Сжатый газ состоит из сжатия и транспортировки газа. Компрессоры и вентиляторы

Сжатый природный газ.

Природный газ состоит в основном из метана (не менее 90 %) с небольшими примесями этана (до 6%), пропана (до 1,7%), и бутана (до 1%).

Метан газ без цвета и запаха, мало растворим в воде, легче воздуха. Он относится к предельным углеводородам, молекулы которых состоят только из углерода и водорода. Высокое содержание водорода обеспечивает более полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя по сравнению с бензином и сжиженным нефтяным газом, поэтому метан является полноценным топливом для автомобилей с хорошими антидетонационными характеристиками.

Молекулярная формула – CH4

Молярная масса, кг/моль – 16,03

Плотность при температуре 15°С и давлении 0,1 МПа:

— в газообразном состоянии, кг/м3 – 0,717

— в жидком состоянии, кг/л – 0,42

Углеродное число – 2,96

Низшая теплота сгорания:

— в газообразном состоянии, кДж/м3 – 33800

Относительная плотность (по воздуху) – 0,554

Коррозионная активность – отсутствует

Токсичность – не токсичен

. Теплота сгорания.

– количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1м3 газа, при атмосферном давлении и температуре 20°С.

Есть высшая и низшая теплота сгорания газа. При определении высшей теплоты сгорания учитывается вся теплота, выделившияся во время сгорания и отведенная от продуктов сгорания путем их охлаждения до начальной температуры. На практике образовавшиеся пары воды не конденсируются и уносят часть теплоты, затраченной на нагревание 1кг воды от 0 до 100°С, которая равна 418,6 кДж.

При сгорании на испарение влаги, содержащейся в топливе и полученной от сгорания водорода, затрачивается теплота. Поэтому для характеристики газовых топлив на практике применяется теплота сгорания газа, являющаяся стандартной величиной.

Природный газ перед применением в качестве моторного топлива проходит предварительную подготовку на предмет соответствия его параметров на эксплуатационные качества двигателя (удаление примесей) и условиям хранения на автомобиле.

Поскольку природный газ сжижается при температуре -161,7°С, а в нормальных условиях это сделать невозможно, на автомобилях он хранится в баллонах в сжатом до 20 МПа (200кг/см.кв.) состоянии.

Сжатые газы характеризуются тем, что при температуре 20°С и высоком давлении (20 МПа) остаются в газообразном состоянии.

Газ природный топливный компримированный (сжатый природный газ).

По физико–химическим показателям и содержанию примесей природный топливный газ должен соответствовать ГОСТ 27577-2000 «Газ природный топливный компримированный для двигателей внутреннего сгорания».

Содержание влаги в сжатом (компримированном) газе свыше 9 мг/м3 может вызывать образование ледяных пробок в системе питания двигателя.

Недостатки и преимущества применения сжатого природного газа в сравнении с бензином.

1.1. Содержание газа под большим давлением требует применения высокопрочных баллонов, имеющих значительную массу и изготавливаемых из высококачественных сталей. Вес одного баллона вместимостью 50 литров с 10м3 газа составляет около70 кг. Установка на автомобиль газовых баллонов влечет за собой снижение грузоподъемности автомобиля на 10-12%, снижается также запас хода автомобиля.

Баллоны для СПГ являются сосудами высокого давления, для баллонов из легированной стали установлен срок испытания один раз в 5 лет, а из углеродистой – один раз в 3 года.

1.2. Так как теплота сгорания газовоздушной смеси метана меньше теплоты сгорания бензовоздушной смеси (3,22 МДж/м3 для метана с воздухом и 3,55 МДж/м3 для бензина с воздухом), и вследствие меньшего коэффициента наполнения цилиндров мощность двигателя при переводе на сжатый газ снижается на 18-20%.

1.3. При применении газового топлива затруднен пуск двигателя в зимнее время при температуре ниже 15°С. Причина – более высокая температура воспламенения газовоздушной смеси и меньшая скорость распространения пламени.

1.4. Для проведения технического обслуживания и ремонта газобаллонных автомобилей требуется более высокая квалификация обслуживающего персонала. По сравнению с обслуживанием бензиновых и дизельных двигателей трудоемкость ТО и ремонта газового оборудования увеличивается на 13-15%, а затраты – на 4-6%.

1.5. Работа двигателей на сжатом газе сопровождается ухудшением тягово-динамических и эксплуатационных характеристик автомобилей: время разгона увеличивается на 25-30%; максимальная скорость уменьшается на 5-7%.

2.1. Газовое топливо более полно сгорает в цилиндрах двигателей из-за более широких пределов воспламенения газа в сравнении с бензином. Если пределы воспламенения бензина в смеси с воздухом составляет соответственно 6,0 и 1,5%, то пределы воспламенения сжатого газа в смеси с воздухом составляет по верхнему пределу 15% и по нижнему пределу 5%. Это позволяет на эксплуатационных режимах работы двигателей обеднять горючую смесь до α=1,2-1,3.

В результате существенно снижается токсичность отработанных газов (по содержанию оксидов углерода — в 2-3 раза, по содержанию оксидов азота – в 1,2-2,0 раза, по содержанию углеводородов – в 1,1-1,4 раза).

2.2. Сжатый газ не разжижает масло в картере двигателя, не смывает масло со стенок цилиндров и не ухудшает этим условий смазки. Поэтому износы деталей двигателей, работающих на газе, ниже чем у бензиновых двигателей. Вследствие этого моторесурс двигателей увеличивается в 1,3-1,5 раза. Увеличивается также срок службы масла в 1,5-2 раза, а затраты на него снижаются на 25-35 процентов.

2.3. Цены на сжатый газ ниже чем на бензин: Экономия затрат на топливо имеется несмотря на потерю мощности двигателя и снижение грузоподъемности автомобиля.

Современные предприятия уже не могут су тысячи продуктов, которые содержат газы и смеси газов, хранящиеся под давлением в баллонах. Большинство из этих газов классифицируются как «сжатые газы».

В баллонах хранятся три основные группы сжатых газов: сжиженные, несжиженные и растворенные газы. В каждом случае давление газа в баллоне обычно указывается в единицах килопаскалей (кПа).

Манометрическое давление = общее давление газа внутри баллона — атмосферное давление

Атмосферное давление обычно составляет около 101,4 кПа. Обратите внимание, что баллон со сжатым газом с показаниями манометра 0 кПа на самом деле не пуст. Он все еще содержит газ при атмосферном давлении.

Сжиженные газы

Сжиженные газы — это газы, которые могут превращаться в жидкости при нормальной температуре, когда они находятся внутри баллонов под давлением. Они существуют внутри цилиндра в равновесии жидкость-пар. Первоначально цилиндр почти заполнен жидкостью, и газ заполняет пространство над жидкостью. Когда газ удаляется из цилиндра, достаточно жидкости испаряется, чтобы заменить его, поддерживая постоянное давление в цилиндре. Безводный аммиак, хлор, пропан, закись азота и диоксид углерода являются примерами сжиженных газов.

Не сжиженные газы

Не сжиженные газы также известны как сжатые или постоянные газы. Эти газы не становятся жидкими, когда они сжимаются при нормальной температуре, даже при очень высоком давлении. Типичными примерами этого являются кислород, азот, гелий и аргон.

Растворенные газы

Ацетилен — единственный распространенный растворенный газ. Ацетилен химически очень нестабилен. Даже при атмосферном давлении ацетиленовый газ может взорваться. Тем не менее, ацетилен обычно хранится и безопасно используется в баллонах при высоких давлениях (до 250 фунтов на квадратный дюйм при 21 ° C).

Это возможно, потому что ацетиленовые баллоны полностью заполнены инертным пористым наполнителем. Наполнитель насыщен ацетоном или другим подходящим растворителем. Когда ацетиленовый газ добавляется в цилиндр, газ растворяется в ацетоне. Ацетилен в растворе стабилен.Эти и другие нюансы работ в опасных условиях Ваши сотрудники могут изучить на наших курсах обучения на право обслуживания установок для газопламенной обработки металлов и других материалов.

Какие опасности для здоровья связаны со сжатыми газами?

Многие сжатые газы токсичны или очень токсичны. Они могут вызывать различные проблемы со здоровьем в зависимости от конкретного газа, его концентрации, продолжительности воздействия и пути воздействия (вдыхание, попадание в глаза или на кожу). Контакт между кожей или глазом и сжиженными газами в жидкой форме может привести к замерзанию ткани и вызвать ожогоподобную травму. Обучение технике безопасности особенно обучение по обслуживанию сосудов под давлением видится весьма актуальным.

В чем опасность инертного газа?

Инертные газы, такие как аргон, гелий, неон и азот, не токсичны, не горят и не взрываются. Тем не менее, они могут привести к травме или смерти, если они присутствуют в достаточно высоких концентрациях. Они могут вытеснить достаточно воздуха, чтобы снизить уровень кислорода. Если уровень кислорода достаточно низок, люди, попадающие в зону, могут потерять сознание или умереть от удушья. Низкие уровни кислорода могут быть особенно проблемой в плохо проветриваемых замкнутых пространствах.

Каковы коррозионные опасности сжатых газов?

Некоторые сжатые газы едкие. Они могут сжечь и разрушить ткани тела при контакте. Коррозионные газы также могут атаковать и разъедать металлы. Обычные едкие газы включают аммиак, хлористый водород, хлор и метиламин.

Какие опасности давления связаны с баллонами со сжатым газом?

Все сжатые газы опасны из-за высокого давления внутри баллонов. Газ может быть выпущен преднамеренно, при открытии клапана баллона, или случайно из сломанного или протекающего клапана или из предохранительного устройства. Даже при относительно низком давлении газ может быстро вытекать из открытого или протекающего цилиндра. Именно поэтому так важно производить обучение рабочих на право обслуживания установок с газовыми горелками.

Было много случаев, когда поврежденные цилиндры становились неуправляемыми ракетами или вертушками и вызывали тяжелые травмы и повреждения. Эта опасность возникла, когда незащищенные баллоны без крышки были опрокинуты, что привело к поломке клапана баллона и быстрому выходу газа высокого давления.

Большинство цилиндровых клапанов ограничивают скорость выделения газа и уменьшают скорость цилиндра. Этот предел может препятствовать «ракетному движению» более крупных и тяжелых цилиндров, хотя более маленькие или более легкие цилиндры могут взлететь. Учитывая это важно к обслуживанию газоиспользующего оборудования допускать лишь обученного слесаря по эксплуатации и ремонту газового оборудования.

Плохо контролируемое выделение сжатого газа в системах химической реакции может привести к взрыву сосудов, возникновению утечек в оборудовании или шлангах или возникновению побочных реакций.

СЖИЖЕННЫЙ УГЛЕВОДОРОДНЫЙ ГАЗ

Сжиженный углеводородный газ при атмосферном давлении и температуре выше нуля находится в газообразном состоянии. При сравнительно небольшом повышении давления — не более 1,6 МПа — он превращается в легкоиспаряющуюся жидкость. Сжиженный газ состоит в основном из смеси двух газов: пропана (около 80%) и бутана (примерно 20%). Кроме того, в нем в небольшом количестве содержатся такие газы, как этан, пентан, пропилен, бутилен и этилен. Теплота сгорания единицы массы сжиженного газа высокая — 46 МДж/кг. При плотности около 0,524 г/см² (при 20°С) объемная теплота сгорания сжиженного газа превышает 24 000 МДж/м³. Уступая по значению этого показателя бензину, сжиженный газ как топливо является полноценным его заменителем. Относительно небольшая масса тонкостенных стальных баллонов, рассчитанных на рабочее давление до 1,6 МПа, позволяет хранить на автомобиле достаточное количество газа, не уменьшая его полезной нагрузки. Поэтому автомобили, работающие на сжиженном газе, имеют такой же запас хода, как и бензиновые. Газообразное топливо лучше смешивается с воздухом и благодаря этому полнее сгорает в цилиндрах. По этой причине отработавшие газы у автомобилей, работающих на газообразных топливах, менее токсичны, чем у автомобилей, работающих на бензине. Высокая детонационная стойкость сжиженного газа (октановое число по исследовательскому методу более 110) позволяет повысить степень сжатия бензиновых двигателей, переоборудованных для работы на сжиженном газе.

Основными показателями, характеризующими качество сжиженного газа как топлива для автомобилей, являются компонентный состав, давление насыщенных паров, отсутствие жидкого (неиспаряющегося) остатка, содержание вредных примесей.

Компонентный состав газа — показатель сжиженного газа, всесезонно отпускаемого газонаполнительными станциями для газобаллонных автомобилей, должен изменяться в ограниченных пределах. Сжиженный газ содержит (по массе) не менее 80±5% пропана, не более 20±5% бутана и не более 6% других газов (пропилена, бутилена, этилена). Нарушение соотношения между пропаном и бутаном изменяет теплоту сгорания газа и состав горючей смеси. В результате ухудшается процесс сгорания смеси в цилиндрах двигателя и увеличивается токсичность отработавших газов.

Давление насыщенных паров оказывает влияние на надежность подачи газа в цилиндры двигателя в холодное время года. При температуре минус 30°С оно не должно быть ниже 0,7 МПа. При дальнейшем уменьшении давления нарушится бесперебойная подача газа из баллона. Давление паров не должно также превышать 1,6 МПа при 45°С, так как именно на такое предельное рабочее давление рассчитаны баллоны, применяемые на газобаллонных автомобилях.

Содержание серы, щелочей и свободной воды . При повышенном содержании серы она оседает в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения трубопроводов и разрушающе действуя на резино-технические детали. Сгорая в цилиндрах двигателя, сера повышает токсичность отработавших газов. Ее содержание не должно превышать 0,015% по массе. Щелочи и свободная вода должны отсутствовать.

Жидкий остаток . Данного остатка при температуре 40°С не должно быть.

СЖАТЫЙ ГАЗ

Сжатый газ, в отличие от сжиженного, сохраняет свое газообразное состояние при нормальной температуре и любом повышении давления. Он превращается в жидкость только после глубокого охлаждения (ниже минус 162°С). В качестве топлива для автомобилей используют сжатый до 20 МПа природный газ, добываемый из скважин газовых месторождений. Его основной компонент — метан. Сжатый газ имеет очень высокую теплоту сгорания единицы массы — 49,8 МДж/кг, но из-за чрезвычайно малой плотности (0,0007 г/см² при 0°С и атмосферном давлении) объемная теплота сгорания сжатого даже до 20 МПа природного газа не превышает 7000 МДж/кг, т. е. более чем 3 раза меньше, чем у сжиженного. Невысокое значение объемной топлоты сгорания не позволяет обеспечить хранение на автомобиле достаточного количества газа даже при высоком давлении. Вследствие этого запас хода газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, вдвое меньше, чем у бензиновых или у автомобилей, работающих на сжиженном углеводородном газе. Октановое число метана по исследовательскому методу около 110. Применение вместо бензина сжатого природного газа благодаря его огромным запасам и небольшой стоимости целесообразно, особенно на внутригородских и пригородных перевозках

Показатели сжатого газа : компонентный состав сжатого газа и содержание веществ, вредно влияющих на работу газобаллонной аппаратуры и ускоряющих износ двигателей.

Компонентный состав газа . Сжатый газ, предназначенный для всесезонного применения на автомобилях, должен содержать (по объему) метана не менее 90%, этана — не более 4%, небольшое количество (до 2,5%) других горючих углеводородных газов, окиси углерода — до 1%, кислорода — до 1%, азота — не более 5%.

Содержание вредных примесей . В сжатом газе их содержание строго ограничено: сероводорода не должно быть более 2 г/100 м³, механических примесей — более 0,1 г/100 м³ содержание влаги допускается в очень незначительных количествах.

Сжиженный углеводородный газ при атмосферном давлении и температуре выше нуля находится в газообразном состоянии. При сравнительно небольшом повышении давления — не более 1,6 МПа — он превращается в легкоиспаряющуюся жидкость. Сжиженный газ состоит в основном из смеси двух газов: пропана (около 80%) и бутана (примерно 20%). Кроме того, в нем в небольшом количестве содержатся такие газы, как этан, пентан, пропилен, бутилен и этилен. Теплота сгорания единицы массы сжиженного газа высокая — 46 МДж/кг. При плотности около 0,524 г/см (при 20°С) объемная теплота сгорания сжиженного газа превышает 24 000 МДж/м. Уступая по значению этого показателя бензину, сжиженный газ как топливо является полноценным его заменителем. Относительно небольшая масса тонкостенных стальных баллонов, рассчитанных на рабочее давление до 1,6 МПа, позволяет хранить на автомобиле достаточное количество газа, не уменьшая его полезной нагрузки. Поэтому автомобили, работающие на сжиженном газе, имеют такой же запас хода, как и бензиновые. Газообразное топливо лучше смешивается с воздухом и благодаря этому полнее сгорает в цилиндрах. По этой причине отработавшие газы у автомобилей, работающих на газообразных топливах, менее токсичны, чем у автомобилей, работающих на бензине. Высокая детонационная стойкость сжиженного газа (октановое число по исследовательскому методу более 110) позволяет повысить степень сжатия бензиновых двигателей, переоборудованных для работы на сжиженном газе.

Компонентный состав газа — показатель сжиженного газа, всесезонно отпускаемого газонаполнительными станциями для газобаллонных автомобилей, должен изменяться в ограниченных пределах. Сжиженный газ содержит (по массе) не менее 80±5% пропана, не более 20±5% бутана и не более 6% других газов (пропилена, бутилена, этилена). Нарушение соотношения между пропаном и бутаном изменяет теплоту сгорания газа и состав горючей смеси. В результате ухудшается процесс сгорания смеси в цилиндрах двигателя и увеличивается токсичность отработавших газов.

Давление насыщенных паров оказывает влияние на надежность подачи газа в цилиндры двигателя в холодное время года. При температуре минус 30°С оно не должно быть ниже 0,7 МПа. При дальнейшем уменьшении давления нарушится бесперебойная подача газа из баллона. Давление паров не должно также превышать 1,6 МПа при 45°С, так как именно на такое предельное рабочее давление рассчитаны баллоны, применяемые на газобаллонных автомобилях.

Содержание серы, щелочей и свободной воды. При повышенном содержании серы она оседает в топливной аппаратуре, сужая проходные сечения трубопроводов и разрушающе действуя на резино-технические детали. Сгорая в цилиндрах двигателя, сера повышает токсичность отработавших газов. Ее содержание не должно превышать 0,015% по массе. Щелочи и свободная вода должны отсутствовать.

Жидкий остаток. Данного остатка при температуре 40°С не должно быть.

Сжатый газ, в отличие от сжиженного, сохраняет свое газообразное состояние при нормальной температуре и любом повышении давления. Он превращается в жидкость только после глубокого охлаждения (ниже минус 162°С). В качестве топлива для автомобилей используют сжатый до 20 МПа природный газ, добываемый из скважин газовых месторождений. Его основной компонент — метан. Сжатый газ имеет очень высокую теплоту сгорания единицы массы — 49,8 МДж/кг, но из-за чрезвычайно малой плотности (0,0007 г/см при 0°С и атмосферном давлении) объемная теплота сгорания сжатого даже до 20 МПа природного газа не превышает 7000 МДж/кг, т. е. более чем 3 раза меньше, чем у сжиженного. Невысокое значение объемной топлоты сгорания не позволяет обеспечить хранение на автомобиле достаточного количества газа даже при высоком давлении. Вследствие этого запас хода газобаллонных автомобилей, работающих на сжатом природном газе, вдвое меньше, чем у бензиновых или у автомобилей, работающих на сжиженном углеводородном газе. Октановое число метана по исследовательскому методу около 110. Применение вместо бензина сжатого природного газа благодаря его огромным запасам и небольшой стоимости целесообразно, особенно на внутригородских и пригородных перевозках

Показатели сжатого газа: компонентный состав сжатого газа и содержание веществ, вредно влияющих на работу газобаллонной аппаратуры и ускоряющих износ двигателей.

Компонентный состав газа. Сжатый газ, предназначенный для всесезонного применения на автомобилях, должен содержать (по объему) метана не менее 90%, этана — не более 4%, небольшое количество (до 2,5%) других горючих углеводородных газов, окиси углерода — до 1%, кислорода — до 1%, азота — не более 5%.

Содержание вредных примесей. В сжатом газе их содержание строго ограничено: сероводорода не должно быть более 2 г/100 м, механических примесей — более 0,1 г/100 м содержание влаги допускается в очень незначительных количествах.

Сжатие и транспортировка газов. Компрессоры и вентиляторы

Изготовление, сборка, тестирование и испытание компрессоров и вентиляторов
производится на заводах в Швейцарии, Германии, Франции, Турции, США, Японии и Кореи

Общее описание транспортировки и сжатия газа. Использование сжатого газа

Процесс транспортировки газа протекает в герметичных трубопроводах и основывается на перепаде уровня давлений. Как правило, газ подается с избыточным уровнем давления, что и позволяет перемещать газ по трубам. В случаях, когда разность давлений ниже давления напора, подача газа обеспечивается методом всасывания.

В процессе сжатия газа при помощи компрессора, температура газа сильно повышается. Как результат, компрессор необходимо охлаждать. Когда в компрессоре уровень давления достигает определенного уровня, а температура падает, может произойти сжижение газа. Данное явление неблагоприятно для транспортировки газа из-за вероятности гидроударов. Минимальный уровень температуры, при котором возможно сжижение газа, называется критической температурой θ (тэта). В случаях, когда при критической температуре уровень давления превышает критическое давление П (пи), происходит сжижение газа. Различные газы имеют свои показатели критического давления и температуры. Например:

• Кислород О2. Уровень критической температуры -118,5 °C, уровень критического давления 50,6 бар.
• Водород H2. Уровень критической температуры -240,0 °C, уровень критического давления 13,0 бар.
• Воздух. Уровень критической температуры -140,7 °C, уровень критического давления 37,7 бар.

Сжатие газов до высокого давления используется в целях транспортировки газа. Кроме того, активация пневматических сервоприводов и питание пневматических приборов происходит за счет энергии, которая аккумулирована в сжатом воздухе. На химическом производстве сжатые до максимальных давлений газы применяются как исходные вещества в реакциях высокого давления (например, при получении аммиака из азота и водорода).

Термодинамика компрессорного процесса. Уравнение состояния газа

Физическое состояние порции газа, имеющей определенную массу (m) зависит от таких параметров как объем (V), давление (p) и температура (T). Если изменяется один из перечисленных параметров, изменениям подвергаются и все прочие параметры состояния. Например, при усилении сжатия (т.е. росте уровня давления), объем порции газа сокращается, а уровень температуры растет. Повышение температуры газа в процессе его сжатия происходит в результате того, что часть работы сжатия преобразуется в тепловую энергию. Законы изменения состояния газов описываются уравнением состояния газов:

В данном уравнении:

• p-давление;
• V-объем;
• m-масса;
• M-молярный вес;
• R-молярная газовая постоянная (R=8,314 Дж/(моль K));
• T-температура, K.

Газы, поведение которых соответствует данному уравнению, называются идеальными газами. Данная формула, также достаточно точно описывает поведение одно- и двухатомных газов (He, Ar, H2, N2, O2), при уровне давления около 20 бар. В данном случае, погрешность результата не превышает 1%.

Многоатомные газы (CO2, CH4, NH3) и одно- и двухатомные газы, при уровне давления более 20 бар, отклоняются от данного уравнения и называются реальными газами. Для того, чтобы уравнять отклонения, в уравнение состояние газов вводится коэффициент k:

Идеальные и реальные газы. Изохорный, изобарный, изотермический, политропный, адиабатический процессы

Для отслеживания изменения того или иного состояния, можно установить в качестве постоянной величины один из параметров. Таким образом, будет возможно определить взаимозависимость других величин состояния. Заданный постоянный параметр определяет вид процесса:

• Изотермический процесс (постоянная температура);
• Изобарный процесс (постоянное давление);
• Изохорный процесс (постоянный объем);
• Адиабатический процесс (отсутствие теплообмена с окружающей средой);
• Политропический процесс (общий вид термодинамического процесса, протекающий в компрессорах в зависимости от внешних и внутренних условий с показателем политропы n=1,15 ÷ 1,80).

Теория компрессорного процесса основана на термодинамике идеального газа, так как при работе компрессорных аппаратов осуществляется сжатие газа с изменением показателей его объема, температуры и давления:

Если давлением на выходе из компрессорной машины превышает уровень 10 МПа, необходимо использовать уравнение состояния реального газа:

здесь z – коэффициент сжимаемости газа, значения которого содержатся в справочной литературе.

Типы оборудования для транспортировки газа (компрессоры, вентиляторы, газодувки). Степень сжатия

Сжатие и транспортировка большого объема газа при давлении, которое отличается от показателя атмосферного, широко применяется в химической отрасли и смежных с нею областях. Машины, которые осуществляют сжатие газа, называются компрессорами. Степенью сжатия газа называют отношение конечного давления, которое нагнетает компрессор, к начальному давлению на всасывании:

c = p2/p1

В зависимости от показателя степени сжатия, компрессионные агрегаты делятся на следующие типы:

• Вентиляторы, которые транспортируют большие объемы газа при низких показателях давления (с < 1,15);
• Газодувки, которые перемещают значительные объемы газа в условиях существенных гидравлических сопротивлений системы транспортировки (1,15 < c < 3,0);

Для создания вакуума могут применяться любые типы компрессоров, но чаще всего используются поршневые и ротационные вакуум-насосы, которые по принципу действия схожи с компрессорами.

Классификация основных типов компрессоров

Компрессоры это агрегаты, в которых в процессе сжатия газа рабочая среда охлаждается. Степень сжатия в компрессорах превышает 3,5. Компрессоры используются для интенсификации различных процессов, а также в качестве отдельного оборудования в ряде отраслей.

В зависимости от нагнетаемого рабочего давления все компрессоры разделяются на следующие типы:

• Вакуумные машины, в которых уровень начального давления газа ниже атмосферного;
• Низкого давления, где конечный уровень давления газа находится в пределах от 0,115 до 1,0 МПа;
• Высокого давления, где конечное давление составляет от 10 до 100 МПа;
• Сверхвысокого давления, в которых уровень конечного давления превышает 100 МПа.

Уровень конечного давления может нагнетаться компрессором, оснащенным одной ступенью (одноступенчатый агрегат), либо компрессор может иметь несколько последовательно работающих ступеней (многоступенчатый компрессор).

По принципу сжатия газа компрессоры бывают объемного и динамического типа. Объемные компрессоры сжимают газ за счет периодического уменьшения его объема. Данный тип компрессоров подразделяется на следующие группы:

• Поршневые (свободно-поршневые, роторно-поршневые, с механизмом движения, с кривошипно-шатунным механизмом, с кулисным механизмом, с кулачковым механизмом);
• Мембранные;
• Роторные (пластинчатые, жидкостно-кольцевые, с катящимся ротором, винтовые, шестеренчатые, роторно-поршневые).

Динамические компрессоры сжимают газ посредством создания непрерывного ускорения в потоке газа. Согласно принципу действия такие компрессоры подразделяют на два типа:

• Турбокомпрессоры (радиальные: центростремительные и центробежные, осевые, диагональные, вихревые);
• Струйные.

Совершенствование компрессоров в области экономических показателей имеет большое значение в настоящее время. Основными параметры, характеризующими работу компрессоров являются производительность Q, начальное давление p1, конечное давление p2, степень сжатия c, а также мощность на валу компрессора Ne.

Общее описание объемных компрессоров, процесс сжатия газа

Объемные компрессоры сжимают газ за счет того, что периодически уменьшают его объем. Данный тип компрессоров подразделяется на три основные группы: поршневые, мембранные и роторные машины. Наиболее распространенными в данной группе являются поршневые и роторные агрегаты. Функционирование таких машин заключается во всасывании и вытеснении газа твердыми подвижными элементами механизма: поршнями, зубцами или пластинами, которые двигаются внутри цилиндров и корпусах специальных форм.

Общее описание поршневых компрессоров. Одноступенчатые и двухступенчатые. Вредное пространство

В соответствии с характером действия, поршневые компрессоры могут быть одинарного (или простого) действия и двойного действия. В агрегатах простого действия, за один ход поршня осуществляется одно всасывание или нагнетание. В компрессорах двойного действия, за один ход поршня осуществляется два всасывания или нагнетания.

По количеству ступеней сжатия поршневые компрессоры делятся на три типа: одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые. Ступенью сжатия принято называть часть компрессора, в которой газ сжимается до промежуточного или конечного давления.

Конструктивно, одноступенчатые компрессоры могут быть вертикальными или горизонтальными. Как правило, компрессоры с горизонтальной конструкцией являются машинами двойного действия, а компрессоры с вертикальной конструкцией относятся к агрегатам простого действия.

В одноступенчатом компрессоре простого действия с горизонтальным типом конструкции, поршень перемещается внутри цилиндра. Цилиндр оснащен крышкой, которая имеет всасывающий и нагнетательный клапаны. Поршень компрессора соединяется с шатуном и кривошипом. На валу кривошипа располагается маховик. В процессе хода поршня слева направо, в зоне между поршнем и цилиндром возникает разрежение. Разность давления в линии всасывания и цилиндре заставляет открываться клапан, в результате чего газ поступает в цилиндр. Когда поршень совершает обратное движение справа налево, всасывающий клапан закрывается, и газ в цилиндре сжимается до уровня давления p2. Далее, через клапан газ вытесняется в линию нагнетания. Цикл завершается и повторяется снова.

Одноступенчатый компрессор двойного действия оснащен четырьмя клапанами (двумя всасывающими и двумя нагнетательными). Такие машины устроены сложнее, но уровень производительности у них в два раза выше. В целях охлаждения цилиндр и крышки могут оснащаться водяными рубашками. Чтобы увеличить показатель производительности данные машины могут изготавливаться многоцилиндровыми конструкциями. Одноступенчатые компрессоры с вертикальным типом конструкции являются более производительными и быстроходными, чем горизонтальные. Кроме того, они занимают меньшую производственную площадь и более долговечны.

Двухступенчатые компрессоры с горизонтальным типом конструкции, как правило, оснащены одним цилиндром и ступенчатым или дифференциальным типом поршня. Газ подвергается сжатию в цилиндре левой стороной поршня, после чего проходит сквозь холодильник и подается в цилиндр с другой стороны, где сжимается до уровня p2.

Многоступенчатые конструкции оснащены цилиндрами, которые располагаются последовательно (система тандем) или параллельно (система компаунд). Существуют также оппозитные конструкции компрессоров, где поршни двигаются взаимно противоположно. Цилиндры в конструкциях данного типа располагаются по обе стороны вала.

Следует отметить, что реальный процесс сжатия газа в компрессоре отличается от теории. Так, между поршнем, когда он находится в крайнем положении и крышкой цилиндра есть некий свободный объем. Данный зазор носит название вредного пространства. В данном зазоре, по завершению нагнетания, сжатый газ расширяется при обратном ходе поршня. По этой причине всасывающий клапан открывается только после снижения уровня давления до уровня давлении на всасывании. Таким образом, поршень совершает холостое движение, что снижает производительность компрессора.

Общее описание и применение поршневой компрессорной установки

Поршневой компрессор извергает пульсирующий поток конденсата, который представляет собой газ, загрязненный остатками смазочного масла. Компрессорная установка оснащается рядом дополнительных устройств, которые способны сделать данный поток газа пригодным для употребления.

Технологическая схема двухступенчатой компрессорной установки.

Подсасываемый воздух проходит очистку в фильтре, после чего последовательно подается в ступени сжатия. Сжатый газ подвергается охлаждению, а конденсат, который выделяется из напорного трубопровода, осаждается. После этого, сжатый газ подается в котел с наддувом, который выступает как ресивер для пульсирующего потока газа. Обратный клапан не дает сжатому газу вернуться, в случае остановки компрессора.

Поршневые компрессорные установки широко используются во многих отраслях промышленности. Их функция состоит в подаче сжатого воздуха как источника энергии в технологических процессах. Так, сжатый воздух применяется для транспортировки сыпучих веществ, активации пневматических систем, в области производства стекла и пластиковой тары и т.п.

Общее описание и применение роторных компрессоров

В процессе вращения массивного ротора, газ захватывается в пространства между лопастями и перемещается от всасывающего патрубка к нагнетательному патрубку. После чего газ вытесняется в трубопровод. Вал роторного компрессора может соединяться с валом приводного двигателя через редуктор или без него. Благодаря этому установка отличается компактностью и небольшой массой.

В корпусе такого агрегата располагается ротор, оснащенный двумя лопатками. Перед запуском агрегата, его наполовину заполняют водой. По мере того, как ротор совершает вращательные движения, вода отбрасывается к периферии и образуется ровное водяное кольцо. В пространстве между лопатками ротора и водяным кольцом возникают ячейки, объем которых увеличивается во время первого оборота ротора и уменьшается во время второй половины. Патрубок засасывает газ, который затем сжимается компрессором. Поршень играет роль водяного кольца, при помощи которого меняется объем рабочих камер компрессора. Данный компрессор не способен нагнетать высокий уровень давления, поэтому данный тип машин часто применяют как вакуумный насос или газодувку.

Роторные компрессоры получили широкое применение в химической промышленности, а также в процессах дутья в некоторых металлургических печах.

Общее описание динамических компрессоров и их применение. Турбогазодувки, турбокомпрессоры, осевые компрессоры

К динамическим компрессорам принято относить такие агрегаты как центробежные, струйные и осевые машины.

Принцип действия центробежных компрессоров аналогичен центробежным насосным установкам. К данному типу относятся турбогазодувки, турбокомпрессоры и осевые компрессоры.

Турбогазодувки одноступенчатого типа относятся к разновидностям вентиляторов высокого давления и способны сжимать газ до 3·104 Па. Колесо, оснащенное лопатками, совершает вращательные движения внутри направляющего аппарата. Направляющий аппарат размещен внутри корпуса, выполненного в виде спирали. Кинетическая энергия газа преобразуется в потенциальную энергию давления, газ сжимается и выходит через патрубок.

Газодувки многоступенчатого типа оснащаются 3 или 4 колесами с лопатками, газ между ступенями охлаждению не подвергается. Благодаря тому, что диаметры колес одинаковы, а ширина снижается к каждому последующему колесу, газ сжимается без изменения числа оборотов вала и формы лопаток. Показатель степени сжатия газа варьируется в рамках 3-3,5.

Турбокомпрессоры (или центробежные компрессоры) имеют устройство схожее с турбогазодувками, но они способны создавать более высокую степень сжатия. Данный тип машин работает по динамическому принципу, т.е. они создают статическое давление посредством преобразования кинетической энергии в статическую энергию. Турбокомпрессоры оснащены большим числом колес, диаметр и ширина колеса уменьшается к каждому последующему. Довольно часто колеса располагаются в разных корпусах. В пределах одного корпуса, диаметр колес одинаковый, но ширина колес отличается. Промежуточные холодильники между корпусами охлаждают газ. Центробежные турбокомпрессоры способны нагнетать давление от 2,5 до 3,0 МПа. В зависимости от формы рабочего колеса, выделяют радиальные или осевые компрессоры.

Корпус осевого компрессора выполнен в форме цилиндрического патрубка. Внутри корпуса вращается рабочее колесо, которое оснащено лопатками. Воздух перемещается вдоль оси вала, что обеспечивает высокий КПД. Осевые компрессоры являются компактными конструкциями. Давление, которое они создают, не превышает 0,5-0,6 МПа.

Динамические компрессоры работают в составе двигателей самолетов и вертолетов, в составе систем нагнетающих воздух, системах вентиляции и перекачивания газа.

Общее описание и применение винтовых компрессоров

Винтовые компрессоры широко применяются для сжатия воздуха и газов под давлением не более 2 МП. К преимуществам винтовых компрессоров принято относить надежность, небольшую массу и габариты. Данные машины часто применяют на передвижных компрессорных станциях взамен поршневых. Показатель производительности таких станций не превышает 0,1 м3/с, давление в пределах 0,8 МПа. Винтовые компрессоры целесообразно применять для сжатия легких газов (гелий, водород и т.п.) вместо центробежных машин.

Общее описание и применения вакуумных насосов

Вакуумные насосы представляют собой машины для генерации вакуума, т.е. создания давления уровня ниже атмосферного. Принцип действия таких агрегатов основывается на том, что газ в резервуаре должен быть вытеснен.

Для генерации низкого вакуума от 101 300 Па до 133,3 Па, в качестве вакуумных насосов могут использоваться обычные компрессоры и воздуходувки. Данные агрегаты соединяются с откачиваемым резервуаром при помощи всасывающего патрубка. Чтобы откачать газ из больших емкостей, применяют:

• Вакуумные турбонасосы;
• Вакуумные винтовые насосы;
• Вакуумные поршневые насосы;
• Большие роторно-щелевые вакуумные насосы.

Чтобы откачать газ из небольших емкостей, применяют малые ротационно-щелевые вакуумные насосы.

Для генерации среднего вакуума (в области давления от 133,3 до 0,1333 Па) используются:

• Винтовые вакуумные насосы;
• Ротационно-щелевые вакуумные насосы;
• Молекулярные турбонасосы.

Вакуумные насосы широко используются в таких отраслях промышленности как производство алюминия, керамики, кирпича. В химической, электронной промышленности, микробиологии и других областях исследования.

Общее описание и применение вентиляторов

Вентиляторы используются для проветривания рабочих помещений или производственных зданий, т.е. в целях транспортировки воздуха между помещениями. Уровень давления подачи, которое генерируют вентиляторы, не превышает 10 000 Па. Вентиляторы оснащаются рабочим колесом, которое совершает вращательные движения. Различают осевые и радиальные (центробежные) вентиляторы в зависимости от направления потока воздуха.

Конструкция радиального вентилятора аналогична конструкции радиальной турбогазодувки.

Вентиляторы данного типа оснащаются рабочим колесом с лопастями, которые расположены по ходу движения или против него. Во всасывающем патрубке подсасывается воздух и ускоряется в радиальном направлении, после чего задерживается в спиральном коллекторе и вытесняется в вытяжной канал. Данный тип вентиляторов используется в случаях, когда необходимо прогонять большие объемы воздуха через несколько аппаратов (удаление дымовых газов в двигателях внутреннего сгорания, при подаче дутьевого воздуха в доменные печи).

Устройство осевого вентилятора.

Осевые (пропеллерные) вентиляторы при наличии небольшого напора могут перемещать большие объемы воздуха. Они имеют рабочее колесо, которое состоит из ступицы и сидящих на ней пропеллерных вентиляторов. В процессе вращения, они сообщают воздуху импульс в направлении рабочего колеса. Малогабаритные вентиляторы работают в составе производственных систем, настенные вентилируют здания.

Пример предложения на компрессор

• Компрессор
• манометры на всасе и нагнетании блока компрессора оснащены огнестойким шаровым клапаном
• Манометр на картере двигателя (масло)
• Одно реле давления (на всасывающей стороне компрессора) взрывобезопасного исполнения в соответствии с Европейской директивой ATEX: Ex II 2G EEx ed IIC T6, технологическое соединение ¼» NPT/F. Рабочее давление 30 бар изб.
• Электродвигатель взрывоопасного исполнения (одобрен CENELEC / EURONORM / ATEX) 40 л.с. — (30 кВт, 400/690 В, 50 Гц, 1500 об/мин, B3) клеммная коробка с 3 кабельными вводами со взрывобезопасными зажимами.  Модель EEx»d» раздел II BT 4 – защита IP55, класс изоляции F. Двигатель оснащен защитой PTC.
• Приводное колесо двигателя 300.5V Ø 300 мм с 5 пазами
• Антистатические клиновые ремни (5 шт.)
• Ограждение ремня в соответствии с нормами Европейского комитета
• каплеуловитель в соответствии с кодами CODAP / CE с двумя (2) реле электронного уровня (взрывобезопасного исполнения)  240 В, макс. нагрузка 5 A (одобрен CENELEC).  Реле низкого уровня как предварительное оповещение (со временем световое) и реле более высокого уровня для останова компрессора, если жидкость достигнет этого уровня. Объем каплеуловителя 42 л. Каплеуловитель оснащен манометром с огнестойким шаровым клапаном, предохранительным клапаном и дренажным клапаном.
• Фильтр грубой очистки (0.5 мм Ø 2″ 300 lbs) из нержавеющей стали
• 4-ходовой шаровой клапан (полнопроходной) Ø 2″, огнестойкий и антистатический, с фланцами 2″ 300 lbs
• перепускной клапан на нагнетательной линии 1-1/4″ x 2-1/2″ NPT, под давление 18 бар. Может разгрузить весь объем компрессора.
• Соединительный трубопровод
• Все эти элементы установлены на скиде из арматурной стали с 8 установочными отверстиями

• Два реле уровня жидкости в каплеуловителе , EExd IIC T6
• реле давления Eexd IIC T6 на всасывающей стороне компрессора (диапазон 0,8-6,0 бар)