Давыдкова Н.С. Стационарные установки шахт (водоотливные,вентиляторные и пневматические установки)
Подождите немного. Документ загружается.
126
Для многоступенчатого компрессора справедливы теоретические основы
многоступенчатого сжатия.
В турбокомпрессорах ввиду значительной степени сжатия применяют охлаждение
сжимаемого газа. При этом охлаждение может производиться следующими способами:
- охлаждение подачей воды в специальные полости внутри корпуса компрессора,
способ дорогой и малоэффективный;
- охлаждение воздуха (газа) в вынесенных промежуточных холодильниках после
каждой секции, в которой несколько рабочих колес;
- комбинированное охлаждение воздуха (газа) (сочетание первого и второго
вариантов), конструктивно сложный и дорогой, но наиболее эффективный способ.
В компрессорах, эксплуатируемых на горных предприятиях, применяется охлаждение
в вынесенных холодильниках.
5.3. Характеристики центробежных компрессоров
Характеристиками центробежных компрессоров называются зависимости р = f (Q), N
= f
1
(Q) и η = f
2
(Q). На рис. 5.2 показан примерный характер этих зависимостей при
постоянной частоте вращения ротора компрессора, n = const. Рабочий режим компрессора,
как и других центробежных машин (насосов, вентиляторов), находится в точке b
пересечения его характеристики р = f (Q) с характеристикой I внешней сети, которой в
данном случае является пневматическая сеть. Производительность центробежного
компрессора, в отличие от поршневого, существенно зависит от давления сети.
Характеристики центробежных компрессоров имеют максимум. Номинальный режим
работы компрессора соответствует η
max
и характеризуется параметрами Q
н
р
н
и N
н
. Режим
работы компрессора в точке k будет критическим, параметры р
н
и Q
н
, соответствующие
этому режиму, – критическими.
127
Рис. 5.2 – Полные характеристики центробежного компрессора
Рабочие режимы в точках, расположенных на правой ветви характеристики, являются
устойчивыми. Если из-за уменьшения расхода воздуха из сети рабочий режим окажется в
точке, расположенной на левой ветви характеристики, то работа компрессора будет
неустойчивой и может возникнуть явление помпажа, при котором наблюдаются падение
производительности и давления, сотрясения машины и воздухопроводов. Помпаж вредно
воздействует на компрессоры, и при их эксплуатации принимаются меры для исключения их
работы на левой ветви характеристики. В конструкциях компрессорных установок для
предотвращения помпажа предусматриваются специальные антипомпажные устройства.
Антипомпажное устройство имеет один или несколько быстродействующих
клапанов, соединяющих нагнетательный патрубок или часть ступеней компрессора с
атмосферой и срабатывающих от датчика, если режим работы компрессора приближается к
критическому. При срабатывании антипомпажного устройства сжатый воздух частично
уходит в атмосферу, увеличивается расход воздуха через компрессор и точка совместной
работы компрессора с сетью смещается вправо от критической.
Как и для вентиляторов, для компрессоров строятся универсальные характеристики.
В практике применения компрессоров на горных предприятиях ими пользуются редко.
5. 4. Регулирование центробежных компрессоров
Регулирование параметров работы центробежных компрессоров, как и центробежных
насосов, возможно следующими способами: дросселированием на линии нагнетания или
128
всасывания, изменением частоты вращения, поворотом лопаток направляющего входного
аппарата.
Регулирование дросселированием на линии нагнетания состоит в искусственном
изменении характеристики сети путем увеличения ее сопротивления при закрывании
задвижки или дросселя, установленного в начале сети. Этот способ регулирования самый
неэкономичный, так как в дросселе теряется часть энергии, сообщенной воздуху (газу) в
компрессоре, и значительно увеличиваются (в зависимости от глубины регулирования)
удельные затраты энергии на 1 м
3
сжатого воздуха.
Рис. 5.4. Схема (а) и характеристики (б) компрессора при регулировании
дросселированием на линии всасывания
Регулирование дросселированием на линии всасывания. При этом способе
регулирования изменяются характеристики компрессора р = f (Q) и N = f
1
(Q), смещаясь
вниз от номинальной (рис. 5.4). Характеристики, получаемые при дросселировании, можно
построить, принимая неизменными температуру воздуха на входе в рабочее колесо (Т' = Т),
степень повышения давления (ε' = ε) и газовую постоянную {R' = R) на основе формул
пропорциональности:
.N
p
p
N;Q
p
p
Q;p
p
p
p
н
/
н
/
н
/
н
/
к
н
/
н
/
к
=== (5.1)
При снижении давления всасывания с р
н
до р
н
' параметры воздуха (газа) на выходе Q,
p
к
, N из компрессора изменяются до Q', р
к
', N'. Точке А на характеристике 1 [р
к
= f (Q)]
соответствует точка A
1
на характеристике 1' (р
к
= f (Q')) при дросселировании: k и k' –
критические точки на этих характеристиках.
129
Регулирование дросселированием на линии всасывания примерно на 6-8% более
экономично, чем на линии нагнетания, особенно при больших степенях сжатия. При этом
способе также уменьшается на характеристике область неустойчивой работы компрессора,
что важно для обеспечения надежной эксплуатации компрессоров. С учетом этих
преимуществ способ регулирования режима работы дросселированием воздуха во
всасывающем патрубке широко применяется для поддержания требуемой
производительности компрессоров, эксплуатируемых на горных предприятиях.
Регулирование закручиванием потока перед рабочим колесом с помощью
лопаточного направляющего аппарата в компрессорах аналогично регулированию
вентиляторов. В воздушных центробежных компрессорах направляющие аппараты обычно
не предусматриваются, в связи с чем этот способ не применяется для регулирования
режимов работы таких компрессоров. Однако способ находит применение, например, во
фреоновых компрессорах, используемых в холодильных машинах. При регулировании
данным способом достигается выигрыш в затратах удельной энергии до 20%.
Регулирование изменением частоты вращения ротора компрессора теоретически
наиболее экономично, но связано с необходимостью иметь регулируемый привод и в горной
промышленности не применяется.
Таким образом, в настоящее время воздушные центробежные компрессоры
регулируются только путем дросселирования воздуха во всасывающем патрубке.
5. 5. Номенклатура и конструкция центробежных компрессоров и установок
В горной промышленности для сжатия воздуха применяются центробежные
турбокомпрессорные установки хабаровского завода "Энергомаш" – К-500-61-1, К-250-61-1
(снят с производства) и К-250-61-2 и Казанского компрессорного завода - ЦК-135/8 и ЦК-
115/9. В обозначении: К - компрессор, Ц - центробежный, цифра после букв обозначает
производительность компрессора в м
3
/мин.
Компрессорная установка состоит из собственно турбокомпрессора, промежуточных
холодильников, привода с редуктором я системы смазки.
Центробежные турбокомпрессоры выполняются многоступенчатыми и делятся на
секции из двух-трех ступеней (рабочих колес) в каждой. Причем колеса одной секции
изготовляются одинакового диаметра, а колеса различных секций - разного диаметра.
Между ступенями сжатый воздух охлаждается, проходя через промежуточные
холодильники.
130
Рабочие колеса современных центробежных компрессоров - закрытого типа, т. е.
имеют передние и задние диски; снабжены лопатками, загнутыми назад с выходным углом
40-50°; число лопаток 14-28. Такие колеса работают при сравнительно высоких окружных
скоростях (200-300 м/с) и обеспечивают большие напоры при сравнительно небольших
габаритах.
Вал ротора гибкий, т. е. рассчитан таким образом, чтобы его номинальная частота
вращения превышала критическую скорость.
Из-за большой частоты вращения ротора в турбокомпрессорах используются
подшипники скольжения с залитыми баббитом вкладышами из стали. Смазка подшипников
принудительная.
Компрессоры снабжаются внутренними (по покрывным дискам рабочих колес, валу и
думмису – разгрузочному поршню) и концевыми (по валу) лабиринтными уплотнениями,
которые уменьшают перетоки воздуха, газа между ступенями внутри машины, подсос
воздуха и его утечки из компрессора.
131
ЛЕКЦИЯ № 15
6. КОМПРЕССОРНЫЕ СТАНЦИИ
6. 1. Общие сведения
Компрессорной станцией называется совокупность нескольких компрессорных
установок, работающих на общую пневматическую сеть.
Компрессорная установка включает компрессор, его привод, вспомогательное
оборудование, а также средства контроля и автоматизации.
Компрессорные станции кроме компрессорных установок снабжаются
вспомогательным оборудованием: всасывающими фильтрами, концевыми охладителями,
воздухосборниками (при использовании поршневых компрессоров), глушителями шума,
насосами и др.
Здание компрессорной станции имеет машинный зал и другие помещения, например
для электрических распределительных устройств, насосов системы охлаждения, хранения
смазочных материалов и т. д. Компрессоры располагаются в машинном зале в один ряд с
проходами между ними не менее 1,5 м. Вспомогательное оборудование на крупных
компрессорных станциях размещается в подвальных помещениях. Воздухосборники и
фильтры для приема воздуха обычно выносятся за пределы здания.
Компрессорные установки соединяются воздухопроводами, снабженными
контрольно-измерительными приборами, запорной и предохранительной арматурой.
На рис. 6.1 показана примерная схема компрессорной установки с поршневыми
компрессорами.
Рисунок 6.1 – Схема компрессорной установки с поршневыми компрессорами:
132
1 - фильтр; 2 - компрессор; 3 - электродвигатель; 4 - концевой холодильник; 5 -
масловлагоотделитель; 6 - ресивер; 7 - краник; 8 - предохранительный клапан; 9 - подъемно-
монтажный механизм
Основные параметры компрессорной станции: производитель-носгь и рабочее
давление сжатого воздуха. Эти параметры являются исходными при выборе типа и числа
компрессоров.
6. 2. Оборудование компрессорных станций и установок
Всасывающие фильтры служат для очистки всасываемого компрессором воздуха от
пыли и других механических примесей. Фильтры устанавливаются индивидуально на
каждую компрессорную установку или для группы установок. Для поршневых компрессоров
предпочтительнее установка групповых фильтров, так как на работе фильтра меньше
сказывается пульсация и возможно осуществить наддув воздуха в компрессоры
вентилятором.
Охладители воздуха и масла представляют собой модификации конструкций
холодильников двух типов: кожухотрубных холодильников, в межтрубном пространстве
которых движется охлаждаемый воздух или масло системы смазки, а по трубкам -
охлаждающая вода, и холодильников труба в трубе, в которых воздух проходит по
внутренней трубе, а охлаждающая вода – по кольцевому пространству между внутренней и
наружной трубами.
Воздушные холодильники по месту их установки делятся на промежуточные,
устанавливаемые между ступенями компрессора, и концевые, располагаемые после
компрессора. Концевые воздушные холодильники устанавливаются на стационарных
компрессорных станциях при температуре сжатого воздуха на выходе из последней ступени
свыше 170° С. Концевые охладители устанавливаются для стационарных поршневых
компрессоров при производительности Q > 10 м
3
/мин. На турбокомпрессорах они
предусматриваются в отдельных случаях.
Концевые охладители позволяют одновременно отделить масляный и водяной
конденсаты, уменьшая этим опасность образования и воспламенения нагарно-масляных
отложений в трубопроводах.
Воздухосборники применяются при небольшой емкости пневматической сети
(например, при проходке шахтных стволов) и неравномерном характере потребления
сжатого воздуха; они устанавливаются между компрессорами и воздухопроводной сетью.
133
Воздухосборник предназначен для смягчения колебания давления, которое возникает из-за
прерывистого характера подачи сжатого воздуха поршневыми компрессорами; улавливания
влаги и масла, имеющегося в сжатом воздухе; хранения некоторого запаса сжатого воздуха,
необходимого для случая, когда расход воздуха неожиданно значительно увеличивается.
Турбокомпрессорные станции и станции, оборудованные быстроходными поршневыми
компрессорами с буферными емкостями (например, 4М10-100/8), могут работать
непосредственно на сеть без воздухосборников.
Емкость V (м
3
) воздухосборника определяется по эмпирической формуле
Q6,1V
вc
= , (6.1)
где Q - производительность компрессора (или компрессорной станции при общем
воздухосборнике), м
3
/мин.
Воздухосборники изготовляются в виде горизонтальных или вертикальных
цилиндрических резервуаров, сваренных из котельного железа и размещаемых на
фундаменте. Воздухосборник снабжается предохранительным клапаном и регулятором
производительности. Воздухосборники устанавливаются в 12-15 м от компрессора, за
капитальной стеной компрессорного здания.
Шумозащитные устройства применяются для снижения уровня шума. Основными
источниками шума являются: всасывающая камера (110-115 дБ), выхлопной трубопровод
при работе компрессора в атмосферу (120-130 дБ) и собственно компрессорный агрегат
(центробежный компрессор - 100-105 дБ). Уровень шума поршневых компрессоров ниже,
чем центробежных. Допустимый уровень шума в машинном зале не должен превышать 85
дБ.
Основные способы снижения шума – звукоизоляция основных источников шума и
шумопоглощение. Значительное снижение шума центробежного компрессора достигается
установкой перед всасывающим фильтром глушителя из шести-семи расположенных
параллельно друг другу секций, состоящих из матов, наполненных супертонким волокном.
6. 3. Системы охлаждения компрессоров
Количество воды, необходимое для охлаждения компрессора, в среднем составляет:
для поршневых компрессоров средней и большой производительности - от 10 до 28 м
3
/ч и
для турбокомпрессоров – от 120 (турбокомпрессор ЦК-135/8) до 320 м
3
/ч (турбокомпрессор
К-500-61-1). Ориентировочно принимают 3,5-5 м
3
воды на 1000 м
3
воздуха, засасываемого
компрессором.
134
Система охлаждения стационарных компрессоров выполняется циркуляционной, т. е.
оборотной с многократным использованием охлаждающей воды, и может быть разомкнутой
(поршневые компрессоры) или замкнутой (центробежные компрессоры). При разомкнутой
системе охлаждения вода после прохождения охлаждаемых частей компрессорной
установки 7 самотеком поступает в колодец 2 или в сброс теплой воды (рис. 6.2). Из колодца
насосом 6 вода подается в градирню 3 для охлаждения. Эта система получила наибольшее
распространение.
Рисунок 6.2 – Разомкнутая схема системы охлаждения компрессорной установки:
1 - резервуар охлажденной воды; 2 - колодец; 3 - градирня; 4 - ороситель; 5 - вентилятор; 6 -
насос; 7 - компрессор; 8 - сливная воронка
При замкнутой системе охлаждения вода под напором проходит охлаждающую
систему компрессора и затем по трубопроводу под тем же напором подается в градирню или
в брызгальный бассейн. Для компрессорных станций с расходом охлаждающей воды до 150
м
3
/ч принимают: при открытой системе охлаждения – не менее трех насосов ( холодной и
теплой воды и резервный), при закрытой системе – не менее двух (холодной воды и
резервный). Компрессоры более мощных станций, в особенности оборудуемых
турбокомпрессорами, обслуживаются индивидуально.
Для охлаждения воды применяют градирни и брызгальные бассейны. Наибольшее
распространение на горных предприятиях получили градирни башенного типа высотой 15-
20 м. Градирня 3 (см. рис. 6.3) представляет собой деревянную или бетонную башню с
резервуаром 1 охлажденной воды внизу. Охлаждаемая вода подается в верхнюю часть
градирни к оросительному устройству 4 для разбрызгивания воды (градирня капельного
типа) или к вертикальным щитам (градирня пленочного типа), по которым вода стекает
пленками. Падая пленками вниз, вода за счет частичного испарения в потоках встречного
воздуха охлаждается. Циркуляция воздуха осуществляется естественной тягой или
вентилятором 5, располагаемым в верхней части башни. По сравнению с брызгальными
бассейнами градирни занимают малую площадь, имеют более высокий охладительный
135
эффект и их работа не зависит от ветра; их недостатком является необходимость
значительных капитальных затрат на сооружение.
Применяемая для охлаждения вода не должна содержать солей кальция и магния
(солей временной жесткости) более 7 мг-экв/л, а механических примесей более 40 мг/л. При
большем содержании солей временной жесткости на поверхностях охлаждающих устройств
образуется накипь, снижающая к. п. д. компрессоров. Воду с жесткостью свыше допустимой
умягчают химическим способом или подвергают ультразвуковой или электромагнитной
обработке с использованием специальных аппаратов.
6. 4. Системы смазки компрессоров
Поршневые компрессоры оборудуются двумя системами смазки: механизма
движения и цилиндров и сальников.
В поршневых компрессорах средней и большой производительности система
маслоснабжения смазкой механизма движения состоит из шестеренного насоса, фильтров
очистки, холодильника, маслосборника и трубопроводов. Смазка цилиндров и сальников
осуществляется от лубрикаторов, представляющих собой многоплунжерные насосы с
отдельными насосными элементами, каждый из которых подает масло по отдельному
маслопроводу только в одну точку смазки. Наибольшее распространение получили насосы-
лубрикаторы золотникового типа с качательным или вращательным приводом от коренного
вала или отдельного электродвигателя.
Для смазки поршневых компрессоров применяются компрессорные масла 19 ГОСТ
1861-73 и КС-19 ГОСТ 9243-75 и масло индустриальное И-50А ГОСТ 20799-75.
В турбокомпрессорах система маслоснабжения подает масло к местам смазки
подшипников, зубчатых соединительных муфт, зубчатой пары редуктора, а также к
устройствам противопомпажной защиты и регулирования производительности
турбокомпрессора.
Масло подается пластинчатым насосом, приводимым в движение от вала редуктора
компрессора. Кроме насоса система маслоснабжения включает масляные охладители,
фильтры для очистки масла, редукционный и предохранительный клапаны и другие
элементы. Количество масла, подаваемое к отдельным точкам смазки, регулируется
дроссельными шайбами, установленными на подводящих маслопроводах.
Для смазки турбокомпрессоров применяют турбинные масла марки Т
зо
.
6. 5. Электропривод и автоматизация