Использование компрессоров в химической промышленности
В технологии современных предприятий нефтехимии и химических заводов внедряется больше процессов, в которых принимают участие различные газы, сжатых до значительных давлений. Наиболее емким в потреблении сжатых газов считаются предприятия органического синтеза. Они производят синтетический спирт, каучук, аммиак и полимеры. Аппарат, который предназначен для сжатия и перемещения газа, называется компрессор.
Сейчас потребление газов, в особенности сжатых, достаточно велико. Компрессоры в химической промышленности применяются для достижения различных целей.
1. Во взрывоопасных цехах предприятий химии сжатый воздух применяется, чтобы привести в движение грузоподъемные средства (краны, тельферы), для работы приборов, а также, чтобы автоматизировать производственные процессы. В данных случаях компрессоры используются для получения энергоносителя. К примеру, они применяются в эжекторах для перемещения жидкостей и создания разрежения в аппаратах.
Предназначенный для этих целей компрессор воздушный, должны поддерживать в воздухораспределительной сети давление на заданном уровне.
2. Также компрессоры применяются для перемещения по трубопроводам газов.
Данные устройства должны обязательно удовлетворять условиям, которые обеспечивают необходимую подачу.
3. На тех химических производствах, которые связаны с процессами, идущими в газовых средах, такие компрессоры должны обеспечивать необходимое давление и развивать подачу определенного количества газа.
Компрессоры, которые служат для нагнетания и отсасывания паров, можно отнести в отдельную группу. Другим важным техническим средством этой тематики можно назвать вакуумные насосы, с помощью которых можно откачивать газы до необходимого вакуумного давления при любых условиях.
Они классифицируются по мощности, принципу действия и типу конструкции. Вакуумные насосы широко применяются при обслуживании систем охлаждения, позволяя удалять воздух из фреонового контура и снижать давление перед заправкой. Такие меры повышают производительность химического оборудования. У каждого вакуумного насоса имеются собственные характеристики и параметры, которые соответствуют конкретным условиям эксплуатации. При покупке вакуумных насосов необходимо проконсультироваться со специалистами или просмотреть эксплуатационные и технические характеристики данного агрегата.
12.3. Компрессоры
Шариковый клапан (рис. 299.6) является достаточно надежным, когда давление создается жидкостью.
Когда для исследования достаточно небольшого количества газа повышенного давления или требуется более или менее чистый газ, применяют мембранный или ртутный компрессоры.
Мембранный компрессор (рис. 299,в) состоит из стального блока с линзообразной полостью, разделенной пополам стальной мембраной 4, зажатой между крышкой 3 и корпусом компрессора. При вращении маховика компрессора (на рисунке не показан) поршень 8 сжимает находящуюся в корпусе жидкость, которая прижимает мембрану к крышке 3. При этом газ выходит из линзообразной полости через клапан 1. При обратном ходе поршня мембрана отжимается в нижнее положение и засасывает газ через клапан 2. В каждом цикле при сжатии через клапан 9
поступает под мембрану небольшое количество жидкости, которая затем выбрасывается через выхлопной регулируемый вентилем 6 клапан 5 по трубке 7. Так как мембрана полностью поддерживается сферической поверхностью крышки и корпуса, она может работать в условиях большого перепада давления.
Существуют компрессоры подобного типа и с резиновой мембраной, а вместо мембраны применяют иногда металлический сильфон.
Открыв вентиль 2, набирают газ, при этом уровень ртути в сосуде 4 понижается. Она перетекает в стакан 5, вытесняя масло в камеру 3, а из нее через кран 7 в приемник. Набрав газ в сосуд 4, закрывают вентиль 2 и сжимают газ, подавая масло через вентиль 7 в камеру 3 гидравлическим компрессором. Так как практически можно поднять ртуть до самого верха сосуда 4, этим способом нетрудно получить высокую степень сжатия.
Сжатый газ выпускают в реактор через вентиль 1. Такой компрессор позволяет довольно быстро накачать чистый сжатый газ, не загрязненный маслом.
Компрессор в химии для чего
Понятие о компрессорных машинах и их классификация по некоторым признакам даны в п. 6.3.1.
Основными параметрами компрессорных машин являются производительность, степень сжатия и изотермический КПД. Производительность Q — количество газа, выраженное в единицах объема, подаваемое машиной в единицу времени. Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объема газа, приведенного к нормальным условиям (273 К и 101 325 Па). Степень сжатия t — это отношение давления рк в линии нагнетания к давлению р0 на линии всасывания. Изотермический КПД h из характеризуется отношением мощности, необходимой для сжатия газа идеальной компрессорной машиной при изотермическом процессе сжатия газа, к фактической мощности компрессорной машины.
В дополнение к классификации, приведенной в п. 6.3.1, компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которой они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т. д.), по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные, хлорные, азотные, гелиевые и т. д.), по непосредственному назначению (пускового воздуха, тормозные и т. п.).
По конечному давлению различают:
Компрессоры называют дожимающими, если давление всасываемого газа р0 существенно превышает атмосферное.
По способу отвода теплоты различают компрессоры с водяным и воздушным охлаждением. По типу привода — с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. Для удобства монтажа часто используют электродвигатели, ротор которых является валом компрессора (моноблочный принцип).
Расчет, конструирование и эксплуатация компрессора ведутся с учетом свойств газа, для сжатия которого он предназначен. Свойства сжимаемого газа определяют размеры и конструкцию главных узлов и деталей компрессора. Например, при сжатии пожароопасных газов (кислород, водород, углеводородные газы и др.) необходимо обеспечение повышенной герметичности компрессора и взрывобезопасности двигателя, систем защиты и управления. При сжатии газов, отличающихся токсичностью (оксид углерода, хлор и др.) или повышенной текучестью (гелий), главное требование — герметичность компрессора. При сжатии газов с коррозионными свойствами (сероводород, хлор и др.) необходимо применение специальных материалов для деталей газового тракта компрессора.
Некоторые газы активно вступают в химическую реакцию с минеральным маслом (например кислород), растворяют минеральное масло или смывают его с трущихся поверхностей компрессора (например углеводородные газы и их смеси), поэтому необходимо применение специальной смазки или выполнение конструкции компрессора, не требующей смазки.
Области применения компрессоров по производительности и давлению (рис. 6.3.1.7) не являются постоянными и расширяются в ходе научно-технического прогресса.
Наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам поршневые компрессоры; их различают по устройству кривошипно-шатунного механизма (крейцкопфные и бескрейцкопфные), устройству и расположению цилиндров (простого и двойного действия, L-, У- и Ш-образные, горизонтальные и вертикальные, оппозитные, со ступенчатым поршнем и т. д.), числу ступеней сжатия. Поршневые компрессоры широко применяют в установках для получения искусственных удобрений и пластических масс, в холодильной промышленности и криогенной технике. В азотно-туковой промышленности поршневыми компрессорами сжимается азотно-водородная смесь до 25–50 МПа. В производстве полиэтилена сжатие этилена осуществляется до 200–250 МПа. В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности поршневые компрессоры применяются в газлифтах, в процессах очистки нефтепродуктов от сернистых соединений и каталитического риформинга легких нефтепродуктов, для получения высокооктанового бензина и ароматических углеводородов. Необходимо отметить, что производительность объемных компрессоров слабо зависит от давления нагнетания.
В области средних и больших производительностей, низких и средних давлений часто используют винтовые компрессоры. Винтовые маслозаполненные компрессоры общего назначения с воздушным и водяным охлаждением и асимметричным профилем, несмотря на меньший КПД, более эффективны (по стоимости 1 м 3 сжатого газа) по сравнению с поршневыми, центробежными и ротационно-пластинчатыми компрессорами в диапазоне производительностей от 10 до 50 м 3 /мин. Межремонтный пробег винтовых компрессоров определяется износом подшипников, срок службы которых составляет не менее 15 тыс. ч, а в отдельных случаях достигает 100 тыс. ч. Одна из особенностей винтовых компрессоров — способность сжимать двухфазные (газ + жидкость) среды.
В 1980-х гг. появились данные о моноблочных воздушных одноступенчатых винтовых компрессорах, в полости сжатия которых вместо масла впрыскивается вода, что обеспечивает уплотнение зазоров, почти изотермический процесс сжатия и чистоту сжатого воздуха. Вода подается через регуляторрегулятор, и после использования легко сепарируется с повторным использованием или сбросом в канализацию. По сравнению с аналогичными по параметрам двухступенчатыми винтовыми компрессорами сухого сжатия (без применения смазывающе-уплотняющей жидкости) водозаполненные компрессоры менее металлоемки, в них отсутствуют промежуточный и конечный холодильники.
Ротационно-пластинчатые компрессоры и вакуум-насосы также достаточно широко распространены и занимают устойчивое положение в области малых производительностей. Ротационно-пластинчатые компрессоры общего назначения выпускают производительностью от 0,1 до 100 м 3 /мин, с абсолютным давлением всасывания от 0,01 до 0,1 МПа и давлением нагнетания: до 1,2 МПа — в одноступенчатом исполнении, ; 1,6 МПа МПа — в двухступенчатом, ; 2,5 МПа — в трехступенчатом. В указанном диапазоне параметров ротационно-пластинчатые компрессоры практически не уступают поршневым компрессорам по КПД и превосходят их в компактности, уравновешенности и надежности. В выпуске ротационно-пластинчатых компрессоров общего назначения увеличивается доля машин сухого сжатия и маслозаполненных с постепенным отказом от смазываемых компрессоров.
При откачке и сжатии различных газов и газожидкостных смесей, загрязненных механическими примесями, применяются машины жидкостно-кольцевые (в частности, водокольцевые), а также машины типа Рутс (машина с вращающимися профилированными роторами). По сравнению с машинами других типов эти машины получили наибольшее распространение в качестве вакуум-насосов производительностью от самых малых до 400 м 3 /мин, а машины типа Рутс — до 2000 м 3 /мин при абсолютном давлении всасывания от 0,02 МПа и выше.
Наиболее экономичны в области больших производительностей центробежные компрессоры общего назначения производительностью от 20 м 3 /мин и выше. Совершенствование конструкций центробежных машин привело к использованию их там, где традиционно применялись другие типы компрессоров. К преимуществам их относятся высокая производительность, долговечность и более высокая надежность работы, малые габариты и масса, подача газа без пульсаций давления. В настоящее время эксплуатируются центробежные компрессоры с давлением нагнетания более 100 МПа.
Осевые компрессоры характеризуются производительностью более 1000 м 3 /мин и относительно небольшой степенью сжатия в одной ступени ( t = 10 ¸ 15). В большинстве случаев — это многоступенчатые машины, применяемые в авиационной, криогенной технике, в машиностроительной, газовой, химической, металлургической и др. отраслях промышленности. Современные осевые компрессоры газотурбинных установок имеют степень сжатия до 25–35 и выше. В зависимости от скорости газового потока в рабочих органах различают дозвуковые и сверхзвуковые осевые компрессоры с турбо- или электроприводом с частотой вращения 500 с –1 и выше. Осевые компрессоры стационарных установок имеют преимущество перед центробежными — более высокие КПД; однако масса и габариты их несколько выше. Стоимость крупных стационарных установок центробежных и осевых компрессоров примерно одинаковыодинакова. Однако осевые компрессоры имеют ограниченный диапазон рабочих режимов из-за помпажа, чувствительности к коррозии и эрозии.
Устройство компрессорных машин
На рис. 6.3.3.1 показаны типовые конструктивные схемы поршневых компрессоров: крейцкопфные (крейцкопф-ползун с шарниром) — с двусторонним всасыванием и бескрейцкопфные — одностороннего всасывания (мощностью до 100 кВт). По расположению цилиндров поршневые компрессоры подразделяют на вертикальные, горизонтальные и угловые. Угловые компрессоры подразделяют на прямоугольные (или L-образные, когда ряды цилиндров расположены вертикально и горизонтально, т. е. угол между их осями составляет 90 ° ), а также У-образные и Ш-образные — машины с наклонными цилиндрами, установленными У- и Ш-образно. Оппозитные компрессоры представляют собой горизонтальные машины с встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны вала; они отличаются высокой динамической уравновешенностью, меньшими габаритами и массой, и поэтому практически полностью вытеснили традиционный тип крупного горизонтального компрессора. Для машин малой и средней производительности основными являются два типа компрессора: прямоугольный и У-образный.
Рис. 6.3.3.1. Схемы типовых конструкций поршневых компрессоров и двигателей-компрессоров:
а) — бескрейцкопфные (одностороннее всасывание):
1 — вертикальный; 2 — У-типа; 3 — Ш-типа; 4 — горизонтальный оппозитный (корпусного типа);
5 — вертикальный со ступенчатым поршнем; 6 — двигатель-компрессор L-типа; 7 — двигатель-компрессор Ш-типа;
б) — крейцкопфные (с двусторонним всасыванием):
1 — в одну линию; 2 — L-типа; 3 — У-типа; 4 — Ш-типа; 5 — горизонтальный оппозитный;
6 — горизонтальный со ступенчатым поршнем; 7 — двигатель-компрессор L-типа
По числу ступеней сжатия различают одно-, двух- и многоступенчатые компрессоры. Многоступенчатое сжатие позволяет уменьшить температуру сжатого газа, увеличить КПД машины, снизить поршневые силы.
Поршневые компрессоры с лабиринтным уплотнением выполняются без поршневых колец и без смазки, т. е. уплотнение пары трения «цилиндр—поршень» представляет собой лабиринт, состоящий из ряда круговых канавок (рис. 6.3.3.2). Для уменьшения внутренних утечек газа компрессоры с лабиринтным уплотнением выполняются быстроходными, со скоростью движения поршня не менее 4 м/с. Для сокращения утечек в атмосферу сальники выполняются графитовыми с малыми зазорами и с лабиринтными канавками на внутренней поверхности. При сжатии газов, утечка которых в атмосферу недопустима, к сальникам под давлением подводится воздух, азот или другой безвредный газ. Компрессоры с лабиринтным уплотнением выпускаются одно- и многоступенчатыми, мощностью до 750 кВт на конечное давление до 10 МПа. Их стоимость выше стоимости обычных поршневых компрессоров, поэтому они применяются преимущественно для сжатия совершенно сухих газов (хлор, кислород) или в тех случаях, когда нежелательно присутствие в газе следов графита.
Родственными поршневым являются мембранные компрессоры, в которых объем газа изменяется при возвратно-поступательном движении эластичной мембраны, зажатой между крышкой и корпусом компрессора. Мембранные компрессоры обычно применяются при малых производительностях.
Рис. 6.3.3.2. Узел цилиндра:
1 — цилиндр; 2 — поршень;
3 — лабиринтное уплотнение
Двухроторный компрессор типа Рутс представляет собой бесклапанную машину объемного типа. Два идентичных, обычно симметричных, двухлопастных ротора вращаются в противоположных направлениях внутри корпуса, составленного из двух полуцилиндров с минимально возможными зазорами между роторами и между роторами и корпусом. Синхронизация вращения роторов осуществляется при помощи шестерен, расположенных снаружи корпуса. Сжатие газа в этой машине происходит одновременно с нагнетанием благодаря уменьшению объема газа вследствие встречного движения роторов (см. заштрихованную область на рис. 6.3.3.3, а, б). В тот момент, когда лопасть ротора соединяет отсеченную порцию газа с линией нагнетания, давление в рабочей камере скачкообразно увеличивается. Из P—V диаграммы видно (рис. 6.3.3.4), что такой способ малоэкономичен и обеспечивает малую степень сжатия газа.
Машины типа Рутс выпускаются производительностью от нескольких литров в минуту до 2000 м 3 /мин с давлением нагнетания до 0,15 МПа. Широкое применение этих машин, главным образом в качестве вакуум-насосов и газодувок, объясняется простотой их конструкций и эксплуатации, отсутствием трущихся элементов и смазки в проточной части, уравновешенностью, долговечностью.
Рис. 6.3.3.3. Принцип работы компрессора типа Рутс:
а) — такт всасывания; б) — такт отсечки;
в) — такт сжатия; г) — такт нагнетания
Рис. 6.3.3.4. Диаграмма компрессора типа Рутс:
1 — площадь abde, соответствует работе сжатия
в компрессоре типа Рутс; 2 — площадь acde,
соответствует работе сжатия поршневого компрессора
Ротационно-пластинчатые компрессоры отличаются компактностью и высокой стабильностью подачи при изменении давления нагнетания или всасывания.
Ротационно-пластинчатый компрессор (рис. 6.3.3.5) состоит из цилиндрического корпуса 1, закрытого торцевыми крышками, с размещенным в нем эксцентрично ротором 2. В пазы ротора вставлены подвижные пластины 3. Корпус имеет всасывающий 7 и нагнетательный 5 патрубки. В корпусе выполнена рубашка 4 для охлаждения компрессора, а также установлен обратный клапан 6.
Рис. 6.3.3.5. Ротационно-пластинчатый компрессор:
1 — корпус; 2 — ротор; 3 — пластина; 4 — рубашка;
5, 7 — нагнетательный и всасывающий патрубки;
6 — клапан; 8 — камера сжатия
При вращении ротора пластины 3 под действием центробежной силы, перемещаясь в пазах, прижимаются к цилиндрической поверхности корпуса 1 и разделяют рабочее пространство между ротором и внутренней поверхностью цилиндра на отдельные камеры 8. Объем этих камер благодаря эксцентриситету ротора периодически меняется по мере его вращения от минимального до максимального. Камеры, расположенные слева от вертикальной плоскости, которая проходит через ось цилиндра, сообщаются с всасывающим патрубком 7. При вращении ротора их объем увеличивается и заполняется газом, т. е. осуществляется процесс всасывания.
При достижении максимального объема камера разобщается с всасывающим патрубком, и при дальнейшем движении теперь замкнутой камеры объем ее уменьшается, а давление газа увеличивается, т. е. происходит сжатие газа. Процесс сжатия происходит продолжается до тех пор, пока передняя пластина камеры не пройдет кромку нагнетательного окна цилиндра.
Камера оказывается сообщенной с нагнетательным патрубком 5, и происходит начинается процесс нагнетания. Когда объем достигает минимальной величины, камера разобщается с нагнетательным патрубком, и в ней остается невытесненный объем газа, который называют объемом мертвого пространства. Дальнейшее движение камеры в левую половину цилиндра приводит ее к ее сообщению с всасывающим патрубком, и цикл повторяется.
Ротационно-пластинчатые компрессоры используют для питания сжатым воздухом пневмоинструмента, в системах пневматического транспорта, в качестве компрессоров и вакуум-насосов для сжатия воздуха и других газов. Компрессоры этого типа выпускают со стальными пластинами и разгрузочными кольцами, уменьшающими износ пластин, а также с пластинами из антифрикционных материалов, не требующих смазки. Ротационно-пластинчатые компрессоры работают до 10 лет без замены каких-либо деталей.
Жидкостно-кольцевые компрессоры относятся к машинам объемного типа и по принципу действия аналогичны ротационно-пластинчатым компрессорам, с той лишь разницей, что уплотнение камер здесь производится вращающимся жидкостным кольцом, а всасывающий и нагнетательный патрубки подключены не к цилиндрической части корпуса, а к торцевым крышкам (рис. 6.3.3.6). Охлаждение сжимаемого газа осуществляется непосредственным контактом с жидкостью, поэтому процесс сжатия приближается к изотермическому.
Рис. 6.3.3.6. Жидкостно-кольцевой компрессор:
1 — лопастное колесо; 2 — корпус; 3 — окно всасывания;
4 — рабочая жидкость; 5 — окно нагнетания
Ротор 1 с жестко закрепленными лопастями эксцентрично расположен в корпусе 2. Через всасывающее окно 3 непрерывно подается жидкость, которая при вращении ротора под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам корпуса и образует жидкостное кольцо 4. Благодаря эксцентричному расположению корпуса объем газа в рабочих камерах между лопастями и жидкостным кольцом изменяется в течение оборота вала и, таким образом, осуществляется цикл всасывания, сжатия и нагнетания газа с подачей его в нагнетательное окно 5. Жидкость от сжатого газа отделяется в сепараторе, например центробежном.
Жидкостно-кольцевой компрессор легко вписывается в любой технологический процесс, т. к. в нем можно использовать различные по физико-химическим свойствам рабочие жидкости и соответствующие им конструкционные материалы. Эти достоинства определили использование компрессора во многих отраслях промышленности и в сфере обслуживания. Современные жидкостно-кольцевые компрессорные и вакуумные установки поставляются в моноблочном бесфундаментном исполнении. Единичная их производительность достигает 400 м 3 /мин, давление нагнетания — 0,25 МПа, а время гарантируемых межремонтных пробегов доходит до 10–20 лет.
Надежность в работе, малая удельная металлоемкость и габаритные размеры предопределили широкое распространение винтовых компрессоров. В частности, они практически полностью вытеснили другие типы компрессоров в передвижных компрессорных станциях, судовых холодильных установках.
Типовая конструкция двухроторного компрессора сухого сжатия, работающего без подачи масла в рабочую полость, показана на рис. 6.3.3.7. На ведомом роторе 1 выполнена винтовая нарезка с впадинами. Ведущий винтовой ротор 2 с выпуклой нарезкой соединен непосредственно или через зубчатую передачу с двигателем. Между роторами существует минимальный зазор, обеспечивающий безопасную работу компрессора, а синхронизация их вращения происходит при помощи шестерен 3. Роторы расположены в горизонтально-разъемном корпусе 4, имеющем несколько разъемов, а также расточки под винты, подшипники, уплотнения и камеры всасывания и нагнетания.
Рис. 6.3.3.7.Винтовой компрессор сухого трения:
1 и 2 — ведомый и ведущий роторы;
3 — синхронизирующие шестерни; 4 — корпус
Уплотнения, состоящие из графитовых или баббитовых колец, отделяют подшипниковые узлы от рабочего объема корпуса. Между группами колец подается запирающий газ, препятствующий попаданию масла из подшипников в сжимаемый газ.
На рис. 6.3.3.8 схематично изображен принцип работы винтового компрессора. Между винтовыми поверхностями роторов и стенками корпуса образуются рабочие камеры (число их равно количеству заходов винтовой нарезки). Рассмотрим рабочий процесс на примере одной из камер. При вращении роторов объем камеры увеличивается; когда выступы роторов удаляются от впадин, происходит процесс всасывания (рис. 6.3.3.8, а). Когда объем камеры достигает максимума, процесс всасывания заканчивается, и камера оказывается изолированной стенками корпуса и крышками от всасывающего и нагнетательного патрубков. При дальнейшем вращении во впадину ведомого ротора начинает внедряться сопряженный выступ ведущего ротора. Внедрение начинается у переднего торца и постепенно распространяется к нагнетательному окну. С некоторого момента времени обе винтовые нарезки образуют общую полость (рис. 6.3.3.8, б), объем которой непрерывно уменьшается благодаря поступательному перемещению линии контактирования сопряженных элементов по направлению к нагнетательному окну. Дальнейшее вращение роторов приводит к вытеснению газа из полости в нагнетательный патрубок (рис. 6.3.3.8, c ). Благодаря наличию нескольких камер и высокой частоте вращения роторов компрессор создает непрерывный поток газа.
Рис. 6.3.3.8.Процесс работы винтового компрессора
Отсутствие клапанов обеспечивает винтовым компрессорам возможность работать с высокими частотами вращения, т. е. получать большую производительность при сравнительно небольших габаритах. Существует также однороторная конструкция винтового компрессора, где замыкание камер реализуется при помощи двух отсечных шестерен, причем оси их вращения нормальны к плоскости, в которой лежит ось вращения ротора.
Центробежные компрессоры по сравнению с поршневыми имеют малые габариты и массу, приходящиеся на единицу производительности, обеспечивают подачу сжатого газа без пульсаций, в них отсутствуют поступательно движущиеся части, а значит, инерционные силы, передаваемые на фундамент, незначительны. Сжатие газа происходит без загрязнения его маслом, т. к. в зоне сжатия нет трущихся пар, смазываемых маслом. По конструктивным особенностям центробежный компрессор экономичен при больших производительностях (более 120 м 3 /мин).
На рис. 6.3.3.9 показана принципиальная схема центробежного компрессора. Центробежные компрессоры имеют несколько ступеней, число которых зависит от требуемой степени сжатия газа. Каждая ступень состоит из рабочего колеса 3, диффузора 4 и направляющего аппарата 5 и по конструкции напоминает устройство центробежного насоса. При вращении рабочего колеса 3 вблизи его оси образуется разрежение, вследствие чего газ поступает по всасывающему патрубку 1. В рабочем колесе под действием центробежных и газодинамических сил, возникающих при обтекании лопастей, происходит повышение давления и скорости газа. В диффузоре 4 скорость снижается, а давление увеличивается. В следующую ступень сжатый газ поступает через обратный направляющий аппарат 5. Пройдя все ступени, газ попадает в выходную улитку 6 и направляется в нагнетательный трубопровод.
Рис. 6.3.3.9. Схема трехступенчатого центробежного компрессора:
1 — всасывающий патрубок;
2 — вал;
3 — рабочее колесо;
4 — диффузор;
5— направляющий аппарат;
6 — выходная улитка;
7 — подшипник
Степень сжатия в одной ступени осевого компрессора невелика и составляет t = 1,15 ¸ 1,35. Поэтому для получения высокого давления осевые компрессоры выполняют многоступенчатыми.
В многоступенчатых осевых компрессорах (рис. 6.3.3.10) газ через входной патрубок 1 и конфузор 2 поступает в проточную часть компрессора и перемещается последовательно от лопаток входного направляющего аппарата 3 через группу ступеней сжатия, спрямляющий аппарат 6, диффузор 7 и выходной патрубок 9. Рабочие колеса 4 ступеней вместе с валом, на котором они насажены, образуют ротор, опирающийся на подшипники 8; направляющие аппараты 5 (служащие для частичного преобразования кинетической энергии в потенциальную) вместе с корпусом, в котором они закреплены, — статор.
Входной патрубок 1 служит для равномерного подвода газа к кольцевому конфузору 2, который предназначен для ускорения потока перед входным направляющим аппаратом и создания равномерного поля скоростей и давлений.
Рис. 6.3.3.10.Схема осевого компрессора:
1, 9 — патрубки всасывания и подачи; 2 — конфузор; 3 — входной направляющий аппарат; 4 — рабочие лопасти; 5 — направляющие лопатки; 6 — спрямляющий аппарат; 7 — диффузор; 8 — подшипник
Конструкции вентиляторов
Центробежный (радиальный) вентилятор по конструкции аналогичен центробежному насосу (рис. 6.3.2.3). Это тип вентиляторов — один из наиболее часто используемых в химической промышленности.
Хотя вентиляторы относятся к компрессорным машинам, расчет характеристик вентиляторов допустимо проводить в рамках теории насосов (см. п. 6.3.2), исходя из того, что степень сжатия газов в вентиляторах незначительна, т. е. изменением термодинамических параметров газов в них можно пренебречь.
В качестве основных параметров вентиляторов приняты: производительность Q, м 3 /с; полное давление D p = r gH, Па; статическое давление D pст = D p – D pдин, Па; эффективная мощность Nэф, Вт; КПД, вычисленные по полному и статическому давлениям соответственно: 
, 
.
По предложению ЦАГИ коэффициентом быстроходности вентилятора принято считать частоту вращения вентилятора данного типа, который в режиме максимального КПД подает 1 м 3 /с газа, создавая условное давление 294 Па 30 кгс/м 2 (30 кгс/м 2 294 Па), т. е. для вентиляторов коэффициент быстроходности равен
, (6.3.3.1)
Подробнее с особенностями конструкций и рабочими характеристиками центробежных вентиляторов можно ознакомиться по справочникам и каталогам [38–44]. Технические характеристики некоторых вентиляторов и дымососов представлены в табл. 6.3.3.1–6.3.3.6, а типичная универсальная характеристика (построенная при разных частотах вращения рабочего колеса) центробежного вентилятора — на рис. 6.3.3.11.
Рис. 6.3.3.11. Типичная универсальная характеристика центробежного вентилятора (ВВД № 11) при n = var
Технические характеристики вентиляционных агрегатов с центробежными
вентиляторами типа ЦП7-40 Тульского котельно-вентиляторного завода
(значения полного давления и производительности вентиляторов даны
для КПД = 0,5; максимальное значение КПД составляет 0,565)
