Кривошипно шатунный компрессор: Виды компрессоров современных холодильников

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.

принцип работы, типы, виды, схемы, выбор лучшего

Компрессор холодильника — что это

Компрессором называют устройство, осуществляющее сжатие какого-либо вещества (в нашем случае – это хладагент в виде фреона), а также его перемещение по системе охлаждения.

Именно благодаря этому прибору происходит отвод тёплого воздуха из холодильных камер, и продукты в них охлаждаются до необходимой температуры либо замораживаются.

Существует всего три основных типа компрессоров, устанавливаемых на бытовые холодильники:

• классический;
• линейный;
• инверторный.

Инверторный компрессор отличается от остальных двух тем, что работает непрерывно, поддерживая в камерах заданную температуру. Устройства такого типа устанавливаются на некоторые современные модели холодильных агрегатов, однако производство такой техники обходится гораздо дороже, что увеличивает и итоговый ценник на неё.

Виды компрессоров холодильника

Поршневой компрессор

Наиболее часто встречающийся и популярный вид. Такой узел состоит из одного или нескольких цилиндров, расположенных вертикально или горизонтально. Поршни, находящиеся в этих цилиндрах осуществляют с помощью шатунно-кривошипного механизма возвратно-поступательные движения.

Сильные стороны данного компрессора:

• Простая конструкция;
• Демократичная цена;
• Нет сложностей с ремонтом или обслуживанием;
• На выходе давление воздуха высокое;
• Высокая износостойкость. Прекрасно выдерживает как непрерывную работу, так и редкие включения;
• Неприхотлив в работе и содержании.

Слабые стороны:

• Сильная вибрация и шум;
• Низкая производительность;
• Необходимо регулярно проводить техобслуживание;
• Нуждается в системе фильтров.

Роторный (винтовой) компрессор

Известен с конца 19 века. В таких охлаждающих узлах разность давлений, возникающая за счет вращения ротора и подвижной пластины, меняет энергию вращения. Такие компрессоры установлены в некоторых моделях холодильных бытовых приборов Индезит.

Плюсы:

• Значительный коэффициент сжатия.
• Отсутствие элементов, подверженных высокой нагрузке и регулярное впрыскивание масла в паровую камеру, обуславливают надежность и долговечность.
• Регулировать производительность можно изменяя скорость, с которой вращаются роторы.
• Отличается небольшой вибрацией, поэтому не требует прочного основания.
• Относительно низкий уровень шума, благодаря чему холодильник можно устанавливать в любом помещении
• Небольшие габариты самого узла.

Минусы:

• КПД изменения состояния фреона внутри системы. Постоянная скорость вращения валов, обуславливает разную силу сжатия.

Инверторный компрессор

Работает без отключений, в отличие от линейного. После первого включения охладительная система опускает температуру в камерах до указанного уровня, в дальнейшем компрессор, используя лишь необходимую мощность, поддерживает необходимые для сберегания продуктов условия. Такими узлами оснащают холодильники Самсунг.

Достоинства:

• Компрессор за редким исключением не задействует в своей работе максимальную мощность, поэтому по сравнению с другими охлаждающими системами электроэнергия расходуется более экономично.
• Благодаря постоянной работе такие узлы не издают громких звуков, обычно сопровождающих процесс запуска традиционного компрессора.
• Инверторные компрессоры более долговечны за счет отсутствия необходимости испытывать повышенные нагрузки при постоянных запусках и остановках.
• На первый взгляд холодильники, оборудованные компрессором такой категории, дороже бытовых приборов с традиционной системой охлаждения. Но высокий уровень экономии электроэнергии, длительный срок эксплуатации, износостойкость делают покупку более выгодной.

Недостатки:

• Сложность устройства и технологии производства, делающие стоимость готового компрессора более высокой в сравнении с более простыми видами охлаждающих устройств.
• Перепад напряжения в домашней электросети может вывести инверторный компрессор из строя. Чтобы избежать подобной ситуации, перед приобретением бытового прибора с таким оснащением желательно убедиться в качестве проводки и при необходимости заменить слабые участки или обезопасить место установки холодильного агрегата.

Линейный компрессор

Работа такого агрегата осуществляется в три этапа: включение, охлаждение, выключение. Температуру в камере холодильника контролирует датчик, как только она превышает заданный уровень, запускается компрессор. Как можно скорее понизив температуру, он снова отключается. Этот цикл повторяется все время, пока холодильник подключен к электросети. Возвратно-поступательные движения поршня в цилиндре происходит за счет воздействия электромагнитных сил, благодаря чему снижаются энергопотери, а срок эксплуатации увеличивается. Энергопотребление таких компрессоров по сравнению с традиционными агрегатами ниже на 40%. Такими узлами оснащены некоторые холодильники Electrolux.

Плюсы:

• Увеличение долговечности и надежности за счет меньшего количества подвижных элементов.
• Система управления компрессора помогает свести к минимуму температурные отклонения в холодильной камере от установленной владельцем и улучшить контроль за диапазоном температурных колебаний.
• Конструкция и система работы компрессора позволяет экономно расходовать электроэнергию.
• Стабильность условий внутри холодильной камере за счет непрерывности работы охлаждающей системы, помогает охлаждать продукты в кратчайшие сроки и сохранять все полезные свойства.
• Холодильник, оснащенный линейным компрессором работает относительно тихо, благодаря плавной системе запуска и остановки охлаждающего узла.

Минусы:

• Каждое включение и отключение охлаждающего узла сопровождается характерными щелчками.
• При запуске компрессор испытывает максимальную нагрузку и увеличивает потребление энергии.

Динамический компрессор

Разделяются на два класса по типу вентиляторов: осевые и центробежные.

Первые используют то, что сжатие хладагента происходит впоследствии изменения его скорости между лопатками ротора и направляющего устройства. При этом движение хладагента осуществляется в направлении оси ротора.

Во втором типе на стороне подачи возникает разряжение, газ подаётся на лопатки рабочего колеса. При его вращении охлаждающее вещество отбрасывается, под влиянием центробежной силы, к внешнему радиусу. На выходе из колеса газ направляется в диффузор, где скорость его падает, а давление увеличивается.

Классификация их осуществляется по следующим признакам:

• По конечному давлению. Давление, создаваемое потоком газа.
• По количеству ступеней сжатия. Одноступенчатые и многоступенчатые.
• По виду привода. Турбинный или электрический.

Динамические компрессоры характеризуются несложной конструкцией, долговечностью в работе, удобством в использовании. Устройство имеет небольшие габариты и вес. Главный недостаток заключается в невысоком КПД, что особенно проявляется, при небольшой производительности и высоких давлениях накачивания. В такой конструкции невозможно получить большой коэффициент сжатия, а значит и создать высокое давление.

Спиральный компрессор

В конструкцию этого агрегата входят две спирали — подвижная и неподвижная, с помощью которых осуществляется нагнетание. Неподвижная зафиксирована на корпусе, а подвижная — на эксцентрике. Их профиль тщательно подобран, и образуют камеры, по которым происходит движение газа.

Как правило, спиральные компрессоры используют для работы с безмасляными газами. Их конструктивные особенности позволяют получить определенные преимуществами перед аналогичным оборудованием:

• мотор работает в менее нагруженных условиях;
• при прохождении хладагента через корпус происходит интенсивный отбор тепла;
• газ подается равномерно;
• высокая надежность;
• бесшумная работа.

Активному внедрению этих машин препятствует ряд недостатков:

• сложность изготовления;
• малая производительность.

Спиральные компрессоры постоянно совершенствуются, что позволяет продвигать на рынке высококачественные образцы, способные конкурировать с аналогами других типов.

Турбокомпрессоры

К оборудованию этого типа относят центробежные компрессоры с высокой производительностью. Турбокомпрессоры находят применение при производстве промышленного холода с использованием мощного оборудования. Они имеют 2-3 секции с 3-7 ступенями. Промежуточное охлаждение и ступенчатое дросселирование осуществляется за счет патрубков, расположенных между секциями.

Производительность агрегата регулируется входным регулирующим аппаратом. При этом производительность может изменяться в диапазоне 100-50% от номинальной величины.

Турбокомпрессоры работают на высоких оборотах. поэтому в приводе используется понижающий редуктор.

Компрессор герметичного, полугерметичного и открытого типа

Конструкция герметичного компрессора подразумевает его размещение в одном корпусе с двигателем. При этом охлаждение осуществляется за счет прохождения хладагента. Эти машины отличаются экономичностью, компактными размерами и универсальностью. Мощность этого оборудования не превышает 35 кВт.

Полугерметичные компрессоры используются при необходимости получения высокой мощности с использованием компактного оборудования. Их мощность достигает 350 кВт. В большинстве случаев это поршневые и винтовые модели. Компрессор и электродвигатель помещены в разборный корпус, что существенно облегчает ремонт и обслуживание оборудования. Режимы регулируются путем закрытия части клапанов, работающих на всасывание. К достоинствам таких машин относят компактность при большой мощности, а также ремонтопригодность.

Компрессор открытого типаОсновная конструктивная особенность компрессора открытого типа — внешний двигатель, что делает его громоздким. Несмотря на это, агрегат обладает рядом преимуществ, и находит применение для получения промышленного холода. Механическая часть компрессора приводится валом, который выходит за его пределы, поэтому нуждается в надежном уплотнении. Скорость вращения компрессора и двигателя совпадают или выше (если используется ременная передача и подобран диаметр шкива).

К преимуществам компрессоров открытого типа относят:

• запуск может осуществляться на холостом ходу, что позволяет разгрузить двигатель;
• высокая надежность;
• простота ремонта и обслуживания;
• регулировка работы очень удобна за счет использования инверторов.

Другие виды компрессоров

• Безмаслянный. Как следует из названия, агрегат не требует масла для работы. Обычно их устанавливают в холодильных установках.
• Электрогазодинамический. В такой конструкции необходимое давление получается благодаря возникновению в электрическом поле объемных зарядов частиц.
• Объемный. В таких устройствах эффект сжатия производится при помощи механического приспособления, приводящегося в действие двигателем (электромотором). Эффективность данного типа оборудования значительно выше, чем у винтовых агрегатов. Широко применялся до появления недорогих роторных аппаратов.

Как и любое устройство, компрессоры имеют свой срок эксплуатации и нуждаются в периодическом обслуживании.

Отличия инверторного и линейного компрессора холодильника

Говоря о минусах того или типа компрессорах для холодильников, стоит сказать, что линейный агрегат несколько уступает инверторному ввиду постоянных включений и отключений. В связи с этим система терпит регулярные перенапряжения, а это сказывается на электрической сети и нагрузке на нее. К тому же, большое значение при выборе покупатели обращают на потребление электроэнергии – в линейном типе она выше.

А вот у инверторных агрегатов можно отметить несколько достоинств:

Потребление электроэнергии сведено до минимума, чего не сказать о линейном компрессоре;
Никакого постороннего навязчивого шума – агрегат работает, не набирая максимальные обороты;
Увеличенная продолжительность работы такого оборудования в связи с отсутствием перепадов напряжения и периодического отключения, что не предполагает высокого нагрузки на систему.

Ознакомившись со списком преимуществ инверторных холодильников, нельзя сказать, что линейные системы определенно хуже. Нет, они также имеют свои плюсы, благодаря которым пользуются спросом:

Являются экологически чистым оборудованием – для работы применяются охлаждающие вещества с абсолютной безопасностью. Второе название таких холодильников – «зеленые». Их стали так называть в связи с безвредностью для окружающей среды;
Линейный компрессор отличается эффективностью использования энергии, его высокая экономичность заслуживает А++ класс по энергопотреблению;
Минимальная вибрация и отсутствие шумов во время работы агрегата, а также в случае его включения и отключения. Устройство оснащено опциями тихого старта и остановки.

Инверторные холодильники с таким видом компрессоров очень быстрым темпом стали частью нашей жизни. Но далеко не каждый готов отказаться от линейного устройства, уступающего в стоимости, для наслаждения бесшумной работой агрегата, учитывая, что качество заморозки у обоих типов одинаковое.

При этом, линейные модели не менее долговечны, экологичны и энергоэффективны инверторных. Да и все мы давно привыкли, что работающий на кухне холодильник издает шум и вибрацию – мы на это не обращаем внимания.

Какие компрессоры холодильника лучше

Не существуют рейтинга лучших компрессоров для холодильника. Большинство современных производителей выпускают только модели холодильников с компрессом определенного типа. В таком случае необходимо решить для себя, что важнее – выбрать холодильник, основываясь на производителе или виде компрессора. Некоторые производители разрабатывают собственные модели. К таким компаниям относится LG и Samsung.

От выбора вида компресса будет зависеть, сколько времени холодильник будет работать без замены и ремонта. Поэтому лучше всего купить модель с инверторным устройством. Они отличаются длительным сроком службы и минимальным затратами электроэнергии.

Линейные устройства – оптимальное решение для тех, кому важна длительная свежесть продуктов. Коллекторные модели хоть и относятся к самым простым и старым. Но при этом благодаря доступной цене, они все также пользуются популярностью.

Устройство компрессора холодильника

Однако любой холодильник имеет достаточно сложное устройство, и поэтому необходимо разобраться, из каких же именно частей он состоит.

• Хладагент. В этом элементе используется газ фреон, и утечка этого газа способствует тому, что агрегат выходит из строя.
• Конденсатор. Он же представлен решёткой, которую все видели, и не каждый знает, что же она из себя представляет.
• Испаритель. Данная деталь не видна. Это внутренняя стенка холодильника.
• Компрессор. Является основной частью современной бытовой техники охлаждающего типа. Он представлен специальным насосом, который несёт ответственность за то, чтобы хладагент прокачивался по трубкам, чтобы он забирал тепло и выводил его из рабочего корпуса. Наиболее часто встречающейся причиной поломки холодильника является выход данной детали из строя. Так, если сравнить бытовой прибор с человеческим организмом, то можно говорить о компрессоре, как о сердце, а о хладагенте, как о крови, которая циркулирует в сердечно-сосудистой системе. Оба этих элемента играют основную роль в работе всего агрегата.

Так, если рассматривать принцип работы холодильника в целом и важно компрессора, то всё можно описать следующим образом: хладагент находится внутри холодильника и он имеет состояние пара.

Компрессор, при использовании давления, перекачивает этот пар оттуда и помещает в конденсатор, хладагент в итоге превращается в жидкое состояние.

Температура хладагента становится высокой. В этом и заключается действие составляющей детали охлаждающего агрегата.

Устройство поршневого компрессора

Данный аппарат представляет собой электрический мотор, у которого вертикальный вал, конструкция размещается в герметизированном металлическом кожухе.

При включении питания пусковым реле мотор приводит в движение коленчатый вал, благодаря чему закрепленный на нем поршень начинает совершать возвратно-поступательное движение. В результате этого происходит откачка паров фреона из испарительного радиатора и нагнетание хладагента в конденсатор. Данному процессу способствует система клапанов, открывающаяся и закрывающаяся при смене давления. Основные элементы поршневой конструкции представлены ниже.

Обозначения:

1. Нижняя часть металлического кожуха.
2. Крепление статора электромотора.
3. Статор двигателя.
4. Корпус внутреннего электромотора.
5. Крепеж цилиндра.
6. Крышка цилиндра.
7. Плита крепления клапана.
8. Корпус цилиндра.
9. Поршневой элемент.
10. Вал с кривошипной шейкой.
11. Кулиса.
12. Ползунок кулисного механизма.
13. Завитая в спираль медная трубка для нагнетания хладагента.
14. Верхняя часть герметичного кожуха.
15. Вал.
16. Крепление подвески.
17. Пружина.
18. Кронштейн подвески.
19. Подшипники, установленные на вал.
20. Якорь электродвигателя.

В зависимости от конструкции поршневой системы данные устройства делятся на два типа:

1. Кривошипно-шатунные. Используются для охлаждения камер большого объема, поскольку выдерживают значительную нагрузку.
2. Кривошипно-кулисные. Применяются в двухкамерных холодильниках, где практикуется совместная работа двух установок (для морозильника и основной емкости).

В более поздних моделях поршень приводится в действие не электродвигателем, а катушкой. Такой вариант реализации более надежен, за счет отсутствия механической передачи, и экономичен, поскольку потребляет меньше электроэнергии.

Обратим внимание, что поршневые аппараты не подлежат ремонту в бытовых условиях, поскольку их разборка приводит к потере герметичности. Теоретически ее можно восстановить, но для этого необходимо специализированное оборудование. Поэтому при выходе аппаратов из строя, как правило, производится их замена.

Устройство роторного компрессора

Если быть точным, то такие устройства необходимо называть двухроторными, поскольку необходимое давление создается благодаря двум роторам со встречным вращением.

Внутри компрессора фреон, попадая в сжимающийся «карман» выталкивается в отверстие небольшого диаметра, чем создается необходимое давление. Несмотря на относительно небольшую скорость вращения роторов, создается необходимый коэффициент сжатия. Отличительные особенности: небольшая мощность, низкий уровень шума. Основные элементы конструкции механизма представлены ниже.

Обозначения:

1. Отводной патрубок.
2. Отделитель масла.
3. Герметичный кожух.
4. Фиксируемый на кожухе статор.
5. Обозначение внутреннего диаметра кожуха.
6. Обозначение диаметра якоря.
7. Якорь.
8. Вал.
9. Втулка.
10. Лопасти.
11. Подшипник на валу якоря.
12. Крышка статора.
13. Вводная трубка с клапаном.
14. Камера-аккумулятор.

Устройство инверторного компрессора

По сути, это не отдельный вид, а особенность работы. Как уже рассматривалось выше, мотор установки отключается при достижении пороговой температуры. Когда она поднимается выше установленного предела, производится подключение двигателя на полной мощности. Такой режим запуска приводит к снижению ресурса электромеханизма.

Возможность избавиться от такого недостатка появилась с внедрением инверторных установок. В таких системах двигатель постоянно находится во включенном состоянии, но при достижении нужной температуры снижается его скорость вращения. В результате хладагент продолжает циркулировать в системе, но значительно медленней. Этого вполне достаточно для поддержки температуры на заданном уровне.

При таком режиме работы продлевается срок службы и меньше потребляется электроэнергии. Что касается остальных характеристик, то они остаются неизменными.

Принцип работы компрессора холодильника

Чтобы понять назначения данного аппарата, следует рассмотреть схему работы оборудования.

Упрощенный вариант, где указаны только основные элементы конструкции, приведен ниже.

Рис. 1. Принцип работы холодильной установки

Обозначения:

• А – Испарительный радиатор, как правило, изготовлен из медных трубок и расположен внутри камеры.
• B – Компрессорный аппарат.
• С – Конденсатор, представляет собой радиаторную сборку, расположенную на тыльной стороне установки.
• D – Капиллярная трубка, служит для выравнивания давления.

Алгоритм работы:

• При помощи компрессора (В на рис. 1), пары хладагента (как правило, это фреон) нагнетаются в радиатор конденсатора (С). Под давлением происходит их конденсация, то есть фреон меняет свое агрегатное состояние, переходя из пара в жидкость.
• Выделяемое при этом тепло радиаторная решетка рассеивает в окружающий воздух.
• Покинув конденсатор, жидкий хладагент поступает в выравниватель давления (капиллярная трубка D). По мере продвижения через данный узел давление фреона снижается.
• Жидкий хладагент под низким давлением поступает в испарительный радиатор (А), где под воздействием тепла он опять меняет агрегатное состояние. Происходит охлаждение испарительного радиатора, что в свою очередь приводит к понижению температуры в камере.

Далее идет повторение цикла, до установления в камере необходимой температуры, после чего датчик подает сигнал на реле для отключения электроустановки.

Кривошипно-шатунный компрессор

Упрощенно схема выглядит в виде цилиндра с поршнем внутри. Возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма, который закреплен к валу электродвигателя. За один поворот вала совершается полный рабочий цикл. А принцип работы компрессора холодильника можно проиллюстрировать как работу в виде двух фаз:

1. Движение «из цилиндра». За поршнем создается зона разрежения, пары хладагента всасываются в компрессор из испарителя через свой открытый клапан. Нагнетательный клапан в конденсатор закрыт.
2. Движение «в цилиндр». Всасывающий клапан закрывается. В цилиндре создается избыточное давление. Сжатые пары хладагента нагреваются, через открывающийся нагнетательный клапан выталкиваются в конденсатор, где они остывают и переходят в жидкое состояние.

Важно! В диапазоне малых мощностей (для бытовых холодильников) почти повсеместно используются герметичные агрегаты в стальном неразъемном корпусе. Достоинство конструкции в том, что охлаждение компрессор-мотора происходит непосредственно за счет паров хладагента. Но такие модели ремонту не подлежат, а устранение неисправности холодильника происходит путем замены компрессора.

Кривошипно-кулисный компрессор

Принципиальное отличие этого типа — способ создания для поршня возвратно-поступательного движения. В конструкции используется не коленчатый вал с двумя точками опоры, а консоль (кулиса) с одной точкой опоры на кривошип. То есть, вращательная пара заменена на возвратно-поступательный элемент.

Такое устройство облегчает процесс сборки для одноцилиндровых компрессоров, а точнее — упрощает их регулировку компенсацией неточностей реального производства путем небольших осевых смещений кулисы. Этот тип маломощных компрессоров в производстве дешевле и стоит меньше.

Важно! Для однопоршневого кулисного компрессора есть даже понятие «полной самоустанавливаемости деталей». Это возможно за счет одностороннего направления ориентации каждого подвижного элемента — вала с кривошипом, кулисы и поршня.

У двухцилиндровых моделей такого преимущества нет. Хотя на практике используется схема оппозитного компрессора, когда вторая кулиса приваривается к кривошипу с другой стороны, а второй поршень расположен на той же оси, что и первый, но с другой стороны вала двигателя.

Недостаток конструкции — ограничение мощности. Консольный вал выдерживает меньшие нагрузки, чем коленчатый вал.

Этот тип устанавливают в маленьких холодильниках, в двухкамерных моделях с двумя компрессорами и небольшими объемами камер (или одной из них).

Линейный компрессор

Это разновидность поршневого агрегата. Привод в разрезе можно представить как соленоид, у которого шток поршня движется в электромагнитном поле катушки цилиндрической формы. А соленоиды постоянного тока создают значительное усилие, направленное по оси катушки, и используются в качестве силового магнитного привода.

Линейный компрессор работает по следующей упрощенной схеме:

1. На катушку подается постоянное напряжение. Поршень приходит в поступательное движение.
2. По завершении движения катушка отключается, а поршень возвращается в исходное состояние с помощью пружины.

Отсутствие электродвигателя и кривошипной передачи уменьшает уровень шума и снижает потери мощности на преодоление сил трения (выше класс энергопотребления). По этим двум характеристикам линейные компрессоры лучшие для домашних холодильников.

Ротационный компрессор

У этого типа нет поршней, а работа обеспечивается за счет движения в статоре двух роторов винтовой формы с сопрягающимися плоскостями. Если проводить аналогию с поршневыми моделями, то роль цилиндра выполняет не статор, а охватывающий ротор — по мере прохождения к стороне нагнетания объём между пластинами уменьшается.

Внутренний, охватываемый, ротор выполняет функцию поршня — его пластины обеспечивают сжатие потока впереди и разрежение газовой среды сзади.

Этот тип применяют в холодильных системах средней и большой мощности — при одинаковых характеристиках с поршневыми аналогами размеры компрессора меньше. Холодопроизводительность маленьких моделей уступает поршневым образцам с такими же размерами.

Еще одна разновидность ротационного типа — спиральный компрессор. Он состоит из двух спиралей «вдетых» одна в другую. Верхняя спираль неподвижна и в центре основания имеет нагнетательное отверстие. Всасывание происходит при движении внутренней спирали на периферии системы.

Так же, как и у винтовых моделей, максимальное КПД возможно лишь для холодильных установок средней и большой мощности. Поэтому основная «бытовая» область применения — это системы кондиционирования воздуха.

Класс компрессора холодильника

Классы энергопотребления обозначаются буквами от A до G. Самые выгодные в этом смысле класс А и его еще более экономичные разновидности А+, А++, A+++. Еще можно увидеть в паспорте климатическую зону — N, SN, ST, T. По словам консультанта, две первые (которыми маркированы практически все продаваемые холодильники) оптимально подходят для нашего климата, остальные — для более жаркого. Теоретически, это может повлиять на условия гарантийного ремонта, если температурный режим при эксплуатации не соблюдался.

Основные производители

Чтобы правильно подобрать холодильную технику, надо ориентироваться в её «содержимом». А основной узел, отвечающий за надежность, энергопотребление и производительность — это компрессор.

Лидером в производстве поршневых кривошипно-шатунных моделей считается американская компания TECUMSEN. По ее лицензиям работают многие заводы Европы и Азии.

Среди европейских производителей больше всего компрессор-моторов продает итальянский концерн EMBRACO. Заводы этого концерна в Европе, в Бразилии и в Китае производят около 20 млн. агрегатов в год, и их устанавливают на холодильниках такого известного производителя как LIEBHERR.

Концерну ELECTROLUX принадлежит несколько марок холодильников. Объём собственного производства мотор-компрессоров достигает около 12 млн. единиц в год, и они известны под следующими марками:

• австрийский Verdichter;
• итальянский Zem;
• испанский Unite Germetique;
• американский Kelvinator.

Очень хорошая репутация у датской компании DANFOSS. Её продукция вполне устраивает таких авторитетных производителей холодильников, как концерны BOSCH и SIEMENS.

Как подобрать компрессор

Как указывалось выше, при поломке компрессора, в большинстве случаев его просто меняют на новый. Но и при этом надо откачать из системы хладагент, загерметизировать трубопроводы, а после замены агрегата — закачать новый фреон и проверить его давление. Выполнить такие работы своими руками без специального оборудования невозможно. Поэтому лучше привлечь специалиста. Он же и подберет для замены такую же модель, а если её сняли с производства, то аналог с такими же характеристиками, что и вышедшая из строя деталь.

Совет! Один из способов сэкономить на ремонте «старенькой» марки холодильника — это установка б/у компрессора такой же марки, который сняли с аналогичного образца. И найти его можно в каждом регионе на сайтах объявлений по продаже и услугам соответствующего профиля.

Видео: как работает компрессор для холодильника

Видео: принцип работы холодильника с компрессором

Видео: что внутри холодильного компрессора двигателя

Видео: виды и диагностика холодильного компрессора

Видео: какой компрессор для холодильника лучше

Советую прочитать:

• Принцип работы пускозащитного реле для бытового холодильника — Привод компрессора бытового холодильника — это обычно асинхронный электродвигатель с питанием от однофазной сети 220 В. Его особенность в том, что при запуске необходимо пусковое…
• Устройство, принципы работы и конструкция бытовых холодильников — Когда владелец четко представляет, какой принцип работы у холодильного агрегата, у него есть возможность продлить эксплуатационный срок бытового прибора. Понять – как устроен…
• Принцип работы компрессорных, абсорбционных и термоэлектрических холодильников — Принципиально устройство холодильника представляет собой закрытую термоизолированную камеру, в которой поддерживается постоянная низкая температура. Если бы это была идеальная…
• Электрическая схема холодильника — В статье пойдёт речь об электрических схемах подключения холодильников разных производителей, ответы на интересующие вас вопросы: как выглядит схема подключения, что это такое,…
• Как работает абсорбционный холодильник — Бытовой абсорбционный холодильник помогает хранить продукты свежими долгое время. Данная статья расскажет о возможных видах холодильников и их принципах работы. Абсорбционный…
• Принцип работы отечественных бытовых холодильников «Донбасс» — Холодильники Донбасс, советского производства выпускались в городе Донецк – сейчас завод носит название NORDFROST и остается по прежнему популярным. Рефрижераторы старой марки не…
• Принцип работы газовых холодильников — История развития холодильного оборудования достаточно длительная и она отмечена разработкой разнообразных подвидов бытовых агрегатов. Среди существующих конструкций можно…

Кривошипно-шатунный механизм — компрессор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Кривошипно-шатунный механизм — компрессор

Cтраница 1

Кривошипно-шатунный механизм компрессора не имеет крейцкопфов и состоит из коленчатого вала с шестью противовесами и маховиком, трех шатунов со съемными кривошипными головками, трех дифференциальных поршней с кольцами.
 [1]

Кривошипно-шатунный механизм компрессора, не имеющий крейцкопфов, состоит из коленчатого вала с шестью противовесами и маховиком, трех шатунов со съемными кривошипными головками, трех дифференциальных поршней с кольцами.
 [2]

Кривошипно-шатунный механизм компрессора, состоящий из коленчатого вала, шатуна и крейцкопфа или поршня, служит для преобразования равномерного вращательного движения коленчатого вала в неравномерное возвратно-поступательное движение крейцкопфа или поршня и для передачи усилия с коленчатого вала на поршень цилиндра для производства работы — сжатия газов. Коленчатый вал является одной из ответственных деталей компрессора, и от точности его изготовления зависит качество работы компрессора — плавность и равномерность хода, а также износостойкость движущихся частей и соприкасающихся с ними поверхностей деталей. Во время работы коленчатый вал подвергается переменным нагрузкам и испытывает сложные напряжения.
 [3]

Кривошипно-шатунный механизм компрессора предназначен для преобразования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня. К возвратно-поступательно движущимся частям кривошипно-шатунного механизма относятся поршень со штоком, крейцкопф с крейцкопфным пальцем и другие относящиеся к ним детали. К вращательно-движущимся частям относится коленчатый вал.
 [4]

Кривошипно-шатунный механизм компрессоров и механизм движения насосов смазывают маслом СУ машинным ( ИС-50) с вязкостью 4 2 — 5 8 Па — с при 323 К и температурой застывания 293 К.
 [5]

Кривошипно-шатунный механизм компрессора помещен в картере, имеющем просторный передний люк. При снятой крышке люка открыт доступ ко всем частям компрессора, требующим ремонта.
 [6]

Кривошипно-шатунный механизм компрессора одинарного действия состоит из поршней с уплотняющими кольцами и пальцами, соединяющими поршни с шатунами; шатунов с втулками и подшипниками; коленчатого вала с подшипниками и уплотнениями и маховика.
 [8]

В кривошипно-шатунном механизме компрессора двойного действия, кроме перечисленных деталей, имеются крейцкопф с направляющими параллелями и шток поршня с уплотнениями.
 [10]

В кривошипно-шатунном механизме средних и тяжелых крейц-копфных компрессоров применяются отъемные ползуны крейцкопфов.
 [11]

Ремонт деталей кривошипно-шатунного механизма компрессора производят так же, как и ремонт соответствующих деталей двигателя. Клапаны компрессора притирают по седлам головки цилиндров.
 [12]

Ремонт деталей кривошипно-шатунного механизма компрессора аналогичен ремонту соответствующих деталей двигателя.
 [14]

Ремонт деталей кривошипно-шатунного механизма компрессора производят так же, как и ремонт соответствующих деталей двигателя. Клапаны компрессора притирают по седлам головки цилиндров.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

Виды компрессоров.

Какие бывают компрессоры в холодильниках.

Издревле для хранения скоропортящихся продуктов использовали сосуды, полости, комнаты, пониженная температура в которых достигалась путём наполнения их льдом. Благодаря техническому прогрессу людям удалось отойти от столь тяжёлого метода охлаждения.
  В настоящее время холодильник представляет собой теплоизолированную камеру, низкая температура в которой поддерживается холодильной машиной. Принцип её работы основан на реализации термодинамического цикла: благодаря работе компрессора в холодильнике осуществляется отвод тепла в окружающее пространство. 
  Поршневые компрессоры.
  В большинстве современных моделей холодильников используется поршневой компрессор, оборудованный электродвигателем с вертикальным валом. Во избежание высокого уровня шума при работе компрессора, конструкция, состоящая из компрессора и электродвигателя, подвешивается на пружинах внутри герметичного короба. Таким образом гасится большая часть вибраций.
  Поршневые компрессоры делятся на кривошипно-кулисные и кривошипно-шатунные. Первые обычно используются в комбинированных холодильных установках, оснащённых двумя и более компрессорами. Например, холодильники небольшого объёма (до 50 литров) и холодильниках оснащённых морозильной камерой. Такое применение вызвано низкой степенью отказоустойчивости механизма.
  Второй вид используется в больших холодильных установках, где из-за использования одного единственного компрессора необходима повышенная степень надёжности устройства. 
  Линейные компрессоры.
  Их отличительной особенностью является высокая производительность и экономичность. Из их конструкции были удалены ненадёжные узлы, Такие как вращающийся вал. Поршни работают без помощи кривошипно-шатунного механизма и электрического мотора, в движение они приводятся под воздействием электромагнитных сил.  

  Ротационные компрессоры.

  Существенным отличием от поршневых компрессоров является отсутствие кривошипно-шатунного механизма. За счёт отсутствия движущегося поршня такие компрессоры имеют меньшие габариты и более низкую степень колебания. Однако, стоит заметить, что их холодопроизводительность находится на одном уровне. 
  Зачем холодильнику два компрессора? 
  Современные холодильники схожи своими функциями и режимами, но их существенным различием является число компрессоров. Чаще всего встречаются модели с двумя компрессорами, однако встречаются с тремя и более.
  При использовании двух компрессоров один из них поддерживает температуру в холодильной камере, а другой в морозильной. При такой организации нагрузка распределяется на оба механизма. 
  Подобное устройство холодильника является наиболее рациональным, поскольку каждый из компрессоров отвечает только за свою секцию. Так при длительном открытии двери одной из камер нагрузка повысится лишь на один механизм. Оба «сердца» включаются лишь тогда, когда это необходимо для поддержания необходимого уровня температуры. 
  В двухкопрессорных холодильниках чаще используется приборы с кривошипно-кулисным механизмом, который не отличается низким уровнем шума.
   Какой холодильник лучше выбрать?
  Отличительной особенностью однокопрессорного холодильника является то, что ему приходится охлаждать обе камеры: и холодильную и морозильную камеры. В таких установках обычно общее устройство регулирования температуры, что в свою очередь накладывает существенное ограничение – не предоставляется возможным отключение одной из камер, при сохранении функционирования второй. Главным плюсом подобных агрегатов является их дешевизна, по сравнению с двухкомпрессорными собратьями.
  При выборе холодильника стоит отталкиваться от своих потребностей и материальных возможностей. Если Вы покупаете холодильник с достаточно большим объёмом (более 350 литров), то стоит отдать своё предпочтение моделям с двумя и более компрессорами или типа Side-by-Side.
  Если же Вам не придётся регулярно отключать одну из камер холодильника и есть потребность в экономии, то стоит выбрать однокомпрессорную модель, с классом энергопотребления А. Если же Вы часто отсутствуете дома, то лучше выбрать двухкомпрессорный вариант класса А.

замена компрессора холодильника

Обзор холодильников: выбираем компрессор

Компрессор — это еще и«сердце» бытового холодильника: при его помощи организуется циркуляция холодного воздуха по всему пространству камеры. Именно за счет компрессионной системы холодильник, установленный на вашей кухне, замораживает и сохраняет продукты.

Текст: Елена ОМЕЛЬЧЕННО

Консультант: Денис Безруких, компания «Поларис»

Зачем нужны компрессоры?

Компрессор предназначен для создания разницы давлений в разных частях охлаждающей системы. Этот процесс происходит путем сжатия хладагента и перекачивания его по контуру теплообменной системы.

В результате именно компрессор является тем звеном, где электроэнергия преобразуется в работу по переносу теплоты из внутренних камер холодильника в окружающий воздух, и, соответственно, внутри холодильника создаются условия для эффективного замораживания и хранения охлажденных продуктов.

Какие они бывают

Большинство современных холодильников оборудованы поршневыми компрессорами, которые работают от электродвигателей с вертикальным валом. Наиболее часто компрессор вместе с электродвигателем подвешивают на пружинах внутри герметичного кожуха — такой тип конструкции называется внутренней подвеской. Так обеспечивается невысокий уровень шума при работе компрессора, поскольку большинство вибраций гасятся пружинами и «остаются» внутри кожуха.

Поршневые компрессоры прошлых лет работали от электродвигателя с горизонтальным валом и имели наружную подвеску — в основании шкафа холодильника, на раме, устанавливались пружины, на которые, собственно, и крепился кожух с запакованными в него компрессором и электродвигателем. В этом случае все вибрации компрессора не гасятся пружинами и передаются на кожух, затем на раму и шкаф, что делает работу холодильника излишне шумной.

Не шуми холодильник большой и маленький

Поршневые компрессоры бывают кривошипно-шатунными и кривошипно-кулисными — в зависимости от того, с помощью какого механизма преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня вращательное движение вала электродвигателя.

По результатам многолетней эксплуатации огромного количества бытовых холодильников при малых нагрузках оба типа компрессоров работают одинаково надежно и долговечно.

При больших нагрузках предпочтение отдают кривошипно-шатунным компрессорам (в силу специфики строения коленчатого вала). Поэтому именно такие компрессоры рекомендуется устанавливать на большие холодильники, когда нагрузка на единственный компрессор довольно велика.

Кривошипно-кулисные компрессоры, соответственно, чаще применяются в комбинированных холодильниках-морозильниках,оснащенных двумя компрессорами, и в холодильниках небольшого объема.

Линейные — тоже для больших

На российском рынке появились импортные «линейные» компрессоры с магнитным приводом. В компрессорах такого типа нет вращающегося вала, возвратно-поступательные движения поршня происходят под действием электромагнитных сил приводного механизма. «Линейные» компрессоры рекомендуют устанавливать на холодильники большого объема, поскольку они намного экономичнее в эксплуатации.  

Ротационный тип – самый компактный, но и самый редкий

Достаточно редко встречаются компрессоры ротационного типа. Циркуляция хладагента в системе охлаждения холодильников, оснащенных ротационными компрессорами, происходит за счет изменения давления в камерах всасывания и нагнетания из-за вращения ротора. Пример — холодильник  При равной холодопроизводительности размеры ротационного компрессора значительно меньше, чем поршневого. Ротационные компрессоры, как и линейные, на территории России и сопредельных стран не производятся.

  Факторы, влияющие на качество компрессора

• Качество используемого металла.
• Надежность пружин-демпферов и креплений.
• Точность сборки и балансировки.

Где их производят

Количество наименований марок, под которыми производятся компрессоры для комплектации холодильников, продающихся на российском рынке, не превосходит десяти — двенадцати.

В России серийным производством компрессоров занимается, например, Красноярский завод холодильников «Бирюса» (более 1 млн. штук в год).

Этот завод изготавливает компрессоры с кривошипно-кулисным механизмом, которые используют при сборке «родных» холодильников под маркой «Бирюса», а также холодильной техники «Саратов», «Позис», «Мир», «Свияга».

Эти же компрессоры в больших количествах поставляют на завод Indesit Company в Липецке, который производит холодильники Ariston, Indesit и Stinol.

При этом компрессорами отечественного производства комплектуют только «Стинолы», на холодильники Indesit и Ariston ставят компрессоры, импортируемые из Италии, Турции, Бразилии и стран Юго-Восточной Азии, а в последнее время в основном компрессоры Danfoss, которые изготавливают в различных странах мира по датской технологии.

На Украине донецкий завод «Норд» по итальянской лицензии производит компрессоры с кривошипно-шатунным механизмом Bono. Мощности этого завода по компрессорам примерно совпадают с мощностями Красноярского завода — около 1 млн. штук в год.

В Белоруси почти в два раза превышает миллионный объем компрессоров Барановичский станкостроительный завод, который входит в АО «Атлант». Здесь, как и в Красноярске, изготавливают кривошипно-кулисные компрессоры, используя при этом технологию японской компании Sanyo.

По всему миру — компрессоры также производят в США, многих государствах Европы (первенство среди них занимает Италия), Японии, Корее, Китае, странах Юго-Восточной Азии. Лидером в производстве кривошипно-шатунных компрессоров является американская фирма Tecumsen, по лицензии которой работают многие заводы во всем мире.

Мощности европейских, азиатских и американских заводов по производству компрессоров во много раз превосходят мощности отечественных предприятий: так, например, итальянский концерн Embraco (заводы в Испании, Италии,

Бразилии, Китае) производит более 20 млн. штук компрессоров разного типа в год.

В мировой практике заводы холодильников очень часто не имеют собственного производства мотор-компрессоров и работают в кооперации с заводами-поставщиками. Мотор-компрессоры разных изготовителей, как правило, имеют унифицированные присоединительные размеры. Это позволяет устанавливать мотор-компрессоры одной марки на холодильники разных марок. С другой стороны, на холодильники одной модели по разным причинам могут устанавливать мотор-компрессоры разных марок. Примерное распределение наиболее популярных компрессоров с указанием, в холодильниках каких марок они чаще всего применяются, приводится в таблице.

Сколько компрессоров в самый раз?

Два компрессора — это две независимые холодильные системы, одна из которых, как правило, обеспечивает работу холодильной камеры, другая — морозильной. Нагрузка, соответственно, также распределяется на две системы.

С технической точки зрения это наиболее оптимальное решение: Двухкомпрессорный холодильник более точно поддерживает температуру внутри, поскольку оба компрессора включаются ровно в те моменты, когда это нужно для поддержания температуры в соответствующей камере (например, если вы открыли и долго не закрывали дверь холодильной камеры).

Во время работы двухкомпрессорного холодильника оба компрессора редко включаются одновременно, и если вспомнить, что в качестве второго компрессора, как правило, используются приборы с кривошипно-кулисными механизмами, то уровень шума двухкомпрессорного холодильника не выше, чем однокомпрессорного.

Наличие двух компрессоров обязательно для холодильников большого объема (более 350 л), трехкамерных моделей и холодильников Side-by-Side.

Если холодильник имеет только один компрессор, это означает, что он обслуживает как холодильную, так и морозильную камеру. В этом случае регулятор температуры также, как правило, общий, и невозможно при необходимости отключить одну из камер холодильника.

Главное преимущество однокомпрессорного агрегата в том, что стоит он дешевле, чем его двухкомпрессорный собрат. Как правило, холодильники с одним компрессором размораживаются по «плачущему» типу и не имеют дополнительных систем охлаждения, хотя могут встречаться и исключения.

Слово о линейной модернизации

Все ведущие производители компрессоров для бытовой техники работают над созданием более экономичных, экологически чистых и менее шумных компрессоров. Главная забота производителей — уменьшение расхода электроэнергии, для этого ведутся разработки компрессоров с переменными оборотами вала и «линейных» компрессоров, о которых уже рассказывалось выше.

Первой патент на «линейные» компрессоры получила корейская компания LG Electronics. Внедрение этой инновации формирует серьезное конкурентное преимущество на рынке. Так, например, в холодильниках с линейным компрессором потребление электроэнергии сокращается более чем на 40 % (при отсутствии вентилятора) или на 30 % (с принудительной циркуляцией воздуха).

Кстати, существенный вклад в экономичность холодильника в этом случае вносит электронная система управления компрессором, которая позволяет в зависимости от конкретной ситуации снижать или повышать мощность компрессора.

Холодильники, изготовленные на базе линейных компрессоров, работают при уровне шума ниже 20 децибел, т. е. ниже порога восприятия постороннего звука в повседневной обстановке.

Это во многом тоже заслуга электронной контролирующей системы, которая отслеживает ход поршней компрессора, осуществляя функции «тихого» старта и остановки. Поэтому вибрации и пиковые шумы при начале работы линейного компрессора и ее прекращении полностью отсутствуют.

Необходимо также отметить, что линейные компрессоры изначально сориентированы на работу с хладагентами, безопасными для озонового слоя.

А где гарантия?

Поскольку компрессор — одна из основных деталей холодильника, важно рассмотреть вопрос надежности их работы и гарантии производителей. Общепринято считать, что для покупателя значение имеет скорее не марка, под которой произведен компрессор, а предоставляемые изготовителем или продавцом гарантии его надежности.

Гарантийный срок обслуживания компрессоров, как правило, совпадает или чуть превышает гарантийный срок на весь холодильник и в среднем длится от 1 года до 5 лет

В России компрессоры, особенно импортного производства, как правило, не ремонтируют. Единственное, что может подлежать ремонту, это пусковая и защитная аппаратура компрессора. На компрессорах одной марки пусковые и защитные реле, как правило, взаимозаменяемые.

При подготовке статьи использовались материалы сайтов

www.holodilnik.info и www.holodok.info

Инверторный холодильник: плюсы и минусы компрессора

Ни одна современная кухня не может обойтись без необходимого набора бытовой техники, среди которой важную роль играет холодильник. Чтобы прибор прослужил долгие годы, следует обдуманно подходить к его выбору. На сегодняшний день холодильники сильно отличаются от тех, что производились несколько десятков лет назад, и главным отличием является компрессор. Кроме обычных, существует и другой тип – инверторные холодильники. Чтобы сделать правильный выбор, и купить качественный продукт, необходимо ознакомиться с особенностями, принципом работы, а также с преимуществами и недостатками данных моделей.

О присутствии компрессора в холодильнике известно многим, но о его разновидностях знает далеко не каждый. Современные технологии производства позволяют выпускать технику с инверторными компрессорами (такие, к примеру, имеются у компании Самсунг или LG). Данный тип еще не настолько популярен, но, уже сейчас его можно купить у ведущих мировых брендов. Как утверждают специалисты – за инверторным двигателем большое будущее.

4 основных вида компрессоров

Есть четыре вида компрессоров — обычный, линейный, инверторный и линейно-инверторный.

Обычный

Обычный компрессор представляет собой электромотор, который вращает обычный поршневой насос, а тот в свою очередь и качает хладагент холодильника. Такие стоят в самых древних холодильниках и включаются либо на 100% мощности, либо на 0%. Это приводит к перепадам температуры внутри камер холодильника.

Линейный

Линейный компрессор отличается от обычного тем, что у него нет электромотора. Вместо него стоит электромагнитная катушка, в сердечнике которой установлен поршень насоса. В таком компрессоре нет вращающихся частей, вследствие чего он потребляет меньше электроэнергии, меньше шумит (на уровне инверторного) и дешевле стоит. Работает также либо на 100% мощности, либо полностью выключается.

Линейный компрессор

Этот вид компрессора наиболее привычен. Запуск двигателя можно определить по щелчку. Но здесь имеются существенные недостатки. Во-первых, постоянное включение на полную мощность может привести к серьезной поломке компрессора. Во-вторых, в момент запуска двигателя значительно увеличивается нагрузка на сеть, что влечет за собой большие расходы на электроэнергию. Эти и многие другие недостатки и послужили поводом для внедрения в производство инверторных компрессоров.

Инверторный

Инверторный компрессор – это тоже электромотор с насосом, но только с регулируемой частотой вращения вала. Регулировка позволяет плавно регулировать обороты двигателя и поддерживать таким образом постоянную температуру в камерах холодильника, а также уменьшить его шум и энергопотребление. Плата управления частотой вращения двигателя стоит дороговато, это конечно минус.

Работа инверторного компрессора происходит плавно, без резких включений и отключений. Сперва он запускается и охлаждает камеру внутри холодильника до нужной (заданной) температуры, которую и поддерживает постоянно. Такой тип двигателя не отключается полностью, а только до минимума снижает обороты. В результате температура в камере остается неизменной, что является несомненным плюсом.

Линейно-инверторный

У него нет электромотора и он может менять скорость поршня насоса. Этот тип компрессора самый тихий и самый экономичный на сегодняшний день.

Преимущества и недостатки инверторного компрессора

Инверторный тип компрессора имеет свои сильные и слабые стороны. К преимуществам относятся:

• Меньшее потребление электроэнергии по сравнению с линейным типом. Такие холодильники на 10-20% потребляют меньше электричества, так как работают в полную силу лишь при первом включении. После чего двигатель снижает обороты и переходит в режим поддержания заданной температуры. Холодильная техника с данным типом компрессоров относится к А+, А++, А+++ классам энергопотребления.
• Больший срок службы. Так как в работе двигателя отсутствуют серьезные перегрузки, то значительно снижается износ различных деталей механизма. Это позволяет технике работать намного дольше. Например, производитель Samsung дает десятилетнюю гарантию на свою продукцию, что говорит о надежности и высоком качестве бытовой техники с данным типом двигателя.
• Низкий уровень шума. Всем известно, что холодильники – не самый тихий прибор в доме. Зачастую монотонные звуки, исходящие от них, могут принести немало дискомфорта. Что не скажешь об инверторных моделях. Данная разновидность способна работать практически бесшумно, а звук можно услышать лишь при первом включении прибора, когда необходимо охладить камеру до нужной температуры.
• Поддержание температуры на одном уровне. В отличие от обычных холодильников, где диапазон температур довольно широкий, инверторные позволяют поддерживать ее на одном уровне, без резких перепадов. Благодаря чему, продукты хранятся в более комфортных условиях.

Но и минусы у данного типа двигателей также есть:

• Высокая цена. По сравнению с холодильниками, работающими на линейных компрессорах, инверторные являются более дорогостоящими, и не каждому под силу купить их. Со временем техника непременно окупится за счет экономии на электроэнергии.
• Чувствительность перед перепадами напряжения. В некоторых домах такая проблема происходит довольно часто и техника может серьезно пострадать. Поэтому, чтобы защитить прибор, необходимо дополнительно купить защитное оборудование. Также производители предлагают модели с системой Volt Control (например, у Samsung), которая защитит холодильник от резких перепадов напряжения. При скачке напряжения прибор перейдет в режим ожидания, а в последствие самостоятельно вернется к работе.

Инверторные модели Samsung

Среди ведущих мировых брендов, производящих технику для дома, можно выделить Samsung Electronics. В его ассортименте присутствуют не только холодильники с линейным компрессором, но и с инверторным. Второй тип отличается своим эффективным энергопотреблением, сниженным уровнем шума и высокой мощностью охлаждения внутри камер.

В зависимости от изменения температуры снаружи или внутри холодильника, двигатель начинает повышать или снижать количество оборотов в минуту. Это позволяет поддерживать в камере необходимую температуру, а, значит, дольше сохраняет продукты свежими и поддерживает оптимальную влажность.

Уровень шума у инверторного холодильника Samsung составляет всего 38,5 дБ, что на 10% ниже по сравнению с обычными моделями. Такая техника не будет мешать комфортному отдыху и сну.

Еще одним немаловажным плюсом продукции Samsung является эффективное энергопотребление. Если сравнивать с обычными холодильниками, то инверторные используют энергии на 40% меньше. Любой покупатель должен быть доволен данным фактором, так как в последствие техника позволит ему сэкономить на оплате счетов.

Инверторные двигатели позволяют продуктам внутри камер храниться намного дольше, и при этом оставаться свежими. Все дело в нормальном уровне влажности, который обеспечивает данный тип компрессоров.

Компания Samsung обещает покупателям высокое качество сборки своей продукции, а также ее надежность и долговечность. Именно поэтому она предоставляет десятилетнюю гарантию на данную технику.

При выборе холодильника с инверторным компрессором важен не только его внешний вид и количество функций, но и отзывы. Поэтому прежде, чем купить прибор, следует заранее изучить подходящие модели, а также мнение тех, кто уже пользуется данной техникой. Высокий рейтинг имеет компания Самсунг, в ассортименте продукции которой имеются холодильники с инверторным компрессором. Их цена в разы выше моделей с линейным двигателем, но они обладают большими преимуществами и высоким гарантийным сроком.

Линейный компрессор LG. Сервисное руководство

1. Линейный компрессор Сервисное руководство

1. Диагностика
неисправностей линейного
компрессора с управляющим
симистром
2. Диагностика
неисправностей инверторного
привода линейного
компрессора
Линейный компрессор (Характеристики)
В связи с большой заинтересованностью в охране окружающей среды были приложены усилия по
сохранению энергии. Линейный компрессор с переменной мощностью был разработан и внедрен с
целью создания высокоэффективного компрессора и цикла охлаждения, потребляющего 80% энергии.
Поршневой компрессор
• Сжатие происходит за счет движения поршня.
В компрессоре, вращательное движение вала
преобразуется в возвратно-поступательное
движение поршня, с помощью кривошипношатунного механизма.
• Высокоскоростное вращение
• Мощность охлаждения достигается
изменением частоты
• Эффективность мотора 85∼90% ( большие
потери мощности на трении)
• Износ кривошипно-шатунного механизма
Линейный компрессор
• Сжатие происходит за счет возвратно-поступательных
движений плунжера, электромагнитный привод .
• Колебательные движения малой скорости
• Мощность охлаждения меняется изменением
частоты поступательных движений плунжера
• Эффективность мотора более 90% (малые потери на
трение)
▷ Эффективность компрессора увеличена
более чем на 20%
• требуется контролировать плунжер
• Резонансная пружина
Расшифровка этикетки компрессора
Главные рабочие части
Обмотка
Главная пружина
Внешний статор
Магнит
Плунжер
Внутренний
статор
■ Ээффективность линейного мотора
— Использование плунжера с линейной схемой
— Нет кривошипно-шатунного мех-ма→одна точка трения
■ Система прямого всасывания
■ Свободная плунжерная система
■ Плавный старт и остановка
Система прямого всасывания
•Прямое всасывание и Система прямого потока
Уменьшение потерь потока
Снижение потерь тепла при между всасыванием и сжатием
Линейный
Поршневой
Выпускной клапан
Возвратная пружина
Плунжер
Цилиндр
Сжатие
Внутренний клапан плунжера
Всасывание
Сжатие
Всасывание
Диагностика неисправностей линейного компрессора
Используйте мультиметр (отключите точку A) для измерения сопротивления жгута (подключения компрессора)
подключив контакт 201 главной PWB
Сопрот
5. 5Ω~9.5Ω
Да
Компрессор в
норме
НЕТ
Отключите контакт маш. отделения (точка B на рис.) затем снова проверьте сопрот. в точке контакта (отключите OLP )
Сопротивление обмотки
Да
Компрессор в
норме
плохой
контакт
НЕТ
между AB
Измерьте ①питание и ③общий или ②запасной и ③общий
Сопрот
5.5Ω~9.5Ω
Сопрот
5.5Ω~9.5Ω
НЕТ
Отказ главной PCB
или
Цикла
Да
Компрессор в норме
плохой контакт внутри
компрессора
Диагностика неисправностей привода линейного компрессора
1. Проверьте функциональность компрессора
Откройте заднюю крышку холодильника, оденьте защитные перчатки и затем проверяйте
компрессор, прикасаясь к нему руками. Нормальный ток 600~700 мА
1.1 Работа компрессора
-Проверьте цепь, контролируя рабочее состояние, если холодный воздух идет из
морозильника при открытой двери (проверяйте LED на плате)
1.2 Защитная логика (Цепь)
-Она защищает компрессор от сбоев. Она останавливает при обнаружении поломки и
перезапускает при отсутствии дефекта.
№ LED
Цепь движения
Определение осн.
напряжения
Определение тока
Ошибка связи
(изменение 1.2Hz to 3Hz)
(Обрыв цепи)
(Обрыв цепи семистра)
Рабочие условия
Время останова
компрессора
Если ход более 28mm* (6.9+ )/ 9.6
Входное напряжение более 300V или менее 165V
Пиковый ток питания более 60.A
Если нет связи по контрольной сумме (Холод. и
Комп.) более 1 минуты
Если ход более 28mm* (6.9+ )/ 9.6
Если питание исчезает более, чем на 3.5 цикла
Если напряжение на обеих концах симистора более 770V
Диагностика неисправностей инверторного привода линейного компрессо
1. Проверка работы компрессора
Снимите заднюю крышку сзади холодильника, оденьте изолирующие перчатки, после этого
касайтесь компрессора для проверки работы
(Нормальный ток: 500~600mA)
1.1 Работа компрессора
— Откройте дверь морозильника для проверки холодного воздуха и цепь (проверяйте LED на
плате)
1. 2 Защитная логика (Цепь)
-Она защищает компрессор от сбоев. Она останавливает при обнаружении поломки и
перезапускает при отсутствии дефекта.
Тип
LED/
КОД
Условия работы
FCT0
1
Ход
2
Датчик неверного хода H/W, цикл всасывания
заблокирован, неверное подключение контактов
компрессора
60s
FCT2
4
неверное подключение контактов компрессора
120s
Lock
5
блокировка внутреннего плунжера компрессора
150s
Ток
6
Часть для разряжения блокирована, протечка
всасывающей части (поступление воздуха),
внутренний дефект компрессора, дефект датчика
тока
360s
Неверный ток, датчик напряжения H/W
Врем
я
выкл
30s
Отказ
7
Сигнал отказа IPM
20s
Отказ
комму
никаци
и
8
Отказ связи холодильника компрессора
0s
Vm:Напряжение
мотора Im: Ток мотора
Vdc link: напряжение
связи DC link
8. Линейный компрессор (Характеристики)
①
Не мигает,
если
компрессор в
норме
②
Откройте крышку блока питания
1.Для моделей с LED на MAIN PCB проверьте кол-во миганий
2.Если нет LED на MAIN PCB проверьте напряжение на компрессоре
Проверьте
напряжен
④
③
ие на
контактах
компрессо
ра
(измеряйт
е не
снимая
кожух)
1. Проверьте температуру и шум
Компрессора и розетки
2. Проверьте функцию
C-FAN
Точка измерения
Черный & Красный или Черный & Голубой
PS: проверьте наличие напряжения при работе C(AC 10V~ AC 230 V)
Защитный режим управления DIOS
№.
Функция LED
LED 1 раз
1　
LED 2 раза
2　
LED 3 раза
3　
4　
LED 4 раз
LED 5 раз
5　
LED 6 раз
6　
7　
LED 7 раз
LED 8 раз
8　
Причина
Отказ части
PCB (Micom)
Отказ части
PCB
(Переход
плунжера)
Отказ
напряжения
питания
Ремонт
1. Проверьте норм. Работу после сброса
питания
2. замените PCB если отказ повторяется
после №1
1. Проверьте норм. Работу после сброса
питания
2. замените PCB если отказ повторяется
после №1
1. Проверьте питание
2. Проверьте норм. Работу после сброса
питания
3. замените PCB если отказ повторяется
после №. 1 , 2
Отказ
1. Проверьте соединение PCB и COMP
контакта
2. замените PCB если № 1 не имеет
кабеля
проблем
компрессора
1. Проверьте норм. Работу после сброса
питания
Задержка 2. замените PCB если отказ повторяется
плунжера после №1
3. замените COMP если тот-же симптом
случился после №2
1. Проверьте норм. Работу после сброса
Ошибка
питания
слишком 2. замените PCB если отказ повторяется
большого после №1
тока в цепи 3. замените COMP если тот-же симптом
случился после №2
1. Проверьте норм. Работу после сброса
Отказ части
питания
PCB
2. замените PCB если отказ повторяется
(IPM)
после №1
1. Проверьте норм. Работу после сброса
питания
Отказ связи
2. замените PCB если отказ повторяется
после №1
Диагностика неисправностей инверторного привода линейного компрессора
2. Диагностика неисправной части при выключенном питании
2.1 Принцип запуска инвертора
-Платформа Инвертора соединяет 4 транзистора по “X” формы на Компрессоре для
совместной замены диагонального выключателя “ON/OFF”, и изменением фиксированного
напряжения DC на различные напряжения AC для питания компрессора.
On
DC300V
Q1
S11
HK 220uF/450WV
STP12NM50FDFP
CE1
Q3
S12
STP12NM50FDFP
Q1
Q2
S21
STP12NM50FDFP
Q3
COMP
S22
Q4
Q2
S22
STP12NM50FDFP
Q4
DC0V
1фаза
2фаза
DC300V
Всего
DC300V
Q1
S11
HK 220uF/450WV
CE1
Q2
S21
STP12NM50FDFP
COMP
S22
DC0V
Off
S21
HK 220uF/450WV
CE1
Q4
Q3
S22
STP12NM50FDFP
S12
DC0V
STP12NM50FDFP
COMP
S21
STP12NM50FDFP
Диагностика неисправностей инверторного привода линейного компрессора
2. 2 Отказ запуска инвертора
-Инвертор имеет выключатель, с последовательным включением. Так если два
выключателя ON вместе или один из двух отказал, то потечет бесконечный ток.
DC300V
Q1
S11
HK 220uF/450WV
CE1
S12
STP12NM50FDFP
Q3
STP12NM50FDFP
Q2
S21
S21
STP12NM50FDFP
COMP
S22
Q4
S22
STP12NM50FDFP
DC0V
2.3 Отказавшие части
-Если из-за неисправного инвертера слишком большой ток течет, то элементы Q201, Q202,
Q203, Q204, IC205, IC207, Предохранитель, BD1, IC2, IC204 повреждены, т.о. компрессор не
работает. В этот раз вы можете обнаружить неисправные части мультитестером при
выключенном
питании
Q201
Q202
Q203
Q204
IC204
IC2
BD1
Предохр.
Измеря
емая
Конт 2-3
часть
Норма KΩ- MΩ
Отказ 0~10Ω
Лечени
замена
е
KΩ- MΩ
0~10Ω
Между
каждым
Конт 2-3 Конт 2-3 Конт 8-9 Конт 1-3
Pin1-2
контакто
м
KΩ- MΩ
KΩ- MΩ
KΩ- MΩ
KΩ- MΩ
KΩ- MΩ КЗ
0~10Ω
0~10Ω
0~10Ω
0~10Ω
0~10Ω
Обрыв
замена
замена
Конт 2-3
замена
замена
замена
замена
замена
Диагностика неисправностей инверторного привода линейного компресс
2. 3.1 проверьте предохранитель.
-Проверьте повреждение предохранителя визуально.
-Когда предохранитель поврежден, проверьте повреждение IPM и IC209 визуально, затем
проверьте мультиметром
2.3.2 проверка инвертера
— Зрительно проверьте повреждение IPM и IC209, затем мультиметром (на КЗ)
Диагностика неисправностей инверторного привода линейного компрессора
2.3.3 проверьте диодный мост.
— При измерении 2-х из 4-х диодов, если один имеет меньше 10Ω, то это значит диодный мост
поврежден.
※ Простые отказавшие части в инвертере прогрессируют до цепи отказов при однократной
подаче питания, поэтому вы должны проверить все части перед подачей питания
IPM1
BD1
Fuse
Контак
т 1-1
Измеряе
мая
часть
Контакт
24-21
Контакт 24-22
Контакт 24-23
Между
каждым
контакто
м
Норма
KΩ- MΩ
KΩ- MΩ
KΩ- MΩ
KΩ- MΩ
КЗ
Отказ
0~10Ω
0~10Ω
0~10Ω
0~10Ω
Обрыв
Лечение
замена
замена
замена
замена
замена
Диагностика неисправностей инверторного привода линейного компрессо
3. Поверьте отказавшие части при подаче питания.
3.1 проверьте подачу питания
— проверьте если +15V,-12V,+8V есть для цифровых цепей, это нормальное входное напряжение.
+15V
+8V
-12V
Измеряемая часть D202Pin2-GND
D203 Pin2-GND
D201 Pin2-GND
Норма
13V – 15.5V
7V — 9V
(-11V) — (-13V)
Дефект
13V ниже
7V ниже
-10V ниже
Лечение
Замена платы
Замена платы
Замена платы
3.2 проверьте работу IC201(micom)
-Вы можете проверить IC201, которая управляет мотором компрессора только с помощью измерения
напряжения.
Дефект IC201 :IC201 отказывает из-за воздействия во время производства или доставки.
Дефект датчика: PROGRAM отказал из-за воздействия во время производства или доставки
Дефект контроля выхода COMP. : когда IC201 работает нормально и PROGRAM не имеет
проблем, и это защищает компрессор от ненормального состояния
COMP
PROGRAM
IC201
Измеряемая часть
IC201 Контакт
13-GND
IC201 контакт
2-GND
IC201 контакт
22-GND
Норма
0-5V repeated
2V~3V
5V
Дефект
0 или 5V
0 или 5V
0 или 5V
Лечение
Замена платы
Замена платы
Замена платы

Как работает воздушный компрессор

Несколько лет назад в магазинах было обычным делом иметь центральный источник энергии, который приводил в действие все инструменты через систему ремней, колес и приводных валов. Электроэнергия передавалась по рабочему пространству с помощью механических средств. Хотя ремни и валы могут исчезнуть, многие магазины по-прежнему используют механическую систему для перемещения энергии по магазину. Он основан на энергии, хранящейся в воздухе, находящемся под давлением, а сердцем системы является воздушный компрессор.

Вы найдете воздушные компрессоры, которые используются в самых разных ситуациях — от угловых заправочных станций до крупных производственных предприятий.И все больше и больше воздушных компрессоров находят применение в домашних мастерских, подвалах и гаражах. Модели, рассчитанные на любую работу, от надувных игрушек для бассейнов до электроинструментов, таких как гвозди, шлифовальные машины, дрели, ударные гайковерты, степлеры и краскопульты, теперь доступны в местных домашних центрах, у дилеров инструментов и в каталогах по почте.

Большим преимуществом пневмоэнергетики является то, что для каждого инструмента не нужен собственный громоздкий двигатель. Вместо этого один двигатель компрессора преобразует электрическую энергию в кинетическую.Это позволяет создавать легкие, компактные, простые в обращении инструменты, которые работают тихо и имеют меньшее количество изнашиваемых деталей.

Типы воздушных компрессоров

Хотя существуют компрессоры, в которых для создания давления воздуха используются вращающиеся рабочие колеса, компрессоры объемного действия более распространены и включают модели, используемые домовладельцами, деревообработчиками, механиками и подрядчиками. Здесь давление воздуха увеличивается за счет уменьшения размера пространства, содержащего воздух.Большинство компрессоров, с которыми вы столкнетесь, выполняют эту работу с возвратно-поступательным поршнем.

Как и небольшой двигатель внутреннего сгорания, обычный поршневой компрессор имеет коленчатый вал, шатун и поршень, цилиндр и головку клапана. Коленчатый вал приводится в движение электродвигателем или газовым двигателем. Хотя есть небольшие модели, которые состоят только из насоса и двигателя, большинство компрессоров имеют воздушный резервуар для удержания количества воздуха в пределах заданного диапазона давления. Сжатый воздух в резервуаре приводит в движение пневматические инструменты, а мотоцикл включается и выключается, чтобы автоматически поддерживать давление в резервуаре.

В верхней части цилиндра вы найдете головку клапана, которая удерживает впускной и выпускной клапаны. Оба являются просто тонкими металлическими заслонками — одна установлена ​​под ней, а другая — наверху тарелки клапана. При движении поршня вниз над ним создается разрежение. Это позволяет наружному воздуху при атмосферном давлении открыть впускной клапан и заполнить область над поршнем. Когда поршень движется вверх, воздух над ним сжимается, закрывает впускной клапан и толкает выпускной клапан. Воздух движется из выпускного отверстия в резервуар.С каждым ходом в бак поступает больше воздуха, и давление повышается.

Типичные компрессоры выпускаются в 1- или 2-цилиндровых версиях в зависимости от требований инструментов, которые они приводят в действие. На уровне домовладельца / подрядчика большинство моделей с 2 ​​цилиндрами работают так же, как и версии с одним цилиндром, за исключением того, что на один оборот приходится два хода вместо одного. Некоторые коммерческие 2-цилиндровые компрессоры представляют собой 2-ступенчатые компрессоры: один поршень нагнетает воздух во второй цилиндр, что дополнительно увеличивает давление.

Компрессоры

используют реле давления для остановки двигателя, когда давление в баллоне достигает заданного предела — около 125 фунтов на квадратный дюйм для многих одноступенчатых моделей.Однако в большинстве случаев такое давление не требуется. Поэтому в воздуховоде будет регулятор, который вы настроите в соответствии с требованиями к давлению используемого вами инструмента. Манометр перед регулятором контролирует давление в баллоне, а манометр после регулятора контролирует давление в воздушной линии. Кроме того, в баке есть предохранительный клапан, который открывается при выходе из строя реле давления. Реле давления может также включать разгрузочный клапан, который снижает давление в баллоне при выключенном компрессоре.

Многие компрессоры с сочлененным поршнем смазываются маслом. То есть они имеют масляную ванну, которая смазывает подшипники и стенки цилиндра разбрызгиванием при вращении кривошипа. Поршни имеют кольца, которые помогают удерживать сжатый воздух наверху поршня и удерживают смазочное масло от воздуха. Однако кольца не полностью эффективны, поэтому некоторое количество масла попадет в сжатый воздух в виде аэрозоля.

Наличие масла в воздухе не обязательно является проблемой. Многие пневматические инструменты требуют смазки, и часто добавляются встроенные масленки, чтобы увеличить равномерность подачи к инструменту.С другой стороны, эти модели требуют регулярных проверок масла, периодической замены масла, и они должны работать на ровной поверхности. Прежде всего, есть некоторые инструменты и ситуации, в которых требуется безмасляный воздух. Распыление масла в воздушном потоке вызовет проблемы с отделкой. Многие новые инструменты для деревообработки, такие как гвоздезабиватели и шлифовальные машинки, не содержат масла, поэтому нет никаких шансов загрязнить деревянные поверхности маслом. В то время как решения проблемы воздушного масла включают использование маслоотделителя или фильтра в воздушной линии, лучшая идея — использовать безмасляный компрессор, в котором вместо масляной ванны используются подшипники с постоянной смазкой.

Разновидностью поршневого компрессора автомобильного типа является модель, в которой используется цельный поршень / шатун. Поскольку пальца отсутствует, поршень наклоняется из стороны в сторону, когда эксцентриковая шейка вала перемещает его вверх и вниз. Уплотнение вокруг поршня поддерживает контакт со стенками цилиндра и предотвращает утечку воздуха.

Там, где потребность в воздухе невысока, может быть эффективен диафрагменный компрессор. В этой конструкции мембрана между поршнем и камерой сжатия изолирует воздух и предотвращает утечку.

Мощность компрессора
Одним из факторов, используемых для определения мощности компрессора, является мощность двигателя. Однако это не лучший показатель. Вам действительно нужно знать количество воздуха, которое компрессор может подавать при определенном давлении.

Скорость, с которой компрессор может подавать объем воздуха, указывается в кубических футах в минуту (куб. Поскольку атмосферное давление играет роль в скорости движения воздуха в цилиндр, куб. Фут в минуту будет зависеть от атмосферного давления.Он также зависит от температуры и влажности воздуха. Чтобы создать равные условия игры, производители рассчитывают стандартные кубические футы в минуту (scfm) как cfm на уровне моря при температуре воздуха 68 градусов по Фаренгейту и относительной влажности 36%. Значения стандартных кубических футов в минуту приведены для конкретного давления — 3,0 кубических футов в минуту при 90 фунтах на кв. Дюйм, например. Если уменьшить давление, scfm повышается, и наоборот.

Вы также можете встретить рейтинг, называемый смещением куб. Футов в минуту. Эта цифра является произведением рабочего объема цилиндра и числа оборотов двигателя. По сравнению с scfm, это показатель эффективности компрессорного насоса.

Номинальные значения кубических футов в минуту и ​​фунтов на квадратный дюйм важны, поскольку они указывают на инструменты, которыми может управлять конкретный компрессор. Выбирая компрессор, убедитесь, что он может подавать такое количество воздуха и давление, которое необходимо вашим инструментам.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на пианино.io

Цилиндр, поршень, шатун, коленчатый вал: детали поршневого компрессора

Введение

Теперь, когда мы увидели принцип работы поршневого компрессора, давайте посмотрим на различные части компрессора. Важными частями поршневого компрессора являются: цилиндр, поршень, поршневые кольца, шатун, коленчатый вал, всасывающий клапан, нагнетательный клапан, всасывающий порт, нагнетательный канал и т. Д. Все эти детали подробно описаны ниже (см. Изображение ниже):

Холодильный компрессор

1. Цилиндр:

В небольших компрессорах цилиндр изготавливается путем прямого растачивания в основном корпусе компрессора, который обычно изготавливается из чугуна.В случае больших многоцилиндровых компрессоров цилиндр изготавливается отдельно и устанавливается в основной корпус компрессора. Этот тип цилиндра еще называют гильзой или гильзой. В таких компрессорах, если какой-либо из цилиндров изношен или поврежден, его можно легко заменить на новую гильзу без необходимости замены всего компрессора.

2. Поршень:

Поршень совершает движение вверх и вниз внутри цилиндра, которое также называется возвратно-поступательным движением.Во время движения поршень обеспечивает всасывание и сжатие хладагента. Поршень изготовлен из чугуна или алюминия. При движении внутри цилиндра хладагент не должен просачиваться через зазор между стенками цилиндра и поршнем в картер, поэтому поршень покрывается поршневыми кольцами. Поршневые кольца не требуются в компрессорах меньшего размера. Зазор между поршнем и цилиндром также заполнен смазочным маслом, что также предотвращает утечку сжатого хладагента в картер.

3. Поршневые кольца:

Поршневые кольца расположены вокруг поршня. Когда поршень совершает возвратно-поступательное движение внутри цилиндра, именно поршневые кольца контактируют со стенками цилиндра. Между стенками цилиндра и поршневыми кольцами возникает сильное трение, поэтому их необходимо время от времени заменять для правильной работы компрессора. Это помогает увеличить срок службы поршня и предотвращает замену всего поршня.

4. Коленчатый вал:

Поршень может совершать возвратно-поступательное движение внутри цилиндра из-за вращательного движения коленчатого вала. Коленчатый вал — это главный вал компрессора. С одной стороны, он соединен с электродвигателем напрямую с помощью муфты или ремня и шкива. Вращение вала двигателя вызывает вращение коленчатого вала. С другой стороны коленчатый вал также соединен с шатуном, который затем соединяется с поршнем на другом конце.Вращательное движение коленчатого вала преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня посредством шатуна. В случае многоцилиндровых компрессоров количество шатунов, соединенных с коленчатым валом, такое же, как и количество цилиндров.

5. Шатун:

Шатун является связующим звеном между поршнем и коленчатым валом. Шатун с одной стороны соединен с поршнем поршневым пальцем, а с другой стороны — с коленчатым валом с помощью крышки шатуна.Оба эти соединения шатуна позволяют преобразовать вращательное движение коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня внутри цилиндра. Шатун обычно изготавливается из поковки из углеродистой стали.

6. Всасывающий и нагнетательный клапан:

Через всасывающий клапан хладагент низкого давления всасывается внутрь цилиндра, а через нагнетательный клапан сжатый хладагент высокого давления выходит в нагнетательную линию, откуда хладагент поступает в конденсатор. Всасывающий клапан работает так, что он открывается, когда поршень движется вниз, и закрывается, когда хладагент выходит. Выпускной клапан открывается только тогда, когда поршень достигает определенного уровня внутри цилиндра, а хладагент достигает желаемого уровня давления. Когда хладагент выходит из баллона, выпускной клапан закрывается.

7. Всасывающий и нагнетательный трубопроводы:

По всасывающему трубопроводу хладагент низкого давления попадает внутрь цилиндра через всасывающий клапан.Высокое давление сжатого хладагента подается, хотя нагнетательная линия.

Изображение предоставлено

https://www.central-air-conditioner-and-refrigeration.com/Air_Conditioner_Compressors.html

Эта публикация из серии: Компрессоры для холодильных установок и кондиционеров

Цикл статей, описывающих разницу между холодильными компрессорами и воздушными компрессорами, типы холодильных компрессоров, принцип работы поршневых компрессоров и детали поршневых компрессоров.

1. Разница между холодильными компрессорами и воздушными компрессорами
2. Типы компрессоров охлаждения и кондиционирования воздуха
3. Принцип работы поршневых холодильных компрессоров
4. Детали поршневого компрессора
5. Степень сжатия, производительность и объемный КПД холодильного компрессора

Что такое нагреватель картера компрессора?

Нагреватель картера компрессора был разработан почти второстепенно для решения уникальной проблемы, с которой сталкиваются некоторые компрессоры.Проблема в том, что колебания температуры внутри и снаружи картера могут привести к изменению состояния масла и хладагента внутри компрессора, их миграции и даже смешению. Чтобы этого не произошло, инженерам пришлось найти способ регулировать температуру внутри картера. Так родился подогреватель картера компрессора.

Проблема

Во время нормальной работы компрессор нагревается и перемещает масло и хладагент под давлением. Создаваемое давление и тепло гарантируют, что и масло, и хладагент остаются в надлежащем состоянии и отделены друг от друга.Однако, когда компрессор не используется, нет давления или тепла для поддержания двух жидкостей. По мере остывания картера возможно попадание хладагента через уплотнения в масло. Кроме того, внутри картера может начаться конденсат хладагента. Такое смешивание жидкостей вызывает ряд проблем для компрессора. Прежде всего, масло становится менее эффективным для смазки из-за хладагента, вызывая повреждение подшипников и других изнашиваемых деталей.Во-вторых, с меньшим количеством хладагента в змеевиках компрессор не может нормально работать и будет испытывать серьезную потерю эффективности, а также возможные повреждения, вызванные карманами с несжимаемым воздухом. По сути, вы можете получить низкий уровень хладагента, если можно так выразиться, даже без утечки.

Как обогреватель картера помогает

Подогреватели картера были разработаны как дополнение к существующим моделям компрессоров. Они используют простую электрическую цепь для нагрева картера, когда компрессор не используется.Тепло предохраняет хладагент от конденсации и предотвращает попадание хладагента через уплотнения в масло. Нагреватели картера могут быть внутренними или внешними по отношению к агрегату. Кроме того, многие производители теперь полагаются на нагреватели картера как часть обычных процедур запуска компрессора. При использовании нагревателя картера для доведения всех жидкостей до рабочей температуры перед запуском двигатель компрессора может запускаться легче и возобновлять работу с того места, где он остановился. Без нагревателя картера эти компрессоры должны были бы работать намного тяжелее во время запуска, что потенциально могло бы вызвать чрезмерный износ деталей.

С современными подогревателями картера пользователю меньше о чем беспокоиться. Теперь можно использовать внутренние датчики, чтобы определить, нужен ли подогреватель картера, и при необходимости автоматически включить подогреватель. Это простое и не требующее особого обслуживания решение проблемы, с которой сталкивались многие компрессоры. Фактически, немногие потребители знают, что, когда они выключают свои системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на зиму, их агрегат может испытывать миграцию охлаждения. Для домовладельцев и владельцев коммерческих зданий процесс повторного включения кондиционера весной может показаться незначительной задачей, но к тому времени ущерб уже нанесен.Добавление подогревателя картера предотвращает весенние поломки здоровых систем, которые просто остыли зимой.

Сегодня нагреватели картера очень часто используются в компрессорах всех типов. Они доказали свою эффективность для продления срока службы компрессора и особенно для уменьшения потерь дорогостоящего хладагента. Они используются как в жилых, так и в коммерческих целях и могут быть добавлены к существующим системам, в которых еще не установлены обогреватели. В конце концов, они помогают вашему компрессору запускаться беспрепятственно из года в год, не беспокоясь о проверке масла на загрязнения и других проблемах. Для получения дополнительной информации посетите сегодня Compressors Unlimited и спросите о различных деталях, которые мы перевозим для компрессоров размером более 7,5 тонн.

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины прямого вытеснения, в которых сжимающий и смещающий элемент представляет собой поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Обсуждение на этой странице поршневых компрессоров включает описание технологической конфигурации для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

• Регулировка скорости
• Дросселирование на входе
• Переработка
• Сброс давления
• Продувка
• Распорка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Есть два типа поршневых компрессоров:

• Высокая скорость (разборная)
• Низкая скорость (интегральная)

Категория высокой скорости также называется «отделяемой», а категория низкой скорости также называется «интегральной». ”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются при проектировании и производстве поршневых компрессоров.

Компрессоры раздельные

Термин «отделяемые» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Отдельный компрессор обычно приводится в движение двигателем или электродвигателем. Часто в компрессорной линии требуется редуктор.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об / мин.

Отдельные блоки монтируются на салазках и автономны. Они просты в установке, имеют относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на разные площадки и доступны в размерах, подходящих для полевых работ — как на суше, так и на море. Однако отдельные компрессоры имеют более высокие затраты на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

Рис. 1 представляет собой поперечное сечение типичного отделяемого компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

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

• Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Компрессоры встраиваемые

Термин «интегрированный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы как одно целое с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Встроенные блоки работают со скоростью от 200 до 600 об / мин.Они обычно используются на газовых заводах и в трубопроводах, где важны топливная экономичность и долгий срок службы. Интегральные компрессоры могут комплектоваться от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокий КПД в широком диапазоне рабочих условий и требуют меньшего обслуживания, чем отдельные блоки. Однако интегральные блоки, как правило, должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсаций.У них самая высокая начальная стоимость установки.

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

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

• Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессорный агрегат (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры

доступны в различных исполнениях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на Рис. 5 .

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

Рамка

Рама представляет собой тяжелый прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы для максимальной продолжительной мощности и нагрузки на раму (см. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже).

Раздельные компрессоры обычно располагаются в уравновешенной оппозитной конфигурации, характеризующейся парой соседних ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Кривошипы расположены 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 коленчатым валом. Цилиндры в встроенных компрессорах обычно расположены только на одной стороне рамы (т.е.е., не уравновешено-противопоставлено).

Цилиндр

Баллон представляет собой сосуд высокого давления, в котором находится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть головными или кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях хода поршня (см. Рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двустороннего действия.

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

Выбор материала баллона определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давлений до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давлений до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давлений от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений в цилиндрах 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 датчик безопасности высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а для предохранительного клапана (PSV) — установить давление выше PSH.

Износостойкость трущихся деталей (поршневые кольца и отверстие цилиндра, шток поршня, уплотнительные кольца и т. Д.) Также является критерием выбора материалов. Цилиндры изнашиваются в месте контакта с поршневыми кольцами. При горизонтальном расположении из-за веса поршня наибольший износ цилиндра происходит внизу.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластические кольца и направляющие ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на ремонт. Вкладыши прижимаются или усаживаются на месте, чтобы предотвратить скольжение. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность можно отрегулировать в соответствии с новыми требованиями путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндра увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и уменьшают производительность компрессора от заданного диаметра.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение цилиндра компрессора и корпуса компрессора. На рис. 7 показаны распорные детали стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут быть одно- или двухкамерными. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой увеличено, так что никакая часть штока не входит как в картер, так и в сальник цилиндра.Масло перемещается между цилиндром и картером. Если загрязнение масла вызывает беспокойство, может быть предусмотрен маслоотражатель для предотвращения попадания смазочного масла в корпус компрессора. Для работы в токсичных условиях может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не входит ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

• Рис. 7 — Распорка с двумя отсеками, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Из корпуса сальника следует сбросить воздух в систему всасывания первой ступени или в систему отвода газа.Распорки содержат вентиляционное отверстие для отвода дополнительного технологического газа, вытекающего из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Эффективная вентиляция необходима для того, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для проставок и набивки. Промежуточная вставка и вентиляционные отверстия уплотнения должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопа двигателя.Дренаж проставки следует направить в отдельный отстойник, который можно слить вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над корпусом компрессора. Смазочное масло из поддона может быть смешано с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, должно быть отправлено на утилизацию или переработку.

Коленчатый вал

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

• Шатун соединяет коленчатый вал со штифтом крейцкопфа
• Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, которое приводит 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 подвижный барьер в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости с сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, например алюминия, чугуна или стали с полым центром для уменьшения веса.На поршни часто устанавливаются термопластичные износостойкие ленты (или направляющие) для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, устраняя необходимость в отдельных лентах износа.

Износостойкие ленты распределяют вес поршня по нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца сводят к минимуму утечку газа между поршнем и отверстием цилиндра или гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенки цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания. Когда поршень проходит через питающее отверстие 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, чтобы правильно установить коленчатый вал. Подшипники коленчатого вала расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники пальца запястья расположены между каждым шатуном и пальцем крестовины.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников в поршневых компрессорах представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Напорная масло подается на каждый подшипник через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла и предотвращает перегрев.

Набивка штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру.Набивочные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, необходимого для применения. Для безопасного удаления утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружного кольца (см. Раздел «Распорка» выше).

Дополнительные присоединения к набивке могут потребоваться для:

• Охлаждающая вода
• Масло смазочное
• Продувка азотом
• Вентиляция
• Измерение температуры

Смазка должна быть тщательно отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания мелких твердых частиц в корпус.Смазочное масло обычно впрыскивается во второй кольцевой узел, при этом давление перемещает масло по валу.

Клапаны компрессора

Основная функция клапанов компрессора — пропускать поток газа в желаемом направлении и блокировать весь поток в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два набора клапанов. Комплект впускных (всасывающих) клапанов пропускает газ в баллон. Комплект нагнетательных клапанов предназначен для откачивания 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, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об / мин и температуру до 500 ° F.К преимуществам клапанов с концентрическими кольцами можно отнести:

• Средняя стоимость запчастей
• Низкая стоимость ремонта
• Способность перекачивать жидкости лучше, чем пластинчатые клапаны

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают производительность, превосходящую как пластинчатые, так и концентрические кольцевые клапаны. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки для упора в отверстия в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой топливной эффективности. Тарельчатые клапаны широко используются на объектах трубопроводов, подготовки газа и переработки.Металлические тарелки хорошо подходят:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1400 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 450 об / мин
• Температура до 500 ° F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих областях:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1500 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 720 об / мин
• Температура до 400 ° F

В большинстве компрессоров клапаны установлены в цилиндрах.Относительно новая концепция дизайна 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» (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от рабочего объема поршня и зазора в цилиндре. Пропускная способность данного цилиндра является функцией рабочего объема 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

q a	=	пропускная способность цилиндра при фактических условиях всасывания, Асф / мин,
E v	=	объемный КПД,
PD	=	Рабочий объем поршня, Асф / мин,
q g	=	впускная способность цилиндра, ст. Куб. Фут / мин,
и
Q г	=	входная емкость цилиндра, млн.ст.фут / д.

Рабочий объем поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, перемещаемый поршнем за единицу времени. Смещение обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (акф / мин). Расчет рабочего объема поршня — простая процедура, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или коленчатого вала. Ур. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.Уравнение 4 для смещения головной части и уравнения. 5 — смещение кривошипа.

……………. (4)

……………. (5)

где

PD	=	Рабочий объем поршня, Асф / мин,
S	=	ход, дюйм,
N	=	частота вращения компрессора, об / мин,
d c	=	диаметр цилиндра, дюйм. ,
d r	=	диаметр стержня, дюйм.

Объем цилиндра двустороннего действия рассчитывается с помощью Eq. 6 .

……………. (6)

где

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

Разгрузка с одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — отключить 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 отверстием или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Пончик заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и для каждого конца цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В клапанах с концентрическими кольцами можно разместить разгрузочную пробку в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа разгрузочные устройства с портами и пробками снижают BHP / MMscf / D и значительно повышают надежность системы разгрузки.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасываемого газа, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную, когда компрессор выключен, или с помощью устройства разгрузки клапана или подъемника, когда компрессор работает. 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 вызвать перегрев 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 нагрузки на штоки. (См. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже)

Клиренсный объем

Свободный объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в углублениях клапана и пространства между поршнем и концом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, захваченный в зазоре, расширяется по направлению к поршню и увеличивает силу обратного хода. Рис. 10 — диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

• Рис. 10 — Поршневой компрессор по схеме PV (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Расширение газа, захваченного в зазоре, происходит до того, как всасывающий клапан откроется для впуска нового газа в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропичен, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в зазоре, восстанавливается, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Зазорный объем выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих зависимых от конфигурации уравнений:

• Цилиндр одностороннего действия (зазор между головкой) [ Ур. 7 ]
• Цилиндр одностороннего действия (зазор коленчатого вала) [ Ур. 8 ]
• Цилиндр двойного действия (зазор между головкой и коленчатым валом) [ Ур. 9 ]

……………. (7)

……………. (8)

……………. (9)

где

Приложение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

• Карманы фиксированного объема
• Карманы с переменным зазором
• Хомуты с разделительными клапанами

Карманы с фиксированным объемом

Карман с зазором фиксированного объема обычно представляет собой объемный баллон, постоянно прикрепленный к баллону. Постоянный объем также может быть добавлен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставленной в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Карман с фиксированным объемом может быть постоянно открытым или может быть открыт или закрыт. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазорный карман снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавлять переменный зазор к цилиндру и могут быть прикреплены либо к головке, либо к стороне кривошипа цилиндра.Чаще всего карманы с переменным зазором прикрепляются к головному концу, как показано на Рис. 11 .

• Рис. 11 — Карман с ручным регулированием объема (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Хомуты распределительные

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может вызвать захлопывание выпускных клапанов. Если имеется слишком большой зазор, выпуск газа не будет. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не попадает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД — это отношение фактического объема газа (Асф / мин), втянутого в цилиндр, к рабочему объему поршня (куб. Фут / мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Сначала газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, утечка через клапаны и поршневые кольца. И, в-третьих, происходит повторное расширение газа, захваченного в зазорном объеме от предыдущего хода. Из этих трех повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемный КПД.

Производители компрессоров не достигли консенсуса по подходящему методу расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Признавая это, следующее приближенное уравнение можно использовать для оценки объемной эффективности.

……………. (10)

где

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

E v	=	объемный КПД,
R	=	,
С	=	зазор цилиндра,% от рабочего объема поршня,
Z s	=	,
Z d	=	коэффициент сжимаемости нагнетания,
d r	=	диаметр стержня, дюйм. ,
к	=	отношение удельной теплоемкости, C p / C v ,
L	=	проскальзывание газа мимо поршневых колец,% (1% для быстроразъемных, 5% для несмазанных компрессоров и 4% для пропановых),
и
96	=	поправка на потери из-за падения давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных давлением и инерционными нагрузками, которые возникают в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и примерно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки необходимо оценивать для нормальных условий эксплуатации, а также для условий сбоя. Нагрузку на шток необходимо проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Реверс нагрузки на штангу должен быть достаточной величины, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются за счет перекачивающего действия открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняет направление с растяжения на сжатие. Работа без переворота штоков также может серьезно повредить компрессор.

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

• Цилиндр одностороннего действия (головка)
• Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)
• Цилиндр двустороннего действия

Цилиндр одностороннего действия (головка)

……………. (11)

……………. (12)

RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюймы 2 ,
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм. 2 , г.
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
и
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.

Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

……………. (13)

……………. (14)

RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюймы 2 ,
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм. 2 , г.
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
и
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.

Цилиндр двустороннего действия

……………. (15)

……………. (16)

RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюймы 2 ,
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм. 2 , г.
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
и
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.

Прочие факторы производительности

Дополнительные соображения производительности включают:

• Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания и степени сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается с увеличением давления всасывания. Уменьшение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с повышением давления всасывания с большей скоростью, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы избежать перегрузки водителя, необходимо добавить дополнительный зазор для уменьшения объема цилиндра.
• Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.При понижении температуры цилиндр заполняется более стандартными кубическими футами. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10 ° F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения объема баллона.
• Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на емкость цилиндра. Объемный КПД немного зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
• Коэффициент теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемного КПД, как определено в формуле Eq. 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет более высокую фактическую производительность при сжатии природного газа ( k = 1,25) по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( k = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему потреблению энергии.
• Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулировка 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. Рис. 12 показывает, что по мере увеличения давления всасывания увеличивается и расход на входе, и мощность при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

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

Технологическая установка

Компрессор является неотъемлемой частью полной компрессорной системы. Рис. 13 — это типичная технологическая схема установки поршневого компрессора.

• Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационная емкость) сепаратором (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Клапан рециркуляции

Давление на всасывании компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы обеспечить 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 приводило к чрезмерной температуре нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.По возможности, рециркуляционный клапан должен располагаться после газоохладителей.

Клапан продувки

Клапан продувки сбрасывает остаточное давление, когда компрессор отключен для обслуживания. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно выполняется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкости в компрессор через входящий поток газа может вызвать повреждение внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.Скруббер может быть частью контроля пульсации при правильном планировании (см. Раздел «Пульсация» ниже). Если входной поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и нагнетательные сопла с нижним подключением.

Клапаны предохранительные

Клапаны сброса давления, установленные с запасом на 10% выше давления нагнетания наивысшей ступени или минимум на 15–25 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивают защиту от статического давления для трубопроводов и охладителей. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление баллона (см. Раздел о баллонах выше).Следует проявлять осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы на стороне всасывания, баллоны и предохранительные клапаны рассчитаны на расчетное давление в системах охлаждения с замкнутым контуром или в условиях низких температур газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей природе вызывает пульсацию, потому что всасывающий и нагнетательный клапаны не открываются на протяжении всего хода сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы гарантировать равномерную нагрузку и снизить уровни вибрации трубопроводов.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть предусмотрены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение трубопровода цилиндра компрессора, а мощность ступени меньше 150 л.с., отдельные баллоны или резервуары для пульсации могут не потребоваться. В большинстве случаев объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и / или дроссельными трубками следует размещать как можно ближе к баллону для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых точках трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул определения размера бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Дизайн пульсации

Цифровой анализ пульсации трубопроводов — это относительно недорогой метод, позволяющий гарантировать, что система трубопроводов рассчитана на приемлемые уровни пульсации (обычно от 2 до 7% от пика до пика). Компоновка системы трубопроводов должна указывать расположение и объем выбивных бочек, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый основной резервуар или объем до и после компрессора.Следует проанализировать рабочие условия двойного и одностороннего действия (если применимо).

Учет вибрации

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

Вибрация трубопровода

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

……………. (17)

где

Коэффициент цилиндра

	=	частота пульсации компрессора, циклов / сек,
N	=	частота вращения компрессора, об / мин,
n	=	,
	=	1 для цилиндра одностороннего действия
и
	=	2 (для цилиндра двустороннего действия).

Трубопровод должен быть надежно связан с использованием коротких участков трубы неодинаковой длины. Адекватное гашение пульсаций помогает предотвратить проблемы, связанные с вибрацией трубопроводов.

Проект фундамента

Для крупных встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнять динамический расчет с использованием сил дисбаланса, указанных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных на участках с почвой, способной выдержать грузовик-пикап, полезны следующие правила.

• Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
• Используйте грунтовый подшипник для конструкции, которая менее чем на 50% допустима для статических условий.
• Как правило, лучше увеличить длину и / или ширину, чем глубину, для соответствия требованиям веса.
• Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должно быть заделано в ненарушенный грунт.
• Бетон следует заливать в «аккуратный» котлован без образования боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Удаление части этого тепла полезно для производительности и надежности компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндра снижает потери мощности и мощности, вызванные предварительным нагревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа на выходе. Охлаждение цилиндра также способствует лучшей смазке, увеличению срока службы и сокращению затрат на техническое обслуживание.Когда вода используется в качестве охлаждающей среды, равномерная температура поддерживается по всей окружности цилиндра, что снижает вероятность термической деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать конденсации, которая может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости рубашки цилиндра как минимум на 10 ° F выше температуры всасываемого газа.

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

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

• С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются при небольшой производительности и низких тепловых нагрузках. Ребра охлаждения 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 радиатор и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается из системы в атмосферу.
• Термосифон . Движущая сила термосифона возникает из-за изменения плотности охлаждающей жидкости от горячего к холодному участкам системы. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210 ° F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150 ° F.
• Напорный . 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 бачка 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. Охлаждающая жидкость — это вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в действие 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 в набивку и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

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

Два основных преимущества систем разбрызгивания:

• Низкая начальная стоимость
• Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками системы разбрызгивания являются:

• Малые размеры корпуса
• Масло не фильтруется

Смазка под давлением

Самый распространенный тип смазки рамы — это система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и проходит через главный вал и подшипники кривошипных шатунов.Система смазки под давлением состоит из компонентов, обсуждаемых далее.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на обеспечение 110% максимальной ожидаемой скорости потока. Когда для регулирования производительности используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал адекватную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (опция)

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

Насос предварительной смазки (опция)

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

Масляный радиатор

Маслоохладитель гарантирует, что температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышает максимального значения, необходимого для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подаваемого масла составляет 120 ° F. Охлаждающая вода рубашки охлаждения в кожухотрубном теплообменнике часто используется для охлаждения смазочного масла.

Фильтры масляные

Масляные фильтры защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с передаточными клапанами. Передаточные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, так что фильтры можно очищать, не останавливая компрессор.

Накладной бак

Верхний бак подает масло к подшипникам, если насос выходит из строя.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Бак обычно снабжен указателем уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединены трубопроводами. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали следует протравить или механически очистить и покрыть ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована таким образом, чтобы избегать любых карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать использования труб, приваренных с помощью муфты. Перед первым запуском систему смазочного масла необходимо промыть смазочным маслом при температуре примерно 170 ° F. В систему необходимо добавить сетку с размером ячеек 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Контрольно-измерительные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, выключатель низкого давления масла и выключатель высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется смазывать компрессор и привод с помощью отдельных систем, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. При установке в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или проточных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндров и сальников

Количество масла, необходимое для смазки сальника и цилиндров, невелико по сравнению с требованиями к маслу подшипников.Хотя количество небольшое, давление масла, необходимое для подачи масла к набивке и цилиндрам, высокое. На каждой стадии сжатия используется небольшой плунжерный насос (лубрикатор с принудительной подачей). Разделительные блоки используются для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться как из системы смазки рамы, так и из верхнего бака. Совместимость масла с технологическим газом должна быть проверена для защиты от загрязнения.

Номенклатура

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

Коэффициент цилиндра

q a	=	пропускная способность цилиндра при фактических условиях всасывания, Асф / мин,
E v	=	объемный КПД,
PD	=	Рабочий объем поршня, Асф / мин,
q g	=	впускная способность цилиндра, ст. Куб. Фут / мин,
Q г	=	входная емкость цилиндра, MMscf / D
PD	=	Рабочий объем поршня, Асф / мин,
S	=	ход, дюйм.,
N	=	частота вращения компрессора, об / мин,
d c	=	диаметр цилиндра, дюйм,
d r	=	диаметр стержня, дюйм.
% С	=	зазор цилиндра,%,
C HE	=	зазор перед головкой, дюйм. 3 , г.
C CE	=	коленчатый зазор, дюйм 3 ,
d c	=	внутренний диаметр цилиндра, дюймы,
d r	=	диаметр стержня, дюйм.,
S	=	длина хода, дюймы
E v	=	объемный КПД,
R	=	,
С	=	зазор цилиндра,% от рабочего объема поршня,
Z s	=	,
Z d	=	коэффициент сжимаемости нагнетания,
d r	=	диаметр стержня, дюйм. ,
к	=	отношение удельной теплоемкости, C p / C v ,
L	=	проскальзывание газа мимо поршневых колец,% (1% для быстроразъемных, 5% для несмазанных компрессоров и 4% для пропановых),
96	=	Учет потерь из-за падения давления в клапанах
RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюйм. 2 , г.
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.
RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюйм. 2 , г.
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм 2 ,
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.
	=	частота пульсации компрессора, циклов / сек,
N	=	частота вращения компрессора, об / мин,
n	=	,
	=	1 для цилиндра одностороннего действия
и
	=	2 (для цилиндра двустороннего действия)

Список литературы

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. Е. Не внутренний документ компании.]

Интересные статьи в OnePetro

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

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Ротационные компрессоры прямого вытеснения

PEH: Компрессоры

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины прямого вытеснения, в которых сжимающий и вытесняющий элемент представляет собой поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение на этой странице поршневых компрессоров включает описание технологической конфигурации для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

• Регулировка скорости
• Дросселирование на входе
• Переработка
• Сброс давления
• Продувка
• Распорка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Есть два типа поршневых компрессоров:

• Высокая скорость (разборная)
• Низкая скорость (интегральная)

Категория высокой скорости также называется «отделяемой», а категория низкой скорости также называется «интегральной». ”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются при проектировании и производстве поршневых компрессоров.

Компрессоры раздельные

Термин «отделяемые» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Отдельный компрессор обычно приводится в движение двигателем или электродвигателем. Часто в компрессорной линии требуется редуктор.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об / мин.

Отдельные блоки монтируются на салазках и автономны. Они просты в установке, имеют относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на разные площадки и доступны в размерах, подходящих для полевых работ — как на суше, так и на море. Однако отдельные компрессоры имеют более высокие затраты на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

Рис. 1 представляет собой поперечное сечение типичного отделяемого компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

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

• Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Компрессоры встраиваемые

Термин «интегрированный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы как одно целое с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Встроенные блоки работают со скоростью от 200 до 600 об / мин.Они обычно используются на газовых заводах и в трубопроводах, где важны топливная экономичность и долгий срок службы. Интегральные компрессоры могут комплектоваться от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокий КПД в широком диапазоне рабочих условий и требуют меньшего обслуживания, чем отдельные блоки. Однако интегральные блоки, как правило, должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсаций.У них самая высокая начальная стоимость установки.

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

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

• Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессорный агрегат (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры

доступны в различных исполнениях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на Рис. 5 .

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

Рамка

Рама представляет собой тяжелый прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы для максимальной продолжительной мощности и нагрузки на раму (см. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже).

Раздельные компрессоры обычно располагаются в уравновешенной оппозитной конфигурации, характеризующейся парой соседних ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Кривошипы расположены 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 коленчатым валом. Цилиндры в встроенных компрессорах обычно расположены только на одной стороне рамы (т.е.е., не уравновешено-противопоставлено).

Цилиндр

Баллон представляет собой сосуд высокого давления, в котором находится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть головными или кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях хода поршня (см. Рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двустороннего действия.

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

Выбор материала баллона определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давлений до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давлений до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давлений от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений в цилиндрах 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 датчик безопасности высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а для предохранительного клапана (PSV) — установить давление выше PSH.

Износостойкость трущихся деталей (поршневые кольца и отверстие цилиндра, шток поршня, уплотнительные кольца и т. Д.) Также является критерием выбора материалов. Цилиндры изнашиваются в месте контакта с поршневыми кольцами. При горизонтальном расположении из-за веса поршня наибольший износ цилиндра происходит внизу.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластические кольца и направляющие ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на ремонт. Вкладыши прижимаются или усаживаются на месте, чтобы предотвратить скольжение. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность можно отрегулировать в соответствии с новыми требованиями путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндра увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и уменьшают производительность компрессора от заданного диаметра.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение цилиндра компрессора и корпуса компрессора. На рис. 7 показаны распорные детали стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут быть одно- или двухкамерными. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой увеличено, так что никакая часть штока не входит как в картер, так и в сальник цилиндра.Масло перемещается между цилиндром и картером. Если загрязнение масла вызывает беспокойство, может быть предусмотрен маслоотражатель для предотвращения попадания смазочного масла в корпус компрессора. Для работы в токсичных условиях может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не входит ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

• Рис. 7 — Распорка с двумя отсеками, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Из корпуса сальника следует сбросить воздух в систему всасывания первой ступени или в систему отвода газа.Распорки содержат вентиляционное отверстие для отвода дополнительного технологического газа, вытекающего из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Эффективная вентиляция необходима для того, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для проставок и набивки. Промежуточная вставка и вентиляционные отверстия уплотнения должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопа двигателя.Дренаж проставки следует направить в отдельный отстойник, который можно слить вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над корпусом компрессора. Смазочное масло из поддона может быть смешано с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, должно быть отправлено на утилизацию или переработку.

Коленчатый вал

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

• Шатун соединяет коленчатый вал со штифтом крейцкопфа
• Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, которое приводит 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 подвижный барьер в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости с сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, например алюминия, чугуна или стали с полым центром для уменьшения веса.На поршни часто устанавливаются термопластичные износостойкие ленты (или направляющие) для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, устраняя необходимость в отдельных лентах износа.

Износостойкие ленты распределяют вес поршня по нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца сводят к минимуму утечку газа между поршнем и отверстием цилиндра или гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенки цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания. Когда поршень проходит через питающее отверстие 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, чтобы правильно установить коленчатый вал. Подшипники коленчатого вала расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники пальца запястья расположены между каждым шатуном и пальцем крестовины.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников в поршневых компрессорах представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Напорная масло подается на каждый подшипник через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла и предотвращает перегрев.

Набивка штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру.Набивочные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, необходимого для применения. Для безопасного удаления утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружного кольца (см. Раздел «Распорка» выше).

Дополнительные присоединения к набивке могут потребоваться для:

• Охлаждающая вода
• Масло смазочное
• Продувка азотом
• Вентиляция
• Измерение температуры

Смазка должна быть тщательно отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания мелких твердых частиц в корпус.Смазочное масло обычно впрыскивается во второй кольцевой узел, при этом давление перемещает масло по валу.

Клапаны компрессора

Основная функция клапанов компрессора — пропускать поток газа в желаемом направлении и блокировать весь поток в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два набора клапанов. Комплект впускных (всасывающих) клапанов пропускает газ в баллон. Комплект нагнетательных клапанов предназначен для откачивания 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, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об / мин и температуру до 500 ° F.К преимуществам клапанов с концентрическими кольцами можно отнести:

• Средняя стоимость запчастей
• Низкая стоимость ремонта
• Способность перекачивать жидкости лучше, чем пластинчатые клапаны

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают производительность, превосходящую как пластинчатые, так и концентрические кольцевые клапаны. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки для упора в отверстия в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой топливной эффективности. Тарельчатые клапаны широко используются на объектах трубопроводов, подготовки газа и переработки.Металлические тарелки хорошо подходят:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1400 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 450 об / мин
• Температура до 500 ° F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих областях:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1500 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 720 об / мин
• Температура до 400 ° F

В большинстве компрессоров клапаны установлены в цилиндрах.Относительно новая концепция дизайна 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» (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от рабочего объема поршня и зазора в цилиндре. Пропускная способность данного цилиндра является функцией рабочего объема 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

q a	=	пропускная способность цилиндра при фактических условиях всасывания, Асф / мин,
E v	=	объемный КПД,
PD	=	Рабочий объем поршня, Асф / мин,
q g	=	впускная способность цилиндра, ст. Куб. Фут / мин,
и
Q г	=	входная емкость цилиндра, млн.ст.фут / д.

Рабочий объем поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, перемещаемый поршнем за единицу времени. Смещение обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (акф / мин). Расчет рабочего объема поршня — простая процедура, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или коленчатого вала. Ур. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.Уравнение 4 для смещения головной части и уравнения. 5 — смещение кривошипа.

……………. (4)

……………. (5)

где

PD	=	Рабочий объем поршня, Асф / мин,
S	=	ход, дюйм,
N	=	частота вращения компрессора, об / мин,
d c	=	диаметр цилиндра, дюйм. ,
d r	=	диаметр стержня, дюйм.

Объем цилиндра двустороннего действия рассчитывается с помощью Eq. 6 .

……………. (6)

где

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

Разгрузка с одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — отключить 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 отверстием или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Пончик заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и для каждого конца цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В клапанах с концентрическими кольцами можно разместить разгрузочную пробку в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа разгрузочные устройства с портами и пробками снижают BHP / MMscf / D и значительно повышают надежность системы разгрузки.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасываемого газа, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную, когда компрессор выключен, или с помощью устройства разгрузки клапана или подъемника, когда компрессор работает. 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 вызвать перегрев 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 нагрузки на штоки. (См. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже)

Клиренсный объем

Свободный объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в углублениях клапана и пространства между поршнем и концом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, захваченный в зазоре, расширяется по направлению к поршню и увеличивает силу обратного хода. Рис. 10 — диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

• Рис. 10 — Поршневой компрессор по схеме PV (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Расширение газа, захваченного в зазоре, происходит до того, как всасывающий клапан откроется для впуска нового газа в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропичен, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в зазоре, восстанавливается, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Зазорный объем выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих зависимых от конфигурации уравнений:

• Цилиндр одностороннего действия (зазор между головкой) [ Ур. 7 ]
• Цилиндр одностороннего действия (зазор коленчатого вала) [ Ур. 8 ]
• Цилиндр двойного действия (зазор между головкой и коленчатым валом) [ Ур. 9 ]

……………. (7)

……………. (8)

……………. (9)

где

Приложение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

• Карманы фиксированного объема
• Карманы с переменным зазором
• Хомуты с разделительными клапанами

Карманы с фиксированным объемом

Карман с зазором фиксированного объема обычно представляет собой объемный баллон, постоянно прикрепленный к баллону. Постоянный объем также может быть добавлен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставленной в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Карман с фиксированным объемом может быть постоянно открытым или может быть открыт или закрыт. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазорный карман снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавлять переменный зазор к цилиндру и могут быть прикреплены либо к головке, либо к стороне кривошипа цилиндра.Чаще всего карманы с переменным зазором прикрепляются к головному концу, как показано на Рис. 11 .

• Рис. 11 — Карман с ручным регулированием объема (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Хомуты распределительные

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может вызвать захлопывание выпускных клапанов. Если имеется слишком большой зазор, выпуск газа не будет. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не попадает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД — это отношение фактического объема газа (Асф / мин), втянутого в цилиндр, к рабочему объему поршня (куб. Фут / мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Сначала газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, утечка через клапаны и поршневые кольца. И, в-третьих, происходит повторное расширение газа, захваченного в зазорном объеме от предыдущего хода. Из этих трех повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемный КПД.

Производители компрессоров не достигли консенсуса по подходящему методу расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Признавая это, следующее приближенное уравнение можно использовать для оценки объемной эффективности.

……………. (10)

где

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

E v	=	объемный КПД,
R	=	,
С	=	зазор цилиндра,% от рабочего объема поршня,
Z s	=	,
Z d	=	коэффициент сжимаемости нагнетания,
d r	=	диаметр стержня, дюйм. ,
к	=	отношение удельной теплоемкости, C p / C v ,
L	=	проскальзывание газа мимо поршневых колец,% (1% для быстроразъемных, 5% для несмазанных компрессоров и 4% для пропановых),
и
96	=	поправка на потери из-за падения давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных давлением и инерционными нагрузками, которые возникают в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и примерно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки необходимо оценивать для нормальных условий эксплуатации, а также для условий сбоя. Нагрузку на шток необходимо проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Реверс нагрузки на штангу должен быть достаточной величины, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются за счет перекачивающего действия открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняет направление с растяжения на сжатие. Работа без переворота штоков также может серьезно повредить компрессор.

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

• Цилиндр одностороннего действия (головка)
• Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)
• Цилиндр двустороннего действия

Цилиндр одностороннего действия (головка)

……………. (11)

……………. (12)

RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюймы 2 ,
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм. 2 , г.
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
и
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.

Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

……………. (13)

……………. (14)

RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюймы 2 ,
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм. 2 , г.
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
и
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.

Цилиндр двустороннего действия

……………. (15)

……………. (16)

RL c	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
RL т	=	нагрузка на шток при растяжении, фунт-сила,
	=	площадь поперечного сечения поршня, дюймы 2 ,
a r	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм. 2 , г.
P d	=	давление нагнетания, psia,
P s	=	давление всасывания, фунт / кв. Дюйм,
и
P u	=	давление в ненагруженном конце, фунт / кв.

Прочие факторы производительности

Дополнительные соображения производительности включают:

• Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания и степени сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается с увеличением давления всасывания. Уменьшение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с повышением давления всасывания с большей скоростью, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы избежать перегрузки водителя, необходимо добавить дополнительный зазор для уменьшения объема цилиндра.
• Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.При понижении температуры цилиндр заполняется более стандартными кубическими футами. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10 ° F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения объема баллона.
• Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на емкость цилиндра. Объемный КПД немного зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
• Коэффициент теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемного КПД, как определено в формуле Eq. 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет более высокую фактическую производительность при сжатии природного газа ( k = 1,25) по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( k = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему потреблению энергии.
• Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулировка 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. Рис. 12 показывает, что по мере увеличения давления всасывания увеличивается и расход на входе, и мощность при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

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

Технологическая установка

Компрессор является неотъемлемой частью полной компрессорной системы. Рис. 13 — это типичная технологическая схема установки поршневого компрессора.

• Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационная емкость) сепаратором (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Клапан рециркуляции

Давление на всасывании компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы обеспечить 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 приводило к чрезмерной температуре нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.По возможности, рециркуляционный клапан должен располагаться после газоохладителей.

Клапан продувки

Клапан продувки сбрасывает остаточное давление, когда компрессор отключен для обслуживания. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно выполняется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкости в компрессор через входящий поток газа может вызвать повреждение внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.Скруббер может быть частью контроля пульсации при правильном планировании (см. Раздел «Пульсация» ниже). Если входной поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и нагнетательные сопла с нижним подключением.

Клапаны предохранительные

Клапаны сброса давления, установленные с запасом на 10% выше давления нагнетания наивысшей ступени или минимум на 15–25 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивают защиту от статического давления для трубопроводов и охладителей. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление баллона (см. Раздел о баллонах выше).Следует проявлять осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы на стороне всасывания, баллоны и предохранительные клапаны рассчитаны на расчетное давление в системах охлаждения с замкнутым контуром или в условиях низких температур газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей природе вызывает пульсацию, потому что всасывающий и нагнетательный клапаны не открываются на протяжении всего хода сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы гарантировать равномерную нагрузку и снизить уровни вибрации трубопроводов.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть предусмотрены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение трубопровода цилиндра компрессора, а мощность ступени меньше 150 л.с., отдельные баллоны или резервуары для пульсации могут не потребоваться. В большинстве случаев объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и / или дроссельными трубками следует размещать как можно ближе к баллону для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых точках трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул определения размера бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Дизайн пульсации

Цифровой анализ пульсации трубопроводов — это относительно недорогой метод, позволяющий гарантировать, что система трубопроводов рассчитана на приемлемые уровни пульсации (обычно от 2 до 7% от пика до пика). Компоновка системы трубопроводов должна указывать расположение и объем выбивных бочек, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый основной резервуар или объем до и после компрессора.Следует проанализировать рабочие условия двойного и одностороннего действия (если применимо).

Учет вибрации

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

Вибрация трубопровода

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

……………. (17)

где

Коэффициент цилиндра

Трубопровод должен быть надежно связан с использованием коротких участков трубы неодинаковой длины. Адекватное гашение пульсаций помогает предотвратить проблемы, связанные с вибрацией трубопроводов.

Проект фундамента

Для крупных встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнять динамический расчет с использованием сил дисбаланса, указанных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных на участках с почвой, способной выдержать грузовик-пикап, полезны следующие правила.

• Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
• Используйте грунтовый подшипник для конструкции, которая менее чем на 50% допустима для статических условий.
• Как правило, лучше увеличить длину и / или ширину, чем глубину, для соответствия требованиям веса.
• Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должно быть заделано в ненарушенный грунт.
• Бетон следует заливать в «аккуратный» котлован без образования боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Удаление части этого тепла полезно для производительности и надежности компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндра снижает потери мощности и мощности, вызванные предварительным нагревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа на выходе. Охлаждение цилиндра также способствует лучшей смазке, увеличению срока службы и сокращению затрат на техническое обслуживание.Когда вода используется в качестве охлаждающей среды, равномерная температура поддерживается по всей окружности цилиндра, что снижает вероятность термической деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать конденсации, которая может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости рубашки цилиндра как минимум на 10 ° F выше температуры всасываемого газа.

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

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

• С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются при небольшой производительности и низких тепловых нагрузках. Ребра охлаждения 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 радиатор и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается из системы в атмосферу.
• Термосифон . Движущая сила термосифона возникает из-за изменения плотности охлаждающей жидкости от горячего к холодному участкам системы. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210 ° F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150 ° F.
• Напорный . 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 бачка 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. Охлаждающая жидкость — это вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в действие 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 в набивку и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

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

Два основных преимущества систем разбрызгивания:

• Низкая начальная стоимость
• Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками системы разбрызгивания являются:

• Малые размеры корпуса
• Масло не фильтруется

Смазка под давлением

Самый распространенный тип смазки рамы — это система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и проходит через главный вал и подшипники кривошипных шатунов.Система смазки под давлением состоит из компонентов, обсуждаемых далее.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на обеспечение 110% максимальной ожидаемой скорости потока. Когда для регулирования производительности используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал адекватную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (опция)

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

Насос предварительной смазки (опция)

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

Масляный радиатор

Маслоохладитель гарантирует, что температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышает максимального значения, необходимого для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подаваемого масла составляет 120 ° F. Охлаждающая вода рубашки охлаждения в кожухотрубном теплообменнике часто используется для охлаждения смазочного масла.

Фильтры масляные

Масляные фильтры защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с передаточными клапанами. Передаточные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, так что фильтры можно очищать, не останавливая компрессор.

Накладной бак

Верхний бак подает масло к подшипникам, если насос выходит из строя.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Бак обычно снабжен указателем уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединены трубопроводами. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали следует протравить или механически очистить и покрыть ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована таким образом, чтобы избегать любых карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать использования труб, приваренных с помощью муфты. Перед первым запуском систему смазочного масла необходимо промыть смазочным маслом при температуре примерно 170 ° F. В систему необходимо добавить сетку с размером ячеек 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Контрольно-измерительные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, выключатель низкого давления масла и выключатель высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется смазывать компрессор и привод с помощью отдельных систем, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. При установке в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или проточных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндров и сальников

Количество масла, необходимое для смазки сальника и цилиндров, невелико по сравнению с требованиями к маслу подшипников.Хотя количество небольшое, давление масла, необходимое для подачи масла к набивке и цилиндрам, высокое. На каждой стадии сжатия используется небольшой плунжерный насос (лубрикатор с принудительной подачей). Разделительные блоки используются для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться как из системы смазки рамы, так и из верхнего бака. Совместимость масла с технологическим газом должна быть проверена для защиты от загрязнения.

Номенклатура

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

Коэффициент цилиндра

Список литературы

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. Е. Не внутренний документ компании.]

Интересные статьи в OnePetro

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

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Ротационные компрессоры прямого вытеснения

PEH: Компрессоры

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины прямого вытеснения, в которых сжимающий и вытесняющий элемент представляет собой поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение на этой странице поршневых компрессоров включает описание технологической конфигурации для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

• Регулировка скорости
• Дросселирование на входе
• Переработка
• Сброс давления
• Продувка
• Распорка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Есть два типа поршневых компрессоров:

• Высокая скорость (разборная)
• Низкая скорость (интегральная)

Категория высокой скорости также называется «отделяемой», а категория низкой скорости также называется «интегральной».”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются при проектировании и производстве поршневых компрессоров.

Компрессоры раздельные

Термин «отделяемые» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Отдельный компрессор обычно приводится в движение двигателем или электродвигателем. Часто в компрессорной линии требуется редуктор.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об / мин.

Отдельные блоки монтируются на салазках и автономны. Они просты в установке, имеют относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на разные площадки и доступны в размерах, подходящих для полевых работ — как на суше, так и на море. Однако отдельные компрессоры имеют более высокие затраты на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

Рис. 1 представляет собой поперечное сечение типичного отделяемого компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

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

• Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Компрессоры встраиваемые

Термин «интегрированный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы как одно целое с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Встроенные блоки работают со скоростью от 200 до 600 об / мин.Они обычно используются на газовых заводах и в трубопроводах, где важны топливная экономичность и долгий срок службы. Интегральные компрессоры могут комплектоваться от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокий КПД в широком диапазоне рабочих условий и требуют меньшего обслуживания, чем отдельные блоки. Однако интегральные блоки, как правило, должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсаций.У них самая высокая начальная стоимость установки.

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

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

• Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессорный агрегат (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры

доступны в различных исполнениях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на Рис. 5 .

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

Рамка

Рама представляет собой тяжелый прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы для максимальной продолжительной мощности и нагрузки на раму (см. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже).

Раздельные компрессоры обычно располагаются в уравновешенной оппозитной конфигурации, характеризующейся парой соседних ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Кривошипы расположены 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 коленчатым валом. Цилиндры в встроенных компрессорах обычно расположены только на одной стороне рамы (т.е.е., не уравновешено-противопоставлено).

Цилиндр

Баллон представляет собой сосуд высокого давления, в котором находится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть головными или кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях хода поршня (см. Рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двустороннего действия.

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

Выбор материала баллона определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давлений до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давлений до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давлений от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений в цилиндрах 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 датчик безопасности высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а для предохранительного клапана (PSV) — установить давление выше PSH.

Износостойкость трущихся деталей (поршневые кольца и отверстие цилиндра, шток поршня, уплотнительные кольца и т. Д.) Также является критерием выбора материалов. Цилиндры изнашиваются в месте контакта с поршневыми кольцами. При горизонтальном расположении из-за веса поршня наибольший износ цилиндра происходит внизу.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластические кольца и направляющие ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на ремонт. Вкладыши прижимаются или усаживаются на месте, чтобы предотвратить скольжение. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность можно отрегулировать в соответствии с новыми требованиями путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндра увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и уменьшают производительность компрессора от заданного диаметра.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение цилиндра компрессора и корпуса компрессора. На рис. 7 показаны распорные детали стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут быть одно- или двухкамерными. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой увеличено, так что никакая часть штока не входит как в картер, так и в сальник цилиндра.Масло перемещается между цилиндром и картером. Если загрязнение масла вызывает беспокойство, может быть предусмотрен маслоотражатель для предотвращения попадания смазочного масла в корпус компрессора. Для работы в токсичных условиях может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не входит ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

• Рис. 7 — Распорка с двумя отсеками, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Из корпуса сальника следует сбросить воздух в систему всасывания первой ступени или в систему отвода газа.Распорки содержат вентиляционное отверстие для отвода дополнительного технологического газа, вытекающего из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Эффективная вентиляция необходима для того, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для проставок и набивки. Промежуточная вставка и вентиляционные отверстия уплотнения должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопа двигателя.Дренаж проставки следует направить в отдельный отстойник, который можно слить вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над корпусом компрессора. Смазочное масло из поддона может быть смешано с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, должно быть отправлено на утилизацию или переработку.

Коленчатый вал

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

• Шатун соединяет коленчатый вал со штифтом крейцкопфа
• Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, которое приводит 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 подвижный барьер в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости с сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, например алюминия, чугуна или стали с полым центром для уменьшения веса.На поршни часто устанавливаются термопластичные износостойкие ленты (или направляющие) для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, устраняя необходимость в отдельных лентах износа.

Износостойкие ленты распределяют вес поршня по нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца сводят к минимуму утечку газа между поршнем и отверстием цилиндра или гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенки цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.Когда поршень проходит через питающее отверстие 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, чтобы правильно установить коленчатый вал. Подшипники коленчатого вала расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники пальца запястья расположены между каждым шатуном и пальцем крестовины.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников в поршневых компрессорах представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Напорная масло подается на каждый подшипник через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла и предотвращает перегрев.

Набивка штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру.Набивочные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, необходимого для применения. Для безопасного удаления утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружного кольца (см. Раздел «Распорка» выше).

Дополнительные присоединения к набивке могут потребоваться для:

• Охлаждающая вода
• Масло смазочное
• Продувка азотом
• Вентиляция
• Измерение температуры

Смазка должна быть тщательно отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания мелких твердых частиц в корпус.Смазочное масло обычно впрыскивается во второй кольцевой узел, при этом давление перемещает масло по валу.

Клапаны компрессора

Основная функция клапанов компрессора — пропускать поток газа в желаемом направлении и блокировать весь поток в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два набора клапанов. Комплект впускных (всасывающих) клапанов пропускает газ в баллон. Комплект нагнетательных клапанов предназначен для откачивания 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, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об / мин и температуру до 500 ° F.К преимуществам клапанов с концентрическими кольцами можно отнести:

• Средняя стоимость запчастей
• Низкая стоимость ремонта
• Способность перекачивать жидкости лучше, чем пластинчатые клапаны

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают производительность, превосходящую как пластинчатые, так и концентрические кольцевые клапаны. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки для упора в отверстия в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой топливной эффективности. Тарельчатые клапаны широко используются на объектах трубопроводов, подготовки газа и переработки.Металлические тарелки хорошо подходят:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1400 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 450 об / мин
• Температура до 500 ° F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих областях:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1500 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 720 об / мин
• Температура до 400 ° F

В большинстве компрессоров клапаны установлены в цилиндрах.Относительно новая концепция дизайна 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» (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от рабочего объема поршня и зазора в цилиндре. Пропускная способность данного цилиндра является функцией рабочего объема 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

Рабочий объем поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, перемещаемый поршнем за единицу времени. Смещение обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (акф / мин). Расчет рабочего объема поршня — простая процедура, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или коленчатого вала. Ур. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.Уравнение 4 для смещения головной части и уравнения. 5 — смещение кривошипа.

……………. (4)

……………. (5)

где

Объем цилиндра двустороннего действия рассчитывается с помощью Eq. 6 .

……………. (6)

где

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

Разгрузка с одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — отключить 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 отверстием или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Пончик заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и для каждого конца цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В клапанах с концентрическими кольцами можно разместить разгрузочную пробку в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа разгрузочные устройства с портами и пробками снижают BHP / MMscf / D и значительно повышают надежность системы разгрузки.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасываемого газа, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную, когда компрессор выключен, или с помощью устройства разгрузки клапана или подъемника, когда компрессор работает. 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 вызвать перегрев 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 нагрузки на штоки. (См. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже)

Клиренсный объем

Свободный объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в углублениях клапана и пространства между поршнем и концом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, захваченный в зазоре, расширяется по направлению к поршню и увеличивает силу обратного хода. Рис. 10 — диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

• Рис. 10 — Поршневой компрессор по схеме PV (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Расширение газа, захваченного в зазоре, происходит до того, как всасывающий клапан откроется для впуска нового газа в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропичен, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в зазоре, восстанавливается, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Зазорный объем выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих зависимых от конфигурации уравнений:

• Цилиндр одностороннего действия (зазор между головкой) [ Ур. 7 ]
• Цилиндр одностороннего действия (зазор коленчатого вала) [ Ур. 8 ]
• Цилиндр двойного действия (зазор между головкой и коленчатым валом) [ Ур. 9 ]

……………. (7)

……………. (8)

……………. (9)

где

Приложение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

• Карманы фиксированного объема
• Карманы с переменным зазором
• Хомуты с разделительными клапанами

Карманы с фиксированным объемом

Карман с зазором фиксированного объема обычно представляет собой объемный баллон, постоянно прикрепленный к баллону.Постоянный объем также может быть добавлен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставленной в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Карман с фиксированным объемом может быть постоянно открытым или может быть открыт или закрыт. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазорный карман снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавлять переменный зазор к цилиндру и могут быть прикреплены либо к головке, либо к стороне кривошипа цилиндра.Чаще всего карманы с переменным зазором прикрепляются к головному концу, как показано на Рис. 11 .

• Рис. 11 — Карман с ручным регулированием объема (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Хомуты распределительные

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может вызвать захлопывание выпускных клапанов. Если имеется слишком большой зазор, выпуск газа не будет. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не попадает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД — это отношение фактического объема газа (Асф / мин), втянутого в цилиндр, к рабочему объему поршня (куб. Фут / мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Сначала газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, утечка через клапаны и поршневые кольца. И, в-третьих, происходит повторное расширение газа, захваченного в зазорном объеме от предыдущего хода. Из этих трех повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемный КПД.

Производители компрессоров не достигли консенсуса по подходящему методу расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Признавая это, следующее приближенное уравнение можно использовать для оценки объемной эффективности.

……………. (10)

где

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных давлением и инерционными нагрузками, которые возникают в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и примерно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки необходимо оценивать для нормальных условий эксплуатации, а также для условий сбоя. Нагрузку на шток необходимо проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Реверс нагрузки на штангу должен быть достаточной величины, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются за счет перекачивающего действия открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняет направление с растяжения на сжатие. Работа без переворота штоков также может серьезно повредить компрессор.

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

• Цилиндр одностороннего действия (головка)
• Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)
• Цилиндр двустороннего действия

Цилиндр одностороннего действия (головка)

……………. (11)

……………. (12)

Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

……………. (13)

……………. (14)

Цилиндр двустороннего действия

……………. (15)

……………. (16)

Прочие факторы производительности

Дополнительные соображения производительности включают:

• Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания и степени сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается с увеличением давления всасывания. Уменьшение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с повышением давления всасывания с большей скоростью, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы избежать перегрузки водителя, необходимо добавить дополнительный зазор для уменьшения объема цилиндра.
• Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.При понижении температуры цилиндр заполняется более стандартными кубическими футами. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10 ° F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения объема баллона.
• Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на емкость цилиндра. Объемный КПД немного зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
• Коэффициент теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемного КПД, как определено в формуле Eq. 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет более высокую фактическую производительность при сжатии природного газа ( k = 1,25) по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( k = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему потреблению энергии.
• Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулировка 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. Рис. 12 показывает, что по мере увеличения давления всасывания увеличивается и расход на входе, и мощность при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

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

Технологическая установка

Компрессор является неотъемлемой частью полной компрессорной системы. Рис. 13 — это типичная технологическая схема установки поршневого компрессора.

• Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационная емкость) сепаратором (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Клапан рециркуляции

Давление на всасывании компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы обеспечить 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 приводило к чрезмерной температуре нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.По возможности, рециркуляционный клапан должен располагаться после газоохладителей.

Клапан продувки

Клапан продувки сбрасывает остаточное давление, когда компрессор отключен для обслуживания. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно выполняется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкости в компрессор через входящий поток газа может вызвать повреждение внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.Скруббер может быть частью контроля пульсации при правильном планировании (см. Раздел «Пульсация» ниже). Если входной поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и нагнетательные сопла с нижним подключением.

Клапаны предохранительные

Клапаны сброса давления, установленные с запасом на 10% выше давления нагнетания наивысшей ступени или минимум на 15–25 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивают защиту от статического давления для трубопроводов и охладителей. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление баллона (см. Раздел о баллонах выше).Следует проявлять осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы на стороне всасывания, баллоны и предохранительные клапаны рассчитаны на расчетное давление в системах охлаждения с замкнутым контуром или в условиях низких температур газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей природе вызывает пульсацию, потому что всасывающий и нагнетательный клапаны не открываются на протяжении всего хода сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы гарантировать равномерную нагрузку и снизить уровни вибрации трубопроводов.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть предусмотрены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение трубопровода цилиндра компрессора, а мощность ступени меньше 150 л.с., отдельные баллоны или резервуары для пульсации могут не потребоваться. В большинстве случаев объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и / или дроссельными трубками следует размещать как можно ближе к баллону для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых точках трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул определения размера бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Дизайн пульсации

Цифровой анализ пульсации трубопроводов — это относительно недорогой метод, позволяющий гарантировать, что система трубопроводов рассчитана на приемлемые уровни пульсации (обычно от 2 до 7% от пика до пика). Компоновка системы трубопроводов должна указывать расположение и объем выбивных бочек, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый основной резервуар или объем до и после компрессора.Следует проанализировать рабочие условия двойного и одностороннего действия (если применимо).

Учет вибрации

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

Вибрация трубопровода

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

……………. (17)

где

Коэффициент цилиндра

Трубопровод должен быть надежно связан с использованием коротких участков трубы неодинаковой длины. Адекватное гашение пульсаций помогает предотвратить проблемы, связанные с вибрацией трубопроводов.

Проект фундамента

Для крупных встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнять динамический расчет с использованием сил дисбаланса, указанных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных на участках с почвой, способной выдержать грузовик-пикап, полезны следующие правила.

• Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
• Используйте грунтовый подшипник для конструкции, которая менее чем на 50% допустима для статических условий.
• Как правило, лучше увеличить длину и / или ширину, чем глубину, для соответствия требованиям веса.
• Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должно быть заделано в ненарушенный грунт.
• Бетон следует заливать в «аккуратный» котлован без образования боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Удаление части этого тепла полезно для производительности и надежности компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндра снижает потери мощности и мощности, вызванные предварительным нагревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа на выходе. Охлаждение цилиндра также способствует лучшей смазке, увеличению срока службы и сокращению затрат на техническое обслуживание.Когда вода используется в качестве охлаждающей среды, равномерная температура поддерживается по всей окружности цилиндра, что снижает вероятность термической деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать конденсации, которая может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости рубашки цилиндра как минимум на 10 ° F выше температуры всасываемого газа.

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

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

• С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются при небольшой производительности и низких тепловых нагрузках. Ребра охлаждения 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 радиатор и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается из системы в атмосферу.
• Термосифон . Движущая сила термосифона возникает из-за изменения плотности охлаждающей жидкости от горячего к холодному участкам системы. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210 ° F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150 ° F.
• Напорный . 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 бачка 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. Охлаждающая жидкость — это вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в действие 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 в набивку и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

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

Два основных преимущества систем разбрызгивания:

• Низкая начальная стоимость
• Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками системы разбрызгивания являются:

• Малые размеры корпуса
• Масло не фильтруется

Смазка под давлением

Самый распространенный тип смазки рамы — это система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и проходит через главный вал и подшипники кривошипных шатунов.Система смазки под давлением состоит из компонентов, обсуждаемых далее.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на обеспечение 110% максимальной ожидаемой скорости потока. Когда для регулирования производительности используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал адекватную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (опция)

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

Насос предварительной смазки (опция)

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

Масляный радиатор

Маслоохладитель гарантирует, что температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышает максимального значения, необходимого для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подаваемого масла составляет 120 ° F. Охлаждающая вода рубашки охлаждения в кожухотрубном теплообменнике часто используется для охлаждения смазочного масла.

Фильтры масляные

Масляные фильтры защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с передаточными клапанами. Передаточные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, так что фильтры можно очищать, не останавливая компрессор.

Накладной бак

Верхний бак подает масло к подшипникам, если насос выходит из строя.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Бак обычно снабжен указателем уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединены трубопроводами. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали следует протравить или механически очистить и покрыть ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована таким образом, чтобы избегать любых карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать использования труб, приваренных с помощью муфты. Перед первым запуском систему смазочного масла необходимо промыть смазочным маслом при температуре примерно 170 ° F. В систему необходимо добавить сетку с размером ячеек 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Контрольно-измерительные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, выключатель низкого давления масла и выключатель высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется смазывать компрессор и привод с помощью отдельных систем, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. При установке в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или проточных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндров и сальников

Количество масла, необходимое для смазки сальника и цилиндров, невелико по сравнению с требованиями к маслу подшипников.Хотя количество небольшое, давление масла, необходимое для подачи масла к набивке и цилиндрам, высокое. На каждой стадии сжатия используется небольшой плунжерный насос (лубрикатор с принудительной подачей). Разделительные блоки используются для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться как из системы смазки рамы, так и из верхнего бака. Совместимость масла с технологическим газом должна быть проверена для защиты от загрязнения.

Номенклатура

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

Коэффициент цилиндра

Список литературы

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. Е. Не внутренний документ компании.]

Интересные статьи в OnePetro

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

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Ротационные компрессоры прямого вытеснения

PEH: Компрессоры

Поршневой компрессор — PetroWiki

Поршневые компрессоры — это машины прямого вытеснения, в которых сжимающий и вытесняющий элемент представляет собой поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение на этой странице поршневых компрессоров включает описание технологической конфигурации для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:

• Регулировка скорости
• Дросселирование на входе
• Переработка
• Сброс давления
• Продувка
• Распорка для вентиляции и слива

Типы поршневых компрессоров

Есть два типа поршневых компрессоров:

• Высокая скорость (разборная)
• Низкая скорость (интегральная)

Категория высокой скорости также называется «отделяемой», а категория низкой скорости также называется «интегральной».”

Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются при проектировании и производстве поршневых компрессоров.

Компрессоры раздельные

Термин «отделяемые» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Отдельный компрессор обычно приводится в движение двигателем или электродвигателем. Часто в компрессорной линии требуется редуктор.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об / мин.

Отдельные блоки монтируются на салазках и автономны. Они просты в установке, имеют относительно небольшую начальную стоимость, легко перемещаются на разные площадки и доступны в размерах, подходящих для полевых работ — как на суше, так и на море. Однако отдельные компрессоры имеют более высокие затраты на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.

Рис. 1 представляет собой поперечное сечение типичного отделяемого компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.

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

• Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Компрессоры встраиваемые

Термин «интегрированный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы как одно целое с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Встроенные блоки работают со скоростью от 200 до 600 об / мин.Они обычно используются на газовых заводах и в трубопроводах, где важны топливная экономичность и долгий срок службы. Интегральные компрессоры могут комплектоваться от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.

Встроенные компрессоры обеспечивают высокий КПД в широком диапазоне рабочих условий и требуют меньшего обслуживания, чем отдельные блоки. Однако интегральные блоки, как правило, должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсаций.У них самая высокая начальная стоимость установки.

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

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

• Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессорный агрегат (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Основные компоненты

Поршневые компрессоры

доступны в различных исполнениях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на Рис. 5 .

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

Рамка

Рама представляет собой тяжелый прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы для максимальной продолжительной мощности и нагрузки на раму (см. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже).

Раздельные компрессоры обычно располагаются в уравновешенной оппозитной конфигурации, характеризующейся парой соседних ходов кривошипа, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только перемычкой кривошипа. Кривошипы расположены 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 коленчатым валом. Цилиндры в встроенных компрессорах обычно расположены только на одной стороне рамы (т.е.е., не уравновешено-противопоставлено).

Цилиндр

Баллон представляет собой сосуд высокого давления, в котором находится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть головными или кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях хода поршня (см. Рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двустороннего действия.

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

Выбор материала баллона определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давлений до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давлений до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давлений от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений в цилиндрах 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 датчик безопасности высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а для предохранительного клапана (PSV) — установить давление выше PSH.

Износостойкость трущихся деталей (поршневые кольца и отверстие цилиндра, шток поршня, уплотнительные кольца и т. Д.) Также является критерием выбора материалов. Цилиндры изнашиваются в месте контакта с поршневыми кольцами. При горизонтальном расположении из-за веса поршня наибольший износ цилиндра происходит внизу.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластические кольца и направляющие ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на ремонт. Вкладыши прижимаются или усаживаются на месте, чтобы предотвратить скольжение. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность можно отрегулировать в соответствии с новыми требованиями путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндра увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и уменьшают производительность компрессора от заданного диаметра.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение цилиндра компрессора и корпуса компрессора. На рис. 7 показаны распорные детали стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут быть одно- или двухкамерными. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой увеличено, так что никакая часть штока не входит как в картер, так и в сальник цилиндра.Масло перемещается между цилиндром и картером. Если загрязнение масла вызывает беспокойство, может быть предусмотрен маслоотражатель для предотвращения попадания смазочного масла в корпус компрессора. Для работы в токсичных условиях может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не входит ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

• Рис. 7 — Распорка с двумя отсеками, показывающая расположение уплотнения и буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Из корпуса сальника следует сбросить воздух в систему всасывания первой ступени или в систему отвода газа.Распорки содержат вентиляционное отверстие для отвода дополнительного технологического газа, вытекающего из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Эффективная вентиляция необходима для того, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для проставок и набивки. Промежуточная вставка и вентиляционные отверстия уплотнения должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопа двигателя.Дренаж проставки следует направить в отдельный отстойник, который можно слить вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над корпусом компрессора. Смазочное масло из поддона может быть смешано с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, должно быть отправлено на утилизацию или переработку.

Коленчатый вал

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

• Шатун соединяет коленчатый вал со штифтом крейцкопфа
• Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, которое приводит 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 подвижный барьер в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости с сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, например алюминия, чугуна или стали с полым центром для уменьшения веса.На поршни часто устанавливаются термопластичные износостойкие ленты (или направляющие) для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, устраняя необходимость в отдельных лентах износа.

Износостойкие ленты распределяют вес поршня по нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца сводят к минимуму утечку газа между поршнем и отверстием цилиндра или гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенки цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.Когда поршень проходит через питающее отверстие 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, чтобы правильно установить коленчатый вал. Подшипники коленчатого вала расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники пальца запястья расположены между каждым шатуном и пальцем крестовины.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников в поршневых компрессорах представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Напорная масло подается на каждый подшипник через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла и предотвращает перегрев.

Набивка штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру.Набивочные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, необходимого для применения. Для безопасного удаления утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружного кольца (см. Раздел «Распорка» выше).

Дополнительные присоединения к набивке могут потребоваться для:

• Охлаждающая вода
• Масло смазочное
• Продувка азотом
• Вентиляция
• Измерение температуры

Смазка должна быть тщательно отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания мелких твердых частиц в корпус.Смазочное масло обычно впрыскивается во второй кольцевой узел, при этом давление перемещает масло по валу.

Клапаны компрессора

Основная функция клапанов компрессора — пропускать поток газа в желаемом направлении и блокировать весь поток в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два набора клапанов. Комплект впускных (всасывающих) клапанов пропускает газ в баллон. Комплект нагнетательных клапанов предназначен для откачивания 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, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об / мин и температуру до 500 ° F.К преимуществам клапанов с концентрическими кольцами можно отнести:

• Средняя стоимость запчастей
• Низкая стоимость ремонта
• Способность перекачивать жидкости лучше, чем пластинчатые клапаны

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают производительность, превосходящую как пластинчатые, так и концентрические кольцевые клапаны. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки для упора в отверстия в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой топливной эффективности. Тарельчатые клапаны широко используются на объектах трубопроводов, подготовки газа и переработки.Металлические тарелки хорошо подходят:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1400 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 450 об / мин
• Температура до 500 ° F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих областях:

• Давление до 3000 фунтов на кв. Дюйм
• Дифференциальное давление до 1500 фунтов на кв. Дюйм
• Скорость до 720 об / мин
• Температура до 400 ° F

В большинстве компрессоров клапаны установлены в цилиндрах.Относительно новая концепция дизайна 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» (любезно предоставлена ​​Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от рабочего объема поршня и зазора в цилиндре. Пропускная способность данного цилиндра является функцией рабочего объема 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

Рабочий объем поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, перемещаемый поршнем за единицу времени. Смещение обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (акф / мин). Расчет рабочего объема поршня — простая процедура, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или коленчатого вала. Ур. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.Уравнение 4 для смещения головной части и уравнения. 5 — смещение кривошипа.

……………. (4)

……………. (5)

где

Объем цилиндра двустороннего действия рассчитывается с помощью Eq. 6 .

……………. (6)

где

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

Разгрузка с одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — отключить 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 отверстием или пробкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Пончик заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, и для каждого конца цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В клапанах с концентрическими кольцами можно разместить разгрузочную пробку в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа разгрузочные устройства с портами и пробками снижают BHP / MMscf / D и значительно повышают надежность системы разгрузки.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно в канал всасываемого газа, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную, когда компрессор выключен, или с помощью устройства разгрузки клапана или подъемника, когда компрессор работает. 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 вызвать перегрев 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 нагрузки на штоки. (См. Раздел «Нагрузка на штангу» ниже)

Клиренсный объем

Свободный объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в углублениях клапана и пространства между поршнем и концом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, захваченный в зазоре, расширяется по направлению к поршню и увеличивает силу обратного хода. Рис. 10 — диаграмма зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующая влияние зазора.

• Рис. 10 — Поршневой компрессор по схеме PV (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Расширение газа, захваченного в зазоре, происходит до того, как всасывающий клапан откроется для впуска нового газа в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропичен, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в зазоре, восстанавливается, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Зазорный объем выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих зависимых от конфигурации уравнений:

• Цилиндр одностороннего действия (зазор между головкой) [ Ур. 7 ]
• Цилиндр одностороннего действия (зазор коленчатого вала) [ Ур. 8 ]
• Цилиндр двойного действия (зазор между головкой и коленчатым валом) [ Ур. 9 ]

……………. (7)

……………. (8)

……………. (9)

где

Приложение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

• Карманы фиксированного объема
• Карманы с переменным зазором
• Хомуты с разделительными клапанами

Карманы с фиксированным объемом

Карман с зазором фиксированного объема обычно представляет собой объемный баллон, постоянно прикрепленный к баллону.Постоянный объем также может быть добавлен за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставленной в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Карман с фиксированным объемом может быть постоянно открытым или может быть открыт или закрыт. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазорный карман снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавлять переменный зазор к цилиндру и могут быть прикреплены либо к головке, либо к стороне кривошипа цилиндра.Чаще всего карманы с переменным зазором прикрепляются к головному концу, как показано на Рис. 11 .

• Рис. 11 — Карман с ручным регулированием объема (любезно предоставлен Dresser-Rand).

Хомуты распределительные

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может вызвать захлопывание выпускных клапанов. Если имеется слишком большой зазор, выпуск газа не будет. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не попадает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД — это отношение фактического объема газа (Асф / мин), втянутого в цилиндр, к рабочему объему поршня (куб. Фут / мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Сначала газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, утечка через клапаны и поршневые кольца. И, в-третьих, происходит повторное расширение газа, захваченного в зазорном объеме от предыдущего хода. Из этих трех повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемный КПД.

Производители компрессоров не достигли консенсуса по подходящему методу расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Признавая это, следующее приближенное уравнение можно использовать для оценки объемной эффективности.

……………. (10)

где

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных давлением и инерционными нагрузками, которые возникают в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и примерно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки необходимо оценивать для нормальных условий эксплуатации, а также для условий сбоя. Нагрузку на шток необходимо проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Реверс нагрузки на штангу должен быть достаточной величины, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются за счет перекачивающего действия открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняет направление с растяжения на сжатие. Работа без переворота штоков также может серьезно повредить компрессор.

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

• Цилиндр одностороннего действия (головка)
• Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)
• Цилиндр двустороннего действия

Цилиндр одностороннего действия (головка)

……………. (11)

……………. (12)

Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)

……………. (13)

……………. (14)

Цилиндр двустороннего действия

……………. (15)

……………. (16)

Прочие факторы производительности

Дополнительные соображения производительности включают:

• Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания и степени сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается с увеличением давления всасывания. Уменьшение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с повышением давления всасывания с большей скоростью, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы избежать перегрузки водителя, необходимо добавить дополнительный зазор для уменьшения объема цилиндра.
• Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.При понижении температуры цилиндр заполняется более стандартными кубическими футами. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10 ° F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения объема баллона.
• Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на емкость цилиндра. Объемный КПД немного зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
• Коэффициент теплоемкости (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемного КПД, как определено в формуле Eq. 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет более высокую фактическую производительность при сжатии природного газа ( k = 1,25) по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( k = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему потреблению энергии.
• Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулировка 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. Рис. 12 показывает, что по мере увеличения давления всасывания увеличивается и расход на входе, и мощность при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

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

Технологическая установка

Компрессор является неотъемлемой частью полной компрессорной системы. Рис. 13 — это типичная технологическая схема установки поршневого компрессора.

• Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационная емкость) сепаратором (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Клапан рециркуляции

Давление на всасывании компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы обеспечить 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 приводило к чрезмерной температуре нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.По возможности, рециркуляционный клапан должен располагаться после газоохладителей.

Клапан продувки

Клапан продувки сбрасывает остаточное давление, когда компрессор отключен для обслуживания. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно выполняется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкости в компрессор через входящий поток газа может вызвать повреждение внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива.Скруббер может быть частью контроля пульсации при правильном планировании (см. Раздел «Пульсация» ниже). Если входной поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и нагнетательные сопла с нижним подключением.

Клапаны предохранительные

Клапаны сброса давления, установленные с запасом на 10% выше давления нагнетания наивысшей ступени или минимум на 15–25 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивают защиту от статического давления для трубопроводов и охладителей. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление баллона (см. Раздел о баллонах выше).Следует проявлять осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы на стороне всасывания, баллоны и предохранительные клапаны рассчитаны на расчетное давление в системах охлаждения с замкнутым контуром или в условиях низких температур газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей природе вызывает пульсацию, потому что всасывающий и нагнетательный клапаны не открываются на протяжении всего хода сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы гарантировать равномерную нагрузку и снизить уровни вибрации трубопроводов.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть предусмотрены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение трубопровода цилиндра компрессора, а мощность ступени меньше 150 л.с., отдельные баллоны или резервуары для пульсации могут не потребоваться. В большинстве случаев объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и / или дроссельными трубками следует размещать как можно ближе к баллону для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых точках трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул определения размера бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Дизайн пульсации

Цифровой анализ пульсации трубопроводов — это относительно недорогой метод, позволяющий гарантировать, что система трубопроводов рассчитана на приемлемые уровни пульсации (обычно от 2 до 7% от пика до пика). Компоновка системы трубопроводов должна указывать расположение и объем выбивных бочек, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый основной резервуар или объем до и после компрессора.Следует проанализировать рабочие условия двойного и одностороннего действия (если применимо).

Учет вибрации

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

Вибрация трубопровода

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

……………. (17)

где

Коэффициент цилиндра

Трубопровод должен быть надежно связан с использованием коротких участков трубы неодинаковой длины. Адекватное гашение пульсаций помогает предотвратить проблемы, связанные с вибрацией трубопроводов.

Проект фундамента

Для крупных встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнять динамический расчет с использованием сил дисбаланса, указанных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных на участках с почвой, способной выдержать грузовик-пикап, полезны следующие правила.

• Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
• Используйте грунтовый подшипник для конструкции, которая менее чем на 50% допустима для статических условий.
• Как правило, лучше увеличить длину и / или ширину, чем глубину, для соответствия требованиям веса.
• Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должно быть заделано в ненарушенный грунт.
• Бетон следует заливать в «аккуратный» котлован без образования боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Удаление части этого тепла полезно для производительности и надежности компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндра снижает потери мощности и мощности, вызванные предварительным нагревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа на выходе. Охлаждение цилиндра также способствует лучшей смазке, увеличению срока службы и сокращению затрат на техническое обслуживание.Когда вода используется в качестве охлаждающей среды, равномерная температура поддерживается по всей окружности цилиндра, что снижает вероятность термической деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать конденсации, которая может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости рубашки цилиндра как минимум на 10 ° F выше температуры всасываемого газа.

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

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

• С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются при небольшой производительности и низких тепловых нагрузках. Ребра охлаждения 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 радиатор и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается из системы в атмосферу.
• Термосифон . Движущая сила термосифона возникает из-за изменения плотности охлаждающей жидкости от горячего к холодному участкам системы. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210 ° F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150 ° F.
• Напорный . 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 бачка 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. Охлаждающая жидкость — это вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в действие 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 в набивку и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

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

Два основных преимущества систем разбрызгивания:

• Низкая начальная стоимость
• Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками системы разбрызгивания являются:

• Малые размеры корпуса
• Масло не фильтруется

Смазка под давлением

Самый распространенный тип смазки рамы — это система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и проходит через главный вал и подшипники кривошипных шатунов.Система смазки под давлением состоит из компонентов, обсуждаемых далее.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на обеспечение 110% максимальной ожидаемой скорости потока. Когда для регулирования производительности используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал адекватную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (опция)

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

Насос предварительной смазки (опция)

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

Масляный радиатор

Маслоохладитель гарантирует, что температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышает максимального значения, необходимого для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подаваемого масла составляет 120 ° F. Охлаждающая вода рубашки охлаждения в кожухотрубном теплообменнике часто используется для охлаждения смазочного масла.

Фильтры масляные

Масляные фильтры защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с передаточными клапанами. Передаточные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, так что фильтры можно очищать, не останавливая компрессор.

Накладной бак

Верхний бак подает масло к подшипникам, если насос выходит из строя.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Бак обычно снабжен указателем уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединены трубопроводами. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали следует протравить или механически очистить и покрыть ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована таким образом, чтобы избегать любых карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать использования труб, приваренных с помощью муфты. Перед первым запуском систему смазочного масла необходимо промыть смазочным маслом при температуре примерно 170 ° F. В систему необходимо добавить сетку с размером ячеек 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Контрольно-измерительные приборы должны включать датчик низкого уровня масла в картере, выключатель низкого давления масла и выключатель высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется смазывать компрессор и привод с помощью отдельных систем, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. При установке в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или проточных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндров и сальников

Количество масла, необходимое для смазки сальника и цилиндров, невелико по сравнению с требованиями к маслу подшипников.Хотя количество небольшое, давление масла, необходимое для подачи масла к набивке и цилиндрам, высокое. На каждой стадии сжатия используется небольшой плунжерный насос (лубрикатор с принудительной подачей). Разделительные блоки используются для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться как из системы смазки рамы, так и из верхнего бака. Совместимость масла с технологическим газом должна быть проверена для защиты от загрязнения.

Номенклатура

Степень сжатия

Коэффициент сжимаемости на входе

Коэффициент цилиндра

Список литературы

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники.[Источники должны быть доступны читателю, т. Е. Не внутренний документ компании.]

Интересные статьи в OnePetro

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

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы предоставить ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.