Компрессор поршневой угловой двухступенчатый. Компрессор двухступенчатый
|
Технические характеристики компрессоров серии ZH 7000 - 26000:
|
Компрессоры Bitzer | Полугерметичные поршневые компрессоры, двухступенчатые
Позиций в категории: 0. Страница 0 из 0.
Двухступенчатые поршневые компрессоры Битцер
С учётом возросшего в последнее время интереса к энергосберегающим технологиям в малом промышленном и, главным образом, в коммерческом холоде, обусловленного перспективами вступления России в ВТО, специалисты холодильных компаний проявляют всё больше внимания к двухступенчатым компрессорам, а также к установкам двухступенчатого сжатия.
 |
| Рис. 1. Модельный ряд двуступенчатых компрессоров и тандемов Битцер |
Модельный ряд двухступенчатых компрессоров Битцер с объёмной производительностью от 19,7 до 202,2 м3/час включает в себя 3 модели четырёхцилиндровых, 4 модели шестицилиндровых компрессоров, а также 4 модели двухступенчатых тандем-компрессоров. Практически на базе каждой двухступенчатой модели на различных заводах группы компаний Битцер производятся компрессорно-конденсаторные и компрессорно-ресиверные агрегаты.
 |
| Рис. 2 Вид двухступенчатого компрессора Битцер с переохладителем |
Конструкция и принцип работы двухступенчатого компрессора наглядно показаны на продольном и поперечном разрезах, изображённых на рис. 3 и 4. Рассмотрим последовательность продвижения всасываемого и нагнетаемого газа в корпусе такого компрессора.
 |
| Рис. 3. Поперечный разрез двухступенчатого поршневого компрессора |
 |
| Рис. 4. Продольный разрез двухступенчатого поршневого компрессора |
Главная особенность конструкции двухступенчатого компрессора, ужесточающая требование не допускать на всасывание жидкую составляющую хладагента или масло, это то, что всасывание в таком компрессоре производится не через электромотор, а через клапанную доску в случае четырёхцилиндрового компрессора или две доски в случае шестицилиндрового. На рисунках 3 и 4 направление всасываемого пара показано синими стрелками, а полости всасывания в головках блоков цилиндров выполняющих первый цикл сжатия обозначены "LP". Полости нагнетания в этих головках, обозначенные "МР", соединены перепускным коллектором с моторным отсеком и картером компрессора, в котором находится пар, сжатый до промежуточного давления. То, что в картере компрессора находится хладагент под давлением выше атмосферного, следует иметь в виду, например, при необходимости заменить масло в компрессоре.
В двухступенчатых компрессорах стандартной комплектации для охлаждения пара, сжатого до промежуточного давления в первой ступени, непосредственно в перепускной коллектор осуществляется впуск через ТРВ холодных паров хладагента или импульсный впрыск жидкого хладагента R22 через клапан системы "CIC". В двухступенчатых компрессорах с переохладителем в перепускной коллектор подаётся холодный пар из теплообменника переохладителя.
Из моторного отсека уже охлаждённый пар подаётся в головку блока цилиндров второй ступени сжатия, полость нагнетания в которой обозначена на рисунках "НР". На крышке этой головки находится запорный вентиль нагнетания.
Суммарный описанный объём всех цилиндров первой ступени примерно в 1,6…2 раза больше суммарного описанного объёма всех цилиндров второй ступени. В четырёхцилиндровых компрессорах это достигается соответствующим соотношением диаметров цилиндров первой и второй ступени, а в шестицилиндровых это соотношение достигается тем, что для первой ступени сжатия используется четыре цилиндра, а для второй - два.
Конструкция серийных двухступенчатых компрессоров Битцер не предусматривает установку на них ни клапанов предпусковой разгрузки "SU" ни клапанов-регуляторов производительности "CR". Снижение пусковых токов обеспечивается последовательным включением мотора с разделёнными обмотками "PW", которыми оснащаются все двухступенчатые компрессоры Битцер.
У крупных европейских холодильных компаний есть положительный опыт применения частотных инверторов, например, производимых немецкой фирмой "KIMO Kaltetechnik HKL" (www.frigokimo.com) для регулирования производительности двухступенчатых компрессоров Битцер. Частотный инвертор изменяет частоту вращения ротора электродвигателя компрессора, регулируя тем самым его производительность. Сегодня такой способ регулирования производительности считается самым передовым. Частотный инвертор обеспечивает плавный пуск и останов компрессора, а также регулирование его производительности в широком диапазоне частот. Такое регулирование предусматривает без существенного уменьшения значений СОР (эффективности) и CosFI как снижение производительности компрессора, так и её увеличение до 25% от номинального значения. Возможность увеличения производительности компрессора выше его номинального значения практически без ухудшения эффективности делает применение частотного инвертора сегодня всё более и более привлекательным, несмотря на довольно высокую его стоимость.
Применение двухступенчатых компрессоров в низкотемпературных морозильных установках будет тем более эффективно, чем дороже будет становиться электроэнергия. Преимущества двухступенчатого сжатия в низкотемпературных установках наглядно можно увидеть, изобразив такие циклы разным цветом на p-h-диаграмме (см. рис. 5). На диаграмме хорошо видно, что работа одноступенчатого компрессора на очень низких температурах кипения, на R22 в особенности (цикл изображён красной линией), определяет значительный рост температуры нагнетания. Высокая температура нагнетания при неблагоприятных условиях может выйти за рамки допустимого значения даже при нормально функционирующей системе впрыска жидкого хладагента "CIC" для охлаждения головок цилиндров компрессора. Кроме того, следует иметь в виду, что функционирование системы "CIC" приводит к небольшому снижению холодильного коэффициента СОР.
Разделение полного цикла сжатия на две ступени с промежуточным охлаждением (циклы изображены синими линиями) существенно уменьшает величину работы сжатия компрессора и не позволяет значениям температуры нагнетания выходить за рамки допустимых пределов нормального функционирования.
 |
Рис.5. p-h-диаграмма |
На диаграмме хорошо видны изотермы, в которые "упираются" правые верхние углы циклов при одноступенчатом и двухступенчатом сжатии. Также на диаграмме наглядно показана возможность увеличения холодопроизводительности в двухступенчатом цикле сжатия за счёт переохлаждения сконденсированного хладагента, что вместе с сокращением величины работы сжатия повышает общую эффективность цикла, следовательно, определяет более высокий СОР двухступенчатого компрессора.
В качестве переохладителей используются пластинчатые теплообменники, которые вместе с подводящими трубопроводами, электромагнитными клапанами и ТРВ или системой "CIC" впрыска жидкого хладагента R22 размещаются непосредственно на корпусе двухступенчатых компрессоров на заводе-изготовителе.
 |
Рис. 6. Фото тандема |
Сегодня холодильные компании всё больше используют в своих низкотемпературных установках двухступенчатые компрессоры и тандем-компрессоры вместо более дешёвых одноступенчатых. Возрастающий интерес определяется желанием заказчиков уменьшить эксплуатационные расходы при многолетней эксплуатации надёжного низкотемпературного холодильного оборудования.
Энергетические эффективности работы одноступенчатого и двухступенчатого компрессоров можно сравнить, проведя расчёты по программе подбора оборудования Bitzer Software 4.2.1 и сравнив значения холодильного коэффициента СОР в одной рабочей точке: to = -45 oC, tc = 35 oC, Δ toh = 10K двух компрессоров Битцер, работающих на R22:
Одноступенчатый компрессор 6F-40.2-40P с системой "CIC" в данной точке выдаёт:
Qo = 9,35 kW, Pe = 10,89 kW, COP= 0,86.
Двухступенчатый компрессор S6J-16.2-40P с переохладителем в данной точке выдаёт:
Qo = 10,22 kW, Pe = 8,36 kW, COP = 1,22.
Результаты расчёта наглядно демонстрируют значительно более высокую эксплуатационную эффективность двухступенчатого компрессора, а, следовательно, значительно более низкие эксплуатационные затраты по сравнению с одноступенчатым компрессором. Это, безусловно, делает его, рассчитанное на десятилетия применение в низкотемпературных морозильных установках экономически более оправданным в свете ожидаемого неуклонного роста стоимости электроэнергии в нашей стране. Экономические обозреватели предсказывают значительный рост цен на отечественные энергоресурсы до среднеевропейских цен, который должен начаться сразу после ожидаемого в ближайшем будущем вступления России в ВТО. Следовательно, эксплуатирующим организациям уже сегодня следует подумать об эксплуатационной эффективности холодильного оборудования, закупка и установка которого планируется в ближайшей перспективе.
 |
Рис. 7. Область применения двухступенчатых поршневых компрессоров Битцер |
Применение в установках с двухступенчатыми компрессорами HFC хладагентов R404A, R507A и R410A позволяет также достичь очень низких температур кипения до -70 oC (см. рис. 7). Ограничения по температуре конденсации установок, работающих на таких низких температурах кипения, обеспечиваются применением в них конденсаторов водяного охлаждения. Достижение таких низких температур кипения необходимо в специальных небольших климатических испытательных холодильных установках, которые используются в медицине, в приборостроении, в авиационно-космической промышленности, в ВПК и на других производствах. Холодильный коэффициент СОР такой установки в этой рабочей точке не высокий, но стоимость её значительно ниже более эффективной двухкаскадной низкотемпературной морозильной установки.
Сегодня в Центре исследований и новых разработок компании Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH в Роттенбурге разрабатываются поршневые компрессоры новой конструкции. На смену выпускаемых в настоящее время четырёх и шестицилиндровых поршневых компрессоров классического дизайна "Поколение .2" серий В5 и В6 разрабатываются компрессоры новой конструкции концепции "Octagon" с той же объёмной производительностью. Аналогичные разработки ведутся и для двухступенчатых компрессоров.
Ранее были опубликованы материалы о холодильной установке, специально разработанной специалистами Битцер, для рефрижераторных контейнеров фирмы "MAERSK". Для этой установки был разработан двухступенчатый компрессор новой конструкции концепции "Octagon", который по холодопроизводительности превосходил серийный одноступенчатый компрессор на 25 %. Среднее потребление энергии на типичный цикл нагрузки было на 30 % меньше того же показателя для одноступенчатого серийного компрессора. Работающий на хладагенте R134a двухступенчатый компрессор Битцер S4CC-5.2Y оснащается переохладителем и частотным инвертором фирмой "Danfoss" для регулирования производительности. Конструкция этого компрессора предусматривает при необходимости отключение первой ступени сжатия и перевод его на одноступенчатый режим работы. Корпус компрессора S4CC-5.2Y изготавливается не из чугуна, а из лёгкого алюминиево-магниевого сплава со стальными гильзами в цилиндрах. На сегодня такими установками оснащено свыше 1500 рефконтейнеров "MAERSK".
 |
| Рис. 8. Фото S4CC-5.2Y в рефконтейнере |
Получить достоверные данные по производительности двухступенчатых компрессоров и агрегатов на их базе можно из официальных проспектов Битцер KP-150-4-rus Semi-hermetic reciprocating compressors 2-stage и KP-250-3 Air-cooled condensing units with 2-stage semi-hermetic reciprocating compressors, а также по результатам расчётов по новой версии программы по подбору оборудования BITZER Software.
В инструкции по эксплуатации двухступенчатых компрессоров Битцер KB-150-3 Reciprocating compressors - supplement "2-stage" приведены схемы компоновки основных узлов: ТРВ, системы "CIC", теплообменников переохладителей, а также даны указания по настройке ТРВ различных типов и производительностей. Технические специалисты компании Битцер готовы дать инженерам холодильных компаний все необходимые консультации по компоновке, настройке и эксплуатации установок с двухступенчатыми компрессорами.
Данная информация взята с источника www.bitzer.ru
zip-24.com
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно компрессоростроению. Достигается обеспечение производительности компрессора равной 6 м3/мин и конечного давления равного 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг. Компрессор поршневой угловой двухступенчатый содержит цилиндры первой и второй ступеней (4, 5). При этом цилиндр первой ступени (4) размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени (5) размещен в горизонтальном ряду. Кроме того:
- диаметр цилиндра первой ступени (4) составляет 250 мм;
- диаметр цилиндра второй ступени (5) составляет 125 мм.
7 з.п., 1 илл.
Область техники.
Заявляемая полезная модель относится к области машиностроения, а именно компрессоростроению. Заявляемый компрессор поршневой угловой двухступенчатый предназначен для сжатия газов, предпочтительно воздуха или водорода до давления 1,8 МПа.
Предшествующий уровень техники.
Известен компрессор поршневой двухступенчатый двухрядный с прямоугольным расположением цилиндров содержащий базу, цилиндровую группу, поршневую группу, рабочие клапаны, межступенчатый теплообменник и концевой теплообменник. При этом компрессор выполнен с возможностью работы при начальном давлении в пределах 0,84-1,07 МПа, его производительность равна 47,5-52,5 м3/мин, а конечное давление составляет 0,78 МПа. При этом диаметр цилиндра первой ступени равен 602 мм, а диаметр цилиндра второй ступени равен 352 мм (патент РФ на полезную модель 
121013, МПК F04B 25/00, 2012, [1]).
Недостатком аналога [1] является его высокая объемная производительность, обусловленная большими рабочими объемами цилиндров. Если вышеуказанный компрессор в зависимости от технологического процесса и от характера пневмоприемников необходимо использовать при сниженном воздухопотреблении, то уменьшение производительности возможно при уменьшении количества оборотов коленчатого вала. Однако в этом случае увеличивается поршневое усилие на шток. Кроме того при наличии системы смазки механизма движения, непосредственно связанной с коленчатым валом, уменьшение числа оборотов коленчатого вала ограничено количеством смазки, подаваемой маслонасосом в каналы коленчатого вала. При недостаточной частоте вращения коленчатого вала маслонасос подает недостаточное количество смазки, что приводит к быстрому износу шатунных шеек. При этом вышеуказанный аналог [1] обладает большими габаритными размерами и металлоемкостью.
Раскрытие полезной модели.
Технической задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является устранение недостатков аналога [1], а именно - снижение габаритных размеров и снижение производительности компрессора до 6 м3/мин.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемой полезной моделью является снижение производительности компрессора до 6 м3/мин и повышение конечного давления до 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг.
Сущность полезной модели состоит в том, что компрессор поршневой угловой двухступенчатый содержит цилиндры первой и второй ступеней. При этом цилиндр первой ступени размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени размещен в горизонтальном ряду. Кроме того:
- диаметр цилиндра первой ступени составляет 250 мм;
- диаметр цилиндра второй ступени составляет 125 мм.
На входе газа в компрессор может быть размещен всасывающий фильтр.
Компрессор преимущественно содержит межступенчатый и концевой газоохладители. При этом на газоохладителях размещены предохранительные клапаны.
Компрессор преимущественно содержит систему смазки механизма движения и систему смазки цилиндров и сальников.
Компрессор преимущественно содержит систему охлаждения.
Компрессор предпочтительно содержит силовой привод, выполненный в виде электродвигателя, ротор которого насажен на коленчатый вал компрессора. При этом частота вращения ротора электродвигателя предпочтительно равна 750 об/мин.
Компрессор предпочтительно выполнен с возможностью работы при атмосферном начальном давлении или начальном давлении равном 0,01-0,04 кгс/см2.
Краткое описание чертежей.
На фигуре показана схема компрессора поршневого углового двухступенчатого.
Осуществление полезной модели.
Компрессор поршневой угловой двухступенчатый (фиг.) выполнен с возможностью работы при атмосферном начальном давлении или начальном давлении равном 0,01-0,04 кгс/см2 и содержит силовой привод (не показано), базу, цилиндры первой и второй ступеней (4, 5), поршни первой и второй ступеней (6, 7), всасывающие и нагнетательные клапаны, межступенчатый газоохладитель (8), концевой газоохладитель (9), систему охлаждения, систему смазки механизма движения, систему смазки цилиндров и сальников и шкаф управления.
Силовой привод предназначен для привода компрессора и выполнен в виде электродвигателя, ротор которого насажен на вал компрессора. Частота вращения ротора электродвигателя предпочтительно равна 750 об/мин.
База компрессора содержит станину (не показано), коленчатый вал (1), шатуны (2) и крейцкопфы (3). Частота вращения коленчатого вала составляет 735 об/мин.
Цилиндр первой ступени (4) размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени (5) размещен в горизонтальном ряду. Цилиндры первой и второй ступеней (4, 5) выполнены двойного действия. Каждый из цилиндров (4, 5) содержит вход и выход газа, полости всасывания и нагнетания, водяные полости, рабочую полость и окна для всасывающих и нагнетательных клапанов. С целью обеспечения производительности компрессора равной 6 м3/мин и конечного давления равного 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг диаметры цилиндров (4, 5) равны следующим величинам, без учета технологических допусков:
D1=250 мм, D2=125 мм,
где D1 - диаметр цилиндра первой ступени;
D2 - диаметр цилиндра второй ступени.
Поршень первой ступени (6) и поршень второй ступени (7) предназначены для изменения рабочих объемов цилиндров (4, 5) и передачи энергии к сжимаемому газу.
Всасывающие клапаны (не показано) предназначены для того, чтобы пропускать газ в рабочие полости цилиндров первой и второй ступеней (4, 5) в определенные периоды времени, и не пропускать его в обратном направлении в течении остального рабочего цикла. Нагнетательные клапаны (не показано) предназначены для того, чтобы пропускать газ из рабочих полостей цилиндров (4, 5) в полости нагнетания и не пропускать его из полостей нагнетания в рабочие полости.
Межступенчатый газоохладитель первой ступени (8) предназначен для охлаждения газа между первой и второй ступенями сжатия. Вход межступенчатого газоохладителя (8) соединен с выходом газа цилиндра первой ступени (4), а выход газа газоохладителя (8) соединен со входом газа цилиндра второй ступени (5).
Концевой газоохладитель (9) предназначен для охлаждения газа после второй ступени сжатия. Вход концевого газоохладителя (9) соединен с выходом газа цилиндра второй ступени (5). На межступенчатом (8) и концевом (9) газоохладителях размещены предохранительные клапаны.
Система охлаждения компрессора выполнена жидкостной, циркулирующей и предназначена для отвода выделяющейся при сжатии газа теплоты от цилиндров (4, 5), межступенчатого (8) и концевого (9) газоохладителей компрессора.
Смазка компрессора осуществляется двумя независимыми системами: циркуляционной системой смазки механизмов движения и системой смазки цилиндров и сальников.
Система смазки цилиндров и сальников (не показано) выполнена принудительной, дозированной от станции смазочной многоотводной.
Система смазки механизма движения (не показано) предназначена для смазки трущихся поверхностей механизма движения, а именно коленчатого вала (1), шатунов (2) и крейцкопфов (3). Вышеупомянутая система смазки выполнена циркуляционной, от шестеренного насоса.
Шкаф управления (не показано) предназначен для управления работой компрессора.
Примеры конкретного выполнения.
Пример 1. На входе газа в компрессор размещен всасывающий фильтр.
Пример 2. Электродвигатель выполнен асинхронным марки АВ2-101-8, или марки АВ2-101-8, или марки М4Т5-П.
Реализация конструктивных элементов заявляемой полезной модели не ограничивается приведенными выше примерами.
Описание работы.
Газ, преимущественно воздух или водород, поступает через всасывающий фильтр в первую ступень компрессора с температурой - 25-40°С. Из первой ступени компрессора газ с более высоким давлением и температурой поступает в межступенчатый газоохладитель (8), где происходит охлаждение газа. С выхода межступенчатого газоохладителя (8) охлажденный газ поступает во вторую ступень сжатия, где сжимается до конечного давления. Затем газ охлаждается в концевом газоохладителе (9) до температуры 40-60°С и поступает к потребителю.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом компрессоре поршневом угловом двухступенчатом заявляемый технический результат: «снижение производительности компрессора до 6 м3 /мин и повышение конечного давления до 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг» достигается за счет того, что компрессор поршневой угловой двухступенчатый содержит цилиндры первой и второй ступеней. При этом цилиндр первой ступени и размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени размещен в горизонтальном ряду. Кроме того:
- диаметр цилиндра первой ступени составляет 250 мм;
- диаметр цилиндра второй ступени составляет 125 мм.
Известно, что производительность поршневого компрессора обусловлена рабочим объемом цилиндра, числом ходов поршня в единицу времени или числом оборотов вала привода n0 и коэффициентом подачи 
(Кузнецов Ю.В., Кузнецов М.Ю. Сжатый воздух. Екатеринбург: УрОРАН, 2007). Автором экспериментально установлено, что с целью обеспечения производительности компрессора равной 6 м3 /мин и повышения конечного давления до 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг диаметры цилиндров (4, 5) должны составлять следующие величины без учета технологических допусков: D1=250 мм и D2=125 мм. Снижение поршневого усилия на шток позволило изменить базу аналога [1], на базу, которая рассчитана на меньшее поршневое усилие, что решило задачу снижения габаритных размеров компрессора. Вышеуказанная производительность может обеспечиваться и при больших диаметрах цилиндров (4, 5). Однако в таком случае происходит интенсивный рост нагрузок практически на все элементы компрессора, так как в этом случае большие перепады давления действуют на большие площади. При этом поршневое усилие на шток становится более 3000 кг. В таком случае, для обеспечения прочности необходимо усиливать элементы компрессора или сохранять старую базу. Однако это приводит к увеличению его габаритных размеров и металлоемкости. При размерах диаметров цилиндров (4, 5) менее установленных автором, для обеспечения производительности 6 м3/мин, необходимо увеличение оборотов коленчатого вала. Однако в этом случае возрастают силы инерции и соответственно растут поршневые силы, действующие на коленчатый вал (1), шатуны (2), штоки поршней и другие узлы. Это в свою очередь приводит к необходимости сохранения базы или повышения прочности вышеупомянутых узлов на которые действуют поршневые силы. Кроме того при увеличении числа оборотов коленчатого вала также быстрее изнашиваются трущиеся рабочие поверхности поршней и цилиндров, снижается эффективность всасывающих и нагнетательных клапанов. Таким образом размеры диаметров цилиндров (4, 5) D1=250 мм и D2 =125 mm являются оптимальными для обеспечения производительности компрессора равной 6 м3/мин и конечного давления равного 1,8 МПа при поршневом усилии на шток не более 3000 кг.
Промышленная применимость.
Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленного компрессора поршневого углового двухступенчатого, испытания которого подтвердили достижение технического результата.
Заявляемая полезная модель реализована с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлена на машиностроительном предприятии и найдет широкое применение в химической, угольной и горнодобывающей промышленности, областях добычи, переработки, транспортировки и сбыта нефтяных и газовых продуктов.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Патент РФ на полезную модель 121013, МПК F04B 25/00, опубл. 2012 г.
1. Компрессор поршневой угловой двухступенчатый, содержащий цилиндры первой и второй ступеней, при этом цилиндр первой ступени размещен в вертикальном ряду, а цилиндр второй ступени размещен в горизонтальном ряду, отличающийся тем, что диаметр цилиндра первой ступени составляет 250 мм; диаметр цилиндра второй ступени составляет 125 мм.
2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что на входе газа в компрессор размещен всасывающий фильтр.
3. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что содержит межступенчатый и концевой газоохладители.
4. Компрессор по п.3, отличающийся тем, что на газоохладителях размещены предохранительные клапаны.
5. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что содержит систему смазки механизма движения и систему смазки цилиндров и сальников.
6. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что содержит систему охлаждения.
7. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что содержит силовой привод, выполненный в виде электродвигателя, ротор которого насажен на коленчатый вал компрессора, при этом частота вращения ротора электродвигателя предпочтительно равна 750 об/мин.
8. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что выполнен с возможностью работы при атмосферном начальном давлении или начальном давлении, равном 0,01-0,04 кгс/см2.
poleznayamodel.ru
