Виды поршневых компрессоров: Классификация компрессоров: типы, виды, описание

Содержание

Классификация компрессоров: типы, виды, описание

Компрессорные установки представляют собой специальное оборудование, широко используемое в различных технологических процессах в химической, металлургической, газовой, строительной и других отраслях промышленности.

Сегодня практически ни одна сфера производства не обходится без использования подобного оборудования, которое может быть классифицировано по области применения:

  • общего назначения;
  • энергетические;
  • нефтехимические и другие.

Сегодня данное оборудование представлено в широком спектре моделей, вариантов исполнения и назначения. Каждый тип компрессора имеет свои конструктивные особенности, индивидуальные технические и рабочие характеристики, исходя из которых необходимо выбирать тот или иной тип компрессора. Для этого необходимо знать, какие бывают компрессоры и их основные характеристики.

Классификация компрессоров – основные виды оборудования

Современные компрессоры имеют несколько различных классификаций, среди которых наиболее значимым является подразделение оборудования на типы в зависимости от конструктивных особенностей и принципа действия компрессоров. В первую очередь необходимо отметить два основных типа компрессоров:

  • объемные;
  • лопастные установки.

Здесь Вы можете ознакомиться с каталогом компрессоров, реализуемых ООО ГК «ТехМаш».

Лопастной компрессор — это оборудование, работа которого основана на динамическом принципе действия. В данном типе установок увеличение давления осуществляется благодаря взаимодействию потока воздуха с решетками лопастей, одна из которых вращающаяся, а другая неподвижная. Оборудование лопастного типа в свою очередь подразделяются на следующие виды компрессоров:

  • центробежные;
  • радиально-осевые;
  • осевые.

Однако наибольшей популярностью пользуются компрессоры объемного типа. Сжатие воздуха в устройствах данного типа происходит в специальных рабочих камерах. Попеременное сообщение камер с входом и выходом компрессора, а также периодическое изменение их объема приводит к изменению давления воздуха. Классификация установок объемного вида разделяется по форме и типу рабочих деталей компрессорных установок и принципу их действия. Так, объемные компрессоры могут быть следующих типов:

  • роторные;
  • поршневые.

Установки поршневого типа стали особенно популярны благодаря сочетанию таких преимуществ, как удобство эксплуатации, высокие рабочие характеристики, длительный срок службы, небольшие габариты и многое другое. При этом данный вид компрессоров отлично подходит для любых видов работ с широким диапазоном значения необходимого давления.

Основными рабочими элементами поршневых компрессоров являются электропривод, крышка цилиндра, регулятор давления и ресивер. Создание необходимого давления воздуха в оборудовании данного типа происходит благодаря поступательным движениям поршня. Поршневые компрессоры имеют свою классификацию и подразделяются на:

  • двойного или одинарного действия;
  • масляные и безмасляные;
  • угловые, горизонтальные, вертикальные;
  • с различным количеством цилиндров.


Другой вид объемных компрессоров – роторные установки, главной особенностью которых является наличие вращающихся сжимающих элементов. Данные виды компрессоров могут быть как промышленными, так полупромышленными или же бытовыми. Их рабочие параметры, условия и особенности эксплуатации подходят для проведения технологических процессов на любых предприятиях и в различных сферах деятельности.

К категории роторных установок относятся следующие виды компрессоров:

  • Винтовое оборудование – такие установки оснащены ведущим и ведомым роторами, вращающимися по направлению друг к другу. Данный принцип вращения приводит к уменьшению пространства между корпусом и роторами, что и обеспечивает увеличение давления. Главным преимуществом данного типа компрессоров является возможность их использования в условиях интенсивной эксплуатации.
  • Спиральные компрессоры – обладают смещенной неподвижной и подвижной спиралями. Установлены они специальным образом, создавая полости с постоянно изменяющимся в них объемом.
  • Роторно-пластинчатые установки – главным элементом таких установок является установленный в корпусе со смещением с центра ротор с пластинами. Перемещение пластин может происходить в радиальном направлении.
  • Жидкостно-кольцевые – в корпусе, который частично заполнен жидкостью, находится ротор с фиксированными лопатками.

Классификация компрессоров исходя из особенностей их конструкции и принципа действия — не единственная. Так, по способу охлаждения компрессоры бывают с воздушным или же жидкостным охлаждением. Существует классификация и по приводному двигателю – от газовой турбины, двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя.

Кроме того, классификация компрессоров также может быть различной в зависимости от уровня конечного давления:

  • установки с низким уровнем давления;
  • давление среднего уровня;
  • оборудование со сверхвысоким давлением.

Выбор необходимого компрессорного оборудования зависит от требований, предъявляемых к установкам, условий и особенностей эксплуатации, типа проводимых работ и других характеристик.

Типы поршневых компрессоров – виды приводов, классификация

Поршневые компрессоры – большая группа агрегатов, которые различаются устройством и принципом работы, конструкцией привода и рядом других параметров. Чтобы не ошибиться при выборе компрессорного агрегата, следует знать и различать типы поршневых компрессоров. Предлагаем узнать об их разновидностях подробно.



Виды компрессорных агрегатов

Есть множество признаков, по которым компрессорные установки отличаются друг от друга. Каждая модель подходит для тех или иных задач, поэтому важно учесть все признаки. Популярны следующие виды установок:    

  • Одинарного и двойного воздействия.

  • Масляного и безмаслянного сжатия.

  • Горизонтальные, вертикальные, угловые.

  • Одноступенчатые и многоступенчатые.

По величине рабочего давления компрессорные агрегаты делятся на установки низкого, среднего и высокого давления – от 5 до 12 бар, от 13 до 100 бар, от 101 до 1000 бар соответственно. Есть и классификация поршневых компрессоров по типу установки: стационарные и мобильные. Первые преимущественно для промышленного и полупромышленного использования, мобильные часто используются в бытовой сфере, например, в мастерской.

Классификация по типу привода

Большое значение при выборе компрессорного оборудования имеет строение привода, посредством которого электродвигатель соединяется с коленчатым валом и шатуном поршня. По этому признаку выделяют два вида:

  • Прямой. Коленчатый вал находится на одной оси с валом электродвигателя. Соединение происходит непосредственно. Достоинства – высокий КПД, экономия электроэнергии, низкий уровень громкости.

  • Ременной. Поршневая группа и электродвигатель располагаются рядом друг с другом параллельно, их валы соединены ремнем. Достоинства – компактность, маленькие динамические нагрузки на запуске.

Такие типы приводов поршневого компрессора хорошо подходят для тех или иных условий эксплуатации, и нельзя однозначно сказать, какой вариант лучше. Ременные компрессорные установки оптимально подходят для продолжительных сеансов эксплуатации в промышленной сфере. Безременные модели отличаются меньшей мощностью по сравнению с ременными, по причине чего обычно эксплуатируются в полупромышленных целях.


Классификация по числу ступеней

От количества цилиндров и ступеней напрямую зависит КПД, производительность и рабочее давление установки – главные характеристики компрессорного агрегата. По числу ступеней устройства делятся на две категории:       

  • Одноступенчатые. Воздух внутри такого устройства сжимается только один раз внутри одного цилиндра, после чего устремляется в магистраль и поступает в ресивер, откуда подается прямиком к потребителю.

  • Многоступенчатые. После сжатия в первом цилиндре воздух попадает в охладитель, где охлаждается и попадает во второй цилиндр, как правило меньшего размера, и только после этого идет в магистраль.

Большинство компрессорных установок по числу цилиндров делятся на одноцилиндровые, двухцилиндровые и трехцилициндровые. Первые широко используются в быту, а остальные два уже в промышленных задачах.

Чем больше количество цилиндров и ступеней сжатия, чем выше максимальное рабочее давление, и тем выше КПД и производительность оборудования. В многоступенчатых видах поршневых компрессоров большую роль играет эффективное охлаждение воздуха. Если его перегреть выше температуры +180°С, возникает вероятность взрыва с последующим возгоранием. Встроенный в агрегат компрессор предотвращает опасные последствия.

«Поршневые компрессоры – большая группа агрегатов, которые различаются устройством и принципом работы, конструкцией привода и рядом других параметров. Чтобы не ошибиться при выборе компрессорного агрегата, следует знать и различать типы поршневых компрессоров. Предлагаем узнать об их разновидностях подробно.

«


Виды компрессорных агрегатов

Есть множество признаков, по которым компрессорные установки отличаются друг от друга. Каждая модель подходит для тех или иных задач, поэтому важно учесть все признаки. Популярны следующие виды установок:    

  • Одинарного и двойного воздействия.

  • Масляного и безмаслянного сжатия.

  • Горизонтальные, вертикальные, угловые.

  • Одноступенчатые и многоступенчатые.

По величине рабочего давления компрессорные агрегаты делятся на установки низкого, среднего и высокого давления – от 5 до 12 бар, от 13 до 100 бар, от 101 до 1000 бар соответственно. Есть и классификация поршневых компрессоров по типу установки: стационарные и мобильные. Первые преимущественно для промышленного и полупромышленного использования, мобильные часто используются в бытовой сфере, например, в мастерской.

Классификация по типу привода

Большое значение при выборе компрессорного оборудования имеет строение привода, посредством которого электродвигатель соединяется с коленчатым валом и шатуном поршня. По этому признаку выделяют два вида:

  • Прямой. Коленчатый вал находится на одной оси с валом электродвигателя. Соединение происходит непосредственно. Достоинства – высокий КПД, экономия электроэнергии, низкий уровень громкости.

  • Ременной. Поршневая группа и электродвигатель располагаются рядом друг с другом параллельно, их валы соединены ремнем. Достоинства – компактность, маленькие динамические нагрузки на запуске.

Такие типы приводов поршневого компрессора хорошо подходят для тех или иных условий эксплуатации, и нельзя однозначно сказать, какой вариант лучше. Ременные компрессорные установки оптимально подходят для продолжительных сеансов эксплуатации в промышленной сфере. Безременные модели отличаются меньшей мощностью по сравнению с ременными, по причине чего обычно эксплуатируются в полупромышленных целях.


Классификация по числу ступеней

От количества цилиндров и ступеней напрямую зависит КПД, производительность и рабочее давление установки – главные характеристики компрессорного агрегата. По числу ступеней устройства делятся на две категории:       

  • Одноступенчатые. Воздух внутри такого устройства сжимается только один раз внутри одного цилиндра, после чего устремляется в магистраль и поступает в ресивер, откуда подается прямиком к потребителю.

  • Многоступенчатые. После сжатия в первом цилиндре воздух попадает в охладитель, где охлаждается и попадает во второй цилиндр, как правило меньшего размера, и только после этого идет в магистраль.

Большинство компрессорных установок по числу цилиндров делятся на одноцилиндровые, двухцилиндровые и трехцилициндровые. Первые широко используются в быту, а остальные два уже в промышленных задачах.

Чем больше количество цилиндров и ступеней сжатия, чем выше максимальное рабочее давление, и тем выше КПД и производительность оборудования. В многоступенчатых видах поршневых компрессоров большую роль играет эффективное охлаждение воздуха. Если его перегреть выше температуры +180°С, возникает вероятность взрыва с последующим возгоранием. Встроенный в агрегат компрессор предотвращает опасные последствия.

Виды поршневых компрессоров

   Поршневой компрессор – самый экономичный и универсальный тип оборудования для сжатия воздуха (газа), который справится с рабочими задачами в промышленности и в быту. Устойчивый к переходным процессам включения и выключения, такой агрегат незаменим в условиях частых запусков и частых остановок, а также при работе в запыленной среде.

Принцип действия

  Поршневые компрессоры относятся к популярному объемному типу устройств, сжимающих воздух (газ) в рабочих камерах. Камеры попеременно сообщаются с входом и выходом компрессора, в результате чего периодически изменяется их объем, а вместе с ним – и давление внутри. Повышая давление от 0,015 МПа до многократных величин, агрегат подает его на другие приборы для получения от сжатия воздуха (газа) требуемой энергии.Этот принцип работы востребован во многих технологических процессах и отраслях промышленности, где давно и успешно используется данное оборудование.

   Давление воздуха тем больше, чем меньше объем камеры. Когда при опускании поршня в полости цилиндра образуется свободное пространство, перепадом давления открывается впускной клапан, воздух заходит в камеру и сжимается до максимального объема. После достижения заданных параметров нагнетательный клапан открывается, и сжатый воздух выходит из полости камеры.

  Такой вид нагнетателя можно применять для работ с разными величинами требуемого давления. Необходимая степень сжатия воздуха в устройстве достигается поступательным движением поршня, а функциональными элементами являются электропривод, крышка цилиндра, регулятор давления и ресивер.
Для обеспечения постоянного уровня давления в трубопроводе обычно в оборудовании поршневого типа предусматривается автоматическое регулирование производительности. Регулировка заключается в изменении частоты вращения компрессорного вала.Один оборот вала – это два хода поршня. За один оборот в каждом цилиндре компрессора совершается полный рабочий цикл. 

Достоинства и недостатки

  Для предотвращения износа стенок цилиндра и поршня в механизм подается масло, но это ухудшает качество воздуха. Если технология требует использование чистого воздуха, для масла на линии подачи нужно предусмотреть сепаратор.

  В промышленном использовании поршневые компрессоры работают в паре – один агрегат на всякий случай нужно держать в резерве. Недостатками такого оборудования можно считать шумность и необходимость регулярной профилактики из-за высокой вероятности поломок. Правда, их частота компенсируется доступными запчастями и недорогим ремонтом.

  Поршневые насосы – лучший выбор при потребности в малой производительности или сжатии агрессивных газов. Это находка в грязных условиях работы – на складах угля, мельницах или погрузке цемента. Оптимальным решением такие устройства станут при повышенной влажности, перепадах температуры и изменении объемов сжатого воздуха. При нагнетании давления высокого уровня (до 40 атмосфер) поршневые компрессоры одинаково хорошо себя проявляют как с несколькими поршнями, так и с одним. Их преимущества – выдерживание высокого давления, простое техобслуживание и относительно невысокая цена. 

С маслом или без?

  Одни модели поршневых компрессоров нуждаются в смазке минеральными маслами, другие – нет. Безмасляные компрессоры приемлемы для систем с условием подачи чистого воздуха, без примесей эмульсии. Их достоинства – компактность, редкость обслуживания и простота транспортировки (можно перемещать в любом положении). Примеры таких устройств – автомобильный компрессор для подкачки шин или бытовой компрессор для краскопульта.

  Масляные и безмасляные модификации (сухого трения и сухого сжатия) различаются также по типу сжатия – одноступенчатому или многоступенчатому: в современных моделях может быть до семи ступеней. В компрессорах многоступенчатого сжатия есть опасность возгорания и взрыва при несоблюдении правил эксплуатации – нельзя допускать перегрева сжимаемого газа сверх допустимой температуры 180°С.
Поршневые агрегаты бывают сальниковые и бессальниковые, одинарного или двойного всасывания (во втором случае поршень работает на обе стороны). Компрессоры одинарного действия называются бескрейцкопфными, двойного – крейцкопфными. «Плюсы» бескрейцкопфных компрессоров – единая система смазки, простой механизм, небольшой объем и вес. «Минус» — утечка газа через поршень в картер. Кроме того, такие компрессоры – исключительно одинарного действия, что не позволяет задействовать цилиндр максимально эффективно. Именно поэтому горизонтальные компрессоры, агрегаты высокого давления и большой мощности изготавливаются только крейцкопфными.

Разнообразие модификаций
 
  Поршневые компрессоры производятся с разным количеством цилиндров, которые размещаются вертикально, горизонтально либо под углом – V- или W-образно. Многоступенчатые компрессоры комплектуются дифференциальными цилиндрами. По количеству рядов цилиндров поршневые компрессоры делятся на многорядные, двухрядные и однорядные. Они могут быть одно -, двух- и трехпоршневыми. 

        
                  V — образный компрессор                                                     W — образный компрессор

  Горизонтальные компрессоры с движущимися навстречу друг другу поршнями называются оппозитными.
Есть поршневые компрессоры с воздушными водяным охлаждением. Последнее предусматривается для агрегатов большой производительности. Выпускаются устройства большой, средней и малой производительности, а отдельно выделяются еще и мини-компрессоры.

  По типу привода различаются установкис ременными прямым приводом. Из-за проскальзывания ременной передачи при запуске компрессоры с ременным приводом характеризуются меньшими динамическими нагрузками. Агрегаты с прямым приводом отличаются более низким уровнем шума и более высоким КПД при существенной экономии электроэнергии.

  Все модели поршневых компрессоров можно классифицировать по уровню конечного давления. В зависимости от показателей на выходе бывают агрегаты высокого давления (до 1000 бар), среднего (до 100 бар) или низкого (до 12 бар).

  А по исполнению компрессоры поршневого типа могут быть как стационарными (устанавливаются на неподвижной платформе), так и передвижными (самоходными, прицепными, переносными и транспортными). В ряде случаев им нет альтернативы.

Различные виды поршневых компрессоров

Июн 8, 2014 г.

Подразделяются машины компрессорные по размеру их продуктивности. Под продуктивностью подразумеваются количество газов, которые дают потребителю поршневые компрессоры за определенную единицу времени. В том случае, когда выражается производительность в объемных единицах за время, то определяется объем газа параметрами, возможного всасывания патрубками компрессора поршневого. Выражающаяся таким способом производительность — является приведенной, а количество, подаваемое за один поршневой ход газа, называется подачей.

Подразделяются поршневые компрессоры по приведенной производительности на такие группы, как:

  1. Поршневые миникомпрессоры с производительностью, изменяющейся в пределах от 0 до 3х10ˉ²м ³/с. Используются такие машины в медицине, приборостроении и других областях для особых целей.
  2. Поршневые миникомпрессоры, с изменяющейся производительностью от 3х10ˉ² до 0.01 м ³/с. В эту группу входят некоторые виды компрессоров транспортных, обеспечивающих попадание сжатого воздуха в тормозную систему, а так же лабораторные компрессоры и тому подобные.
  3. Компрессоры поршневые с малой производительностью и диапазоном изменения от 0.01 до 0.1 м³ / с. Используются они, как правило, в качестве машин общепромышленного предназначения и с нагнетательным давлением до 15 МПа, в компрессорных передвижных установках и так далее.
  4. Компрессор поршневой, имеющий среднюю производительность с изменениями в диапазоне от 0.1 до 1 м ³ / с. Большая часть этой группы – это компрессоры, имеющие общее назначение, применяемые на станциях компрессорных в шахтах, на заводах и рудниках.
  5. Компрессор поршневой, имеющий большую производительность. Его производительность превышает 1 м ³ / с. Применяется он, как правило, на комбинатах химической промышленности. Используются так же довольно широко на станциях компрессорных машины, производительность которых достигает 1.66 м³ / с. Так же могут изготавливаться машины, имеющие несколько большую производительность.

Так же поршневые компрессоры могут подразделяться и по типу сжимаемых газов:

  • кислородный;
  • гелиевый;
  • воздушный;
  • азотный;
  • азотно-водородный;
  • водородный;
  • этиленовый;
  • хлорный и так далее.

Классификация по типам сжимаемых газов указывает в какой-то мере на имеющиеся в конструкции компрессора поршневого особенности. Так, к примеру, водородные и гелиевые компрессоры поршневые при сжимании текучих газов требуют особых уплотнений штоков и поршня.

Порой компрессор поршневой, могут подразделять по видам двигателя на:

  • электрокомпрессоры;
  • компрессоры с приводом от паровых машин;
  • компрессоры с приводом от моторов внутреннего сгорания.

Типы компрессоров

 

Компрессор

Компрессор, устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в К. более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2-3 раза применяют воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. cm.) — вентиляторы. К. впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в. Основы теории центробежных машин были заложены Л. Эйлером, теория осевых компрессоров и вентиляторов создавалась благодаря трудам Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина и других учёных. По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные.Компрессоры также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные и др.), по создаваемому давлению рн (низкого давления — от 0,3 до 1 Мн/м2, среднего — до 10 Мн/м2 и высокого — выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам. Компрессоры также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N.

Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного поршневого компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в К. его температура значительно повышается. Для предотвращения самовозгорания смазки компрессор оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика). Одноступенчатый компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7-8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые компрессоры, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений — выше 10 Мн/м2. В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них — регулирование изменением частоты вращения вала.

Ротационные компрессора имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры, имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3. Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части К. будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части компрессора объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из компрессора в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного компрессора охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного компрессоры с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м2. Принципы действия ротационного и поршневого компрессоров в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном К. всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного компрессора, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы. Регулирование производительности ротационного компрессора осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый К. разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора и т.д. Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25-30, а у промышленных К. — 8-12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280-500 м/сек. Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками. Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.

Осевой компрессор имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6. На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси К. (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых К. между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого К. обычно равна 1,2-1,3, т. е. значительно ниже, чем у центробежных К., но кпд у них достигнут самый высокий из всех разновидностей К. Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых К. осуществляется так же, как и центробежных. Осевые К. применяют в составе газотурбинных установок (см. Газотурбинный двигатель). Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых К. оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные компрессора по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессора обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар. Основные типы компрессоров, их параметры и области применения показаны в табл. Типы компрессоров и их характеристика

Тип компрессора Предельные параметры Область применения
Поршневой VВС = 2-5 м3/мин РН = 0,3-200 Мн/м2 (лабораторно до 7000 Мн/м2) n = 60-1000 об/мин N до 5500 квт Химическая промышленность, холодильные установки, питание пневматических систем, гаражное хозяйство.
Ротационный VВС = 0,5-300 м3/мин РН = 0,3-1,5 Мн/м2 n = 300-3000 об/мин N до 1100 квт Химическая промышленность, дутье в некоторых металлургических печах и др.
Центробежный VВС = 10-2000 м3/мин РН = 0,2-1,2 Мн/м2 n = 1500-10000 (до 30000) об/мин N до 4400 квт (для авиационных — до десятков тысяч квт) Центральные компрессорные станции в металлургической, машиностроительной, горнорудной, нефтеперерабатывающей промышленности
Осевой VВС = 100-20000 м3/мин РН = 0,2-0,6 Мн/м2 n = 2500-20000 об/мин N до 4400 квт (для авиационных — до 70000 квт) Доменные и сталелитейные заводы, наддув поршневых двигателей, газотурбинных установок, авиационных реактивных двигателей и др.

 

Лит.: Шерстюк А. Н.,Компрессорры, М.-Л., 1959; Рис В. Ф., Центробежные компрессорные машины, 2 изд., М.- Л., 1964; Френкель М. И., Поршневые компрессоры, 3 изд., Л., 1969: Центробежные компрессорные машины, М., 1969. Е. А. Квитковская.

Россия напала на Украину!

Россия напала на Украину!

Мы, украинцы, надеемся, что вы уже знаете об этом. Ради ваших детей и какой-либо надежды на свет в конце этого ада –  пожалуйста, дочитайте наше письмо .

Всем нам, украинцам, россиянам и всему миру правительство России врало последние два месяца. Нам говорили, что войска на границе “проходят учения”, что “Россия никого не собирается захватывать”, “их уже отводят”, а мирное население Украины “просто смотрит пропаганду”. Мы очень хотели верить вам.

Но в ночь на 24-ое февраля Россия напала на Украину, и все самые худшие предсказания  стали нашей реальностью .

Киев, ул. Кошица 7а. 25.02.2022

 Это не 1941, это сегодня. Это сейчас. 
Больше 5 000 русских солдат убито в не своей и никому не нужной войне
Более 300 мирных украинских жителей погибли
Более 2 000 мирных людей ранено

Под Киевом горит нефтебаза – утро 27 февраля, 2022.

Нам искренне больно от ваших постов в соцсетях о том, что это “все сняли заранее” и “нарисовали”, но мы, к сожалению, вас понимаем.

Неделю назад никто из нас не поверил бы, что такое может произойти в 2022.

Метро Киева, Украина — с 25 февраля по сей день

Мы вряд ли найдем хоть одного человека на Земле, которому станет от нее лучше. Три тысячи ваших солдат, чьих-то детей, уже погибли за эти три дня. Мы не хотим этих смертей, но не можем не оборонять свою страну.

И мы все еще хотим верить, что вам так же жутко от этого безумия, которое остановило всю нашу жизнь.

Нам очень нужен ваш голос и смелость, потому что сейчас эту войну можете остановить только вы. Это страшно, но единственное, что будет иметь значение после – кто остался человеком.

ул. Лобановского 6а, Киев, Украина. 26.02.2022

Это дом в центре Киева, а не фото 11-го сентября. Еще неделю назад здесь была кофейня, отделение почты и курсы английского, и люди в этом доме жили свою обычную жизнь, как живете ее вы.

P.S. К сожалению, это не “фотошоп от Пентагона”, как вам говорят. И да, в этих квартирах находились люди.

«Это не война, а только спец. операция.»

Это война.

Война – это вооруженный конфликт, цель которого – навязать свою волю: свергнуть правительство, заставить никогда не вступить в НАТО, отобрать часть территории, и другие. Обо всем этом открыто заявляет Владимир Путин в каждом своем обращении.

«Россия хочет только защитить ЛНР и ДНР.»

Это не так.

Все это время идет обстрел городов во всех областях Украины, вторые сутки украинские военные борются за Киев.

На карте Украины вы легко увидите, что Львов, Ивано-Франковск или Луцк – это больше 1,000 км от ЛНР и ДНР. Это другой конец страны. 25 февраля, 2022 – места попадания ракет

25 февраля, 2022 – места попадания ракет «Мирных жителей это не коснется.»

Уже коснулось.

Касается каждого из нас, каждую секунду. С ночи четверга никто из украинцев не может спать, потому что вокруг сирены и взрывы. Тысячи семей должны были бросить свои родные города.
Снаряды попадают в наши жилые дома.

Больше 1,200 мирных людей ранены или погибли. Среди них много детей.
Под обстрелы уже попадали в детские садики и больницы.
Мы вынуждены ночевать на станциях метро, боясь обвалов наших домов.
Наши жены рожают здесь детей. Наши питомцы пугаются взрывов.

«У российских войск нет потерь.»

Ваши соотечественники гибнут тысячами.

Нет более мотивированной армии чем та, что сражается за свою землю.
Мы на своей земле, и мы даем жесткий отпор каждому, кто приходит к нам с оружием.

«В Украине – геноцид русскоязычного народа, а Россия его спасает.»

Большинство из тех, кто сейчас пишет вам это письмо, всю жизнь говорят на русском, живя в Украине.

Говорят в семье, с друзьями и на работе. Нас никогда и никак не притесняли.

Единственное, из-за чего мы хотим перестать говорить на русском сейчас – это то, что на русском лжецы в вашем правительстве приказали разрушить и захватить нашу любимую страну.

«Украина во власти нацистов и их нужно уничтожить.»

Сейчас у власти президент, за которого проголосовало три четверти населения Украины на свободных выборах в 2019 году. Как у любой власти, у нас есть оппозиция. Но мы не избавляемся от неугодных, убивая их или пришивая им уголовные дела.

У нас нет места диктатуре, и мы показали это всему миру в 2013 году. Мы не боимся говорить вслух, и нам точно не нужна ваша помощь в этом вопросе.

Украинские семьи потеряли больше 1,377,000 родных, борясь с нацизмом во время Второй мировой. Мы никогда не выберем нацизм, фашизм или национализм, как наш путь. И нам не верится, что вы сами можете всерьез так думать.

«Украинцы это заслужили.»

Мы у себя дома, на своей земле.

Украина никогда за всю историю не нападала на Россию и не хотела вам зла. Ваши войска напали на наши мирные города. Если вы действительно считаете, что для этого есть оправдание – нам жаль.

Мы не хотим ни минуты этой войны и ни одной бессмысленной смерти. Но мы не отдадим вам наш дом и не простим молчания, с которым вы смотрите на этот ночной кошмар.

Искренне ваш, Народ Украины

Виды компрессоров современных холодильников

Виды компрессоров для холодильников

 

Поршневые компрессоры. Такие компрессоры работают в большинстве современных холодильников. В настоящее время используются поршневые компрессоры, оборудованные электродвигателем с вертикальным валом, который работает довольно тихо. Ранее в холодильниках использовались мотор-компрессоры с электродвигателем с горизонтальным валом и наружной подвеской, которые в процессе работы создавали гораздо более высокий уровень шума и вибраций. Поршневые компрессоры делятся на кривошипно-кулисные и кривошипно-шатунные — в зависимости от действующего механизма преобразования вращательного движения вала электродвигателя в возвратно-поступательное движение поршня.

Кривошипно-шатунные поршневые компрессоры рассчитаны на эксплуатацию в условиях более высоких нагрузок, нежели кривошипно-кулисные. Поэтому кривошипно-шатунные компрессоры чаще используют в однокомпрессорных холодильниках большого размера.

Кривошипно-кулисные поршневые компрессоры менее производительны и их устанавливают в двухкомпрессорные и небольшие однокомпрессорные холодильники.

 

Линейные компрессоры. Новое поколение компрессоров с магнитным приводом для холодильников. В линейных компрессорах отсутствует вращающийся вал, а возвратно-поступательное движение поршневого механизма устройства обеспечивается за счет электромагнитного воздействия. Линейные компрессоры для холодильников имеют высокую производительность и отличаются экономичностью, поэтому их использование особенно актуально в холодильниках большого объема. Еще один плюс таких компрессоров — низкий уровень шума при работе.

 

Ротационные компрессоры. Еще один современный вид компрессоров, используемых в холодильниках. Здесь циркуляцию холодильного агента обеспечивает изменение давления в камерах нагнетания и всасывания в результате вращения ротора. Ротационные компрессоры более компактные и производительные по сравнению с поршневыми, применяются они как в бытовых, так и в промышленных холодильных агрегатах. 

 

 

Ремонт компрессора холодильника

 

Поломка компрессора — серьезная и затратная проблема. Компрессор — основная деталь холодильника, плюс в стоимости холодильника серьезная доля приходится именно на стоимость этого устройства. Добавим к этому и то, что, к сожалению, возможности ремонта компрессора довольно ограничены: зачастую они исчерпываются ремонтом защитной и пусковой аппаратуры мотор-компрессора. Если компрессор вашего холодильника вышел из строя, рекомендуем вызвать мастера по ремонту холодильников, который точно определит причину неисправности, а при необходимости починит или заменит компрессор.

5 типов поршневых компрессоров


Поршневой компрессор представляет собой тип компрессора, в котором сжатие газа достигается за счет хода поршня. Наиболее распространенной формой поршневого компрессора является поршневой компрессор, который имеет скользящий поршень, расположенный внутри цилиндра, содержащего сжимаемый газ.

Шток поршня прикреплен к поршню и сам поворачивается вокруг горизонтальной оси.

Поршневой компрессор может быть одностороннего, двустороннего действия или диафрагменного типа; поршневой компрессор также может быть одноступенчатым (одно- или многоцилиндровым) компрессором или многоступенчатым (многоцилиндровым) компрессором.Ниже подробно описаны различные типы поршневых компрессоров.

Поршневой компрессор одностороннего действия

Поршневой компрессор одностороннего действия имеет набор клапанов в верхней части и один цикл сжатия на каждый оборот коленчатого вала .
Здесь поршень начинает двигаться от ВМТ (верхней мертвой точки), которая является самым верхним положением, которое может достичь поршень, до НМТ (нижней мертвой точки) и обратно за один оборот коленчатого вала.


При движении поршня от ВМТ (вверху) к НМТ (внизу) давление в цилиндре падает ниже атмосферного, и за счет перепада давления на всасывающем клапане всасывающий клапан преодолевает усилие пружины и открывается до впустить воздух в цилиндр.

Когда поршень движется от НМТ к ВМТ, воздух медленно сжимается, и подпружиненный всасывающий клапан закрывается. Когда поршень приближается к ВМТ, давление воздуха достаточно для преодоления усилия пружины выпускного клапана (выпускного), и, следовательно, выпускной клапан открывается, чтобы выпустить воздух из цилиндра под повышенным давлением.Цилиндр становится пустым, выпускной клапан закрывается, и поршень готов двигаться к НМТ.

Поршневой компрессор двойного действия

Поршневой компрессор двойного действия имеет два набора клапанов, по одному в верхней и нижней части цилиндра, и на каждый оборот коленчатого вала приходится два цикла сжатия . Когда поршень сжимает газ с одной стороны, газ всасывается в цилиндр с другой стороны поршня.

При движении поршня от ВМТ к НМТ давление в цилиндре на верхней стороне падает ниже атмосферного, и за счет перепада давления на верхнем всасывающем клапане всасывающий клапан преодолевает усилие пружины и открывается, позволяя воздух в цилиндр.

В то время как всасывание происходит на верхней стороне поршня, воздух сжимается на нижней стороне. Когда поршень приближается к НМТ, давление воздуха на нижнюю сторону поршня достаточно, чтобы преодолеть усилие пружины нижнего выпускного клапана, чтобы открыть его и выпустить воздух высокого давления.

Поршень перемещается от НМТ к ВМТ, и нижний нагнетательный клапан закрывается.

Воздух на верхней стороне поршня медленно сжимается, верхний всасывающий клапан закрывается, и когда поршень приближается к ВМТ, давления воздуха на верхнюю сторону поршня достаточно, чтобы преодолеть усилие пружины верхней выпускной клапан и, следовательно, выпускной клапан открывается, чтобы выпустить воздух из цилиндра под повышенным давлением.Цилиндр становится пустым, выпускной клапан закрывается, и поршень движется к НМТ.

Тем временем нижний всасывающий клапан открыт, и свежий газ поступает в нижнюю часть компрессора. Он готов к сжатию, когда поршень движется от ВМТ к НМТ.

Поршневые компрессоры двойного действия более эффективны, чем поршневые компрессоры одинарного действия, однако уровень вибрации выше и требует хорошего фундамента и виброизоляции.

Поршневые компрессоры двойного действия должны иметь прочную конструкцию с малой скоростью и надлежащим охлаждением для непрерывной работы. Они обычно используются в многоступенчатом стиле для приложений высокого давления.

Поршневой компрессор мембранного типа

Компрессор диафрагменного типа (также называемый мембранным компрессором) представляет собой вариант поршневого компрессора, в котором сжатие газа происходит за счет движения вверх и вниз гибкой диафрагмы или мембраны.

Движение диафрагмы вверх и вниз достигается за счет ее соединения с поршнем, приводимым в движение шатуном и коленчатым валом.

Поршень вашего компрессора диафрагменного типа вместо того, чтобы двигаться в цилиндре, тянет диафрагму вниз (сжатие диафрагмы) для создания всасывания и толкает диафрагму вверх (расширение диафрагмы) для создания нагнетания.

Мембранные компрессоры используются в тех случаях, когда требуется отсутствие загрязнений и отсутствие утечек. Мембранные компрессоры популярны не только для воздуха.

Объем сжимаемого газа и срок службы диафрагмы зависят от материала диафрагмы.

Поршневой компрессор мембранного типа используется во многих областях, включая сжатие водорода и природного газа.

Поршневые компрессоры мембранного типа могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми.

Одноступенчатый поршневой компрессор

Одноступенчатый поршневой компрессор имеет один или несколько цилиндров, соединенных параллельно. Здесь воздух сжимается только один раз, прежде чем он будет перемещен в резервуар для хранения.

Давление нагнетания, достигаемое одноступенчатым поршневым компрессором, ограничено его конструкцией, и максимальное давление может составлять 125 фунтов на квадратный дюйм (увеличение давления сверх этого значения может привести к повышению температуры цилиндра).

Преимущества

Они просты по конструкции и менее дороги по сравнению с многоступенчатыми альтернативами.

Недостатки

Одноступенчатые компрессоры имеют более низкую степень повышения давления и низкий объемный КПД. Отсутствие промежуточного охлаждения приведет к более высоким температурам, что может сократить срок службы оборудования.

Двухступенчатые компрессоры

В случае двухступенчатого или двухступенчатого поршневого компрессора в двух последовательно соединенных цилиндрах будет происходить два цикла сжатия.Газ сжимается в одном цилиндре (первая ступень), а выбрасываемый газ дополнительно сжимается во втором цилиндре (вторая ступень) до более высокого давления.

Диаметр цилиндра второй ступени меньше диаметра цилиндра первой ступени. Между ступенями будет установлен интеркулер для охлаждения газа.

Одноступенчатый против двухступенчатого

Как одноступенчатые, так и двухступенчатые компрессоры могут иметь несколько цилиндров. Основное различие между одноступенчатым компрессором и двухступенчатым или многоступенчатым компрессором заключается в том, сколько раз сжимается воздух.Это означает, что в многоступенчатом устройстве воздух, сжатый с первой ступени, направляется в следующий цилиндр для дальнейшего сжатия.

Другим отличием является наличие промежуточного охлаждения между двумя ступенями сжатия. Многоступенчатый поршневой компрессор с хорошей системой смазки может достигать 250 фунтов на квадратный дюйм и более.

В компрессоре может быть более двух ступеней.

Многоступенчатые компрессоры

Многоступенчатые (более двухступенчатые) поршневые компрессоры имеют более одного цилиндра и сжимают газ в несколько ступеней.

Однако все многоцилиндровые поршневые компрессоры не могут быть многоступенчатыми компрессорами, поскольку существуют одноступенчатые поршневые компрессоры с более чем одним цилиндром.

Вы можете отличить многоступенчатый компрессор от многоцилиндрового одноступенчатого компрессора по размеру цилиндра. В многоцилиндровом одноступенчатом поршневом компрессоре все цилиндры имеют одинаковый размер. Однако в многоступенчатом поршневом компрессоре цилиндр второй ступени будет меньшего диаметра.

Ресивер

Не путайте количество цилиндров с количеством накопительных баков. Цилиндр с движущимся поршнем внутри — это то место, где происходит сжатие, и он относительно меньше по размеру. В ресивере хранится сжатый воздух, который готов к подаче на ваши пневматические инструменты.

Заводы и крупные коммерческие предприятия часто имеют более одного резервуара для хранения, поскольку таким образом легко сбалансировать сжатый воздух. Это не имеет ничего общего с количеством ступеней сжатия.

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины объемного типа, в которых сжимающим и перемещающим элементом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Обсуждение поршневых компрессоров на этой странице включает описание конфигурации процесса для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

  • Регулятор скорости
  • Впускной дроссель
  • Переработка
  • Сброс давления
  • Продувка
  • Вставка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Существует два типа поршневых компрессоров:

  • Высокоскоростной (разборный)
  • Низкоскоростная (встроенная)

Высокоскоростная категория также называется «отдельной», а низкоскоростная категория также известна как «интегральная».”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются для управления проектированием и производством поршневых компрессоров.

Съемные компрессоры

Термин «отдельный» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Либо двигатель, либо электродвигатель обычно приводит в движение отделяемый компрессор. Часто редуктор требуется в поезде сжатия.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об/мин.

Съемные блоки монтируются на салазках и являются автономными. Они просты в установке, предлагают относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на другие площадки и доступны в размерах, подходящих для сбора в полевых условиях — как на берегу, так и в море. Однако раздельные компрессоры требуют более высоких затрат на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного разъемного компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

  • Рис. 1—Поперечное сечение разъемного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (предоставлено компанией Dresser-Rand).

Встроенные компрессоры

Термин «интегральный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы заодно с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Интегральные агрегаты работают со скоростью от 200 до 600 об/мин.Они обычно используются на газовых заводах и трубопроводах, где эффективность использования топлива и длительный срок службы имеют решающее значение. Интегральные компрессоры могут быть оснащены от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне условий эксплуатации и требуют меньше обслуживания, чем отдельные агрегаты. Однако интегральные блоки обычно должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсации.У них самая высокая начальная стоимость установки.

Рис. 3 представляет собой поперечное сечение типичного встроенного компрессора. На рис. 4 показан составной компрессорный агрегат.

  • Рис. 3—Поперечное сечение встроенного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессор (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры доступны в различных конструкциях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на рис. 5 .

  • Рис. 5 — Компоненты поршневого компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Рама

Рама представляет собой тяжелый, прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы по максимальной непрерывной мощности и нагрузке на раму (см. раздел о нагрузке на шток ниже).

Съемные компрессоры обычно располагаются в сбалансированно-оппозитной конфигурации, характеризующейся соседней парой ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Шатуны устроены так, что движение каждого поршня уравновешивается движением противоположного поршня.

Встроенные компрессоры обычно имеют силовые цилиндры компрессора и двигателя, установленные на одной раме и приводимые в движение одним и тем же коленчатым валом. Цилиндры встроенных компрессоров обычно располагаются только на одной стороне рамы (т.е., не уравновешенно-противоположное).

Цилиндр

Баллон – это сосуд высокого давления, в котором содержится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть как головными, так и кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях движения поршня (см. рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двойного действия.

  • Рис. 6—Цилиндры двустороннего действия (предоставлено Dresser-Rand).

Выбор материала цилиндра определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давления до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давления до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давления от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений цилиндров более 2500 фунтов на квадратный дюйм.

Максимально допустимое рабочее давление (МДРД) баллона должно быть как минимум на 10 % выше расчетного давления нагнетания (минимум 25 фунтов на кв. дюйм).Дополнительное номинальное давление позволяет настроить предохранительный датчик высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а предохранительный клапан (PSV) настроить на давление выше PSH.

Износоустойчивость трущихся деталей (поршневых колец и цилиндра, поршневого штока и уплотнительных колец и т. д.) также является критерием выбора материалов. Цилиндры испытывают износ в месте контакта с поршневыми кольцами. В горизонтальном расположении из-за веса поршня износ цилиндра больше всего в нижней части.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластичные кольца и натяжные ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на восстановление. Вкладыши прижимаются или сжимаются на месте, чтобы гарантировать, что они не скользят. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность может быть адаптирована к новым требованиям путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндров увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и снижают производительность компрессора при заданном диаметре.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение между цилиндром компрессора и рамой компрессора. На рис. 7 показаны распорки стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут содержаться как в одно-, так и в двухсекционном исполнении. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой удлиняется таким образом, что ни одна часть штока не попадает одновременно в картер и сальник цилиндра.Масло мигрирует между цилиндром и картером. Если загрязнение маслом вызывает беспокойство, можно предусмотреть маслоотражатель, чтобы предотвратить попадание смазочного масла на раму компрессора. Для работы с токсичными веществами может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не попадает ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

  • Рис. 7 — Двухкамерная вставка, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Упаковочный ящик должен вентилироваться через всасывание первой ступени или через систему отвода газов.Распорки имеют вентиляционное отверстие для отвода дополнительной утечки технологического газа из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Требуется эффективная вентиляция, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для распорок и набивки. Прокладка и вентиляционные отверстия сальника должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопного отверстия двигателя.Дренажная вставка должна быть отведена в отдельный отстойник, который можно опорожнять вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над кожухом компрессора. Смазочное масло из поддона можно смешивать с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, его необходимо транспортировать для утилизации или переработки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал вращается вокруг оси рамы и приводит в движение шатун, шток поршня и поршень (см. рис. 8 ).

  • Шатун, соединяющий коленчатый вал с пальцем крейцкопфа
  • Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, приводящее в движение поршень
  • Шток поршня соединяет крейцкопф с поршнем.
  • Рис. 8 — Коленчатый вал в сборе (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Поршень

Поршень расположен на конце штока поршня и действует как подвижная перегородка в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости со сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, такого как алюминий, чугун или сталь, с полым центром для снижения веса.Термопластичные изнашиваемые (или накладные) кольца часто устанавливаются на поршни для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, что устраняет необходимость в отдельных износостойких лентах.

Изнашиваемые ленты распределяют вес поршня вдоль нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца минимизируют утечку газа между поршнем и цилиндром или отверстием гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенка цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.По мере того, как поршень проходит через отверстие подачи лубрикатора в стенке цилиндра, поршневое кольцо собирает масло и распределяет его по длине хода.

Подшипники

Подшипники, расположенные по всей раме компрессора, обеспечивают правильное радиальное и осевое расположение компонентов компрессора. Коренные подшипники установлены в раме для правильного положения коленчатого вала. Подшипники шатунной шейки расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники поршневого пальца расположены между каждым шатуном и пальцем крейцкопфа.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников поршневых компрессоров представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Масло под давлением подается к каждому подшипнику через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла для предотвращения перегрева.

Сальник штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру болтами.Уплотнительные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, требуемого приложением. Для безопасного отвода утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружных колец (см. раздел о распорке выше).

Вспомогательные соединения с набивкой могут потребоваться для:

  • Охлаждающая вода
  • Смазочное масло
  • Продувка азотом
  • Вентиляция
  • Измерение температуры

Смазка должна быть тонко отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания в корпус мелких твердых частиц.Смазочное масло обычно впрыскивается во второе кольцо в сборе, при этом масло перемещается вдоль вала под давлением.

Клапаны компрессора

Основной функцией клапанов компрессора является обеспечение потока газа в нужном направлении и блокирование всего потока в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два комплекта клапанов. Набор впускных (всасывающих) клапанов впускает газ в баллон. Набор выпускных клапанов используется для откачки сжатого газа из баллона.Производитель компрессора обычно указывает тип и размер клапана.

Пластинчатые клапаны, состоящие из колец, соединенных перемычками в единую пластину, являются распространенным типом клапанов. В зависимости от материала уплотнительной пластины пластинчатые клапаны способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F. Пластинчатые клапаны плохо работают в присутствии жидкостей.

Клапаны с концентрическими кольцами способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, дифференциальное давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F.К преимуществам концентрических кольцевых клапанов относятся:

  • Умеренная стоимость запчастей
  • Низкая стоимость ремонта
  • Способность работать с жидкостями лучше, чем у тарельчатых клапанов

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают более высокие характеристики, чем у тарельчатых клапанов и клапанов с концентрическими кольцами. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки, которые прилегают к отверстиям в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой эффективности использования топлива. Тарельчатые клапаны широко используются в трубопроводах, газоочистных и перерабатывающих установках.Металлические тарелки хорошо работают при:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1400 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 450 об/мин
  • Температуры до 500°F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих случаях:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1500 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 720 об/мин
  • Температура до 400°F

Большинство компрессоров имеют клапаны, установленные в цилиндрах.Относительно новая концепция конструкции помещает клапаны в поршень. Конструкция «клапан в поршне» ( рис. 9 ) работает с низкими скоростями клапана и обеспечивает более длительный срок службы и сокращение времени обслуживания.

  • Рис. 9 — Конструкция «клапан в поршне» (предоставлено Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от смещения поршня и зазора цилиндра. Пропускная способность данного цилиндра является функцией смещения поршня и объемного КПД.Объемный КПД зависит от зазора цилиндра, степени сжатия и свойств сжимаемого газа. Производительность компрессора можно рассчитать с помощью любого из следующих трех уравнений.

…………….(1)

…………….(2)

и

…………….(3)

где

к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
и
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. куб. фут/сут.

Смещение поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, охватываемый поршнем в единицу времени. Рабочий объем обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (Acf/min). Расчет рабочего объема поршня представляет собой простую процедуру, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или кривошипа. Уравнения. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.уравнение 4 для смещения головной части и уравнение. 5 — для смещения конца кривошипа.

…………….(4)

…………….(5)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм

Объем цилиндра двойного действия рассчитывается по уравнению . 6 .

…………….(6)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
и
д р = диаметр штока, дюйм

Методы, используемые для изменения рабочего объема поршня, включают изменение скорости компрессора, удаление или отключение всасывающих клапанов в цилиндре двустороннего действия и изменение диаметра гильзы цилиндра и поршня.

Разгрузка одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — деактивировать или снять всасывающие клапаны с одного конца, чтобы предотвратить сжатие газа на этом конце.В зависимости от частоты разгрузки и молекулярной массы газа разгрузчик с портом или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Кольцевая заглушка заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и на каждый конец цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В концентрических кольцевых клапанах можно разместить пробку для разгрузки в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа портовые и пробковые разгрузочные устройства снижают BHP/MMscf/D и значительно повышают надежность разгрузочной системы.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасывания, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную при выключенном компрессоре или с помощью разгрузочного клапана или подъемника во время работы компрессора. Управление разгрузочным клапаном может быть ручным или автоматическим с помощью диафрагмы, которая разгружает компрессор с помощью датчика давления всасывания.Мембранные приводы более надежны, чем ручные подъемники или разгрузчики.

Разгрузка обоих концов одного и того же цилиндра может привести к перегреву цилиндра; таким образом, лучше всего разгружать только один конец цилиндра компрессора двойного действия. В большинстве случаев предпочтительно снимать всасывающий клапан при разгрузке головной части цилиндра, чтобы обеспечить изменение направления нагрузки в штоках. (См. раздел о нагрузке на стержень ниже)

Объем клиренса

Рабочий объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в канавках клапанов и пространства между поршнем и торцом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, находящийся в зазоре, расширяется против поршня и увеличивает усилие обратного хода. На рис. 10 представлена ​​диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

  • Рис. 10—Поршневой компрессор PV , схема (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Расширение газа, попавшего в зазор, происходит до того, как всасывающий клапан откроется, чтобы впустить новый газ в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропический, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в воздушном пространстве, рекуперируется, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Объем зазора выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих уравнений, зависящих от конфигурации:

  • Цилиндр одностороннего действия (зазор в головке) [ Ур. 7 ]
  • Цилиндр одностороннего действия (зазор кривошипа) [ Ур. 8 ]
  • Цилиндр двустороннего действия (зазор головки и кривошипа) [ Ур. 9 ]

…………….(7)

…………….(8)

…………….(9)

где

% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Применение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

  • Зазорные карманы фиксированного объема
  • Карманы с переменным зазором
  • Хомуты раздельных клапанов
Зазоры фиксированного объема

Зазорный карман фиксированного объема обычно представляет собой бутылку, постоянно прикрепленную к цилиндру.Фиксированный объем также может быть увеличен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставляемой в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Зазорный карман фиксированного объема может быть постоянно открыт, или его можно контролировать, открывая или закрывая его. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазор снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавить к цилиндру переменный зазор и могут быть прикреплены либо к головке, либо к кривошипу цилиндра.Чаще всего к головному концу крепятся карманы с переменным зазором, как показано на рис. 11 .

  • Рис. 11 — Карман с ручным управлением регулируемым объемом (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Хомуты раздельных клапанов

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может привести к захлопыванию нагнетательных клапанов. При наличии слишком большого зазора газ не будет выходить. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не поступает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД – это отношение фактического объема газа (куб. фут/мин), всасываемого в цилиндр, к объему поршня (куб. фут/мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Во-первых, газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, происходит утечка через клапаны и поршневые кольца. И в-третьих, происходит повторное расширение газа, попавшего в зазорный объем от предыдущего такта. Из этих трех, повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемную эффективность.

Производители компрессоров не пришли к единому мнению относительно подходящего метода расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Учитывая это, для оценки объемной эффективности можно использовать следующее приближенное уравнение.

…………….(10)

где

степень сжатия
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
и
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных нагрузками от давления и инерции, возникающими в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и приблизительно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки должны быть оценены для нормальных условий эксплуатации, а также в аварийных условиях. Нагрузку на шток следует проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Изменение направления нагрузки на шток должно иметь достаточную величину, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются насосным действием открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняется от растяжения к сжатию. Эксплуатация без реверсирования штока также может серьезно повредить компрессор.

Нагрузки на шток для различных конфигураций компрессора рассчитываются по следующим уравнениям:

  • Цилиндр одностороннего действия (головка)
  • Цилиндр одностороннего действия (кривошип)
  • Цилиндр двустороннего действия
Цилиндр одностороннего действия (головка)

…………….(11)

…………….(12)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

…………….(13)

…………….(14)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр двустороннего действия

…………….(15)

…………….(16)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Прочие факторы эффективности

Дополнительные соображения по производительности включают:

  • Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания со степенью сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается по мере увеличения давления всасывания. Снижение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с давлением всасывания быстрее, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы не перегружать водителя, необходимо добавить дополнительный зазор, чтобы уменьшить объем цилиндра.
  • Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.По мере снижения температуры баллон заполняет больше стандартных кубических футов. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10°F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения емкости цилиндра.
  • Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на рабочий объем цилиндра. Объемный КПД незначительно зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
  • Коэффициент удельной теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемной эффективности, как определено уравнением . 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет большую фактическую производительность при сжатии природного газа ( к = 1,25), по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( к = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему энергопотреблению.
  • Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулирование скорости компрессора (в разумных пределах) для поддержания желаемого давления всасывания. Снижение скорости водителя снижает расход топлива и эксплуатационные расходы.

Карты производительности

Карты производительности могут быть разработаны для конкретного компрессора с постоянными базовыми условиями. На рис. 12 показано, что по мере увеличения давления всасывания скорость потока на входе и мощность увеличиваются при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

  • Рис. 12—Карта поршневого компрессора с восемью ступенями разгрузки (предоставлено Dresser-Rand).

Технологическая установка

Компрессор является составной частью полной компрессорной системы. На рис. 13 представлена ​​типовая технологическая схема установки поршневого компрессора.

  • Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационный сосуд) сепаратором (любезно предоставлена ​​компанией Dresser-Rand).

Рециркуляционный клапан

Давление всасывания компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы удовлетворить расход, необходимый для цилиндра. Увеличение степени сжатия, вызванное снижением давления всасывания, приводит к увеличению температуры нагнетания. Таким образом, рециркуляционный клапан в системе должен быть настроен таким образом, чтобы низкое давление всасывания не создавало чрезмерной температуры нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.Там, где это возможно, клапан рециркуляции должен располагаться после газоохладителей.

Продувочный клапан

Продувочный клапан сбрасывает оставшееся давление, когда компрессор останавливается на техническое обслуживание. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно осуществляется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкостей в компрессор через входной газовый поток может привести к повреждению внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.При правильном планировании скруббер может быть частью системы контроля пульсации (см. раздел о пульсации ниже). Если входящий поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и выпускные патрубки с нижним соединением.

Предохранительные клапаны

Клапаны сброса давления

, установленные с запасом на 10 % выше максимального давления нагнетания ступени или минимум на 15–25 фунтов на кв. дюйм, обеспечивают защиту трубопроводов и охладителей от статического давления. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление в баллоне (см. раздел о баллонах выше).Следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы, баллоны и предохранительные клапаны на стороне всасывания рассчитаны на давление осаждения в системах охлаждения с замкнутым контуром или при низких температурах газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей сути вызывает пульсацию, поскольку всасывающий и выпускной клапаны не открыты на протяжении всего такта сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы обеспечить равномерную нагрузку и снизить уровень вибрации трубопровода.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть обеспечены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение с линией цилиндра компрессора, а мощность ступени составляет менее 150 л.с., отдельные баллоны или пульсационные сосуды могут не потребоваться. Для большинства применений объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и/или дроссельными трубками должны располагаться как можно ближе к цилиндру для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых местах трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул для определения размеров бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Пульсирующий дизайн

Цифровой анализ пульсаций в трубопроводе — это относительно недорогой метод, позволяющий убедиться, что трубопроводная система рассчитана на приемлемые уровни пульсаций (обычно от 2 до 7% от пика к пику). Схема системы трубопроводов должна определять расположение и объемы выбивных барабанов, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый крупный сосуд или объем до и после компрессора.Рабочие условия двойного и одинарного действия (если применимо) должны быть проанализированы.

Вибрация

Дисбаланс вращающихся элементов в компрессоре вызывает механическую вибрацию. Противовесы на коленчатом валу и расположение цилиндров попарно с обеих сторон коленчатого вала (на виду) могут минимизировать, но не устранить силы дисбаланса. Таким образом, всегда будут механические вибраторы, которые необходимо учитывать при проектировании фундамента.

Вибрация трубопроводов

Трубопровод технологического газа компрессора должен быть правильно спроектирован и установлен, чтобы избежать проблем, связанных с чрезмерной вибрацией.Важно, чтобы собственная частота всех пролетов труб была больше частоты пульсаций компрессора. Частота пульсаций компрессора рассчитывается по формуле . 17 .

…………….(17)

где

ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия).

Трубопроводы должны быть надежно закреплены с использованием коротких отрезков труб, неодинаковых по длине. Адекватное демпфирование пульсаций помогает предотвратить проблемы с вибрацией, связанные с трубопроводом.

Проект фундамента

Для больших встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнить динамическую конструкцию с использованием сил дисбаланса, предусмотренных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных в местах с почвой, способной выдержать пикап, полезны следующие правила.

  • Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
  • Используйте грунтовую опору для конструкции, которая составляет менее 50% от допустимой для статических условий.
  • Обычно лучше увеличить длину и/или ширину, а не глубину, чтобы удовлетворить требования по весу.
  • Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должны быть заглублены в ненарушенный грунт.
  • Бетон следует заливать в «аккуратную» выемку без сформированных боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Отвод части этого тепла благотворно влияет на производительность и надежность компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндров снижает потери мощности и мощности, связанные с подогревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа нагнетания. Охлаждение цилиндра также способствует лучшему смазыванию, что продлевает срок службы и снижает потребность в техническом обслуживании.Когда в качестве охлаждающей среды используется вода, по всей окружности цилиндра поддерживается одинаковая температура, что снижает вероятность тепловой деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать образования конденсата, который может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости в рубашке цилиндра не менее чем на 10°F выше температуры всасываемого газа.

Недостаточное охлаждение может привести к снижению производительности и загрязнению цилиндров. По этой причине рекомендуется, чтобы температура баллона не превышала температуру всасываемого газа более чем на 30°F.

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

  • С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются для небольших мощностей и низких тепловых нагрузок. Охлаждающие ребра обеспечивают достаточную площадь поверхности для охлаждения цилиндра.
  • Статический . Статические системы иногда используются на небольших компрессорах для поддержки систем с воздушным охлаждением. Охлаждающая жидкость действует как статический поглотитель тепла и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается от системы теплопроводностью в атмосферу.
  • Термосифон . Движущей силой термосифона является изменение плотности охлаждающей жидкости от горячих участков системы к холодным. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210°F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150°F.
  • Герметичный . Системы охлаждения под давлением являются наиболее распространенными. В местах, где охлаждающая вода недоступна, может использоваться автономная закрытая система охлаждающей жидкости.Система состоит из циркуляционного насоса, расширительного бака и радиатора с вентиляторным охлаждением или теплообменника воздух-жидкость. Радиатор может иметь несколько секций: одну для охлаждающей жидкости цилиндра, одну для охлаждения смазочного масла и одну (или несколько) для охлаждения нагнетаемого газа. В качестве охлаждающей жидкости используется вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в движение циркуляционный насос.

Смазка

Смазка рамы

Система смазки рамы подает масло к подшипникам рамы, шатунным подшипникам и башмакам крейцкопфа.Некоторые системы смазки рамы также подают масло на сальник и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

Системы смазки разбрызгиванием распределяют смазочное масло путем разбрызгивания кривошипа через поверхность смазки в насосе. Ковши могут быть прикреплены к коленчатому валу для усиления эффекта. Системы разбрызгивания используются на небольших горизонтальных одноступенчатых компрессорах мощностью до 100 л.с.

Двумя основными преимуществами систем разбрызгивания являются:

  • Низкая начальная стоимость
  • Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками являются то, что системы разбрызгивания ограничены:

  • Маленькие размеры корпуса
  • Масло нельзя фильтровать

Смазка под давлением

Наиболее распространенным типом смазки рамы является система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и течет через коренной вал и подшипники шатунной шейки.Система смазки под давлением состоит из следующих компонентов.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на подачу 110% от максимально ожидаемого расхода. Когда для управления производительностью используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал достаточную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (дополнительно)

Вспомогательный насос предназначен для дублирования основного насоса.Вспомогательный насос обычно приводится в действие электродвигателем и предназначен для автоматического запуска, когда давление подачи масла падает ниже заданного уровня.

Насос предварительной смазки (дополнительно)

Насос предварительной смазки подает масло к подшипникам перед запуском компрессора. Это гарантирует, что подшипники не будут сухими при запуске. Поскольку эту функцию выполняет вспомогательный насос, насос предварительной смазки требуется только в том случае, если в системе нет вспомогательного насоса.

Масляный радиатор

Масляный радиатор следит за тем, чтобы температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышала максимальное значение, необходимое для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подачи масла составляет 120°F. Вода для охлаждения рубашки кожухотрубного теплообменника часто используется для охлаждения смазочного масла.

Масляные фильтры
Масляные фильтры

защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с перепускными клапанами. Перепускные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, что позволяет очищать фильтры без отключения компрессора.

Верхний бак

Верхний бак обеспечивает подачу масла к подшипникам в случае отказа насоса.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Резервуар обычно оборудован индикатором уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединяются трубопроводом. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали должны быть протравлены или механически очищены и покрыты ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована так, чтобы не было карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать сварки труб в раструб. Перед первоначальным запуском систему смазки следует промыть смазочным маслом при температуре приблизительно 170°F. В систему следует добавить сито 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Защитные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, датчик отключения при низком давлении масла и датчик высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется, чтобы компрессор и привод смазывались отдельными системами, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. Для установок в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или встроенных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндра и набивки

Количество масла, необходимое для смазки набивки и цилиндров, невелико по сравнению с потребностью в масле подшипников.В то время как количество невелико, давление масла, необходимое для подачи масла на сальник и цилиндры, высокое. Небольшой плунжерный насос (лубрикатор принудительной подачи) используется на каждой ступени сжатия. Разделительные блоки служат для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться либо из системы смазки рамы, либо из верхнего бака. Для защиты от загрязнения необходимо проверить совместимость масла с технологическим газом.

Номенклатура

степень сжатия
к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. фут./сут.
ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм
% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор в головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия)

Каталожные номера

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. е. не являются внутренним документом компании.]

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Компрессоры объемные ротационные

PEH:Компрессоры

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины объемного типа, в которых сжимающим и перемещающим элементом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение поршневых компрессоров на этой странице включает описание конфигурации процесса для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

  • Регулятор скорости
  • Впускной дроссель
  • Переработка
  • Сброс давления
  • Продувка
  • Вставка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Существует два типа поршневых компрессоров:

  • Высокоскоростной (разборный)
  • Низкоскоростная (встроенная)

Высокоскоростная категория также называется «отдельной», а низкоскоростная категория также известна как «интегральная».”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются для управления проектированием и производством поршневых компрессоров.

Съемные компрессоры

Термин «отдельный» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Либо двигатель, либо электродвигатель обычно приводит в движение отделяемый компрессор. Часто редуктор требуется в поезде сжатия.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об/мин.

Съемные блоки монтируются на салазках и являются автономными. Они просты в установке, предлагают относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на другие площадки и доступны в размерах, подходящих для сбора в полевых условиях — как на берегу, так и в море. Однако раздельные компрессоры требуют более высоких затрат на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного разъемного компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

  • Рис. 1—Поперечное сечение разъемного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (предоставлено компанией Dresser-Rand).

Встроенные компрессоры

Термин «интегральный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы заодно с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Интегральные агрегаты работают со скоростью от 200 до 600 об/мин.Они обычно используются на газовых заводах и трубопроводах, где эффективность использования топлива и длительный срок службы имеют решающее значение. Интегральные компрессоры могут быть оснащены от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне условий эксплуатации и требуют меньше обслуживания, чем отдельные агрегаты. Однако интегральные блоки обычно должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсации.У них самая высокая начальная стоимость установки.

Рис. 3 представляет собой поперечное сечение типичного встроенного компрессора. На рис. 4 показан составной компрессорный агрегат.

  • Рис. 3—Поперечное сечение встроенного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессор (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры доступны в различных конструкциях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на рис. 5 .

  • Рис. 5 — Компоненты поршневого компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Рама

Рама представляет собой тяжелый, прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы по максимальной непрерывной мощности и нагрузке на раму (см. раздел о нагрузке на шток ниже).

Съемные компрессоры обычно располагаются в сбалансированно-оппозитной конфигурации, характеризующейся соседней парой ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Шатуны устроены так, что движение каждого поршня уравновешивается движением противоположного поршня.

Встроенные компрессоры обычно имеют силовые цилиндры компрессора и двигателя, установленные на одной раме и приводимые в движение одним и тем же коленчатым валом. Цилиндры встроенных компрессоров обычно располагают только с одной стороны рамы (т.е., не уравновешенно-противоположное).

Цилиндр

Баллон – это сосуд высокого давления, в котором содержится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть как головными, так и кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях движения поршня (см. рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двойного действия.

  • Рис. 6—Цилиндры двустороннего действия (предоставлено Dresser-Rand).

Выбор материала цилиндра определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давления до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давления до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давления от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений цилиндров более 2500 фунтов на квадратный дюйм.

Максимально допустимое рабочее давление (МДРД) баллона должно быть как минимум на 10 % выше расчетного давления нагнетания (минимум 25 фунтов на кв. дюйм).Дополнительное номинальное давление позволяет настроить предохранительный датчик высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а предохранительный клапан (PSV) настроить на давление выше PSH.

Износоустойчивость трущихся деталей (поршневых колец и цилиндра, поршневого штока и уплотнительных колец и т. д.) также является критерием выбора материалов. Цилиндры испытывают износ в месте контакта с поршневыми кольцами. В горизонтальном расположении из-за веса поршня износ цилиндра больше всего в нижней части.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластичные кольца и натяжные ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на восстановление. Вкладыши прижимаются или сжимаются на месте, чтобы гарантировать, что они не скользят. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность может быть адаптирована к новым требованиям путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндров увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и снижают производительность компрессора при заданном диаметре.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение между цилиндром компрессора и рамой компрессора. На рис. 7 показаны распорки стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут содержаться как в одно-, так и в двухсекционном исполнении. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой удлиняется таким образом, что ни одна часть штока не попадает одновременно в картер и сальник цилиндра.Масло мигрирует между цилиндром и картером. Если загрязнение маслом вызывает беспокойство, можно предусмотреть маслоотражатель, чтобы предотвратить попадание смазочного масла на раму компрессора. Для работы с токсичными веществами может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не попадает ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

  • Рис. 7 — Двухкамерная вставка, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Упаковочный ящик должен вентилироваться через всасывание первой ступени или через систему отвода газов.Распорки имеют вентиляционное отверстие для отвода дополнительной утечки технологического газа из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Требуется эффективная вентиляция, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для распорок и набивки. Прокладка и вентиляционные отверстия сальника должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопного отверстия двигателя.Дренажная вставка должна быть отведена в отдельный отстойник, который можно опорожнять вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над кожухом компрессора. Смазочное масло из поддона можно смешивать с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, его необходимо транспортировать для утилизации или переработки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал вращается вокруг оси рамы и приводит в движение шатун, шток поршня и поршень (см. рис. 8 ).

  • Шатун, соединяющий коленчатый вал с пальцем крейцкопфа
  • Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, приводящее в движение поршень
  • Шток поршня соединяет крейцкопф с поршнем.
  • Рис. 8 — Коленчатый вал в сборе (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Поршень

Поршень расположен на конце штока поршня и действует как подвижная перегородка в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости со сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, такого как алюминий, чугун или сталь, с полым центром для снижения веса.Термопластичные изнашиваемые (или накладные) кольца часто устанавливаются на поршни для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, что устраняет необходимость в отдельных износостойких лентах.

Изнашиваемые ленты распределяют вес поршня вдоль нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца минимизируют утечку газа между поршнем и цилиндром или отверстием гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенка цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.По мере того, как поршень проходит через отверстие подачи лубрикатора в стенке цилиндра, поршневое кольцо собирает масло и распределяет его по длине хода.

Подшипники

Подшипники, расположенные по всей раме компрессора, обеспечивают правильное радиальное и осевое расположение компонентов компрессора. Коренные подшипники установлены в раме для правильного положения коленчатого вала. Подшипники шатунной шейки расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники поршневого пальца расположены между каждым шатуном и пальцем крейцкопфа.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников поршневых компрессоров представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Масло под давлением подается к каждому подшипнику через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла для предотвращения перегрева.

Сальник штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру болтами.Уплотнительные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, требуемого приложением. Для безопасного отвода утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружных колец (см. раздел о распорке выше).

Вспомогательные соединения с набивкой могут потребоваться для:

  • Охлаждающая вода
  • Смазочное масло
  • Продувка азотом
  • Вентиляция
  • Измерение температуры

Смазка должна быть тонко отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания в корпус мелких твердых частиц.Смазочное масло обычно впрыскивается во второе кольцо в сборе, при этом масло перемещается вдоль вала под давлением.

Клапаны компрессора

Основной функцией клапанов компрессора является обеспечение потока газа в нужном направлении и блокирование всего потока в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два комплекта клапанов. Набор впускных (всасывающих) клапанов впускает газ в баллон. Набор выпускных клапанов используется для откачки сжатого газа из баллона.Производитель компрессора обычно указывает тип и размер клапана.

Пластинчатые клапаны, состоящие из колец, соединенных перемычками в единую пластину, являются распространенным типом клапанов. В зависимости от материала уплотнительной пластины пластинчатые клапаны способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F. Пластинчатые клапаны плохо работают в присутствии жидкостей.

Клапаны с концентрическими кольцами способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, дифференциальное давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F.К преимуществам концентрических кольцевых клапанов относятся:

  • Умеренная стоимость запчастей
  • Низкая стоимость ремонта
  • Способность работать с жидкостями лучше, чем у тарельчатых клапанов

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают более высокие характеристики, чем у тарельчатых клапанов и клапанов с концентрическими кольцами. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки, которые прилегают к отверстиям в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой эффективности использования топлива. Тарельчатые клапаны широко используются в трубопроводах, газоочистных и перерабатывающих установках.Металлические тарелки хорошо работают при:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1400 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 450 об/мин
  • Температуры до 500°F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих случаях:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1500 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 720 об/мин
  • Температура до 400°F

Большинство компрессоров имеют клапаны, установленные в цилиндрах.Относительно новая концепция конструкции помещает клапаны в поршень. Конструкция «клапан в поршне» ( рис. 9 ) работает с низкими скоростями клапана и обеспечивает более длительный срок службы и сокращение времени обслуживания.

  • Рис. 9 — Конструкция «клапан в поршне» (предоставлено Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от смещения поршня и зазора цилиндра. Пропускная способность данного цилиндра является функцией смещения поршня и объемного КПД.Объемный КПД зависит от зазора цилиндра, степени сжатия и свойств сжимаемого газа. Производительность компрессора можно рассчитать с помощью любого из следующих трех уравнений.

…………….(1)

…………….(2)

и

…………….(3)

где

к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
и
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. куб. фут/сут.

Смещение поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, охватываемый поршнем в единицу времени. Рабочий объем обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (Acf/min). Расчет рабочего объема поршня представляет собой простую процедуру, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или кривошипа. Уравнения. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.уравнение 4 для смещения головной части и уравнение. 5 — для смещения конца кривошипа.

…………….(4)

…………….(5)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм

Объем цилиндра двойного действия рассчитывается по уравнению . 6 .

…………….(6)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
и
д р = диаметр штока, дюйм

Методы, используемые для изменения рабочего объема поршня, включают изменение скорости компрессора, удаление или отключение всасывающих клапанов в цилиндре двустороннего действия и изменение диаметра гильзы цилиндра и поршня.

Разгрузка одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — деактивировать или снять всасывающие клапаны с одного конца, чтобы предотвратить сжатие газа на этом конце.В зависимости от частоты разгрузки и молекулярной массы газа разгрузчик с портом или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Кольцевая заглушка заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и на каждый конец цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В концентрических кольцевых клапанах можно разместить пробку для разгрузки в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа портовые и пробковые разгрузочные устройства снижают BHP/MMscf/D и значительно повышают надежность разгрузочной системы.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасывания, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную при выключенном компрессоре или с помощью разгрузочного клапана или подъемника во время работы компрессора. Управление разгрузочным клапаном может быть ручным или автоматическим с помощью диафрагмы, которая разгружает компрессор с помощью датчика давления всасывания.Мембранные приводы более надежны, чем ручные подъемники или разгрузчики.

Разгрузка обоих концов одного и того же цилиндра может привести к перегреву цилиндра; таким образом, лучше всего разгружать только один конец цилиндра компрессора двойного действия. В большинстве случаев предпочтительно снимать всасывающий клапан при разгрузке головной части цилиндра, чтобы обеспечить изменение направления нагрузки в штоках. (См. раздел о нагрузке на стержень ниже)

Объем клиренса

Рабочий объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в канавках клапанов и пространства между поршнем и торцом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, находящийся в зазоре, расширяется против поршня и увеличивает усилие обратного хода. На рис. 10 представлена ​​диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

  • Рис. 10—Поршневой компрессор PV , схема (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Расширение газа, попавшего в зазор, происходит до того, как всасывающий клапан откроется, чтобы впустить новый газ в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропический, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в воздушном пространстве, рекуперируется, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Объем зазора выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих уравнений, зависящих от конфигурации:

  • Цилиндр одностороннего действия (зазор в головке) [ Ур. 7 ]
  • Цилиндр одностороннего действия (зазор кривошипа) [ Ур. 8 ]
  • Цилиндр двустороннего действия (зазор головки и кривошипа) [ Ур. 9 ]

…………….(7)

…………….(8)

…………….(9)

где

% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Применение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

  • Зазорные карманы фиксированного объема
  • Карманы с переменным зазором
  • Хомуты раздельных клапанов
Зазоры фиксированного объема

Зазорный карман фиксированного объема обычно представляет собой бутылку, постоянно прикрепленную к цилиндру.Фиксированный объем также может быть увеличен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставляемой в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Зазорный карман фиксированного объема может быть постоянно открыт, или его можно контролировать, открывая или закрывая его. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазор снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавить к цилиндру переменный зазор и могут быть прикреплены либо к головке, либо к кривошипу цилиндра.Чаще всего к головному концу крепятся карманы с переменным зазором, как показано на рис. 11 .

  • Рис. 11 — Карман с ручным управлением регулируемым объемом (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Хомуты раздельных клапанов

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может привести к захлопыванию нагнетательных клапанов. При наличии слишком большого зазора газ не будет выходить. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не поступает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД – это отношение фактического объема газа (куб. фут/мин), всасываемого в цилиндр, к объему поршня (куб. фут/мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Во-первых, газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, происходит утечка через клапаны и поршневые кольца. И в-третьих, происходит повторное расширение газа, попавшего в зазорный объем от предыдущего такта. Из этих трех, повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемную эффективность.

Производители компрессоров не пришли к единому мнению относительно подходящего метода расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Учитывая это, для оценки объемной эффективности можно использовать следующее приближенное уравнение.

…………….(10)

где

степень сжатия
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
и
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных нагрузками от давления и инерции, возникающими в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и приблизительно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки должны быть оценены для нормальных условий эксплуатации, а также в аварийных условиях. Нагрузку на шток следует проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Изменение направления нагрузки на шток должно иметь достаточную величину, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются насосным действием открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняется от растяжения к сжатию. Эксплуатация без реверсирования штока также может серьезно повредить компрессор.

Нагрузки на шток для различных конфигураций компрессора рассчитываются по следующим уравнениям:

  • Цилиндр одностороннего действия (головка)
  • Цилиндр одностороннего действия (кривошип)
  • Цилиндр двустороннего действия
Цилиндр одностороннего действия (головка)

…………….(11)

…………….(12)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

…………….(13)

…………….(14)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр двустороннего действия

…………….(15)

…………….(16)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Прочие факторы эффективности

Дополнительные соображения по производительности включают:

  • Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания со степенью сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается по мере увеличения давления всасывания. Снижение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с давлением всасывания быстрее, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы не перегружать водителя, необходимо добавить дополнительный зазор, чтобы уменьшить объем цилиндра.
  • Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.По мере снижения температуры баллон заполняет больше стандартных кубических футов. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10°F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения емкости цилиндра.
  • Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на рабочий объем цилиндра. Объемный КПД незначительно зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
  • Коэффициент удельной теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемной эффективности, как определено уравнением . 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет большую фактическую производительность при сжатии природного газа ( к = 1,25), по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( к = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему энергопотреблению.
  • Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулирование скорости компрессора (в разумных пределах) для поддержания желаемого давления всасывания. Снижение скорости водителя снижает расход топлива и эксплуатационные расходы.

Карты производительности

Карты производительности могут быть разработаны для конкретного компрессора с постоянными базовыми условиями. На рис. 12 показано, что по мере увеличения давления всасывания скорость потока на входе и мощность увеличиваются при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

  • Рис. 12—Карта поршневого компрессора с восемью ступенями разгрузки (предоставлено Dresser-Rand).

Технологическая установка

Компрессор является составной частью полной компрессорной системы. На рис. 13 представлена ​​типовая технологическая схема установки поршневого компрессора.

  • Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационный сосуд) сепаратором (любезно предоставлена ​​компанией Dresser-Rand).

Рециркуляционный клапан

Давление всасывания компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы удовлетворить расход, необходимый для цилиндра. Увеличение степени сжатия, вызванное снижением давления всасывания, приводит к увеличению температуры нагнетания. Таким образом, рециркуляционный клапан в системе должен быть настроен таким образом, чтобы низкое давление всасывания не создавало чрезмерной температуры нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.Там, где это возможно, клапан рециркуляции должен располагаться после газоохладителей.

Продувочный клапан

Продувочный клапан сбрасывает оставшееся давление, когда компрессор останавливается на техническое обслуживание. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно осуществляется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкостей в компрессор через входной газовый поток может привести к повреждению внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.При правильном планировании скруббер может быть частью системы контроля пульсации (см. раздел о пульсации ниже). Если входящий поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и выпускные патрубки с нижним соединением.

Предохранительные клапаны

Клапаны сброса давления

, установленные с запасом на 10 % выше максимального давления нагнетания ступени или минимум на 15–25 фунтов на кв. дюйм, обеспечивают защиту трубопроводов и охладителей от статического давления. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление в баллоне (см. раздел о баллонах выше).Следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы, баллоны и предохранительные клапаны на стороне всасывания рассчитаны на давление осаждения в системах охлаждения с замкнутым контуром или при низких температурах газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей сути вызывает пульсацию, поскольку всасывающий и выпускной клапаны не открыты на протяжении всего такта сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы обеспечить равномерную нагрузку и снизить уровень вибрации трубопровода.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть обеспечены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение с линией цилиндра компрессора, а мощность ступени составляет менее 150 л.с., отдельные баллоны или пульсационные сосуды могут не потребоваться. Для большинства применений объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и/или дроссельными трубками должны располагаться как можно ближе к цилиндру для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых местах трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул для определения размеров бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Пульсирующий дизайн

Цифровой анализ пульсаций в трубопроводе — это относительно недорогой метод, позволяющий убедиться, что трубопроводная система рассчитана на приемлемые уровни пульсаций (обычно от 2 до 7% от пика к пику). Схема системы трубопроводов должна определять расположение и объемы выбивных барабанов, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый крупный сосуд или объем до и после компрессора.Рабочие условия двойного и одинарного действия (если применимо) должны быть проанализированы.

Вибрация

Дисбаланс вращающихся элементов в компрессоре вызывает механическую вибрацию. Противовесы на коленчатом валу и расположение цилиндров попарно с обеих сторон коленчатого вала (на виду) могут минимизировать, но не устранить силы дисбаланса. Таким образом, всегда будут механические вибраторы, которые необходимо учитывать при проектировании фундамента.

Вибрация трубопроводов

Трубопровод технологического газа компрессора должен быть правильно спроектирован и установлен, чтобы избежать проблем, связанных с чрезмерной вибрацией.Важно, чтобы собственная частота всех пролетов труб была больше частоты пульсаций компрессора. Частота пульсаций компрессора рассчитывается по формуле . 17 .

…………….(17)

где

ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия).

Трубопроводы должны быть надежно закреплены с использованием коротких отрезков труб, неодинаковых по длине. Адекватное демпфирование пульсаций помогает предотвратить проблемы с вибрацией, связанные с трубопроводом.

Проект фундамента

Для больших встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнить динамическую конструкцию с использованием сил дисбаланса, предусмотренных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных в районах с почвой, способной выдержать пикап, полезны следующие правила.

  • Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
  • Используйте грунтовую опору для конструкции, которая составляет менее 50% от допустимой для статических условий.
  • Обычно лучше увеличить длину и/или ширину, а не глубину, чтобы удовлетворить требования по весу.
  • Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должны быть заглублены в ненарушенный грунт.
  • Бетон следует заливать в «аккуратную» выемку без сформированных боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Отвод части этого тепла благотворно влияет на производительность и надежность компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндров снижает потери мощности и мощности, связанные с подогревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа нагнетания. Охлаждение цилиндра также способствует лучшему смазыванию, что продлевает срок службы и снижает потребность в техническом обслуживании.Когда в качестве охлаждающей среды используется вода, по всей окружности цилиндра поддерживается одинаковая температура, что снижает вероятность тепловой деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать образования конденсата, который может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости в рубашке цилиндра не менее чем на 10°F выше температуры всасываемого газа.

Недостаточное охлаждение может привести к снижению производительности и загрязнению цилиндров. По этой причине рекомендуется, чтобы температура баллона не превышала температуру всасываемого газа более чем на 30°F.

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

  • С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются для небольших мощностей и низких тепловых нагрузок. Охлаждающие ребра обеспечивают достаточную площадь поверхности для охлаждения цилиндра.
  • Статический . Статические системы иногда используются на небольших компрессорах для поддержки систем с воздушным охлаждением. Охлаждающая жидкость действует как статический поглотитель тепла и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается от системы теплопроводностью в атмосферу.
  • Термосифон . Движущей силой термосифона является изменение плотности охлаждающей жидкости от горячих участков системы к холодным. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210°F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150°F.
  • Герметичный . Системы охлаждения под давлением являются наиболее распространенными. В местах, где охлаждающая вода недоступна, может использоваться автономная закрытая система охлаждающей жидкости.Система состоит из циркуляционного насоса, расширительного бака и радиатора с вентиляторным охлаждением или теплообменника воздух-жидкость. Радиатор может иметь несколько секций: одну для охлаждающей жидкости цилиндра, одну для охлаждения смазочного масла и одну (или несколько) для охлаждения нагнетаемого газа. В качестве охлаждающей жидкости используется вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в движение циркуляционный насос.

Смазка

Смазка рамы

Система смазки рамы подает масло к подшипникам рамы, шатунным подшипникам и башмакам крейцкопфа.Некоторые системы смазки рамы также подают масло на сальник и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

Системы смазки разбрызгиванием распределяют смазочное масло путем разбрызгивания кривошипа через поверхность смазки в насосе. Ковши могут быть прикреплены к коленчатому валу для усиления эффекта. Системы разбрызгивания используются на небольших горизонтальных одноступенчатых компрессорах мощностью до 100 л.с.

Двумя основными преимуществами систем разбрызгивания являются:

  • Низкая начальная стоимость
  • Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками являются то, что системы разбрызгивания ограничены:

  • Маленькие размеры корпуса
  • Масло нельзя фильтровать

Смазка под давлением

Наиболее распространенным типом смазки рамы является система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и течет через коренной вал и подшипники шатунной шейки.Система смазки под давлением состоит из следующих компонентов.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на подачу 110% от максимально ожидаемого расхода. Когда для управления производительностью используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал достаточную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (дополнительно)

Вспомогательный насос предназначен для дублирования основного насоса.Вспомогательный насос обычно приводится в действие электродвигателем и предназначен для автоматического запуска, когда давление подачи масла падает ниже заданного уровня.

Насос предварительной смазки (дополнительно)

Насос предварительной смазки подает масло к подшипникам перед запуском компрессора. Это гарантирует, что подшипники не будут сухими при запуске. Поскольку эту функцию выполняет вспомогательный насос, насос предварительной смазки требуется только в том случае, если в системе нет вспомогательного насоса.

Масляный радиатор

Масляный радиатор следит за тем, чтобы температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышала максимальное значение, необходимое для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подачи масла составляет 120°F. Вода для охлаждения рубашки кожухотрубного теплообменника часто используется для охлаждения смазочного масла.

Масляные фильтры
Масляные фильтры

защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с перепускными клапанами. Перепускные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, что позволяет очищать фильтры без отключения компрессора.

Верхний бак

Верхний бак обеспечивает подачу масла к подшипникам в случае отказа насоса.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Резервуар обычно оборудован индикатором уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединяются трубопроводом. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали должны быть протравлены или механически очищены и покрыты ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована так, чтобы не было карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать сварки труб в раструб. Перед первоначальным запуском систему смазки следует промыть смазочным маслом при температуре приблизительно 170°F. В систему следует добавить сито 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Защитные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, датчик отключения при низком давлении масла и датчик высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется, чтобы компрессор и привод смазывались отдельными системами, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. Для установок в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или встроенных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндра и набивки

Количество масла, необходимое для смазки набивки и цилиндров, невелико по сравнению с потребностью в масле подшипников.В то время как количество невелико, давление масла, необходимое для подачи масла на сальник и цилиндры, высокое. Небольшой плунжерный насос (лубрикатор принудительной подачи) используется на каждой ступени сжатия. Разделительные блоки служат для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться либо из системы смазки рамы, либо из верхнего бака. Для защиты от загрязнения необходимо проверить совместимость масла с технологическим газом.

Номенклатура

степень сжатия
к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. фут./сут.
ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм
% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор в головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия)

Каталожные номера

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. е. не являются внутренним документом компании.]

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Компрессоры объемные ротационные

PEH:Компрессоры

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины объемного типа, в которых сжимающим и перемещающим элементом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение поршневых компрессоров на этой странице включает описание конфигурации процесса для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

  • Регулятор скорости
  • Впускной дроссель
  • Переработка
  • Сброс давления
  • Продувка
  • Вставка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Существует два типа поршневых компрессоров:

  • Высокоскоростной (разборный)
  • Низкоскоростная (встроенная)

Высокоскоростная категория также называется «отдельной», а низкоскоростная категория также известна как «интегральная».”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются для управления проектированием и производством поршневых компрессоров.

Съемные компрессоры

Термин «отдельный» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Либо двигатель, либо электродвигатель обычно приводит в движение отделяемый компрессор. Часто редуктор требуется в поезде сжатия.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об/мин.

Съемные блоки монтируются на салазках и являются автономными. Они просты в установке, предлагают относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на другие площадки и доступны в размерах, подходящих для сбора в полевых условиях — как на берегу, так и в море. Однако раздельные компрессоры требуют более высоких затрат на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного разъемного компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

  • Рис. 1—Поперечное сечение разъемного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (предоставлено компанией Dresser-Rand).

Встроенные компрессоры

Термин «интегральный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы заодно с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Интегральные агрегаты работают со скоростью от 200 до 600 об/мин.Они обычно используются на газовых заводах и трубопроводах, где эффективность использования топлива и длительный срок службы имеют решающее значение. Интегральные компрессоры могут быть оснащены от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне условий эксплуатации и требуют меньше обслуживания, чем отдельные агрегаты. Однако интегральные блоки обычно должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсации.У них самая высокая начальная стоимость установки.

Рис. 3 представляет собой поперечное сечение типичного встроенного компрессора. На рис. 4 показан составной компрессорный агрегат.

  • Рис. 3—Поперечное сечение встроенного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессор (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры доступны в различных конструкциях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на рис. 5 .

  • Рис. 5 — Компоненты поршневого компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Рама

Рама представляет собой тяжелый, прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы по максимальной непрерывной мощности и нагрузке на раму (см. раздел о нагрузке на шток ниже).

Съемные компрессоры обычно располагаются в сбалансированно-оппозитной конфигурации, характеризующейся соседней парой ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Шатуны устроены так, что движение каждого поршня уравновешивается движением противоположного поршня.

Встроенные компрессоры обычно имеют силовые цилиндры компрессора и двигателя, установленные на одной раме и приводимые в движение одним и тем же коленчатым валом. Цилиндры встроенных компрессоров обычно располагаются только на одной стороне рамы (т.е., не уравновешенно-противоположное).

Цилиндр

Баллон – это сосуд высокого давления, в котором содержится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть как головными, так и кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях движения поршня (см. рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двойного действия.

  • Рис. 6—Цилиндры двустороннего действия (предоставлено Dresser-Rand).

Выбор материала цилиндра определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давления до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давления до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давления от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений цилиндров более 2500 фунтов на квадратный дюйм.

Максимально допустимое рабочее давление (МДРД) баллона должно быть как минимум на 10 % выше расчетного давления нагнетания (минимум 25 фунтов на кв. дюйм).Дополнительное номинальное давление позволяет настроить предохранительный датчик высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а предохранительный клапан (PSV) настроить на давление выше PSH.

Износоустойчивость трущихся деталей (поршневых колец и цилиндра, поршневого штока и уплотнительных колец и т. д.) также является критерием выбора материалов. Цилиндры испытывают износ в месте контакта с поршневыми кольцами. В горизонтальном расположении из-за веса поршня износ цилиндра больше всего в нижней части.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластичные кольца и натяжные ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на восстановление. Вкладыши прижимаются или сжимаются на месте, чтобы гарантировать, что они не скользят. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность может быть адаптирована к новым требованиям путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндров увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и снижают производительность компрессора при заданном диаметре.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение между цилиндром компрессора и рамой компрессора. На рис. 7 показаны распорки стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут содержаться как в одно-, так и в двухсекционном исполнении. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой удлиняется таким образом, что ни одна часть штока не попадает одновременно в картер и сальник цилиндра.Масло мигрирует между цилиндром и картером. Если загрязнение маслом вызывает беспокойство, можно предусмотреть маслоотражатель, чтобы предотвратить попадание смазочного масла на раму компрессора. Для работы с токсичными веществами может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не попадает ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

  • Рис. 7 — Двухкамерная вставка, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Упаковочный ящик должен вентилироваться через всасывание первой ступени или через систему отвода газов.Распорки имеют вентиляционное отверстие для отвода дополнительной утечки технологического газа из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Требуется эффективная вентиляция, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для распорок и набивки. Прокладка и вентиляционные отверстия сальника должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопного отверстия двигателя.Дренажная вставка должна быть отведена в отдельный отстойник, который можно опорожнять вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над кожухом компрессора. Смазочное масло из поддона можно смешивать с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, его необходимо транспортировать для утилизации или переработки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал вращается вокруг оси рамы и приводит в движение шатун, шток поршня и поршень (см. рис. 8 ).

  • Шатун, соединяющий коленчатый вал с пальцем крейцкопфа
  • Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, приводящее в движение поршень
  • Шток поршня соединяет крейцкопф с поршнем.
  • Рис. 8 — Коленчатый вал в сборе (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Поршень

Поршень расположен на конце штока поршня и действует как подвижная перегородка в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости со сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, такого как алюминий, чугун или сталь, с полым центром для снижения веса.Термопластичные изнашиваемые (или накладные) кольца часто устанавливаются на поршни для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, что устраняет необходимость в отдельных износостойких лентах.

Изнашиваемые ленты распределяют вес поршня вдоль нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца минимизируют утечку газа между поршнем и цилиндром или отверстием гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенка цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.По мере того, как поршень проходит через отверстие подачи лубрикатора в стенке цилиндра, поршневое кольцо собирает масло и распределяет его по длине хода.

Подшипники

Подшипники, расположенные по всей раме компрессора, обеспечивают правильное радиальное и осевое расположение компонентов компрессора. Коренные подшипники установлены в раме для правильного положения коленчатого вала. Подшипники шатунной шейки расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники поршневого пальца расположены между каждым шатуном и пальцем крейцкопфа.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников поршневых компрессоров представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Масло под давлением подается к каждому подшипнику через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла для предотвращения перегрева.

Сальник штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру болтами.Уплотнительные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, требуемого приложением. Для безопасного отвода утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружных колец (см. раздел о распорке выше).

Вспомогательные соединения с набивкой могут потребоваться для:

  • Охлаждающая вода
  • Смазочное масло
  • Продувка азотом
  • Вентиляция
  • Измерение температуры

Смазка должна быть тонко отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания в корпус мелких твердых частиц.Смазочное масло обычно впрыскивается во второе кольцо в сборе, при этом масло перемещается вдоль вала под давлением.

Клапаны компрессора

Основной функцией клапанов компрессора является обеспечение потока газа в нужном направлении и блокирование всего потока в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два комплекта клапанов. Набор впускных (всасывающих) клапанов впускает газ в баллон. Набор выпускных клапанов используется для откачки сжатого газа из баллона.Производитель компрессора обычно указывает тип и размер клапана.

Пластинчатые клапаны, состоящие из колец, соединенных перемычками в единую пластину, являются распространенным типом клапанов. В зависимости от материала уплотнительной пластины пластинчатые клапаны способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F. Пластинчатые клапаны плохо работают в присутствии жидкостей.

Клапаны с концентрическими кольцами способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, дифференциальное давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F.К преимуществам концентрических кольцевых клапанов относятся:

  • Умеренная стоимость запчастей
  • Низкая стоимость ремонта
  • Способность работать с жидкостями лучше, чем у тарельчатых клапанов

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают более высокие характеристики, чем у тарельчатых клапанов и клапанов с концентрическими кольцами. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки, которые прилегают к отверстиям в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой эффективности использования топлива. Тарельчатые клапаны широко используются в трубопроводах, газоочистных и перерабатывающих установках.Металлические тарелки хорошо работают при:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1400 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 450 об/мин
  • Температуры до 500°F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих случаях:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1500 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 720 об/мин
  • Температура до 400°F

Большинство компрессоров имеют клапаны, установленные в цилиндрах.Относительно новая концепция конструкции помещает клапаны в поршень. Конструкция «клапан в поршне» ( рис. 9 ) работает с низкими скоростями клапана и обеспечивает более длительный срок службы и сокращение времени обслуживания.

  • Рис. 9 — Конструкция «клапан в поршне» (предоставлено Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от смещения поршня и зазора цилиндра. Пропускная способность данного цилиндра является функцией смещения поршня и объемного КПД.Объемный КПД зависит от зазора цилиндра, степени сжатия и свойств сжимаемого газа. Производительность компрессора можно рассчитать с помощью любого из следующих трех уравнений.

…………….(1)

…………….(2)

и

…………….(3)

где

к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
и
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. куб. фут/сут.

Смещение поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, охватываемый поршнем в единицу времени. Рабочий объем обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (Acf/min). Расчет рабочего объема поршня представляет собой простую процедуру, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или кривошипа. Уравнения. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.уравнение 4 для смещения головной части и уравнение. 5 — для смещения конца кривошипа.

…………….(4)

…………….(5)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм

Объем цилиндра двойного действия рассчитывается по уравнению . 6 .

…………….(6)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
и
д р = диаметр штока, дюйм

Методы, используемые для изменения рабочего объема поршня, включают изменение скорости компрессора, удаление или отключение всасывающих клапанов в цилиндре двустороннего действия и изменение диаметра гильзы цилиндра и поршня.

Разгрузка одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — деактивировать или снять всасывающие клапаны с одного конца, чтобы предотвратить сжатие газа на этом конце.В зависимости от частоты разгрузки и молекулярной массы газа разгрузчик с портом или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Кольцевая заглушка заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и на каждый конец цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В концентрических кольцевых клапанах можно разместить пробку для разгрузки в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа портовые и пробковые разгрузочные устройства снижают BHP/MMscf/D и значительно повышают надежность разгрузочной системы.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасывания, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную при выключенном компрессоре или с помощью разгрузочного клапана или подъемника во время работы компрессора. Управление разгрузочным клапаном может быть ручным или автоматическим с помощью диафрагмы, которая разгружает компрессор с помощью датчика давления всасывания.Мембранные приводы более надежны, чем ручные подъемники или разгрузчики.

Разгрузка обоих концов одного и того же цилиндра может привести к перегреву цилиндра; таким образом, лучше всего разгружать только один конец цилиндра компрессора двойного действия. В большинстве случаев предпочтительно снимать всасывающий клапан при разгрузке головной части цилиндра, чтобы обеспечить изменение направления нагрузки в штоках. (См. раздел о нагрузке на стержень ниже)

Объем клиренса

Рабочий объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в канавках клапанов и пространства между поршнем и торцом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, находящийся в зазоре, расширяется против поршня и увеличивает усилие обратного хода. На рис. 10 представлена ​​диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

  • Рис. 10—Поршневой компрессор PV , схема (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Расширение газа, попавшего в зазор, происходит до того, как всасывающий клапан откроется, чтобы впустить новый газ в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропический, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в воздушном пространстве, рекуперируется, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Объем зазора выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих уравнений, зависящих от конфигурации:

  • Цилиндр одностороннего действия (зазор в головке) [ Ур. 7 ]
  • Цилиндр одностороннего действия (зазор кривошипа) [ Ур. 8 ]
  • Цилиндр двустороннего действия (зазор головки и кривошипа) [ Ур. 9 ]

…………….(7)

…………….(8)

…………….(9)

где

% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Применение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

  • Зазорные карманы фиксированного объема
  • Карманы с переменным зазором
  • Хомуты раздельных клапанов
Зазоры фиксированного объема

Зазорный карман фиксированного объема обычно представляет собой бутылку, постоянно прикрепленную к цилиндру.Фиксированный объем также может быть увеличен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставляемой в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Зазорный карман фиксированного объема может быть постоянно открыт, или его можно контролировать, открывая или закрывая его. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазор снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавить к цилиндру переменный зазор и могут быть прикреплены либо к головке, либо к кривошипу цилиндра.Чаще всего к головному концу крепятся карманы с переменным зазором, как показано на рис. 11 .

  • Рис. 11 — Карман с ручным управлением регулируемым объемом (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Хомуты раздельных клапанов

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может привести к захлопыванию нагнетательных клапанов. При наличии слишком большого зазора газ не будет выходить. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не поступает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД – это отношение фактического объема газа (куб. фут/мин), всасываемого в цилиндр, к объему поршня (куб. фут/мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Во-первых, газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, происходит утечка через клапаны и поршневые кольца. И в-третьих, происходит повторное расширение газа, попавшего в зазорный объем от предыдущего такта. Из этих трех, повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемную эффективность.

Производители компрессоров не пришли к единому мнению относительно подходящего метода расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Учитывая это, для оценки объемной эффективности можно использовать следующее приближенное уравнение.

…………….(10)

где

степень сжатия
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
и
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных нагрузками от давления и инерции, возникающими в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и приблизительно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки должны быть оценены для нормальных условий эксплуатации, а также в аварийных условиях. Нагрузку на шток следует проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Изменение направления нагрузки на шток должно иметь достаточную величину, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются насосным действием открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняется от растяжения к сжатию. Эксплуатация без реверсирования штока также может серьезно повредить компрессор.

Нагрузки на шток для различных конфигураций компрессора рассчитываются по следующим уравнениям:

  • Цилиндр одностороннего действия (головка)
  • Цилиндр одностороннего действия (кривошип)
  • Цилиндр двустороннего действия
Цилиндр одностороннего действия (головка)

…………….(11)

…………….(12)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

…………….(13)

…………….(14)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр двустороннего действия

…………….(15)

…………….(16)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Прочие факторы эффективности

Дополнительные соображения по производительности включают:

  • Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания со степенью сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается по мере увеличения давления всасывания. Снижение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с давлением всасывания быстрее, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы не перегружать водителя, необходимо добавить дополнительный зазор, чтобы уменьшить объем цилиндра.
  • Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.По мере снижения температуры баллон заполняет больше стандартных кубических футов. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10°F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения емкости цилиндра.
  • Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на рабочий объем цилиндра. Объемный КПД незначительно зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
  • Коэффициент удельной теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемной эффективности, как определено уравнением . 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет большую фактическую производительность при сжатии природного газа ( к = 1,25), по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( к = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему энергопотреблению.
  • Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулирование скорости компрессора (в разумных пределах) для поддержания желаемого давления всасывания. Снижение скорости водителя снижает расход топлива и эксплуатационные расходы.

Карты производительности

Карты производительности могут быть разработаны для конкретного компрессора с постоянными базовыми условиями. На рис. 12 показано, что по мере увеличения давления всасывания скорость потока на входе и мощность увеличиваются при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

  • Рис. 12—Карта поршневого компрессора с восемью ступенями разгрузки (предоставлено Dresser-Rand).

Технологическая установка

Компрессор является составной частью полной компрессорной системы. На рис. 13 представлена ​​типовая технологическая схема установки поршневого компрессора.

  • Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационный сосуд) сепаратором (любезно предоставлена ​​компанией Dresser-Rand).

Рециркуляционный клапан

Давление всасывания компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы удовлетворить расход, необходимый для цилиндра. Увеличение степени сжатия, вызванное снижением давления всасывания, приводит к увеличению температуры нагнетания. Таким образом, рециркуляционный клапан в системе должен быть настроен таким образом, чтобы низкое давление всасывания не создавало чрезмерной температуры нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.Там, где это возможно, клапан рециркуляции должен располагаться после газоохладителей.

Продувочный клапан

Продувочный клапан сбрасывает оставшееся давление, когда компрессор останавливается на техническое обслуживание. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно осуществляется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкостей в компрессор через входной газовый поток может привести к повреждению внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.При правильном планировании скруббер может быть частью системы контроля пульсации (см. раздел о пульсации ниже). Если входящий поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и выпускные патрубки с нижним соединением.

Предохранительные клапаны

Клапаны сброса давления

, установленные с запасом на 10 % выше максимального давления нагнетания ступени или минимум на 15–25 фунтов на кв. дюйм, обеспечивают защиту трубопроводов и охладителей от статического давления. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление в баллоне (см. раздел о баллонах выше).Следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы, баллоны и предохранительные клапаны на стороне всасывания рассчитаны на давление осаждения в системах охлаждения с замкнутым контуром или при низких температурах газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей сути вызывает пульсацию, поскольку всасывающий и выпускной клапаны не открыты на протяжении всего такта сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы обеспечить равномерную нагрузку и снизить уровень вибрации трубопровода.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть обеспечены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение с линией цилиндра компрессора, а мощность ступени составляет менее 150 л.с., отдельные баллоны или пульсационные сосуды могут не потребоваться. Для большинства применений объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и/или дроссельными трубками должны располагаться как можно ближе к цилиндру для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых местах трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул для определения размеров бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Пульсирующий дизайн

Цифровой анализ пульсаций в трубопроводе — это относительно недорогой метод, позволяющий убедиться, что трубопроводная система рассчитана на приемлемые уровни пульсаций (обычно от 2 до 7% от пика к пику). Схема системы трубопроводов должна определять расположение и объемы выбивных барабанов, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый крупный сосуд или объем до и после компрессора.Рабочие условия двойного и одинарного действия (если применимо) должны быть проанализированы.

Вибрация

Дисбаланс вращающихся элементов в компрессоре вызывает механическую вибрацию. Противовесы на коленчатом валу и расположение цилиндров попарно с обеих сторон коленчатого вала (на виду) могут минимизировать, но не устранить силы дисбаланса. Таким образом, всегда будут механические вибраторы, которые необходимо учитывать при проектировании фундамента.

Вибрация трубопроводов

Трубопровод технологического газа компрессора должен быть правильно спроектирован и установлен, чтобы избежать проблем, связанных с чрезмерной вибрацией.Важно, чтобы собственная частота всех пролетов труб была больше частоты пульсаций компрессора. Частота пульсаций компрессора рассчитывается по формуле . 17 .

…………….(17)

где

ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия).

Трубопроводы должны быть надежно закреплены с использованием коротких отрезков труб, неодинаковых по длине. Адекватное демпфирование пульсаций помогает предотвратить проблемы с вибрацией, связанные с трубопроводом.

Проект фундамента

Для больших встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнить динамическую конструкцию с использованием сил дисбаланса, предусмотренных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных в районах с почвой, способной выдержать пикап, полезны следующие правила.

  • Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
  • Используйте грунтовую опору для конструкции, которая составляет менее 50% от допустимой для статических условий.
  • Обычно лучше увеличить длину и/или ширину, а не глубину, чтобы удовлетворить требования по весу.
  • Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должны быть заглублены в ненарушенный грунт.
  • Бетон следует заливать в «аккуратную» выемку без сформированных боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Отвод части этого тепла благотворно влияет на производительность и надежность компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндров снижает потери мощности и мощности, связанные с подогревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа нагнетания. Охлаждение цилиндра также способствует лучшему смазыванию, что продлевает срок службы и снижает потребность в техническом обслуживании.Когда в качестве охлаждающей среды используется вода, по всей окружности цилиндра поддерживается одинаковая температура, что снижает вероятность тепловой деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать образования конденсата, который может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости в рубашке цилиндра не менее чем на 10°F выше температуры всасываемого газа.

Недостаточное охлаждение может привести к снижению производительности и загрязнению цилиндров. По этой причине рекомендуется, чтобы температура баллона не превышала температуру всасываемого газа более чем на 30°F.

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

  • С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются для небольших мощностей и низких тепловых нагрузок. Охлаждающие ребра обеспечивают достаточную площадь поверхности для охлаждения цилиндра.
  • Статический . Статические системы иногда используются на небольших компрессорах для поддержки систем с воздушным охлаждением. Охлаждающая жидкость действует как статический поглотитель тепла и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается от системы теплопроводностью в атмосферу.
  • Термосифон . Движущей силой термосифона является изменение плотности охлаждающей жидкости от горячих участков системы к холодным. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210°F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150°F.
  • Герметичный . Системы охлаждения под давлением являются наиболее распространенными. В местах, где охлаждающая вода недоступна, может использоваться автономная замкнутая система охлаждающей жидкости.Система состоит из циркуляционного насоса, расширительного бака и радиатора с вентиляторным охлаждением или теплообменника воздух-жидкость. Радиатор может иметь несколько секций: одну для охлаждающей жидкости цилиндра, одну для охлаждения смазочного масла и одну (или несколько) для охлаждения нагнетаемого газа. В качестве охлаждающей жидкости используется вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в движение циркуляционный насос.

Смазка

Смазка рамы

Система смазки рамы подает масло к подшипникам рамы, шатунным подшипникам и башмакам крейцкопфа.Некоторые системы смазки рамы также подают масло на сальник и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

Системы смазки разбрызгиванием распределяют смазочное масло путем разбрызгивания кривошипа через поверхность смазки в насосе. Ковши могут быть прикреплены к коленчатому валу для усиления эффекта. Системы разбрызгивания используются на небольших горизонтальных одноступенчатых компрессорах мощностью до 100 л.с.

Двумя основными преимуществами систем разбрызгивания являются:

  • Низкая начальная стоимость
  • Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками являются то, что системы разбрызгивания ограничены:

  • Маленькие размеры корпуса
  • Масло нельзя фильтровать

Смазка под давлением

Наиболее распространенным типом смазки рамы является система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и течет через коренной вал и подшипники шатунной шейки.Система смазки под давлением состоит из следующих компонентов.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на подачу 110% от максимально ожидаемого расхода. Когда для управления производительностью используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал достаточную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (дополнительно)

Вспомогательный насос предназначен для дублирования основного насоса.Вспомогательный насос обычно приводится в действие электродвигателем и предназначен для автоматического запуска, когда давление подачи масла падает ниже заданного уровня.

Насос предварительной смазки (дополнительно)

Насос предварительной смазки подает масло к подшипникам перед запуском компрессора. Это гарантирует, что подшипники не будут сухими при запуске. Поскольку эту функцию выполняет вспомогательный насос, насос предварительной смазки требуется только в том случае, если в системе нет вспомогательного насоса.

Масляный радиатор

Масляный радиатор следит за тем, чтобы температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышала максимальное значение, необходимое для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подачи масла составляет 120°F. Вода для охлаждения рубашки кожухотрубного теплообменника часто используется для охлаждения смазочного масла.

Масляные фильтры
Масляные фильтры

защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с перепускными клапанами. Перепускные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, что позволяет очищать фильтры без отключения компрессора.

Верхний бак

Верхний бак обеспечивает подачу масла к подшипникам в случае отказа насоса.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Резервуар обычно оборудован индикатором уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединяются трубопроводом. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали должны быть протравлены или механически очищены и покрыты ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована так, чтобы не было карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать сварки труб в раструб. Перед первоначальным запуском систему смазки следует промыть смазочным маслом при температуре приблизительно 170°F. В систему следует добавить сито 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Защитные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, датчик отключения при низком давлении масла и датчик высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется, чтобы компрессор и привод смазывались отдельными системами, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. Для установок в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или встроенных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндра и набивки

Количество масла, необходимое для смазки набивки и цилиндров, невелико по сравнению с потребностью в масле подшипников.В то время как количество невелико, давление масла, необходимое для подачи масла на сальник и цилиндры, высокое. Небольшой плунжерный насос (лубрикатор принудительной подачи) используется на каждой ступени сжатия. Разделительные блоки служат для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться либо из системы смазки рамы, либо из верхнего резервуара. Для защиты от загрязнения необходимо проверить совместимость масла с технологическим газом.

Номенклатура

степень сжатия
к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. фут./сут.
ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм
% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор в головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия)

Каталожные номера

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. е. не являются внутренним документом компании.]

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Компрессоры объемные ротационные

PEH:Компрессоры

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины объемного типа, в которых сжимающим и перемещающим элементом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение поршневых компрессоров на этой странице включает описание конфигурации процесса для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

  • Регулятор скорости
  • Впускной дроссель
  • Переработка
  • Сброс давления
  • Продувка
  • Вставка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Существует два типа поршневых компрессоров:

  • Высокоскоростной (разборный)
  • Низкоскоростная (встроенная)

Высокоскоростная категория также называется «отдельной», а низкоскоростная категория также известна как «интегральная».”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются для управления проектированием и производством поршневых компрессоров.

Съемные компрессоры

Термин «отдельный» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Либо двигатель, либо электродвигатель обычно приводит в движение отделяемый компрессор. Часто редуктор требуется в поезде сжатия.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об/мин.

Съемные блоки монтируются на салазках и являются автономными. Они просты в установке, предлагают относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на другие площадки и доступны в размерах, подходящих для сбора в полевых условиях — как на берегу, так и в море. Однако раздельные компрессоры требуют более высоких затрат на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного разъемного компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

  • Рис. 1—Поперечное сечение разъемного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (предоставлено компанией Dresser-Rand).

Встроенные компрессоры

Термин «интегральный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы заодно с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Интегральные агрегаты работают со скоростью от 200 до 600 об/мин.Они обычно используются на газовых заводах и трубопроводах, где эффективность использования топлива и длительный срок службы имеют решающее значение. Интегральные компрессоры могут быть оснащены от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне условий эксплуатации и требуют меньше обслуживания, чем отдельные агрегаты. Однако интегральные блоки обычно должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсации.У них самая высокая начальная стоимость установки.

Рис. 3 представляет собой поперечное сечение типичного встроенного компрессора. На рис. 4 показан составной компрессорный агрегат.

  • Рис. 3—Поперечное сечение встроенного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессор (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры доступны в различных конструкциях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на рис. 5 .

  • Рис. 5 — Компоненты поршневого компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Рама

Рама представляет собой тяжелый, прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы по максимальной непрерывной мощности и нагрузке на раму (см. раздел о нагрузке на шток ниже).

Съемные компрессоры обычно располагаются в сбалансированно-оппозитной конфигурации, характеризующейся соседней парой ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Шатуны устроены так, что движение каждого поршня уравновешивается движением противоположного поршня.

Встроенные компрессоры обычно имеют силовые цилиндры компрессора и двигателя, установленные на одной раме и приводимые в движение одним и тем же коленчатым валом. Цилиндры встроенных компрессоров обычно располагают только с одной стороны рамы (т.е., не уравновешенно-противоположное).

Цилиндр

Баллон – это сосуд высокого давления, в котором содержится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть как головными, так и кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях движения поршня (см. рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двойного действия.

  • Рис. 6—Цилиндры двустороннего действия (предоставлено Dresser-Rand).

Выбор материала цилиндра определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давления до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давления до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давления от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений цилиндров более 2500 фунтов на квадратный дюйм.

Максимально допустимое рабочее давление (МДРД) баллона должно быть как минимум на 10 % выше расчетного давления нагнетания (минимум 25 фунтов на кв. дюйм).Дополнительное номинальное давление позволяет настроить предохранительный датчик высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а предохранительный клапан (PSV) настроить на давление выше PSH.

Износоустойчивость трущихся деталей (поршневых колец и цилиндра, штока и уплотнительных колец и т. д.) также является критерием выбора материалов. Цилиндры испытывают износ в месте контакта с поршневыми кольцами. В горизонтальном расположении из-за веса поршня износ цилиндра больше всего в нижней части.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластичные кольца и натяжные ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на восстановление. Вкладыши прижимаются или сжимаются на месте, чтобы гарантировать, что они не скользят. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность может быть адаптирована к новым требованиям путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндров увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и снижают производительность компрессора при заданном диаметре.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение между цилиндром компрессора и рамой компрессора. На рис. 7 показаны распорки стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут содержаться как в одно-, так и в двухсекционном исполнении. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой удлиняется таким образом, что ни одна часть штока не попадает одновременно в картер и сальник цилиндра.Масло мигрирует между цилиндром и картером. Если загрязнение маслом вызывает беспокойство, можно предусмотреть маслоотражатель, чтобы предотвратить попадание смазочного масла на раму компрессора. Для работы с токсичными веществами может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не попадает ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

  • Рис. 7 — Двухкамерная вставка, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Упаковочный ящик должен вентилироваться через всасывание первой ступени или через систему отвода газов.Распорки имеют вентиляционное отверстие для отвода дополнительной утечки технологического газа из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Требуется эффективная вентиляция, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для распорок и набивки. Прокладка и вентиляционные отверстия сальника должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопного отверстия двигателя.Дренажная вставка должна быть отведена в отдельный отстойник, который можно опорожнять вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над кожухом компрессора. Смазочное масло из поддона можно смешивать с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, его необходимо транспортировать для утилизации или переработки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал вращается вокруг оси рамы и приводит в движение шатун, шток поршня и поршень (см. рис. 8 ).

  • Шатун, соединяющий коленчатый вал с пальцем крейцкопфа
  • Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, приводящее в движение поршень
  • Шток поршня соединяет крейцкопф с поршнем.
  • Рис. 8 — Коленчатый вал в сборе (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Поршень

Поршень расположен на конце штока поршня и действует как подвижная перегородка в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости со сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, такого как алюминий, чугун или сталь, с полым центром для снижения веса.Термопластичные изнашиваемые (или накладные) кольца часто устанавливаются на поршни для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, что устраняет необходимость в отдельных износостойких лентах.

Изнашиваемые ленты распределяют вес поршня вдоль нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца минимизируют утечку газа между поршнем и цилиндром или отверстием гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенка цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.По мере того, как поршень проходит через отверстие подачи лубрикатора в стенке цилиндра, поршневое кольцо собирает масло и распределяет его по длине хода.

Подшипники

Подшипники, расположенные по всей раме компрессора, обеспечивают правильное радиальное и осевое расположение компонентов компрессора. Коренные подшипники установлены в раме для правильного положения коленчатого вала. Подшипники шатунной шейки расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники поршневого пальца расположены между каждым шатуном и пальцем крейцкопфа.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников поршневых компрессоров представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Масло под давлением подается к каждому подшипнику через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла для предотвращения перегрева.

Сальник штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру болтами.Уплотнительные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, требуемого приложением. Для безопасного отвода утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружных колец (см. раздел о распорке выше).

Вспомогательные соединения с набивкой могут потребоваться для:

  • Охлаждающая вода
  • Смазочное масло
  • Продувка азотом
  • Вентиляция
  • Измерение температуры

Смазка должна быть тонко отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания в корпус мелких твердых частиц.Смазочное масло обычно впрыскивается во второе кольцо в сборе, при этом масло перемещается вдоль вала под давлением.

Клапаны компрессора

Основной функцией клапанов компрессора является обеспечение потока газа в нужном направлении и блокирование всего потока в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два комплекта клапанов. Набор впускных (всасывающих) клапанов впускает газ в баллон. Набор выпускных клапанов используется для откачки сжатого газа из баллона.Производитель компрессора обычно указывает тип и размер клапана.

Пластинчатые клапаны, состоящие из колец, соединенных перемычками в единую пластину, являются распространенным типом клапанов. В зависимости от материала уплотнительной пластины пластинчатые клапаны способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F. Пластинчатые клапаны плохо работают в присутствии жидкостей.

Клапаны с концентрическими кольцами способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, дифференциальное давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F.К преимуществам концентрических кольцевых клапанов относятся:

  • Умеренная стоимость запчастей
  • Низкая стоимость ремонта
  • Способность работать с жидкостями лучше, чем у тарельчатых клапанов

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают более высокие характеристики, чем у тарельчатых клапанов и клапанов с концентрическими кольцами. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки, которые прилегают к отверстиям в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой эффективности использования топлива. Тарельчатые клапаны широко используются в трубопроводах, газоочистных и перерабатывающих установках.Металлические тарелки хорошо работают при:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1400 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 450 об/мин
  • Температуры до 500°F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих случаях:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1500 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 720 об/мин
  • Температура до 400°F

Большинство компрессоров имеют клапаны, установленные в цилиндрах.Относительно новая концепция конструкции помещает клапаны в поршень. Конструкция «клапан в поршне» ( рис. 9 ) работает с низкими скоростями клапана и обеспечивает более длительный срок службы и сокращение времени обслуживания.

  • Рис. 9 — Конструкция «клапан в поршне» (предоставлено Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от смещения поршня и зазора цилиндра. Пропускная способность данного цилиндра является функцией смещения поршня и объемного КПД.Объемный КПД зависит от зазора цилиндра, степени сжатия и свойств сжимаемого газа. Производительность компрессора можно рассчитать с помощью любого из следующих трех уравнений.

…………….(1)

…………….(2)

и

…………….(3)

где

к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
и
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. куб. фут/сут.

Смещение поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, охватываемый поршнем в единицу времени. Рабочий объем обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (Acf/min). Расчет рабочего объема поршня представляет собой простую процедуру, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или кривошипа. Уравнения. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.уравнение 4 для смещения головной части и уравнение. 5 — для смещения конца кривошипа.

…………….(4)

…………….(5)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм

Объем цилиндра двойного действия рассчитывается по уравнению . 6 .

…………….(6)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
и
д р = диаметр штока, дюйм

Методы, используемые для изменения рабочего объема поршня, включают изменение скорости компрессора, удаление или отключение всасывающих клапанов в цилиндре двустороннего действия и изменение диаметра гильзы цилиндра и поршня.

Разгрузка одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — деактивировать или снять всасывающие клапаны с одного конца, чтобы предотвратить сжатие газа на этом конце.В зависимости от частоты разгрузки и молекулярной массы газа разгрузчик с портом или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Кольцевая заглушка заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и на каждый конец цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В концентрических кольцевых клапанах можно разместить пробку для разгрузки в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа портовые и пробковые разгрузочные устройства снижают BHP/MMscf/D и значительно повышают надежность разгрузочной системы.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасывания, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную при выключенном компрессоре или с помощью разгрузочного клапана или подъемника во время работы компрессора. Управление разгрузочным клапаном может быть ручным или автоматическим с помощью диафрагмы, которая разгружает компрессор с помощью датчика давления всасывания.Мембранные приводы более надежны, чем ручные подъемники или разгрузчики.

Разгрузка обоих концов одного и того же цилиндра может привести к перегреву цилиндра; таким образом, лучше всего разгружать только один конец цилиндра компрессора двойного действия. В большинстве случаев предпочтительно снимать всасывающий клапан при разгрузке головной части цилиндра, чтобы обеспечить изменение направления нагрузки в штоках. (См. раздел о нагрузке на стержень ниже)

Объем клиренса

Рабочий объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в канавках клапанов и пространства между поршнем и торцом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, находящийся в зазоре, расширяется против поршня и увеличивает усилие обратного хода. На рис. 10 представлена ​​диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

  • Рис. 10—Поршневой компрессор PV , схема (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Расширение газа, попавшего в зазор, происходит до того, как всасывающий клапан откроется, чтобы впустить новый газ в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропический, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в воздушном пространстве, рекуперируется, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Объем зазора выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих уравнений, зависящих от конфигурации:

  • Цилиндр одностороннего действия (зазор в головке) [ Ур. 7 ]
  • Цилиндр одностороннего действия (зазор кривошипа) [ Ур. 8 ]
  • Цилиндр двустороннего действия (зазор головки и кривошипа) [ Ур. 9 ]

…………….(7)

…………….(8)

…………….(9)

где

% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Применение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

  • Зазорные карманы фиксированного объема
  • Карманы с переменным зазором
  • Хомуты раздельных клапанов
Зазоры фиксированного объема

Зазорный карман фиксированного объема обычно представляет собой бутылку, постоянно прикрепленную к цилиндру.Фиксированный объем также может быть увеличен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставляемой в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Зазорный карман фиксированного объема может быть постоянно открыт, или его можно контролировать, открывая или закрывая его. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазор снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавить к цилиндру переменный зазор и могут быть прикреплены либо к головке, либо к кривошипу цилиндра.Чаще всего к головному концу крепятся карманы с переменным зазором, как показано на рис. 11 .

  • Рис. 11 — Карман с ручным управлением регулируемым объемом (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Хомуты раздельных клапанов

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может привести к захлопыванию нагнетательных клапанов. При наличии слишком большого зазора газ не будет выходить. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не поступает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД представляет собой отношение фактического объема газа (куб. фут/мин), всасываемого в цилиндр, к объему поршня (куб. фут/мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Во-первых, газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, происходит утечка через клапаны и поршневые кольца. И в-третьих, происходит повторное расширение газа, попавшего в зазорный объем от предыдущего такта. Из этих трех, повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемную эффективность.

Производители компрессоров не пришли к единому мнению относительно подходящего метода расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Учитывая это, для оценки объемной эффективности можно использовать следующее приближенное уравнение.

…………….(10)

где

степень сжатия
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
и
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных нагрузками от давления и инерции, возникающими в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и приблизительно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки должны быть оценены для нормальных условий эксплуатации, а также в аварийных условиях. Нагрузку на шток следует проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Изменение направления нагрузки на шток должно иметь достаточную величину, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются насосным действием открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняется от растяжения к сжатию. Эксплуатация без реверсирования штока также может серьезно повредить компрессор.

Нагрузки на шток для различных конфигураций компрессора рассчитываются по следующим уравнениям:

  • Цилиндр одностороннего действия (головка)
  • Цилиндр одностороннего действия (кривошип)
  • Цилиндр двустороннего действия
Цилиндр одностороннего действия (головка)

…………….(11)

…………….(12)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

…………….(13)

…………….(14)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр двустороннего действия

…………….(15)

…………….(16)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Прочие факторы эффективности

Дополнительные соображения по производительности включают:

  • Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания со степенью сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается по мере увеличения давления всасывания. Снижение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с давлением всасывания быстрее, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы не перегружать водителя, необходимо добавить дополнительный зазор, чтобы уменьшить объем цилиндра.
  • Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.По мере снижения температуры баллон заполняет больше стандартных кубических футов. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10°F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения емкости цилиндра.
  • Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на рабочий объем цилиндра. Объемный КПД незначительно зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
  • Коэффициент удельной теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемной эффективности, как определено уравнением . 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет большую фактическую производительность при сжатии природного газа ( к = 1,25), по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( к = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему энергопотреблению.
  • Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулирование скорости компрессора (в разумных пределах) для поддержания желаемого давления всасывания. Снижение скорости водителя снижает расход топлива и эксплуатационные расходы.

Карты производительности

Карты производительности могут быть разработаны для конкретного компрессора с постоянными базовыми условиями. На рис. 12 показано, что по мере увеличения давления всасывания скорость потока на входе и мощность увеличиваются при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

  • Рис. 12—Карта поршневого компрессора с восемью ступенями разгрузки (предоставлено Dresser-Rand).

Технологическая установка

Компрессор является составной частью полной компрессорной системы. На рис. 13 представлена ​​типовая технологическая схема установки поршневого компрессора.

  • Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационный сосуд) сепаратором (любезно предоставлена ​​компанией Dresser-Rand).

Рециркуляционный клапан

Давление всасывания компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы удовлетворить расход, необходимый для цилиндра. Увеличение степени сжатия, вызванное снижением давления всасывания, приводит к увеличению температуры нагнетания. Таким образом, рециркуляционный клапан в системе должен быть настроен таким образом, чтобы низкое давление всасывания не создавало чрезмерной температуры нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.Там, где это возможно, клапан рециркуляции должен располагаться после газоохладителей.

Продувочный клапан

Продувочный клапан сбрасывает оставшееся давление, когда компрессор останавливается на техническое обслуживание. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно осуществляется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкостей в компрессор через входной газовый поток может привести к повреждению внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.При правильном планировании скруббер может быть частью системы контроля пульсации (см. раздел о пульсации ниже). Если входящий поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и нагнетательные патрубки с нижним соединением.

Предохранительные клапаны

Клапаны сброса давления

, установленные с запасом на 10 % выше максимального давления нагнетания ступени или минимум на 15–25 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивают защиту трубопроводов и охладителей от статического давления. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление в баллоне (см. раздел о баллонах выше).Следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы, баллоны и предохранительные клапаны на стороне всасывания рассчитаны на давление осаждения в системах охлаждения с замкнутым контуром или при низких температурах газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей природе вызывает пульсацию, поскольку всасывающий и выпускной клапаны не открыты на протяжении всего такта сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы обеспечить равномерную нагрузку и снизить уровень вибрации трубопровода.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть обеспечены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение с линией цилиндра компрессора, а мощность ступени составляет менее 150 л.с., отдельные баллоны или пульсационные сосуды могут не потребоваться. Для большинства применений объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и/или дроссельными трубками должны располагаться как можно ближе к цилиндру для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых точках трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул для определения размеров бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Пульсирующий дизайн

Цифровой анализ пульсаций в трубопроводе — это относительно недорогой метод, позволяющий убедиться, что трубопроводная система рассчитана на приемлемые уровни пульсаций (обычно от 2 до 7% от пика к пику). Схема системы трубопроводов должна определять расположение и объемы выбивных барабанов, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый крупный сосуд или объем до и после компрессора.Рабочие условия двойного и одинарного действия (если применимо) должны быть проанализированы.

Вибрация

Дисбаланс вращающихся элементов в компрессоре вызывает механическую вибрацию. Противовесы на коленчатом валу и расположение цилиндров попарно с обеих сторон коленчатого вала (на виду) могут минимизировать, но не устранить силы дисбаланса. Таким образом, всегда будут механические вибраторы, которые необходимо учитывать при проектировании фундамента.

Вибрация трубопроводов

Трубопровод технологического газа компрессора должен быть правильно спроектирован и установлен, чтобы избежать проблем, связанных с чрезмерной вибрацией.Важно, чтобы собственная частота всех пролетов труб была больше частоты пульсаций компрессора. Частота пульсаций компрессора рассчитывается по формуле . 17 .

…………….(17)

где

ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия).

Трубопроводы должны быть надежно закреплены с использованием коротких отрезков труб, неодинаковых по длине. Адекватное демпфирование пульсаций помогает предотвратить проблемы с вибрацией, связанные с трубопроводом.

Проект фундамента

Для больших встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнить динамическую конструкцию с использованием сил дисбаланса, предусмотренных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных в местах с почвой, способной выдержать пикап, полезны следующие правила.

  • Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
  • Используйте грунтовую опору для конструкции, которая составляет менее 50% от допустимой для статических условий.
  • Обычно лучше увеличить длину и/или ширину, а не глубину, чтобы удовлетворить требования по весу.
  • Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должны быть заглублены в ненарушенный грунт.
  • Бетон следует заливать в «аккуратную» выемку без сформированных боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Отвод части этого тепла благотворно влияет на производительность и надежность компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндров снижает потери мощности и мощности, связанные с подогревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа нагнетания. Охлаждение цилиндра также способствует лучшему смазыванию, что продлевает срок службы и снижает потребность в техническом обслуживании.Когда в качестве охлаждающей среды используется вода, по всей окружности цилиндра поддерживается одинаковая температура, что снижает вероятность тепловой деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать образования конденсата, который может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости в рубашке цилиндра не менее чем на 10°F выше температуры всасываемого газа.

Недостаточное охлаждение может привести к снижению производительности и загрязнению цилиндров. По этой причине рекомендуется, чтобы температура баллона не превышала температуру всасываемого газа более чем на 30°F.

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

  • С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются для небольших мощностей и низких тепловых нагрузок. Охлаждающие ребра обеспечивают достаточную площадь поверхности для охлаждения цилиндра.
  • Статический . Статические системы иногда используются на небольших компрессорах для поддержки систем с воздушным охлаждением. Охлаждающая жидкость действует как статический поглотитель тепла и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается от системы теплопроводностью в атмосферу.
  • Термосифон . Движущей силой термосифона является изменение плотности охлаждающей жидкости от горячих участков системы к холодным. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210°F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150°F.
  • Герметичный . Системы охлаждения под давлением являются наиболее распространенными. В местах, где охлаждающая вода недоступна, может использоваться автономная закрытая система охлаждающей жидкости.Система состоит из циркуляционного насоса, расширительного бака и радиатора с вентиляторным охлаждением или теплообменника воздух-жидкость. Радиатор может иметь несколько секций: одну для охлаждающей жидкости цилиндра, одну для охлаждения смазочного масла и одну (или несколько) для охлаждения нагнетаемого газа. В качестве охлаждающей жидкости используется вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в движение циркуляционный насос.

Смазка

Смазка рамы

Система смазки рамы подает масло к подшипникам рамы, шатунным подшипникам и башмакам крейцкопфа.Некоторые системы смазки рамы также подают масло на сальник и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

Системы смазки разбрызгиванием распределяют смазочное масло путем разбрызгивания кривошипа через поверхность смазки в насосе. Ковши могут быть прикреплены к коленчатому валу для усиления эффекта. Системы разбрызгивания используются на небольших горизонтальных одноступенчатых компрессорах мощностью до 100 л.с.

Двумя основными преимуществами систем разбрызгивания являются:

  • Низкая начальная стоимость
  • Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками являются то, что системы разбрызгивания ограничены:

  • Маленькие размеры корпуса
  • Масло нельзя фильтровать

Смазка под давлением

Наиболее распространенным типом смазки рамы является система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и течет через коренной вал и подшипники шатунной шейки.Система смазки под давлением состоит из следующих компонентов.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на подачу 110% от максимально ожидаемого расхода. Когда для управления производительностью используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал достаточную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (дополнительно)

Вспомогательный насос предназначен для дублирования основного насоса.Вспомогательный насос обычно приводится в действие электродвигателем и предназначен для автоматического запуска, когда давление подачи масла падает ниже заданного уровня.

Насос предварительной смазки (дополнительно)

Насос предварительной смазки подает масло к подшипникам перед запуском компрессора. Это гарантирует, что подшипники не будут сухими при запуске. Поскольку эту функцию выполняет вспомогательный насос, насос предварительной смазки требуется только в том случае, если в системе нет вспомогательного насоса.

Масляный радиатор

Масляный радиатор следит за тем, чтобы температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышала максимальное значение, необходимое для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подачи масла составляет 120°F. Вода для охлаждения рубашки кожухотрубного теплообменника часто используется для охлаждения смазочного масла.

Масляные фильтры
Масляные фильтры

защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с перепускными клапанами. Перепускные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, что позволяет очищать фильтры без отключения компрессора.

Верхний бак

Верхний бак обеспечивает подачу масла к подшипникам в случае отказа насоса.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Резервуар обычно оборудован индикатором уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединяются трубопроводом. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали должны быть протравлены или механически очищены и покрыты ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована так, чтобы не было карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать сварки труб в раструб. Перед первоначальным запуском систему смазки следует промыть смазочным маслом при температуре приблизительно 170°F. В систему следует добавить сито 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Защитные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, датчик отключения при низком давлении масла и датчик высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется, чтобы компрессор и привод смазывались отдельными системами, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. Для установок в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или встроенных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндра и набивки

Количество масла, необходимое для смазки набивки и цилиндров, невелико по сравнению с потребностью в масле подшипников.В то время как количество невелико, давление масла, необходимое для подачи масла на сальник и цилиндры, высокое. Небольшой плунжерный насос (лубрикатор принудительной подачи) используется на каждой ступени сжатия. Разделительные блоки служат для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться либо из системы смазки рамы, либо из верхнего бака. Для защиты от загрязнения необходимо проверить совместимость масла с технологическим газом.

Номенклатура

степень сжатия
к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. фут./сут.
ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм
% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор в головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия)

Каталожные номера

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. е. не являются внутренним документом компании.]

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Компрессоры объемные ротационные

PEH:Компрессоры

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины объемного типа, в которых сжимающим и перемещающим элементом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение поршневых компрессоров на этой странице включает описание конфигурации процесса для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

  • Регулятор скорости
  • Впускной дроссель
  • Переработка
  • Сброс давления
  • Продувка
  • Вставка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Существует два типа поршневых компрессоров:

  • Высокоскоростной (разборный)
  • Низкоскоростная (встроенная)

Высокоскоростная категория также называется «отдельной», а низкоскоростная категория также известна как «интегральная».”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются для управления проектированием и производством поршневых компрессоров.

Съемные компрессоры

Термин «отдельный» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Либо двигатель, либо электродвигатель обычно приводит в движение отделяемый компрессор. Часто редуктор требуется в поезде сжатия.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об/мин.

Съемные блоки монтируются на салазках и являются автономными. Они просты в установке, предлагают относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на другие площадки и доступны в размерах, подходящих для сбора в полевых условиях — как на берегу, так и в море. Однако раздельные компрессоры требуют более высоких затрат на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

На рис. 1 показано поперечное сечение типичного разъемного компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

  • Рис. 1—Поперечное сечение разъемного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (предоставлено компанией Dresser-Rand).

Встроенные компрессоры

Термин «интегральный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы заодно с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Интегральные агрегаты работают со скоростью от 200 до 600 об/мин.Они обычно используются на газовых заводах и трубопроводах, где эффективность использования топлива и длительный срок службы имеют решающее значение. Интегральные компрессоры могут быть оснащены от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне условий эксплуатации и требуют меньше обслуживания, чем отдельные агрегаты. Однако интегральные блоки обычно должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсации.У них самая высокая начальная стоимость установки.

Рис. 3 представляет собой поперечное сечение типичного встроенного компрессора. На рис. 4 показан составной компрессорный агрегат.

  • Рис. 3—Поперечное сечение встроенного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

  • Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессор (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры доступны в различных конструкциях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на рис. 5 .

  • Рис. 5 — Компоненты поршневого компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Рама

Рама представляет собой тяжелый, прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы по максимальной непрерывной мощности и нагрузке на раму (см. раздел о нагрузке на шток ниже).

Съемные компрессоры обычно располагаются в сбалансированно-оппозитной конфигурации, характеризующейся соседней парой ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Шатуны устроены так, что движение каждого поршня уравновешивается движением противоположного поршня.

Встроенные компрессоры обычно имеют силовые цилиндры компрессора и двигателя, установленные на одной раме и приводимые в движение одним и тем же коленчатым валом. Цилиндры встроенных компрессоров обычно располагаются только на одной стороне рамы (т.е., не уравновешенно-противоположное).

Цилиндр

Баллон – это сосуд высокого давления, в котором содержится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть как головными, так и кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях движения поршня (см. рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двойного действия.

  • Рис. 6—Цилиндры двустороннего действия (предоставлено Dresser-Rand).

Выбор материала цилиндра определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давления до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давления до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давления от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений цилиндров более 2500 фунтов на квадратный дюйм.

Максимально допустимое рабочее давление (МДРД) баллона должно быть как минимум на 10 % выше расчетного давления нагнетания (минимум 25 фунтов на кв. дюйм).Дополнительное номинальное давление позволяет настроить предохранительный датчик высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а предохранительный клапан (PSV) настроить на давление выше PSH.

Износоустойчивость трущихся деталей (поршневых колец и цилиндра, поршневого штока и уплотнительных колец и т. д.) также является критерием выбора материалов. Цилиндры испытывают износ в месте контакта с поршневыми кольцами. В горизонтальном расположении из-за веса поршня износ цилиндра больше всего в нижней части.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластичные кольца и натяжные ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на восстановление. Вкладыши прижимаются или сжимаются на месте, чтобы гарантировать, что они не скользят. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность может быть адаптирована к новым требованиям путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндров увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и снижают производительность компрессора при заданном диаметре.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение между цилиндром компрессора и рамой компрессора. На рис. 7 показаны распорки стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут содержаться как в одно-, так и в двухсекционном исполнении. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой удлиняется таким образом, что ни одна часть штока не попадает одновременно в картер и сальник цилиндра.Масло мигрирует между цилиндром и картером. Если загрязнение маслом вызывает беспокойство, можно предусмотреть маслоотражатель, чтобы предотвратить попадание смазочного масла на раму компрессора. Для работы с токсичными веществами может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не попадает ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

  • Рис. 7 — Двухкамерная вставка, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Упаковочный ящик должен вентилироваться через всасывание первой ступени или через систему отвода газов.Распорки имеют вентиляционное отверстие для отвода дополнительной утечки технологического газа из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Требуется эффективная вентиляция, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для распорок и набивки. Прокладка и вентиляционные отверстия сальника должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопного отверстия двигателя.Дренажная вставка должна быть отведена в отдельный отстойник, который можно опорожнять вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над кожухом компрессора. Смазочное масло из поддона может смешиваться с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, должно транспортироваться для утилизации или переработки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал вращается вокруг оси рамы и приводит в движение шатун, шток поршня и поршень (см. рис. 8 ).

  • Шатун, соединяющий коленчатый вал с крейцкопфом
  • Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, приводящее в движение поршень
  • Шток поршня соединяет крейцкопф с поршнем.
  • Рис. 8 — Коленчатый вал в сборе (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Поршень

Поршень расположен на конце штока поршня и действует как подвижная перегородка в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости со сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, такого как алюминий, чугун или сталь, с полым центром для снижения веса.Термопластичные изнашиваемые (или накладные) кольца часто устанавливаются на поршни для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, что устраняет необходимость в отдельных износостойких лентах.

Изнашиваемые ленты распределяют вес поршня вдоль нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца минимизируют утечку газа между поршнем и цилиндром или отверстием гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенка цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.По мере того, как поршень проходит через отверстие подачи лубрикатора в стенке цилиндра, поршневое кольцо собирает масло и распределяет его по длине хода.

Подшипники

Подшипники, расположенные по всей раме компрессора, обеспечивают правильное радиальное и осевое расположение компонентов компрессора. Коренные подшипники установлены в раме для правильного положения коленчатого вала. Подшипники шатунной шейки расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники поршневого пальца расположены между каждым шатуном и пальцем крейцкопфа.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников поршневых компрессоров представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Масло под давлением подается к каждому подшипнику через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла для предотвращения перегрева.

Сальник штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру болтами.Уплотнительные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, требуемого приложением. Для безопасного отвода утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружных колец (см. раздел о распорке выше).

Вспомогательные соединения с набивкой могут потребоваться для:

  • Охлаждающая вода
  • Смазочное масло
  • Продувка азотом
  • Вентиляция
  • Измерение температуры

Смазка должна быть тонко отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания в корпус мелких твердых частиц.Смазочное масло обычно впрыскивается во второе кольцо в сборе, при этом масло перемещается вдоль вала под давлением.

Клапаны компрессора

Основной функцией клапанов компрессора является обеспечение потока газа в нужном направлении и блокирование всего потока в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два комплекта клапанов. Набор впускных (всасывающих) клапанов впускает газ в баллон. Набор выпускных клапанов используется для откачки сжатого газа из баллона.Производитель компрессора обычно указывает тип и размер клапана.

Пластинчатые клапаны, состоящие из колец, соединенных перемычками в единую пластину, являются распространенным типом клапанов. В зависимости от материала уплотнительной пластины пластинчатые клапаны способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F. Пластинчатые клапаны плохо работают в присутствии жидкостей.

Клапаны с концентрическими кольцами способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, дифференциальное давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F.К преимуществам концентрических кольцевых клапанов относятся:

  • Умеренная стоимость запчастей
  • Низкая стоимость ремонта
  • Способность работать с жидкостями лучше, чем у тарельчатых клапанов

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают более высокие характеристики, чем у тарельчатых клапанов и клапанов с концентрическими кольцами. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки, которые прилегают к отверстиям в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой эффективности использования топлива. Тарельчатые клапаны широко используются в трубопроводах, газоочистных и перерабатывающих установках.Металлические тарелки хорошо работают при:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1400 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 450 об/мин
  • Температуры до 500°F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих случаях:

  • Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
  • Перепад давления до 1500 фунтов на кв. дюйм
  • Скорость до 720 об/мин
  • Температура до 400°F

Большинство компрессоров имеют клапаны, установленные в цилиндрах.Относительно новая концепция конструкции помещает клапаны в поршень. Конструкция «клапан в поршне» ( рис. 9 ) работает с низкими скоростями клапана и обеспечивает более длительный срок службы и сокращение времени обслуживания.

  • Рис. 9 — Конструкция «клапан в поршне» (предоставлено Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от смещения поршня и зазора цилиндра. Пропускная способность данного цилиндра является функцией смещения поршня и объемного КПД.Объемный КПД зависит от зазора цилиндра, степени сжатия и свойств сжимаемого газа. Производительность компрессора можно рассчитать с помощью любого из следующих трех уравнений.

…………….(1)

…………….(2)

и

…………….(3)

где

к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
и
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. куб. фут/сут.

Смещение поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, охватываемый поршнем в единицу времени. Рабочий объем обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (Acf/min). Расчет рабочего объема поршня представляет собой простую процедуру, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или кривошипа. Уравнения. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.уравнение 4 для смещения головной части и уравнение. 5 — для смещения конца кривошипа.

…………….(4)

…………….(5)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм

Объем цилиндра двойного действия рассчитывается по уравнению . 6 .

…………….(6)

где

ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
и
д р = диаметр штока, дюйм

Методы, используемые для изменения рабочего объема поршня, включают изменение скорости компрессора, удаление или отключение всасывающих клапанов в цилиндре двустороннего действия и изменение диаметра гильзы цилиндра и поршня.

Разгрузка одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — деактивировать или снять всасывающие клапаны с одного конца, чтобы предотвратить сжатие газа на этом конце.В зависимости от частоты разгрузки и молекулярной массы газа разгрузчик с портом или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Кольцевая заглушка заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и на каждый конец цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В концентрических кольцевых клапанах можно разместить пробку для разгрузки в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа портовые и пробковые разгрузочные устройства снижают BHP/MMscf/D и значительно повышают надежность разгрузочной системы.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасывания, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную при выключенном компрессоре или с помощью разгрузочного клапана или подъемника во время работы компрессора. Управление разгрузочным клапаном может быть ручным или автоматическим с помощью диафрагмы, которая разгружает компрессор с помощью датчика давления всасывания.Мембранные приводы более надежны, чем ручные подъемники или разгрузчики.

Разгрузка обоих концов одного и того же цилиндра может привести к перегреву цилиндра; таким образом, лучше всего разгружать только один конец цилиндра компрессора двойного действия. В большинстве случаев предпочтительно снимать всасывающий клапан при разгрузке головной части цилиндра, чтобы обеспечить изменение направления нагрузки в штоках. (См. раздел о нагрузке на стержень ниже)

Объем клиренса

Рабочий объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в канавках клапанов и пространства между поршнем и торцом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, находящийся в зазоре, расширяется против поршня и увеличивает усилие обратного хода. Рис. 10 представляет собой диаграмму зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующую влияние зазора.

  • Рис. 10—Поршневой компрессор PV , схема (любезно предоставлена ​​компанией Dresser-Rand).

Расширение газа, попавшего в зазор, происходит до того, как всасывающий клапан откроется, чтобы впустить новый газ в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изэнтропический, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в воздушном пространстве, рекуперируется, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Объем зазора выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих уравнений, зависящих от конфигурации:

  • Цилиндр одностороннего действия (зазор в головке) [ Ур. 7 ]
  • Цилиндр одностороннего действия (зазор кривошипа) [ Ур. 8 ]
  • Цилиндр двустороннего действия (зазор головки и кривошипа) [ Ур. 9 ]

…………….(7)

…………….(8)

…………….(9)

где

% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Применение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

  • Зазорные карманы фиксированного объема
  • Карманы с переменным зазором
  • Хомуты раздельных клапанов
Зазоры фиксированного объема

Зазорный карман фиксированного объема обычно представляет собой бутылку, постоянно прикрепленную к цилиндру.Фиксированный объем также может быть увеличен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставляемой в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Зазорный карман фиксированного объема может быть постоянно открыт, или его можно контролировать, открывая или закрывая его. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазор снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавить к цилиндру переменный зазор и могут быть прикреплены либо к головке, либо к кривошипу цилиндра.Чаще всего к головному концу крепятся карманы с переменным зазором, как показано на рис. 11 .

  • Рис. 11 — Карман с ручным управлением регулируемым объемом (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Хомуты раздельных клапанов

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может привести к захлопыванию нагнетательных клапанов. При наличии слишком большого зазора газ не будет выходить. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не поступает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД – это отношение фактического объема газа (куб. фут/мин), всасываемого в цилиндр, к объему поршня (куб. фут/мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Во-первых, газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, происходит утечка через клапаны и поршневые кольца. И в-третьих, происходит повторное расширение газа, попавшего в зазорный объем от предыдущего такта. Из этих трех, повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемную эффективность.

Производители компрессоров не пришли к единому мнению относительно подходящего метода расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Учитывая это, для оценки объемной эффективности можно использовать следующее приближенное уравнение.

…………….(10)

где

степень сжатия
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
и
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных нагрузками от давления и инерции, возникающими в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и приблизительно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки должны быть оценены для нормальных условий эксплуатации, а также в аварийных условиях. Нагрузку на шток следует проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Изменение направления нагрузки на шток должно иметь достаточную величину, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются насосным действием открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняется от растяжения к сжатию. Эксплуатация без реверсирования штока также может серьезно повредить компрессор.

Нагрузки на шток для различных конфигураций компрессора рассчитываются по следующим уравнениям:

  • Цилиндр одностороннего действия (головка)
  • Цилиндр одностороннего действия (кривошип)
  • Цилиндр двустороннего действия
Цилиндр одностороннего действия (головка)

…………….(11)

…………….(12)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

…………….(13)

…………….(14)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.
Цилиндр двустороннего действия

…………….(15)

…………….(16)

РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = Площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Прочие факторы эффективности

Дополнительные соображения по производительности включают:

  • Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания со степенью сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается по мере увеличения давления всасывания. Снижение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с давлением всасывания быстрее, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы не перегружать водителя, необходимо добавить дополнительный зазор, чтобы уменьшить объем цилиндра.
  • Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.По мере снижения температуры баллон заполняет больше стандартных кубических футов. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10°F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения емкости цилиндра.
  • Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на рабочий объем цилиндра. Объемный КПД незначительно зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
  • Коэффициент удельной теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемной эффективности, как определено уравнением . 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет большую фактическую производительность при сжатии природного газа ( к = 1,25), по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( к = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему энергопотреблению.
  • Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулирование скорости компрессора (в разумных пределах) для поддержания желаемого давления всасывания. Снижение скорости водителя снижает расход топлива и эксплуатационные расходы.

Карты производительности

Карты производительности могут быть разработаны для конкретного компрессора с постоянными базовыми условиями. На рис. 12 показано, что по мере увеличения давления всасывания скорость потока на входе и мощность увеличиваются при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

  • Рис. 12—Карта поршневого компрессора с восемью ступенями разгрузки (предоставлено Dresser-Rand).

Технологическая установка

Компрессор является составной частью полной компрессорной системы. На рис. 13 представлена ​​типовая технологическая схема установки поршневого компрессора.

  • Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационный сосуд) сепаратором (любезно предоставлена ​​компанией Dresser-Rand).

Рециркуляционный клапан

Давление всасывания компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы удовлетворить расход, необходимый для цилиндра. Увеличение степени сжатия, вызванное снижением давления всасывания, приводит к увеличению температуры нагнетания. Таким образом, рециркуляционный клапан в системе должен быть настроен таким образом, чтобы низкое давление всасывания не создавало чрезмерной температуры нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.Там, где это возможно, клапан рециркуляции должен располагаться после газоохладителей.

Продувочный клапан

Продувочный клапан сбрасывает оставшееся давление, когда компрессор останавливается на техническое обслуживание. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно осуществляется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкостей в компрессор через входной газовый поток может привести к повреждению внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.При правильном планировании скруббер может быть частью системы контроля пульсации (см. раздел о пульсации ниже). Если входящий поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и выпускные патрубки с нижним соединением.

Предохранительные клапаны

Клапаны сброса давления

, установленные с запасом на 10 % выше максимального давления нагнетания ступени или минимум на 15–25 фунтов на кв. дюйм, обеспечивают защиту трубопроводов и охладителей от статического давления. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление в баллоне (см. раздел о баллонах выше).Следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы, баллоны и предохранительные клапаны на стороне всасывания рассчитаны на давление осаждения в системах охлаждения с замкнутым контуром или при низких температурах газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей сути вызывает пульсацию, поскольку всасывающий и выпускной клапаны не открыты на протяжении всего такта сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы обеспечить равномерную нагрузку и снизить уровень вибрации трубопровода.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть обеспечены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение с линией цилиндра компрессора, а мощность ступени составляет менее 150 л.с., отдельные баллоны или пульсационные сосуды могут не потребоваться. Для большинства применений объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и/или дроссельными трубками должны располагаться как можно ближе к цилиндру для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых точках трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул для определения размеров бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Пульсирующий дизайн

Цифровой анализ пульсации трубопровода — это относительно недорогой метод, позволяющий убедиться, что трубопроводная система спроектирована с учетом допустимых уровней пульсации (обычно от 2 до 7% от пика к пику). Схема трубопроводной системы должна определять расположение и объемы выбивных барабанов, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый крупный сосуд или объем до и после компрессора.Рабочие условия двойного и одинарного действия (если применимо) должны быть проанализированы.

Вибрация

Дисбаланс вращающихся элементов в компрессоре вызывает механическую вибрацию. Противовесы на коленчатом валу и расположение цилиндров попарно с обеих сторон коленчатого вала (на виду) могут минимизировать, но не устранить силы дисбаланса. Таким образом, всегда будут механические вибраторы, которые необходимо учитывать при проектировании фундамента.

Вибрация трубопроводов

Трубопровод технологического газа компрессора должен быть правильно спроектирован и установлен, чтобы избежать проблем, связанных с чрезмерной вибрацией.Важно, чтобы собственная частота всех пролетов труб была больше частоты пульсаций компрессора. Частота пульсаций компрессора рассчитывается по формуле . 17 .

…………….(17)

где

ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия).

Трубопроводы должны быть надежно закреплены с использованием коротких отрезков труб, неодинаковых по длине. Адекватное демпфирование пульсаций помогает предотвратить проблемы с вибрацией, связанные с трубопроводом.

Проект фундамента

Для больших встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнить динамическую конструкцию с использованием сил дисбаланса, предусмотренных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных в местах с почвой, способной выдержать пикап, полезны следующие правила.

  • Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
  • Используйте грунтовую опору для конструкции, которая составляет менее 50% от допустимой для статических условий.
  • Обычно лучше увеличить длину и/или ширину, а не глубину, чтобы удовлетворить требования по весу.
  • Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должны быть заглублены в ненарушенный грунт.
  • Бетон следует заливать в «аккуратную» выемку без сформированных боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Отвод части этого тепла благотворно влияет на производительность и надежность компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндров снижает потери мощности и мощности, связанные с подогревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа нагнетания. Охлаждение цилиндра также способствует лучшему смазыванию, что продлевает срок службы и снижает потребность в техническом обслуживании.Когда в качестве охлаждающей среды используется вода, по всей окружности цилиндра поддерживается одинаковая температура, что снижает вероятность тепловой деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать образования конденсата, который может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости в рубашке цилиндра не менее чем на 10°F выше температуры всасываемого газа.

Недостаточное охлаждение может привести к снижению производительности и загрязнению цилиндров. По этой причине рекомендуется, чтобы температура баллона не превышала температуру всасываемого газа более чем на 30°F.

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

  • С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются для небольших мощностей и низких тепловых нагрузок. Охлаждающие ребра обеспечивают достаточную площадь поверхности для охлаждения цилиндра.
  • Статический . Статические системы иногда используются на небольших компрессорах для поддержки систем с воздушным охлаждением. Охлаждающая жидкость действует как статический поглотитель тепла и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается от системы теплопроводностью в атмосферу.
  • Термосифон . Движущей силой термосифона является изменение плотности охлаждающей жидкости от горячих участков системы к холодным. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210°F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150°F.
  • Герметичный . Системы охлаждения под давлением являются наиболее распространенными. В местах, где охлаждающая вода недоступна, может использоваться автономная закрытая система охлаждающей жидкости.Система состоит из циркуляционного насоса, расширительного бака и радиатора с вентиляторным охлаждением или теплообменника воздух-жидкость. Радиатор может иметь несколько секций: одну для охлаждающей жидкости цилиндра, одну для охлаждения смазочного масла и одну (или несколько) для охлаждения нагнетаемого газа. В качестве охлаждающей жидкости используется вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в движение циркуляционный насос.

Смазка

Смазка рамы

Система смазки рамы подает масло к подшипникам рамы, шатунным подшипникам и башмакам крейцкопфа.Некоторые системы смазки рамы также подают масло на сальник и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

Системы смазки разбрызгиванием распределяют смазочное масло путем разбрызгивания кривошипа через поверхность смазки в насосе. Ковши могут быть прикреплены к коленчатому валу для усиления эффекта. Системы разбрызгивания используются на небольших горизонтальных одноступенчатых компрессорах мощностью до 100 л.с.

Двумя основными преимуществами систем разбрызгивания являются:

  • Низкая начальная стоимость
  • Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками являются то, что системы разбрызгивания ограничены:

  • Маленькие размеры корпуса
  • Масло нельзя фильтровать

Смазка под давлением

Наиболее распространенным типом смазки рамы является система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и течет через коренной вал и подшипники шатунной шейки.Система смазки под давлением состоит из следующих компонентов.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на подачу 110% от максимально ожидаемого расхода. Когда для управления производительностью используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал достаточную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (дополнительно)

Вспомогательный насос предназначен для дублирования основного насоса.Вспомогательный насос обычно приводится в действие электродвигателем и предназначен для автоматического запуска, когда давление подачи масла падает ниже заданного уровня.

Насос предварительной смазки (дополнительно)

Насос предварительной смазки подает масло к подшипникам перед запуском компрессора. Это гарантирует, что подшипники не будут сухими при запуске. Поскольку эту функцию выполняет вспомогательный насос, насос предварительной смазки требуется только в том случае, если в системе нет вспомогательного насоса.

Масляный радиатор

Масляный радиатор следит за тем, чтобы температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышала максимальное значение, необходимое для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подачи масла составляет 120°F. Вода для охлаждения рубашки кожухотрубного теплообменника часто используется для охлаждения смазочного масла.

Масляные фильтры
Масляные фильтры

защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с перепускными клапанами. Перепускные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, что позволяет очищать фильтры без отключения компрессора.

Верхний бак

Верхний бак обеспечивает подачу масла к подшипникам в случае отказа насоса.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Резервуар обычно оборудован индикатором уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединяются трубопроводом. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали должны быть протравлены или механически очищены и покрыты ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована так, чтобы не было карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать сварки труб в раструб. Перед первоначальным запуском систему смазки следует промыть смазочным маслом при температуре приблизительно 170°F. В систему следует добавить сито 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Защитные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, датчик отключения при низком давлении масла и датчик высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется, чтобы компрессор и привод смазывались отдельными системами, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. Для установок в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или встроенных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндра и набивки

Количество масла, необходимое для смазки набивки и цилиндров, невелико по сравнению с потребностью в масле подшипников.В то время как количество невелико, давление масла, необходимое для подачи масла на сальник и цилиндры, высокое. Небольшой плунжерный насос (лубрикатор принудительной подачи) используется на каждой ступени сжатия. Разделительные блоки служат для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться либо из системы смазки рамы, либо из верхнего бака. Для защиты от загрязнения необходимо проверить совместимость масла с технологическим газом.

Номенклатура

степень сжатия
к а = впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е в = объемный КПД,
ПД = объем поршня, акф/мин,
q г = пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
Q г = пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. фут./сут.
ПД = объем поршня, акф/мин,
С = ход поршня, дюйм,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
д в = диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм
% С = зазор цилиндра, %,
С НЕ = зазор в головной части, дюйм 3 ,
С СЕ = зазор коленчатого вала, дюймы 3 ,
д в = Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д р = диаметр штока, дюйм,
С = длина хода, дюйм
Е в = объемный КПД,
Р = ,
С = зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z с = Коэффициент сжимаемости на входе,
З д = Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д р = диаметр штока, дюйм,
к = отношение удельных теплоемкостей, C p / C v ,
Л = проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
96 = допуск на потери из-за перепада давления в клапанах
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
РЛ с = нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ т = нагрузка на стержень при растяжении, фунт-сила,
а р = Площадь поперечного сечения поршня, дюйм 2 ,
а р = площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
П д = давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П с = давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П у = давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
ж р = Частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н = Частота вращения компрессора, об/мин,
нет = коэффициент цилиндра,
= 1 для цилиндра одностороннего действия
и
= 2 (для цилиндра двустороннего действия)

Каталожные номера

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. е. не являются внутренним документом компании.]

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Компрессоры объемные ротационные

PEH:Компрессоры

Поршневые компрессоры

— Типы пневматических компрессоров Поршневые компрессоры

— Типы пневматических компрессоров

Нужна помощь с конкретным вопросом? Попробуйте опубликовать их на нашем новом форуме

   

 Дом


Большинство воздушных компрессоров работают на прямом вытеснении, это означает, что при каждом обороте компрессора подается фиксированный объем воздуха.

Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры являются наиболее распространенной формой компрессора для сжатия воздуха, в некоторых небольших компрессорах используется один цилиндр, сжимающий воздух в одном направлении его хода, однако этот тип метода сжатия может вызвать неравномерную подачу воздуха, это может быть связано с потерей давления. за счет использования подачи воздуха, в то время как поршень движется назад, втягивая больше воздуха. Конструкция двойного действия ( показан ниже ) использует обе стороны поршня и сжимает поршень на обоих ходах за один оборот, что обеспечивает более плавную подачу воздуха.

На приведенном выше изображении показан комбинированный двухступенчатый компрессор, который сам по себе исправен, однако, когда требуется высокое давление от компрессора, настроенного таким образом, температура сжатого воздуха может подняться до более чем 200°C, а мощность двигателя, необходимая для привода компрессора повышается с этой температурой.
Таким образом, для этих более высоких желаемых давлений гораздо более экономично включать систему охлаждения между каждой ступенью, тогда это будет известно как многоступенчатый компрессор.Эти системы охлаждения широко известны как промежуточные охладители, которые работают за счет втягивания горячего сжатого воздуха на очень большую площадь поверхности, где тепло может быстро рассеиваться. Затем этот охлажденный воздух поступает на вторую ступень сжатия, где еще больше сжимается последним поршнем.

[произошла ошибка при обработке этой директивы]
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.