Компрессоры и компрессорные установки

Компрессор – устройство для сжатия (компримирования, повышения и понижения давления) и перемещения газов. При работе компрессора происходит преобразование энергии привода (электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины) в энергию сжатого вещества (газа).

Компрессоры имеют большое разнообразие конструкций и типов, различаются по давлению, производительности, сжимаемой среде, принципу действия.

По особенностям самого процесса повышения давления, т.е. по принципу действия компрессоры подразделяются на компрессоры объемного действия и динамического действия.

Компрессор объемного действия — устройство, в котором процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменение давления происходит за счет периодического изменения объема этих камер, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные компрессоры можно разделить по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер на мембранные, поршневые и роторные компрессоры.

В мембранных компрессорах основную работу выполняет мембранный блок. Обоюдовогнутая камера, в которой и находится мембрана, обеспечивает полную герметизацию газовой камеры. Воздух сжимается благодаря колебаниям мембраны, приводимой в действие поршнем привода.

Наиболее распространены поршневые компрессоры. Вращательное движение коленчатого вала с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется в возвратно-поступательное движение поршней в цилиндрах, что обеспечивает сжатие перекачиваемой среды. Всасыванием и выпуском воздуха управляют автономно открывающиеся и закрывающиеся клапаны. Поршневые компрессоры могут быть различных видов:
— одинарного или двойного действия;
— смазываемые или без применения смазки (сухого трения);
— с разным количеством цилиндров и их расположением - горизонтальным, вертикальным, угловым, V-образным, W-образным, оппозитным (расположение цилиндров друг против друга в одной плоскости);
— одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые;
— крейцкопфные и бескрейцкопфные.

Роторные компрессоры - компрессоры непрерывного объемного сжатия, где главным элементом, обеспечивающим сжатие среды, является вращающийся ротор (роторы). К ним относятся винтовые, спиральные, роторно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые компрессоры.

Основными частями винтовых компрессоров являются ведущий и ведомый роторы, которые вращаются навстречу друг другу, в то время как пространство между ними и корпусом уменьшается. Каждый из винтовых элементов имеет постоянную, присущую ему степень повышения давления, которая зависит от их длины, шага винта и формы выпускного отверстия.
Спиральные компрессоры являются разновидностью безмасляного ротационного объемного компрессора, т.е. происходит сжимание определенное количество воздуха в постепенно сокращающемся объеме. Компрессорный элемент состоит из 2х частей: неподвижной спирали в корпусе элемента и подвижной эксцентрической спирали с приводом от двигателя, установленных со сдвигом по фазе на 180°.
В роторно-пластинчатом компрессоре среда сжимается в полости, ограниченной торцевыми и радиальной поверхностями корпуса, пластинами и поверхностью вращающегося ротора.
Жидкостно-кольцевые компрессоры состоят из корпуса, заполненного водой, и ротора с лопатками. Ротор установлен в корпусе компрессора с эксцентриситетом с целью получения особых параметров от компрессора. Во время работы компрессора ротор с лопатками приводит в движение жидкость, которая под действием центробежных сил прижимается к стенкам статора, за счет чего образуется "кольцо", принимающее положение эксцентриситично относительно ротора.

Компрессор динамического действия – устройство, которое повышает давление газа при непрерывном потоке. Принцип действия компрессора динамического действия достаточно прост: газу сообщается энергия путем взаимодействия его с рабочими элементами компрессора - лопатками, поэтому компрессоры такого типа называют еще лопастными. При этом, приобретаемая кинетическая энергия в дальнейшем преобразуется в потенциальную энергию сжатия. К компрессорам динамического действия относятся радиальные (центробежные), радиально-осевые (диагональные), осевые, вихревые, струйные.

Радиальный (центробежный) компрессор состоит из подводящего устройства, рабочего колеса (импеллера), диффузора и выходного устройства. В центробежном колесе сжимаемая среда разгоняется, а в диффузоре кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную энергию давления.

Диагональный компрессор практически не отличается от радиального компрессора по принципу работы и конструкции. Направление потока промежуточное между осевым и радиальным.

Осевой компрессор — в отличие от центробежного компрессора, сжатие происходит вдоль оси вала. Конструктивно осевые компрессоры бывают одно- и многоступенчатыми.

Вихревой компрессор состоит из рабочего колеса, на котором равномерно по окружности расположены лопатки всасывающего и нагнетательного рабочего канала. Всасывающий и нагнетательный каналы разделены специальной перегородкой, которая также называется разделителем или отсекателем.

Струйный компрессор является типом струйного насоса, который использует струю газа под высоким давлением в качестве рабочего вещества для захвата газа низкого давления, смешивания обоих газов и выхода при промежуточном давлении. Струйные компрессоры состоят из трех основных частей, а именно: из сопла, камеры смешения и диффузора.

Принципиальная схема применения компрессоров для перевалки сжиженных углеводородных газов (СУГ)

Компрессоры используются для компримирования (сжатия), перевалки, рекуперации (улавливания паров) СУГ на газонаполнительных станциях (ГНС), газонаполнительных пунктах (ГНП), автомобильных газозаправочных станциях (АГЗС), могут входить в состав смесительных и испарительных установок.

Компрессоры необходимы при перевалке СУГ, когда перекачиваются большие объемы газа (например, во время наполнения и опорожнения железнодорожных и автоцистерн). Компрессоры, в отличие от насосов, перекачивают паровую фазу СУГ, «выдавливая» таким образом продукт из одного сосуда в другой.

Важным элементом системы является четырехходовой клапан. В первом положении он связывает сливаемый и заполняемый резервуары, между которыми будет осуществляться транспортировка СУГ, трубопроводами и по жидкой, и по газовой фазе. Когда соединение между сосудами открывается, то, поскольку сосуды сообщаются, жидкая фаза СУГ начинает перетекать из сосуда с более высоким уровнем продукта в сосуд с менее высоким уровнем до тех пор, пока уровень продукта в обоих сосудах не выровняется, затем переток прекращается. Создавая давление в сливаемом резервуаре, можно быстрее вытеснить жидкость в заполняемый резервуар. Это достигается путем откачки газа из заполняемого резервуара, его сжатия компрессором и подачи под давлением в сливаемый резервуар. Этот процесс постепенно понижает давление паров газа в заполняемом резервуаре и повышает давление в сливаемом, таким образом вытесняя или «выдавливая» жидкую фазу СУГ из одного резервуара в другой. Процесс сжатия газа одновременно повышает его температуру, что также способствует повышению давления в сливаемом резервуаре.

После завершения «выдавливания» жидкой фазы из цистерны четырехходовой клапан занимает положение 2, при котором трубопровод, связывающий резервуары по жидкой фазе, перекрывается, а трубопровод паровой фазы остается открытым. Начинается процесс отбора остаточных паров, при котором паровая фаза перекачивается обратно из опорожняемого в заполняемый резервуар.

Компрессоры с обеспечением воздушного охлаждения можно устанавливать на открытых площадках. Компрессор может быть оборудован влагоотделителем, который защищает цилиндры компрессора от попадания в них жидкой фазы СУГ, манометрами, взрывозащищенным электродвигателем. Дополнительно компрессор комплектуется предохранительным клапаном, датчиками наличия жидкости во влагоотделителе, температуры и давления масла в картере, температуры паровой фазы СУГ на выходе из компрессора.