Гареев Р.Ю., Василевская С.П.
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПРЕССОРОВ *
Аннотация:
в работе рассмотрены основные разновидности существующих компрессоров. Приведено описание конструкции и функционирования компрессоров объемного и динамического сжатия. Продемонстрированы ключевые достоинства и недостатки представленных компрессоров. Рассмотрены перспективы совершенствования компрессорной техники. Подведен итог, в котором заключены главные выводы о важности перехода от принципа сжатия механическим способом к иным методам получения энергии давления. В заключении рассматриваются главные тенденции развития компрессорной техники на основании проведенного анализа
Ключевые слова:
типы компрессоров, техника, механика, сжатие, энергия, достоинства, недостатки
УДК 621.515
Гареев Р.Ю.
магистрант кафедры машин и аппаратов химических и пищевых производств
Оренбургский государственный университет
(г. Оренбург, Россия)
Василевская С.П.
канд. техн. наук, доцент кафедры машин и аппаратов химических
и пищевых производств
Оренбургский государственный университет
(г. Оренбург, Россия)
ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПРЕССОРОВ
Аннотация: в работе рассмотрены основные разновидности существующих компрессоров. Приведено описание конструкции и функционирования компрессоров объемного и динамического сжатия. Продемонстрированы ключевые достоинства и недостатки представленных компрессоров. Рассмотрены перспективы совершенствования компрессорной техники. Подведен итог, в котором заключены главные выводы о важности перехода от принципа сжатия механическим способом к иным методам получения энергии давления. В заключении рассматриваются главные тенденции развития компрессорной техники на основании проведенного анализа.
Ключевые слова: типы компрессоров, техника, механика, сжатие, энергия, достоинства, недостатки.
Технологические компрессоры – это оборудование специального назначения, применяемое в промышленных процессах для сжатия паров и газов. Спектр их применения достаточно обширен: нагнетание воздуха, вакуумирование, стабилизация давления. Технологические компрессоры могут быть приведены в действие электрическим или механическим двигателем и имеют различные характеристики и конструкции в зависимости от конкретных требований технологического процесса.
Главное назначение компрессорной установки состоит в получении сжатого воздуха или другого необходимого газа с целью использования его энергии. Решение такой задачи может производиться самыми разнообразными путями: сжатие рабочего вещества путем заключения в замкнутый объем, или осуществление процесса преобразования динамической энергии потока в потенциальную, с образованием давления в напорной магистрали. [1] По принципу действия все компрессоры следует разделить на ряд ключевых типов, классификация которых представлена на рис. 1.
Рис. 1. Классификация компрессоров
Поршневые компрессоры
Данный тип компрессоров является наиболее старым и до середины ХХ века именно он занимал ключевое место в компрессоростроении. Важными требованиями компрессорной техники выступают: увеличение производительности и вместе с тем уменьшение массы, а также повышение энергетической эффективности. Повысить производительность можно путем увеличения суммарного теоретического объема цилиндров, а также числа оборотов двигателя. Объемную производительность ПК можно определить по диаметру цилиндра, ходом поршня и числом рабочих цилиндров.
Объективную оценку перспективам развития поршневых компрессоров можно дать только, проанализировав их ключевые недостатки, которые характерны для представленного типа машин. К основным недостаткам поршневых компрессоров следует отнести значительную энергозатратность оборудования, частые и сложные ремонтные работы, а также незначительный рабочий ресурс клапанных узлов. [2]
Рис. 2. Поршневой компрессор
1-коленчатый вал; 2- корпус; 3-шатун; 4-поршневой палец; 5- поршень;
6 –цилиндр; 7- клапаны; 8 –головка цилиндра; 9 –клапанная плита;
10 – маховик; 11- сальник; 12 – подшипники вала.
Рис. 3. Ряд компрессора в разрезе
Рис.4. Общий вид компрессора 6 ГМ25-140/35-56
Однако, даже с учетом всех имеющихся недостатков такого типа компрессоров, следует отметить, что поршневые компрессоры до настоящего времени находят значительное применение, особенно в областях с малой производительностью и высоким давлением. [3]
Винтовые компрессоры
В настоящее время наиболее часто из компрессоров объемного сжатия используются винтовые компрессоры средней производительности.
Главными положительными сторонами таких компрессоров выступают:
- в оборудовании находится незначительное количество узлов, подвергающихся трению, что в значительной мере увеличивает рабочий ресурс винтовых компрессоров по сравнению с поршневыми;
- особенности конструкции ВК таковы, что дают возможность плавно управлять производительностью в широком диапазоне;
- значительная динамическая уравновешенность рабочих органов практически ликвидирует нагрузки инерционного плана;
- возможность осуществления подачи жидкой фазы в рабочие полости компрессора интенсифицирует процессы охлаждения компримируемой среды.
Однако, наряду со значительным числом положительных черт, винтовые компрессоры имеют и ряд значительных недостатков:
- при повышении производительности и давления нагнетания, значительно увеличивается масса - габаритные характеристики, а также силовые нагрузки на узлы подшипникового типа;
- расчетная окружная скорость рабочих органов имеет прямую зависимость от параметров компримируемой среды и значительно воздействует на энергетические показатели машины;
- пульсирующий процесс нагнетания рабочего вещества, также оказывает отрицательное влияние на эффективность работы компрессора.
Дальнейшее развитие конструкций винтовых компрессоров требует новых конструктивных и технологических решений. На данный момент перспективными направлениями развития ВК могут служить работы, связанные с модернизацией рабочих органов. [4]
Спиральные компрессоры
Основное использование СПК связанно с холодильным оборудованием и кондиционерами малой и средней производительности.
К основным достоинствам такого типа машин относятся:
- значительная энергетическая эффективность;
- высокая надежность и долговечность;
- большая динамическая уравновешенность;
- низкий уровень шума.
Однако, как и любой технический объект, СПК имеют целый ряд недостатков:
- слишком высокие требования к точности изготовления и сборки;
- большие нагрузки на подшипниковые узлы.
Рис.5. Принцип работы спирального компрессора
Представленные недостатки ограничивают рабочие параметры СПК и, в первую очередь, их производительность и степень увеличения давления. Несмотря на отмеченные недостатки, представленный тип машин имеет значительные перспективы развития. [5]
Осевые компрессоры
Осевые компрессоры следует отнести к типу компрессоров динамического сжатия. Увеличение рабочего давления возникает за счет превращения механической работы в кинетическую энергию потока рабочего вещества с дальнейшим преобразованием ее во внутреннюю энергию. [6]
Основные трудности, с которыми сталкиваются разработчики осевых компрессоров – это вопросы прочностного характера рабочих органов, задачи эффективного управления производительностью, надежность и эффективность работы подшипниковых узлов и уплотнений. Практические решения этих задач позволят увеличить производительность и надежность данного оборудования.
Центробежные компрессоры
Работа компрессора центробежного типа сравнима с принципом функционирования осевого компрессора, поскольку он аналогичен компрессору сжатия динамического типа. Если придерживаться выполнения ряда задач, способствующих улучшению качества работы данного типа компрессоров, то можно в значительной мере добиться увеличения надежности оборудования:
- улучшение проточной части компрессора;
- разработка качественных уплотнений и подшипниковых узлов;
- применение качественных современных типов приводов.[7]
Рис.6. Принцип работы центробежного компрессора
Газовые компрессоры
Если говорить о газовых компрессорах, то следует отметить, что они используются в самых различных отраслях промышленности. К основным из них следует отнести нефтяную, химическую и нефтеперерабатывающую. Такие компрессоры отлично работают с агрессивными, инертными, ядовитыми и взрывоопасными газами (предварительно газы следует очистить). В настоящее время находят широкое применение многовальные центробежные компрессоры, которые до недавнего времени применялись только в качестве компрессоров назначения для сжатия воздуха с незначительными энергетическими потерями. Кроме этого находят свое применение мультипликаторные компрессоры почти для всех промышленных газов: лёгких, тяжёлых, горючих, ядовитых и взрывоопасных на давление до 200 кгс/см2 и производительностью от 600 до 350 000 м3/час.
Заключение
Проведенные исследования разновидностей компрессоров и выявление их значимых недостатков, позволяют сделать вывод о новых путях совершенствования компрессорного оборудования.
Основные тенденции развития технологических компрессоров включают в себя:
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №5 (62) том 4
Ссылка для цитирования:
Гареев Р.Ю., Василевская С.П. ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ КОМПРЕССОРОВ // Вестник науки №5 (62) том 4. С. 788 - 797. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8483 (дата обращения: 29.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+