия

На рис. 3 приведены кривые зависимости максимальной степени сжатия Кmax ТМН от давления для различных газов. В табл. 1 указаны типичные значения степени сжатия ТМН из каталогов различных производителей. Различия вуказанных значениях зависят от общей конструкции ТМН (диски, количество дисков, ступени дисков).

Рис. 3 Зависимости максимальной степени сжатия /fmax от форвакуум- ного давления при откачке различных газов турбомолекулярными насосами [12]: N2 азот; Не гелий; Н2 водород

Таблица 1. Значения максимальной степени сжатия Ктм типичных ТМН из каталогов различных производителей

З х10 2 . 2 х10 3

1 х 10 3 . 2 х 10 4

8 х 10 2 . 1 х 10 5

1 х 10 2 . 1 х 10 4

4 x 10 2 . 8 x 10 3

3 x 10 3 . 2 x 10 4

2 х 10 4 . 1 х 10 6

6 x 10 2 . 1 х 107

5 х 10 2 . 6 х 10 5

4 х 10 3 . З х 10 5

8 х10 7 . 1 х10 9

1 х 10 8 . ..1 х 10 9

5 х 10 6 . 1 х 10 9

2 х 10 7 . 1 х 10 10

5 х 10 7 . 1 х 10 10

Быстрота действия

На рис. 4 представлены рабочие характеристики ТМН (зависимости быстроты действия от впускного давления) для различных газов.
Маркировка модели ТМН часто включает в себя значение быстроты откачки азота, которая используется в качестве 100% величины. Эта величина сравнивается в табл. 2 с быстротой откачки Н2 и Не из каталогов различных производителей.

Рис. 4. Рабочие характеристики (зависимости быстроты действия от впускного давления) турбомолекулярных насосов для различных газов: N2 азот; Не гелий; Н2 водород; Аr аргон

Таблица 2. Относительная быстрота действия турбомолекулярных насосов из каталогов различных производителей

[11]

Предельное остаточное давление

Предельное остаточное давление ТМН, как правило, находится в пределах от 10

10 и 10-9 мм рт. ст. благодаря использованию уплотнений металлических фланцев и двухступенчатого роторного форвакуумного насоса. Парциальное давление Н2 в системе перед заполненным маслом двухступенчатым форвакуумным насосом составляет приблизительно 5×10 -7 мм рт. ст. Если значение Кmax для ТМН составляет 1000 и используя уравнение (4), можно ожидать, что предельное давление Н2 перед ТМН могло бы составлять 5×10 -10 мм рт. ст., что соответствует типичному значению предельного давления для этой комбинации насосов.
Состояние термической обработки ТМН и вид используемого уплотнительного материала оказывают влияние на предельное остаточное давление и состав остаточного газа. Для достижения только что упомянутых типичных значений предельного остаточного давления ТМН должен быть подвергнут термической обработке, а металл должен использоваться в качестве уплотнительного материала на стороне высокого вакуума для уменьшения десорбции газа с внутренних поверхностей и уплотнительного материала.

Группа РОСВАКУУМ

Адрес: 107023 Россия, г. Москва, Электрозаводская улица, 21

Часы работы офиса: с 9:00 до 18:00 по Москве.

Телефон: +7 (495) 664-22-07

E-mail: baza@vacuumpro.ru

Чтобы заказать бесплатный подбор оборудования, отправить заявку, запрос или получить консультацию инженеров — свяжитесь с нами по телефону или E-mail.

В базе 310 производителей и поставщиков вакуумного оборудования и техники (РФ, СНГ и зарубежные компании). Цены, наличие на складах и технические характеристики оборудования и техники уточняйте только по электронной почте E-mail.

Источник

Сжатие и транспортировка газов. Компрессоры и вентиляторы

Изготовление, сборка, тестирование и испытание компрессоров и вентиляторов
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Общее описание транспортировки и сжатия газа. Использование сжатого газа

Процесс транспортировки газа протекает в герметичных трубопроводах и основывается на перепаде уровня давлений. Как правило, газ подается с избыточным уровнем давления, что и позволяет перемещать газ по трубам. В случаях, когда разность давлений ниже давления напора, подача газа обеспечивается методом всасывания.

В процессе сжатия газа при помощи компрессора, температура газа сильно повышается. Как результат, компрессор необходимо охлаждать. Когда в компрессоре уровень давления достигает определенного уровня, а температура падает, может произойти сжижение газа. Данное явление неблагоприятно для транспортировки газа из-за вероятности гидроударов. Минимальный уровень температуры, при котором возможно сжижение газа, называется критической температурой θ (тэта). В случаях, когда при критической температуре уровень давления превышает критическое давление П (пи), происходит сжижение газа. Различные газы имеют свои показатели критического давления и температуры. Например:

  • Кислород О2. Уровень критической температуры -118,5 °C, уровень критического давления 50,6 бар.
  • Водород H2. Уровень критической температуры -240,0 °C, уровень критического давления 13,0 бар.
  • Воздух. Уровень критической температуры -140,7 °C, уровень критического давления 37,7 бар.

Сжатие газов до высокого давления используется в целях транспортировки газа. Кроме того, активация пневматических сервоприводов и питание пневматических приборов происходит за счет энергии, которая аккумулирована в сжатом воздухе. На химическом производстве сжатые до максимальных давлений газы применяются как исходные вещества в реакциях высокого давления (например, при получении аммиака из азота и водорода).

Термодинамика компрессорного процесса. Уравнение состояния газа

Физическое состояние порции газа, имеющей определенную массу (m) зависит от таких параметров как объем (V), давление (p) и температура (T). Если изменяется один из перечисленных параметров, изменениям подвергаются и все прочие параметры состояния. Например, при усилении сжатия (т.е. росте уровня давления), объем порции газа сокращается, а уровень температуры растет. Повышение температуры газа в процессе его сжатия происходит в результате того, что часть работы сжатия преобразуется в тепловую энергию. Законы изменения состояния газов описываются уравнением состояния газов:

Читайте также:  Ротор масляного насоса газель камминз комплект

В данном уравнении:

Газы, поведение которых соответствует данному уравнению, называются идеальными газами. Данная формула, также достаточно точно описывает поведение одно- и двухатомных газов (He, Ar, H2, N2, O2), при уровне давления около 20 бар. В данном случае, погрешность результата не превышает 1%.

Многоатомные газы (CO2, CH4, NH3) и одно- и двухатомные газы, при уровне давления более 20 бар, отклоняются от данного уравнения и называются реальными газами. Для того, чтобы уравнять отклонения, в уравнение состояние газов вводится коэффициент k:

Идеальные и реальные газы. Изохорный, изобарный, изотермический, политропный, адиабатический процессы

Для отслеживания изменения того или иного состояния, можно установить в качестве постоянной величины один из параметров. Таким образом, будет возможно определить взаимозависимость других величин состояния. Заданный постоянный параметр определяет вид процесса:

  • Изотермический процесс (постоянная температура);
  • Изобарный процесс (постоянное давление);
  • Изохорный процесс (постоянный объем);
  • Адиабатический процесс (отсутствие теплообмена с окружающей средой);
  • Политропический процесс (общий вид термодинамического процесса, протекающий в компрессорах в зависимости от внешних и внутренних условий с показателем политропы n=1,15 ÷ 1,80).

Теория компрессорного процесса основана на термодинамике идеального газа, так как при работе компрессорных аппаратов осуществляется сжатие газа с изменением показателей его объема, температуры и давления:

Если давлением на выходе из компрессорной машины превышает уровень 10 МПа, необходимо использовать уравнение состояния реального газа:

здесь z – коэффициент сжимаемости газа, значения которого содержатся в справочной литературе.

Типы оборудования для транспортировки газа (компрессоры, вентиляторы, газодувки). Степень сжатия

Сжатие и транспортировка большого объема газа при давлении, которое отличается от показателя атмосферного, широко применяется в химической отрасли и смежных с нею областях. Машины, которые осуществляют сжатие газа, называются компрессорами. Степенью сжатия газа называют отношение конечного давления, которое нагнетает компрессор, к начальному давлению на всасывании:

В зависимости от показателя степени сжатия, компрессионные агрегаты делятся на следующие типы:

  • Вентиляторы, которые транспортируют большие объемы газа при низких показателях давления (с 3,0).

Для создания вакуума могут применяться любые типы компрессоров, но чаще всего используются поршневые и ротационные вакуум-насосы, которые по принципу действия схожи с компрессорами.

Классификация основных типов компрессоров

Компрессоры это агрегаты, в которых в процессе сжатия газа рабочая среда охлаждается. Степень сжатия в компрессорах превышает 3,5. Компрессоры используются для интенсификации различных процессов, а также в качестве отдельного оборудования в ряде отраслей.

В зависимости от нагнетаемого рабочего давления все компрессоры разделяются на следующие типы:

  • Вакуумные машины, в которых уровень начального давления газа ниже атмосферного;
  • Низкого давления, где конечный уровень давления газа находится в пределах от 0,115 до 1,0 МПа;
  • Высокого давления, где конечное давление составляет от 10 до 100 МПа;
  • Сверхвысокого давления, в которых уровень конечного давления превышает 100 МПа.

Уровень конечного давления может нагнетаться компрессором, оснащенным одной ступенью (одноступенчатый агрегат), либо компрессор может иметь несколько последовательно работающих ступеней (многоступенчатый компрессор).

По принципу сжатия газа компрессоры бывают объемного и динамического типа. Объемные компрессоры сжимают газ за счет периодического уменьшения его объема. Данный тип компрессоров подразделяется на следующие группы:

  • Поршневые (свободно-поршневые, роторно-поршневые, с механизмом движения, с кривошипно-шатунным механизмом, с кулисным механизмом, с кулачковым механизмом);
  • Мембранные;
  • Роторные (пластинчатые, жидкостно-кольцевые, с катящимся ротором, винтовые, шестеренчатые, роторно-поршневые).

Динамические компрессоры сжимают газ посредством создания непрерывного ускорения в потоке газа. Согласно принципу действия такие компрессоры подразделяют на два типа:

  • Турбокомпрессоры (радиальные: центростремительные и центробежные, осевые, диагональные, вихревые);
  • Струйные.

Совершенствование компрессоров в области экономических показателей имеет большое значение в настоящее время. Основными параметры, характеризующими работу компрессоров являются производительность Q, начальное давление p1, конечное давление p2, степень сжатия c, а также мощность на валу компрессора Ne.

Общее описание объемных компрессоров, процесс сжатия газа

Объемные компрессоры сжимают газ за счет того, что периодически уменьшают его объем. Данный тип компрессоров подразделяется на три основные группы: поршневые, мембранные и роторные машины. Наиболее распространенными в данной группе являются поршневые и роторные агрегаты. Функционирование таких машин заключается во всасывании и вытеснении газа твердыми подвижными элементами механизма: поршнями, зубцами или пластинами, которые двигаются внутри цилиндров и корпусах специальных форм.

Общее описание поршневых компрессоров. Одноступенчатые и двухступенчатые. Вредное пространство

В соответствии с характером действия, поршневые компрессоры могут быть одинарного (или простого) действия и двойного действия. В агрегатах простого действия, за один ход поршня осуществляется одно всасывание или нагнетание. В компрессорах двойного действия, за один ход поршня осуществляется два всасывания или нагнетания.

По количеству ступеней сжатия поршневые компрессоры делятся на три типа: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые. Ступенью сжатия принято называть часть компрессора, в которой газ сжимается до промежуточного или конечного давления.

Конструктивно, одноступенчатые компрессоры могут быть вертикальными или горизонтальными. Как правило, компрессоры с горизонтальной конструкцией являются машинами двойного действия, а компрессоры с вертикальной конструкцией относятся к агрегатам простого действия.

В одноступенчатом компрессоре простого действия с горизонтальным типом конструкции, поршень перемещается внутри цилиндра. Цилиндр оснащен крышкой, которая имеет всасывающий и нагнетательный клапаны. Поршень компрессора соединяется с шатуном и кривошипом. На валу кривошипа располагается маховик. В процессе хода поршня слева направо, в зоне между поршнем и цилиндром возникает разрежение. Разность давления в линии всасывания и цилиндре заставляет открываться клапан, в результате чего газ поступает в цилиндр. Когда поршень совершает обратное движение справа налево, всасывающий клапан закрывается, и газ в цилиндре сжимается до уровня давления p2. Далее, через клапан газ вытесняется в линию нагнетания. Цикл завершается и повторяется снова.

Одноступенчатый компрессор двойного действия оснащен четырьмя клапанами (двумя всасывающими и двумя нагнетательными). Такие машины устроены сложнее, но уровень производительности у них в два раза выше. В целях охлаждения цилиндр и крышки могут оснащаться водяными рубашками. Чтобы увеличить показатель производительности данные машины могут изготавливаться многоцилиндровыми конструкциями. Одноступенчатые компрессоры с вертикальным типом конструкции являются более производительными и быстроходными, чем горизонтальные. Кроме того, они занимают меньшую производственную площадь и более долговечны.

Двухступенчатые компрессоры с горизонтальным типом конструкции, как правило, оснащены одним цилиндром и ступенчатым или дифференциальным типом поршня. Газ подвергается сжатию в цилиндре левой стороной поршня, после чего проходит сквозь холодильник и подается в цилиндр с другой стороны, где сжимается до уровня p2.

Многоступенчатые конструкции оснащены цилиндрами, которые располагаются последовательно (система тандем) или параллельно (система компаунд). Существуют также оппозитные конструкции компрессоров, где поршни двигаются взаимно противоположно. Цилиндры в конструкциях данного типа располагаются по обе стороны вала.

Следует отметить, что реальный процесс сжатия газа в компрессоре отличается от теории. Так, между поршнем, когда он находится в крайнем положении и крышкой цилиндра есть некий свободный объем. Данный зазор носит название вредного пространства. В данном зазоре, по завершению нагнетания, сжатый газ расширяется при обратном ходе поршня. По этой причине всасывающий клапан открывается только после снижения уровня давления до уровня давлении на всасывании. Таким образом, поршень совершает холостое движение, что снижает производительность компрессора.

Общее описание и применение поршневой компрессорной установки

Поршневой компрессор извергает пульсирующий поток конденсата, который представляет собой газ, загрязненный остатками смазочного масла. Компрессорная установка оснащается рядом дополнительных устройств, которые способны сделать данный поток газа пригодным для употребления.

Технологическая схема двухступенчатой компрессорной установки.

Подсасываемый воздух проходит очистку в фильтре, после чего последовательно подается в ступени сжатия. Сжатый газ подвергается охлаждению, а конденсат, который выделяется из напорного трубопровода, осаждается. После этого, сжатый газ подается в котел с наддувом, который выступает как ресивер для пульсирующего потока газа. Обратный клапан не дает сжатому газу вернуться, в случае остановки компрессора.

Читайте также:  Направляющая камера для насоса

Поршневые компрессорные установки широко используются во многих отраслях промышленности. Их функция состоит в подаче сжатого воздуха как источника энергии в технологических процессах. Так, сжатый воздух применяется для транспортировки сыпучих веществ, активации пневматических систем, в области производства стекла и пластиковой тары и т.п.

Общее описание и применение роторных компрессоров

В процессе вращения массивного ротора, газ захватывается в пространства между лопастями и перемещается от всасывающего патрубка к нагнетательному патрубку. После чего газ вытесняется в трубопровод. Вал роторного компрессора может соединяться с валом приводного двигателя через редуктор или без него. Благодаря этому установка отличается компактностью и небольшой массой.

В корпусе такого агрегата располагается ротор, оснащенный двумя лопатками. Перед запуском агрегата, его наполовину заполняют водой. По мере того, как ротор совершает вращательные движения, вода отбрасывается к периферии и образуется ровное водяное кольцо. В пространстве между лопатками ротора и водяным кольцом возникают ячейки, объем которых увеличивается во время первого оборота ротора и уменьшается во время второй половины. Патрубок засасывает газ, который затем сжимается компрессором. Поршень играет роль водяного кольца, при помощи которого меняется объем рабочих камер компрессора. Данный компрессор не способен нагнетать высокий уровень давления, поэтому данный тип машин часто применяют как вакуумный насос или газодувку.

Роторные компрессоры получили широкое применение в химической промышленности, а также в процессах дутья в некоторых металлургических печах.

Общее описание динамических компрессоров и их применение. Турбогазодувки, турбокомпрессоры, осевые компрессоры

К динамическим компрессорам принято относить такие агрегаты как центробежные, струйные и осевые машины.

Принцип действия центробежных компрессоров аналогичен центробежным насосным установкам. К данному типу относятся турбогазодувки, турбокомпрессоры и осевые компрессоры.

Турбогазодувки одноступенчатого типа относятся к разновидностям вентиляторов высокого давления и способны сжимать газ до 3·10 4 Па. Колесо, оснащенное лопатками, совершает вращательные движения внутри направляющего аппарата. Направляющий аппарат размещен внутри корпуса, выполненного в виде спирали. Кинетическая энергия газа преобразуется в потенциальную энергию давления, газ сжимается и выходит через патрубок.

Газодувки многоступенчатого типа оснащаются 3 или 4 колесами с лопатками, газ между ступенями охлаждению не подвергается. Благодаря тому, что диаметры колес одинаковы, а ширина снижается к каждому последующему колесу, газ сжимается без изменения числа оборотов вала и формы лопаток. Показатель степени сжатия газа варьируется в рамках 3-3,5.

Турбокомпрессоры (или центробежные компрессоры) имеют устройство схожее с турбогазодувками, но они способны создавать более высокую степень сжатия. Данный тип машин работает по динамическому принципу, т.е. они создают статическое давление посредством преобразования кинетической энергии в статическую энергию. Турбокомпрессоры оснащены большим числом колес, диаметр и ширина колеса уменьшается к каждому последующему. Довольно часто колеса располагаются в разных корпусах. В пределах одного корпуса, диаметр колес одинаковый, но ширина колес отличается. Промежуточные холодильники между корпусами охлаждают газ. Центробежные турбокомпрессоры способны нагнетать давление от 2,5 до 3,0 МПа. В зависимости от формы рабочего колеса, выделяют радиальные или осевые компрессоры.

Корпус осевого компрессора выполнен в форме цилиндрического патрубка. Внутри корпуса вращается рабочее колесо, которое оснащено лопатками. Воздух перемещается вдоль оси вала, что обеспечивает высокий КПД. Осевые компрессоры являются компактными конструкциями. Давление, которое они создают, не превышает 0,5-0,6 МПа.

Динамические компрессоры работают в составе двигателей самолетов и вертолетов, в составе систем нагнетающих воздух, системах вентиляции и перекачивания газа.

Общее описание и применение винтовых компрессоров

Винтовые компрессоры широко применяются для сжатия воздуха и газов под давлением не более 2 МП. К преимуществам винтовых компрессоров принято относить надежность, небольшую массу и габариты. Данные машины часто применяют на передвижных компрессорных станциях взамен поршневых. Показатель производительности таких станций не превышает 0,1 м 3 /с, давление в пределах 0,8 МПа. Винтовые компрессоры целесообразно применять для сжатия легких газов (гелий, водород и т.п.) вместо центробежных машин.

Общее описание и применения вакуумных насосов

Вакуумные насосы представляют собой машины для генерации вакуума, т.е. создания давления уровня ниже атмосферного. Принцип действия таких агрегатов основывается на том, что газ в резервуаре должен быть вытеснен.

Для генерации низкого вакуума от 101 300 Па до 133,3 Па, в качестве вакуумных насосов могут использоваться обычные компрессоры и воздуходувки. Данные агрегаты соединяются с откачиваемым резервуаром при помощи всасывающего патрубка. Чтобы откачать газ из больших емкостей, применяют:

  • Вакуумные турбонасосы;
  • Вакуумные винтовые насосы;
  • Вакуумные поршневые насосы;
  • Большие роторно-щелевые вакуумные насосы.

Чтобы откачать газ из небольших емкостей, применяют малые ротационно-щелевые вакуумные насосы.

Для генерации среднего вакуума (в области давления от 133,3 до 0,1333 Па) используются:

  • Винтовые вакуумные насосы;
  • Ротационно-щелевые вакуумные насосы;
  • Молекулярные турбонасосы.

Вакуумные насосы широко используются в таких отраслях промышленности как производство алюминия, керамики, кирпича. В химической, электронной промышленности, микробиологии и других областях исследования.

Общее описание и применение вентиляторов

Вентиляторы используются для проветривания рабочих помещений или производственных зданий, т.е. в целях транспортировки воздуха между помещениями. Уровень давления подачи, которое генерируют вентиляторы, не превышает 10 000 Па. Вентиляторы оснащаются рабочим колесом, которое совершает вращательные движения. Различают осевые и радиальные (центробежные) вентиляторы в зависимости от направления потока воздуха.

Конструкция радиального вентилятора аналогична конструкции радиальной турбогазодувки.

Вентиляторы данного типа оснащаются рабочим колесом с лопастями, которые расположены по ходу движения или против него. Во всасывающем патрубке подсасывается воздух и ускоряется в радиальном направлении, после чего задерживается в спиральном коллекторе и вытесняется в вытяжной канал. Данный тип вентиляторов используется в случаях, когда необходимо прогонять большие объемы воздуха через несколько аппаратов (удаление дымовых газов в двигателях внутреннего сгорания, при подаче дутьевого воздуха в доменные печи).

Устройство осевого вентилятора.

Осевые (пропеллерные) вентиляторы при наличии небольшого напора могут перемещать большие объемы воздуха. Они имеют рабочее колесо, которое состоит из ступицы и сидящих на ней пропеллерных вентиляторов. В процессе вращения, они сообщают воздуху импульс в направлении рабочего колеса. Малогабаритные вентиляторы работают в составе производственных систем, настенные вентилируют здания.

Пример предложения на компрессор

  • Компрессор
  • манометры на всасе и нагнетании блока компрессора оснащены огнестойким шаровым клапаном
  • Манометр на картере двигателя (масло)
  • Одно реле давления (на всасывающей стороне компрессора) взрывобезопасного исполнения в соответствии с Европейской директивой ATEX: Ex II 2G EEx ed IIC T6, технологическое соединение ¼» NPT/F. Рабочее давление 30 бар изб.
  • Электродвигатель взрывоопасного исполнения (одобрен CENELEC / EURONORM / ATEX) 40 л.с. — (30 кВт, 400/690 В, 50 Гц, 1500 об/мин, B3) клеммная коробка с 3 кабельными вводами со взрывобезопасными зажимами. Модель EEx»d» раздел II BT 4 – защита IP55, класс изоляции F. Двигатель оснащен защитой PTC.
  • Приводное колесо двигателя 300.5V Ø 300 мм с 5 пазами
  • Антистатические клиновые ремни (5 шт.)
  • Ограждение ремня в соответствии с нормами Европейского комитета
  • каплеуловитель в соответствии с кодами CODAP / CE с двумя (2) реле электронного уровня (взрывобезопасного исполнения) 240 В, макс. нагрузка 5 A (одобрен CENELEC). Реле низкого уровня как предварительное оповещение (со временем световое) и реле более высокого уровня для останова компрессора, если жидкость достигнет этого уровня. Объем каплеуловителя 42 л. Каплеуловитель оснащен манометром с огнестойким шаровым клапаном, предохранительным клапаном и дренажным клапаном.
  • Фильтр грубой очистки (0.5 мм Ø 2″ 300 lbs) из нержавеющей стали
  • 4-ходовой шаровой клапан (полнопроходной) Ø 2″, огнестойкий и антистатический, с фланцами 2″ 300 lbs
  • перепускной клапан на нагнетательной линии 1-1/4″ x 2-1/2″ NPT, под давление 18 бар. Может разгрузить весь объем компрессора.
  • Соединительный трубопровод
  • Все эти элементы установлены на скиде из арматурной стали с 8 установочными отверстиями
  • Два реле уровня жидкости в каплеуловителе , EExd IIC T6
  • реле давления Eexd IIC T6 на всасывающей стороне компрессора (диапазон 0,8-6,0 бар)

Источник