Мембранный vs Поршневой. Какой компрессор выбрать? Компрессор мембранный


Общая информация | Мембранные компрессоры

 

На Рис. 1 представлена общепринятая упрощенная классификация компрессоров.

 

Упрощенная классификация компрессоров

Рис.1. Упрощенная классификация компрессоров

 

В данной статье мы коснемся мембранных компрессоров, как представителей класса машин объемного действия.

 

Понятие «компрессор объемного действия возвратно-поступательный» означает, что сжатие рабочего газа в нем происходит посредством уменьшения объема камеры сжатия при возвратно-поступательном движении рабочего органа. Такое движение обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (далее – КШМ), являющимся неотъемлемой частью всех компрессоров данного типа

 

В мембранных компрессорах в качестве рабочего органа выступает металлическая или полимерная мембрана, выполняющая колебательные движения. Причем усилие к мембране может прикладываться как непосредственно от КШМ, так и при помощи гидравлического привода.

 

Схематично устройство компрессора с непосредственным приводом мембраны от КШМ показано далее на Рис. 2.

Компрессор с непосредственным приводом мембраны

Рис. 2. Компрессор с непосредственным приводом мембраны

 

Как видите, в такой конструкции компрессора нет ничего сложного.

 

Вращательное движение приводного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение штока, жестко связанного с гибкой мембраной.

 

В результате колебаний мембраны объем камеры сжатия сначала увеличивается – порция газа попадает в камеру через впускной клапан, а затем уменьшается – сжатый газ через выпускной клапан подается на выход компрессора.

 

Но даже из такой, казалось бы, простейшей схемы становится очевидным главное отличие мембранных компрессоров от компрессоров поршневых – камера сжатия герметично отделена от картера компрессора.

 

Отсюда следуют два основных преимущества мембранных компрессоров:

 

  • отсутствие вероятности загрязнения маслом сжимаемого газа;
  • полное отсутствие утечек сжимаемого газа через поршневые кольца и сальники привода.

 

Именно поэтому мембранные компрессоры очень часто используются там, где предъявляются жесткие требования к чистоте сжимаемых газов, а также при работе с взрывоопасными или высокотоксичными газами.

 

Следует отметить, что компрессоры с непосредственным приводом мембран в настоящее время используются редко и при невысоких давлениях. Слабое место таких компрессоров – соединение штока с мембраной.

 

Гораздо более привлекательной является конструкция компрессора с гидравлическим приводом мембраны. В таких компрессорах колебательные движения мембране передаются также от КШМ, который оканчивается не током, а поршнем гидравлического цилиндра. И давление на мембрану передается не в центральной точке, а по всей ее поверхности через слой гидравлической жидкости (наиболее часто используется масло).

 

Такая конструкция компрессора, несомненно, является более сложной – в нее включены дополнительные компоненты, о которых мы поговорим позднее. Но именно такой способ передачи движения мембране позволяет значительно увеличить надежность и долговечность агрегата с одной стороны и работать с высокими и сверхвысокими давлениями – с другой.

 

Остановимся на конструкции мембранного компрессора с гидравлическим приводом подробнее.

 

Принцип работы гидравлического привода становится понятен из простой схемы:

 

Простая схема гидравлического привода мембранного компрессора

Рис. 3. Простая схема гидравлического привода мембранного компрессора

 

Возвратно-поступательные движения поршню передаются через КШМ. В свою очередь, поршень через слой гидравлической жидкости воздействует на мембрану, заставляя ее совершать колебательные движения.

 

При движении поршня вправо (по Рис. 3) мембрана прогибается в том же направлении и прилегает к распределительному диску. Газовая полость в это время заполняется газом через всасывающий клапан. При движении поршня влево гидравлическая жидкость через отверстия в распределительном диске воздействует на всю поверхность мембраны, заставляя ее выгибаться в сторону крышки и сжимать газ, который, в конце цикла, через нагнетательный клапан подается на выход компрессора.

 

Таков общий принцип действия гидравлического привода мембранного компрессора.

 

Пневматическая схема типичного мембранного компрессора выглядит следующим образом:

Пневматическая схема мембранного компрессора

Рис. 4. Пневматическая схема мембранного компрессора

 

На рисунке можно заметить наличие нескольких, пока еще не знакомых нам устройств. Это перепускной клапан ПК, невозвратный клапан НК и компенсационный насос КН.

 

Здесь мы кратко остановимся на их назначении. Для этого рассмотрим работу мембранного блока более подробно.

 

Мембранный блок с внешними компонентами

Рис. 5. Мембранный блок с внешними компонентами

 

Каким образом регулируется конечное давление на выходе мембранного компрессора? 

 

Дело в том, что объем масла, вытесняемый поршнем в гидравлическую полость несколько больше, чем объем газовой полости (см. Рис. 3). Поэтому, как только мембрана достигнет внутренней вогнутой поверхности крышки, давление масла в гидравлической полости резко возрастает (ведь масло, как и любая жидкость, сжимается очень незначительно). Возникает необходимость «сбросить» излишки масла из гидравлической полости.

 

Для этого и служит перепускной клапан. Он открывается при строго определенном (регулируемом) давлении на его входе и сбрасывает остатки масла в картер компрессора. Таким образом, настроив давление открытия перепускного клапана, мы тем самым определяем, до какого максимального давления может быть сжат газ в газовой полости мембранного блока.

 

Но если в каждой фазе сжатия часть масла будет удаляться из гидравлической полости, его количество будет достаточно быстро уменьшаться (а ведь есть еще утечки масла через поршневые кольца). И, в конечном итоге, оно станет недостаточным для создания необходимого давления сжатия газа. Для решения данной проблемы в компрессоре предусмотрен компенсационный насос. Он небольшими, но точно рассчитанными при проектировании компрессора порциями возвращает масло в гидравлическую полость в конце каждой фазы всасывания (когда давление в полости минимально).

 

А невозвратный клапан предотвращает воздействие высокого давления во время фазы сжатия на выход компенсационного насоса. Как видите, все достаточно просто.

 

О чем еще хотелось бы упомянуть в этой, своего рода, вступительной статье?

 

О том, что для работы с высокими давлениями мембранные компрессоры, та же, как и поршневые, требуют многоступенчатого сжатия. Конструкция современных мембранных компрессоров позволяет организовать в пределах одного агрегата до четырех ступеней сжатия.

 

Каким образом это организуется?

 

Не секрет, что при многоступенчатом сжатии каждая следующая ступень должна работать «в противофазе» с предыдущей. Т.е. фаза сжатия первой ступени должна совпадать с фазой всасывания второй, а фаза сжатия второй – с фазой всасывания третьей. Ступени при этом располагаются так, как показано ниже.

 

Компоновка двухступенчатого компрессора

Рис. 6. Компоновка двухступенчатого компрессора

 

Здесь все понятно – поршни гидравлического привода работают «в противофазе».

 

С трех- и четырехступенчатыми компрессорами дело обстоит несколько иначе.

 

Компоновка трехступенчатого компрессора

Рис. 7. Компоновка трехступенчатого компрессора

 

Компоновка четырехступенчатого компрессора

Рис. 8. Компоновка четырехступенчатого компрессора

 

В этом случае поршень меньшей по порядковому номеру ступени является поршнем «двойного» действия, т.е. нагнетает масло поочередно в гидравлические полости при «прямом» и «обратном» ходе. А поршень большей по порядковому номеру ступени выполняет запирающую функцию – на дает маслу вернуться в картер на «обратном» ходе.

 

Вот как это выглядит на практике применительно ко 2-ой и 3-ей ступеням:

 

Конструкция гидравлического привода многоступенчатого компрессора

Рис. 9. Конструкция гидравлического привода многоступенчатого компрессора

 

На этом, пожалуй, можно завершить ознакомительную статью о мембранных компрессорах. Подробнее о деталях их конструкции мы поговорим в следующих публикациях.

 

Прокомментировать эту запись или задать вопрос вы можете в форме ниже. Мы ответим в течение одного-двух рабочих дней.

 

С уважением,

Константин Широких

Вернуться в раздел Полезная информация

4000bar.ru

Мембранный компрессор

Главное применение компрессоров данного типа – в технологических установках предприятий тонкой химии, фармацевтических и нефтехимических предприятий, то есть там, где требуется абсолютно чистый, без малейших следов масла и других загрязняющих веществ технологический газ или воздух, кроме О2. Мембранный компрессор – это компрессор объемного типа сжатия. Основной спецификой мембранных компрессоров является возможность получать высокое давление при низкой производительности. Принципы действия мембранного компрессора схожи с поршневым.

Компрессорное обжатие такого вида по схеме выглядит так: либо поршень гидропривода обеспечивает давление столба жидкости на гибкую металлическую мембрану, либо мембрана связана непосредственно с кривошипно-шатунным механизмом. Мембрана поступательно перемещается и уменьшает объём рабочей камеры. Соответственно, газ, находящийся в рабочей камере, сжимается.

Мембраны изготавливаются из материалов, способных выдержать много циклов нагрузки. Для большей надёжности применяются многослойные мембраны. Наиболее широкое применение получили мембранные модели с гидроприводом. Благодаря такой конструкции мембранный (диафрагменный) компрессор имеет ряд преимуществ:

  • несмотря на компактную конструкцию, способствует достичь необходимого давления газа;
  • дает гарантию полному отсутствию мехпримесей в газе;
  • обеспечивает охрану окружающей среды от вероятных небезвредных отбросов ввиду гарантированного отсутствия утечек газа;
  • система аварийной защиты обеспечивает остановку компрессора при возникновении риска деформации преграды;
  • несложность использования и технического обслуживания. Обслуживание требует только регулярной замены мембран оператором.

Атомная энергетика, химическая, нефтехимическая  и другие промышленности используют мембранные компрессоры. Применяемые в комплексе с компрессором установки очистки и осушки газа позволяют получать газ с чистотой 99,9%. Подача его под давлением требуется при проведении исследований в науке и в медицине.

Мембранные компрессоры, как правило, имеют несколько модификаций. Каждая из них подразумевает эксплуатацию оборудования в определенных условиях, а также специфические характеристики сжимаемой среды. Примечательно, что мембранные компрессоры отличаются от своих устаревших предшественников не только модификациями, но взаимозаменяемостью деталей, рабочих узлов.

FBC Comp - копия FBC Compressor - копия

Применяются только статические уплотнения, гарантирующие практически полное отсутствие утечек. Эта конструкция имеет ряд следующих преимуществ:— мембранные компрессоры герметичны по отношению к внешней среде. Вся газовая камера компрессора имеет металлические, статичные (неподвижные)уплотнения. Без особых усилий достигается степень утечек 10-4 мбар л/с, а при применении специальных модификаций — 10-8 мбар л/с. Эти незначительные утечки делают возможным применение мембранных компрессоров в т.н. «горячих» зонах в атомных станциях, с их помощью возможно также сжатие высокотоксичных газов.— поскольку в мембранных компрессорах нет смазочных веществ в рабочей камере, т.е. не происходит контакта между сжимаемым газом и маслом, процесс очистки сжимаемого газа от масла не нужен. Возможно сжатие до высоких давлений критических газов, таких как, например, кислород или хлор.— в противоположность другим принципам сжатия не происходит истирание поршневых колец и сальников. Подача газа и устройства буферизации не требуются. Газ на выходе компрессора имеет ту же чистоту, с которой он был подан на сжатие и может без дальнейшей подготовки быть использован как, например, воздух для дыхания, как диффузант в производстве полупроводников или водород при производстве топливных элементов.— Среда контактирует только с металлическими деталями. В зависимости от требований и типа газа могут применяться различные материалы. При правильном выборе материала достигается высокая коррозионная устойчивость и, следовательно, долгий срок службы деталей, контактирующих с газом. Применяемые материалы варьируются от нормальной углеродистой стали и нержавеющей стали до высоколегированных специальных материалов, таких как «хастелой».

КОНСТРУКЦИЯ. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ.

Мембрана зажата по периметру крышкой мембраны и фланцем с перфорированной плитой и при помощи двигателя колебательно прогибается. Как следствие этого пространственного прогиба газовая камера между мембраной и крышкой мембраны циклически уменьшается и увеличивается. С началом увеличения газовой камеры, газ поступает из всасывающего трубопровода через встроенный в крышку мембранывсасывающий клапан, а во время уменьшения объема газовой камеры выталкивается в газовый пневмопровод через напорный клапан, также встроенный в крышку мембраны.Необходимое для прогибания мембраны давление масла достигается с помощью кривошипно-шатунного механизма и возвратно-поступательного движения поршня. Рабочий объем цилиндра этого поршня приблизительно соответствует рабочему объему головки мембраны. Возможность использовать крейцкопф кривошипно-шатунного механизма одновременно как поршень снижает стоимость изготовления мембранного компрессора. Однако, радиальные силы, возникающие во время движения кривошипа, уменьшают срок службы уплотнений. Для компрессоров, работающих в ответственных производственных циклах, применение без резервирования такой конструкции не допустимо.Во время нагнетательного хода поршень толкает масло через перфорированную плиту в мембранную головку и затем, при возвращении, откачивает его обратно. При подаче мембрана прогибается к выпуклой стороне мембранной крышки. Обратный ход поршня тянет мембрану к вогнутой плоскости перфорированной плиты.

11 compressor_03

 

Для технологически простых решений — работы с атмосферным воздухом применяется, как правило, компрессор высокого давления.

specialcompressor.com

Мембранные компрессоры

 

Многие технические специалисты могут столкнуться с одинаковыми задачами при выборе мембранного компрессора.

 

Это могут быть задачи, связанные:

 

  • с жесткими ограничениями по параметрам компрессора со стороны технологического процесса
  • специальными требованиями по конструкции
  • специальными требованиями по документации или комплектующим
  • «военной приемкой» и другими процедурами по сертификации

 

Также бывают ситуации, когда установленный и отработавший свой ресурс мембранный компрессор нужно заменить, но он уже не выпускается…

 

Однако при поиске необходимого оборудования обнаруживается, что выбора практически нет.

 

До сих пор в России сохранилось лишь пара заводов-изготовителей, которые выпускают мембранные компрессоры. Модельный ряд, выпускаемый этими предприятиями, сильно «заточен» для военных нужд и имеет ряд ограничений по техническим параметрам.

 

Более того, при покупке этой продукции каждому клиенту приходится что-то «доделывать самому» и устанавливать дополнительное оборудование.

 

А сделаешь что-то не так, то лишишься гарантии…

 

Иностранные же производители представлены лишь рядом коммерческих компаний, которые занимаются перепродажей оборудования. 

 

В этом случае поджидают другие неприятности…

 

Техническая документация, предоставляемая с комплектом поставки, полностью не соответствует нашим нормативным документам.

 

Как правило, отсутствуют паспорта на оборудование в соответствии с требованиями основных федеральных законов.

Все элементы КИПиА (манометры и т.д.) поставляются без первичной поверки и паспортов. Часто используются элементы КИПиА, которые вообще не внесены в реестр средств измерений.

 

И, наконец, эксплуатационная документация очень скудна и напоминает инструкцию к «домашнему холодильнику».

 

Порой бывает даже смешно, когда берешь инструкцию по эксплуатации для водородного компрессора, на титульном листе которой указано, что компрессор предназначен для сжатия водорода. А далее по тексту везде написано, что компрессор предназначен для сжатия взрывобезопасных инертных газов.

 

Если еще вспомнить, что ошибки в инструкциях, установочных чертежах и электросхемах встречаются практически на каждой странице, то такое оборудование невозможно правильно смонтировать и подключить к коммуникациям.

 

И еще хуже обстоят дела с последующей эксплуатацией…

 

За последние 8 лет мы накопили большой опыт в работе с подобным оборудованием, и в 2014 году было запущено наше собственное производство мембранных компрессоров модельного ряда Ковинт КСВД-М в России. 

 

Какие компрессоры мы выпускаем?

 

Мы специализируемся на проектировании и производстве безмасляных мембранных компрессоров для сжатия практически любых газов.

 

Ниже краткий перечень сжимаемых газов:

 

Воздух | Азот | Аргон | Ксенон | Криптон | Био-газ | Углекислый газ | Угарный газ

Гелий | Гелий-3 | Кислородно-гелиевая смесь (Гелиокс)

Водород | Хлористый водород (хлороводород) | Фтористый водород

Метан | Пропан | Природный газ

Кислород 

 

и другие по отдельному запросу (полный перечень сжимаемых газов на этой странице Перечень сжимаемых газов).

 

С каталогом мембранных компрессоров (или компрессорных станций) можно ознакомиться в разделе Компрессоры Ковинт КСВД-М.

 

Модельный ряд состоит из одно и двухступенчатых мембранных блоков и предназначен для сжатия технических газов с атмосферного давления до 4000 бар изб.

 

Примеры исполнения вы можете увидеть фотографиях ниже.  

 

Двухступенчатый компрессор для сжатия инертных газов:

 

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

 

Одноступенчатый компрессор:

 

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

 

Компрессоры для сжатия взрывоопасных газов (Водород, Метан и т.д.):

 

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

 

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

Компрессор мембранный Ковинт КСВД-М

 

Хочу также отметить, что на данный момент наше производство заключается в узловой сборке. Мы не «льем» корпуса и мембранные блоки, мы не производим электродвигатели и т.д.

 

Основа наших мембранных компрессоров — это мембранные блоки ведущих мировых производителей (более подробно об изготовителе читайте в разделе Полезная информация).

 

В некоторых случаях можно также сказать, что мы доводим «до ума» существующее оборудование. Т.е. самостоятельно разрабатываем рамы, системы управления и автоматики, системы охлаждения и другие элементы конструкции.

 

Кто-то может сразу возразить:

 

Что же это за производство, которое не делает самостоятельно мембранные блоки сжатия или другие элементы?

 

Отвечу так:

 

На мой взгляд, современное производство компрессоров и вспомогательного оборудования — это везде «отверточная» или крупно-узловая сборка.

 

Нет никакого смысла «добывать руду в шахте», потом получать металл и заниматься литьем деталей в рамках производства компрессоров на одном предприятии.

 

Необходимость использования специального обрабатывающего оборудования, необходимость привлечения персонала и т.д. просто приведет к увеличению штата сотрудников, и, соответственно, к увеличению себестоимости продукции.

 

Каждое предприятие должно заниматься своим делом. Если есть компании, которые занимаются отливкой деталей, то проще разработать конструкцию необходимой детали и заказать ее на стороне.

 

Кстати, по такой схеме работает весь мир.

 

Абсолютно все производители, где мы были (а это Германия, Италия, Великобритания, Китай и т.д.), занимается именно сборкой. Далеко не каждый производитель имеет хотя бы сверлильный или токарно-фрезерный станок…

 

Очень часто используются только координатно-измерительные машины для проверки поступающих деталей, трубогибы, подъемно-транспортное оборудование и различные инструменты для сборки компрессоров высокого давления.

 

Могу также сказать, что в штате заводов-изготовителей нет электриков по сборке панелей/щитов управления. Все панели и электрические щиты собираются под заказ на стороне.

 

Все литье (картеры, валы, цилиндры и т.д.) поступают из Китая или Индии. На самих заводах производится только окончательная сборка и тестирование оборудования. 

 

Также мы разрабатываем конструкторскую и эксплуатационную документацию в соответствии с действующими нормативами. 

 

Ну и, естественно, устанавливаем манометры и другие элементы КИПиА, которые удовлетворяют требованиям федеральных законов.

 

Мембранные компрессоры Ковинт КСВД-М изготавливаются под заказ по индивидуальным требованиям. Конструкция и расположение узлов всасывания/нагнетания газа, узлов входа/выхода охлаждающей воды, расположение панели управления и другие вопросы согласовываются в течение первых 2-х месяцев после размещения заказа на производстве.

 

Всё это позволяет нашим клиентам получить оборудование, которое полностью соответствует техническим требованиям и нормативным документам. А значит, упрощается процесс ввода оборудования в эксплуатацию и дальнейшее его использование.

 

В завершение могу сказать, что на все оборудование предоставляется гарантия от 12 до 36 месяцев. Мы обеспечиваем полное гарантийное и сервисное обслуживание поставляемого оборудования.

 

На этом все.

 

Вы можете отправить заявку на подбор компрессора, перейдя в раздел контакты.

 

Отправить заявку

 

С уважением,

Константин Широких

 

4000bar.ru

Ремонт компрессоров | Мембранный компрессор

 

Мембранный компрессор по своему устройству и принципу действия должен быть отнесен к поршневым компрессорам, т. е. к машинам объемного типа. Сжатие газа в этих компрессорах происходит в результате уменьшения объема камеры сжатия вследствие поступательного движения поршня. В данном случае поршнем является круглая гибкая мембрана, зажатая по периметру между крышкой и цилиндром и приводимая в колебательное движение.

 Применяются мембранные компрессоры двух типов: с приводом гибкой мембраны непосредственно от кривошипно-шатунного механизма и с гидроприводом. В этом случае прогиб металлической мембраны вызывается возвратно-поступательным движением столба жидкости, на который воздействует через криво шипно-шатунный механизм поршень гидропривода.

На рис. 1 показан мембранный компрессор первого типа. Мембрана 1 из эластичного материала прикреплена в центре к штоку 2, имеющему возвратно-поступательное движение от эксцентрика 3, сидящего на коренном валу компрессора. Мембрана защемлена по периферии так, что между ней и крышкой образована герметичная полость сжатия, полностью изолированная от механизма движения.

Смазочное масло из картера может попасть в камеру сжатия только в случае разрушения гибкой мембраны.

Сжимаемая среда (воздух, газ) поступает в камеру сжатия через всасывающий клапан 4; сжатый газ выходит черезнагнета тельный клапан 5; оба клапана размещены в чугунной крышке цилиндра, снабженной для охлаждения ребрами. Блок-картер машины 6 также чугунный с расточками для опорных подшипников вала.

Такие мембранные компрессоры используют для сжатия малых количеств газа до невысокого давления. Мембраны изготовляют из материалов, допускающих большое число циклов нагружения при относительно больших прогибах, например, из прорезиненной ткани или просто резины.

Жесткая связь мембраны со штоком позволяет допускать довольно высокую угловую скорость вращения вала (примерно до 100 рад/сек). Конечное давление, создаваемое такими машинами, зависит от прочности материала мембран; обычно оно не превышает

0,15 Мн/м3 (1,5 кГ/ см).

Мембранные компрессоры второй группы представляют большой интерес и находят применение в промышленности и в лабораторных условиях. На рис. 2 показан вертикальный одноступенчатый компрессор МК 20.12-200  такого типа.                             

Основным рабочим узлом, выполняющим роль цилиндра, этого компрессора является  мембранный блок. Он состоитиз ограничительного 1 и распределительного 2 дисков, между которыми защемлена по периферии мембрана 3,

а также корпуса 4 с гидравлическим цилиндром 5. Внутренние поверхности ограничительного и распределительного дисков имеют одинаковые вогнутые профили,  вследствие чего между  ними образуется замкнутая полость.

Мембрана разделяет эту полость на две части. Наружная часть полости сообщается через всасы­вающий 6 и  нагнетательный 7 клапаны  с соответствующими газовыми коммуникациями,   а    внутренняя часть через равномерно распределенные отверстия распределительного диска — с гидравлическим цилиндром. Внутренняя часть полости и гидравлический цилиндр заполнены жидкостью.

            При работе гидропривода (во многих конструкциях поршневого типа с кривошипно-шатунным механизмом движения) мембране сообщается колебательное движение, при этом она прогибается в обе стороны от плоскости ее заделки. Объем, заключенный между профилированными поверхностями ограничительного и распределительного дисков, несколько превышает рабочий объем гидравлического цилиндра. Поэтому, если в конце процесса нагнетания мембрана плотно прижимается к профилированной поверхности ограничительного диска, то в конце процесса всасывания она не доходит до поверхности распределительного диска.                                                                                      

Смещение движения мембраны относительно плоскости ее заделки вызывается дополнительным поступлением жидкости в течение всего хода всасывания поршня гидропривода от компенсационного насоса 8, восполняющего утечки из гидравлической системы. Его производительность больше величины утечек, вследствие чего  мембрана  достигает  профилированной   поверхности ограничительного диска несколько раньше, чем поршень гидравлического привода приходит в в. м. т.

При дальнейшем движении поршня до конца его хода избыток жидкости отводится из гидравлической полости блока через специальный перепускной клапан, так называемый ограничитель давления    который открывается   при   давлении,   превышающем давление нагнетания. Этим достигается плотное прилегание мембраны к профилированной поверхности ограничительного диска и полное вытеснение газа из камеры сжатия в нагнетательный канал.              

Таким образом, при работе компрессора мембрана полностью изолирует сжимаемый газ от внешней среды и от жидкости гидропривода. Она нагружена со стороны ограничительного диска давлением газа, а со стороны вала — давлением жидкости. Вели чина этих давлений непрерывно меняется, но в течение всего периода движения мембраны поддерживается некоторая минимальная их разность, необходимая для преодоления внутренних упругих сил мембраны. Слабая зависимость предельного по прочности состояния мембраны от величины давления нагнетаемого газа позволяет применять относительно тонкие мембраны даже в ступенях высокого давления.

При невысоких скоростях вращения мембранные компрессоры обычно приводятся в движение через клиноременную передачу от электродвигателей, поэтому на одном из концов коленчатого вала закрепляют маховик-шкив 9.

Интенсивное охлаждение сжимаемого газа вследствие относительно больших поверхностей мембраны и массы металла блока, а также весьма низкие величины относительного мертвого пространства позволяют достигать высоких отношений давлений в од ной ступени. Например, для достижения давления 100 Мн/м2 достаточно всего трех ступеней сжатия.

Для усиления охлаждения и повышения этим производительности машины в полости под распределительным диском часто располагают змеевик, охлаждаемый водой.

Мембранный блок крепится болтами к фланцу жидкостного цилиндра; при этом должно обеспечиваться плотное соединение между ограничительным и распределительным дисками и мембраной без каких-либо прокладок.

Металлические мембраны работают в пределах упругих де формаций, их долговечность относительно невелика (500—1500 ч), что относится к недостаткам этих компрессоров.

При разрушении мембраны рабочая жидкость может попасть в сжимаемый газ. Во избежание этого и для повышения надежности работы машины применяют многослойные мембраны.

            Долговечность мембраны в значительной мере определяется правильно выбранным профилем вогнутых поверхностей ограничительного диска и величиной максимального прогиба.    Профилированная поверхность должна обеспечивать не только снижение максимальных напряжений в мембране во время работы компрессора, но также и создавать условия минимального мертвого объема в камере сжатия и высокий коэффициент подачи. Кроме того, правильно выбранный профиль влияет на величину давления жидкости,  необходимого для прогиба мембраны.

Учитывая малое значение компрессоров с непосредственным приводом мембран, в дальнейшем рассматриваются только машины с металлическими мембранами, приводимыми в движение посредством гидравлического привода.

 

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЕ РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОДАЧИ

Сжатие газа мембранным компрессором принципиально не отличается от сжатия его поршневым компрессором и в координатах PV (давление — объем) может быть выражено индикаторной диаграммой  (рис.  3).

      

Особенностями сжатия в данном случае является большее влияние охлаждения газа через мембрану и стенки блока, что снижает показатель политропы сжатия, и относительно большее влияние мертвого пространства вследствие значительно меньших абсолютных величин камер сжатия, что влечет за собой понижение коэффициента подачи.

Так же, как и в обычном поршневом, в мембранном компрессоре для достижения значительных давлений применяется многоступенчатое сжатие. Газ после первой ступени поступает в промежуточный холодильник, затем сжимается в мембранном блоке второй ступени, охлаждается и т. д., но число ступеней у мембранных компрессоров обычно не превышает трех.

Термодинамические процессы сжатия в отдельных цилиндрах носят одинаковый характер, поэтому многоступенчатый компрессор можно рассматривать как несколько одноступенчатых компрессоров, работающих последовательно. Полная работа сжатия в цилиндре идеального компрессора. Применительно к условиям сжатия в мембранном компрессоре уравнение принимает вид уравнения политропическои работы

где   п — показатель политропы сжатия; Рг— конечное давление; р1__ начальное давление;

Vi — объем  газовой полости блока в  конце процесса вса­сывания. Конечная температура сжатия в ступени

где T1 — начальная температура  газа в °К.

    В действительном мембранном компрессоре процессы сжатия отличаются от сжатия в идеальном компрессоре вследствие потерь от:

а)           обратного расширения газа из мертвого пространства;

б)           дросселирования и перетекания газа через клапаны в мембранном блоке;

в)           подогрева газа вследствие соприкосновения его со стенками мембранного блока и смешения с газом, оставшимся в мертвом пространстве;

г)           колебания давления газа во всасывающем трубопроводе и патрубках компрессора.

Мертвое пространство в мембранном блоке состоит так же, как и в поршневых компрессорах, из двух частей: из объема газа, остающегося после нагнетания в гнездах клапанов, и из объема газа, остающегося между мембраной и ограничивающей поверхностью диска.

Однако вторая составляющая в нашем случае заметно отличается от такой же составляющей мертвого пространства в поршневом компрессоре, где этот объем определяется так называемым линейным мертвым пространством, заранее заданным конструктором и замеренным при сборке машины.

В мембранном компрессоре стремятся получить максимально возможное прилегание мембраны к ограничительному диску. Для улучшения прилегания на поверхности ограничительного диска делают радиальные канавки для вытеснения сжатого воздуха к нагнетательному клапану (рис.4), но в них тоже остается газ.

При недостаточном давлении жидкости полного касания мембраны с ограничительным диском не будет. При ходе всасывания неполное использование прогиба мембраны вследствие того, что между мембраной и распределительным диском остается слой жидкости нельзя относить к объемным потерям.

К качеству мембран предъявляют очень жесткие требования, однако, несмотря на это, они всегда имеют разнотолщинность, коробоватость, а также внешние пороки поверхности, что увели чивает объем газа, остающегося между мембраной и профилированной поверхностью.

Если первая составляющая мертвого пространства довольно точно учитывается при проектировании новой машины, то при определении  второй   составляющей приходится использовать

опытные значения коэффициента подачи.

Величина относительного мертвого пространства

С =  V0 / V оп 100%,

где V0 — объем мертвого пространства; Von — описанный объем, в мембранных     компрессорах играет более    значительную роль, чем   в  поршневых. Так же, как и у поршневых компрессоров. при определении   размеров   действительного   мембранного    компрессора объемные потери  учитываются  коэффициентом  подачи

     λ = Vk / Vh ,

где VK — действительный объем в единицу времени, подаваемый в нагнетательный трубопровод, отнесенный к условиям всасывания; Vh — максимально   возможный   описанный   мембраной   геометрический объем в то же время. Всасывание  газа в действительном  компрессоре начинается лишь после расширения оставшегося сжатого газа в мертвом пространстве.  

Мембрана при этом прогибается в обратную сторону под влиянием разности давлений газа и жидкости, возникающей вследствие движения поршня. Мембрана должна оставаться все время прижатой к поверхности жидкости. Нельзя допускать попадания под мембрану воздуха,  который  при всасывании может расшириться при неподвижной мембране.

            Коэффициент подачи поршневых компрессоров выражается формулой         λ = λоб  λдр    λп   λпл

где  λоб -объемный  коэффициент;

     λдр  - коэффициент дросселирования;

λп    - коэффициент подогрева; 

λпл - коэффициент плотности.

Анализируя частные коэффициенты,  нетрудно заметить, что

наибольшее влияние на вели чину λ, оказывает объемный коэффициент λоб. Этот коэффициент лучше других частных коэффициентов поддается экспериментальному определению.

В основе расчета мембранных компрессоров лежит теоретическая индикаторная диаграмма камеры сжатия с учетом мертвого пространства (рис. 5). Процессы всасывания и нагнетания протекают при постоянных давлениях Р1и Р2. Потери давления при этих процессах считаются постоянными в течение   всего   хода   всасывания или нагнетания,  

 

т.   е.     Р1 = Р1— ∆Р1    и    Р2 = Р2 + ∆Р2,

где    P1 — давление газа во всасывающем патрубке;

∆Р1 — потери  давления   при  всасывании;

Р2 — давление в нагнетательном  патрубке; ∆Р2 — потери давления при нагнетании.

Кривые расширения и сжатия (3—4 и 1—2) заменяют условными политропами с такими постоянными показателями т и п, при которых площадь теоретической индикаторной диаграммы близка к действительной.

Необходимо стремится свести к минимальным потери давления ∆Р1 при всасывании и ∆Р2 при нагнетании, величина которых зависит, главным образом, от потерь в клапанах. Как уже отмечалось, мертвое пространство в мембранном блоке оказывает большое влияние на форму и площадь индикаторной диаграммы (см. величину SM на рис. 5). Влияние объема мертвого пространства учитывается объемным коэффициентом

λоб   =  S1 / S  = V1 /  Von

где S1 и S — приведенные величины хода поршня,  пропорцио­нальные объемам  V1 и  Von.

Если бы не было мертвого пространства, то всасывание газа начиналось бы в точке 4'. Вследствие присутствия сжатого газа в мертвом пространстве (отрезок 3—3') происходит его расширение по кривой 3—4, и ход всасывания уменьшается на отрезок S2

S2 = SV - S0

Сжатие происходит по политропе 1—2 и нагнетание по изобаре 2—3.

При политропическом расширении газ, находящийся в мертвом пространстве (в точке 5), занимает в точке 4 объем

где   т — показатель политропы расширения; V4 — объем в точке 4  V0 — объем  мертвого  пространства.

Тогда объемный  коэффициент 

Объем газа, расширившегося из мертвого пространства в при­веденных  величинах хода  поршня

где   C = S0 / S = V0 / Vоп  — величина относительного  мертвого пространства. Из этого уравнения видно, что с увеличением отношения давлений P2 / P1  и   величины 

C - объемный    коэффициент   уменьшается.

Если      то 'λоб = 0, т. е.  компрессор  не будет  всасывать газ при недопустимо высоких отношениях P2 / P1 и  величине относительного мертвого пространства.  

Точка 4 в этом случае совмещается  с точкой  1. В поршневых компрессорах предельное отношение давлений

 

Газовые клапаны мембранных компрессоров

К клапанам мембранных компрессоров предъявляются те же требования, что и к клапанам поршневых, а именно плотность в закрытом состоянии, своевременность открытия и закрытия, малое сопротивление протеканию газа, износостойкость, прочность и малый объем мертвого пространства.

Однако специфические условия работы мембранного компрессора (повышенное отношение давлений нагнетания и всасывания

в одной ступени и отсутствие смазочного масла в рабочем газе) определяют первостепенное значение для работы машины малого объема мертвого пространства и износостойкости газовых клапа нов. Этими качествами в наибольшей степени обладают дисковые пластинчатые клапаны и пластинчатые клапаны с круглой или сферической пластиной.

Клапаны первого типа обычно применяют для ступеней низ кого давления (до 1,5 Мн/м2) и относительно большой производи тельности и выполняют либо с пластинчатыми пружинами (рис. 51), либо с пластиной, неподвижно защемленной в центре, — по типу клапанов фирмы Гербигер (рис. 52).

Дисковые клапаны выполняют с однопроходным или много проходным седлом и с пластиной в виде диска, снабженного ду говыми окнами для прохода газа. Седла таких клапанов и огра ничители подъема имеют форму концентричных колец, соеди ненных радиальными ребрами. Ограничитель подъема крепится к седлу шпилькой и корончатой гайкой.

стальной кованый, гильза цилиндра бронзовая, запрессована в расточку рюмки.

Двухступенчатые компрессоры выполняют V-образными или горизонтальными. На рис. 68 показан V-образный двухступенча тый компрессор фирмы Корблен.

Дожимающие компрессоры сверхвысокого давления в боль шинстве случаев выполняют вертикальными. На рис. 69 показан дожимающий компрессор на избыточное давление 100 Мн/м2 (1000 кГ/см3) фирмы Корблен.

Рис. 68. Двухступенчатый компрессор с V-образным расположением цилиндров

Мембранные компрессоры горизонтального типа имеют ряд конструктивных преимуществ, из которых главное наибольшая компактность. На рис. 70 показан в разрезе двухступенчатый мембранный компрессор МК-20/200 производительностью 5,6 дм3/сек (20 м3/ч), давлением 20 Мн/м2(200 кГ/см2) для сжатия нейтральных газов, а на рис. 71 — внешний вид этого компрессора. Газ в мембранном блоке I ступени сжимается до 1,3 Мн/м2 (1ЗкГ/см2) и, пройдя через промежуточный холодильник, поступает в блок II ступени, где сжимается до 20 Мн/м2(200 кГ/см2). Характерной особенностью этого компрессора является расположение электродвигателя на картере.   При   небольших   размерах   мембран   горизонтальные компрессоры  зарекомендовали себя в эксплуатации с  хорошей стороны.

 

 

На рис. 72 показан горизонтальный двухступенчатый компрессор фирмы HOFER (Хофер) (производства Германии) на давление 15 Мн/м2(150 кГ/см2) и производительностью 7,2 дм3/сек (26 м3/ч), а на рис. 73 — двух ступенчатый дожимающий компрессор. Обе машины отличаются от ранее описанных размещением мембранных блоков.

 

                                                              Рис. 72. Двухступенчатый компрессор фирмы Хофер (HOFER)

 

Рис.   73.   Дожимающий   двухступенчатый   компрессор фирмы   Хофер (Hofer)

 

    Из приведенных примеров видно, что горизонтальные компрес­соры имеют малую высоту и удобны в обслуживании. Однако влия­ние силы тяжести  жидкости на движение мембран,   характерное для горизонтального компрессора, ограничивает их применение; они используются только при относительно небольших размерах мембран.     

В связи с растущей потребностью в компрессорах без смазки повышенной производительности за последние годы разработаны оригинальные конструкции компрессоров, в которых в качестве последней ступени применен мембранный блок, а также мембранные компрессоры с неметаллическими мембранами, позволяющими значительно увеличить рабочий объем.  

    На рис. 74 показан одноступенчатый циркуляционный газовый мембранный компрессор на избыточное давление 8 Мн/м2(80 кГ/см2) той же фирмы.

                                                          Рис. 74. Циркуляционный компрессор на избыточное давление 8 Мн/м2

     На рис. 75 показаны в разрезе две ступени мембранных блоков, работающих на давление 4,0 Мн/м2(40 кГ/см2), мембраны которых при водятся от одного диф ференциального пор шня.

Как видно из рис. 75, под распределительны ми дисками установлены змеевики, охлаждаемые водой. Для увеличения жесткости диска в цен тре имеется кольцевая опора.

Рис. 75. Мембранный блок с дифференциальным поршнем

    На рис. 76 показан в разрезе одноступенча тый мембранный ком прессор МК—3,5/38 про изводительностью около 1 дм3/сек(3,5м3/ч), а на рис. 77 внешний— вид этого компрессора. Он использовался в качестве циркуля ционного. Отличительной особенностью конструкции является механизм движения кулисного типа; это позволило отказаться от крейцкопфа и сократить длину машины. Расположение двига теля на картере компрессора позволило создать очень компакт ный агрегат. Компрессор предназначен для работы в замкнутой системе при переменном давлении всасывания от 0,1 до 2,5 Мн/м2 (избыточном) при максимальном отношении давления всасывания к давлению нагнетания, не превышающем 1,5. Он может быть использован в качестве одноступенчатого, при этом следует проверить массу маховика.

                                                                              Рис. 76. Циркуляционный компрессор МК-3,5/38

                                                                     Рис. 77. Общий вид компрессора МК-3,5/38зрез)

 

 

                                                             Рис. 78. Мембранно-поршневои компрессор

На рис. 78 показан комбинированный угловой компрессор фирмы Корблен производительностью 33 дм3/сек (120 м3/ч) давлением 35 Мн/м2(350 кГ/см2).

I и II ступени компрессора компонуются в вертикальном ряду. Они выполнены поршневыми с уплотнениями поршней и што ков из композиции на основе тефлона. III ступень горизонтальная, представляет собой - мембранный компрессор с гидроприводом.

На рис. 79 показан двухступенчатый компрессор, мембраны которого выполнены из специальной термо- и маслостойкой резины, обладающей высокими упругими свойствами [15]. Компрессор рассчитан на отношение давлений, равное 26. Высокая эластичность резины позволила довести отношение диаметра мембран к прогибу до 10, что резко увеличило производительность компрессора.

 

ЭКСПЛУАТАЦИЯ МЕМБРАННЫХ  КОМПРЕССОРОВ

 

Современные мембранные компрессоры хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации, но, как показывает опыт, они требуют более квалифицированного обслуживания, чем поршневые компрессоры.

Наиболее уязвимой деталью мембранного блока является мембрана. При попадании твердых частиц в газовую полость блока происходит быстрое разрушение мембран. Поэтому одним из первейших требований к эксплуатации является поддержание чистоты сжимаемого газа и рабочей жидкости. Только при полном отсутствии каких-либо загрязнений, влаги и посторонних частиц в рабочем газе и жидкости гидропривода можно обеспечить надежную работу машины. Важным является также своевременная замена мембран, газовых клапанов и ограничителей давления, проработавших гарантийный срок, который обычно определяется на основании результатов испытаний головных образцов машины. Послед нее обстоятельство имеет особенно большое значение потому, что у мембранных компрессоров долговечность этих узлов относительно невелика, особенно в ступенях высокого давления.

Как показывают испытания и опыт эксплуатации, в отечественных мембранных компрессорах усталостное разрушение мембраны наступает в ступенях низкого давления — через 1000— 1200 ч (24.106—29-106 циклов), а высокого давления через 250— 300 ч. Значительного повышения долговечности мембран не удалось достигнуть также и зарубежным фирмам. Например, при испытании импортного двухступенчатого компрессора A4CV-250 фирмы Корблен, рассчитанного на давление нагнетания 24,5 Мн/м2(250 кГ/см2), долговечность работы мембран II ступени оказалась не более 400—450 я (9.106—10.106 циклов).

Образование трещин в мембране почти всегда начинается на тех ее участках, которые накладываются на отверстия и канавки профилированной поверхности (рис. 80). Мембрана, прижимаясь перепадом давлений к профилированной поверхности ограничительного диска, получает возможность дополнительного прогиба в зоне каждого отверстия и канавки. На этих участках мембраны возникают местные напряжения, которые, видимо, являются основной причиной разрушения.

В этом отношении весьма показателен тот факт, что при многослойных мембранах в большинстве случаев первой разрушается мембрана, соприкасающаяся с газом местные напряжения в которой достигают наибольших значений' Недостаточна долговечность и газовых клапанов. В ступенях высокого давления через 250—300 ч работы машины герметичность клапанов резко снижается, что вызывает падение производительности. Причиной этого является износ запорных органов клапанов и направляющих ограничителей подъема, в которых перемещается пластина. Этот недостаток работы клапанов, вообще говоря, характерен для всех компрессоров без смазки цилиндров, но для мембранных, отличающихся относительно малой производительностью и высокими значениями отношения давлений в ступенях, негерметичность клапанов сказывается на снижении производительности в большей степени.

                                       Рис. 80. Усталостное разрушение мембраны

    Справедливость этого положения подтверждается, например, результатами уже упомянутых испытаний компрессора фирмы Корблен. В начальный период работы компрессора с идеально притертыми и уплотненными газовыми клапанами его основные показатели составляли: производительность, приведенная к условиям всасывания, 7,72 дм3/сек; мощность на валу 10,5 квт. Через 200 ч работы производительность понизилась до 6,55 дм3/сек, т. е. более чем на 15%, а мощность до 10,4 квт. Отмечавшееся при этом возрастание промежуточного давления (от 1,075 до 1,345 Мн/м2) указывало на то, что причиной снижения производительности компрессора явилось ухудшение работы клапанов II ступени. Аналогичные результаты были получены и при испытании других компрессоров высокого давления.

Долговечность ограничителей давления хотя и значительно выше чем мембран и газовых клапанов, однако в ступенях высокого давления обычно не превышает 800—1000 ч. Основной причиной выхода из строя ограничителей является износ седла и клапана, вследствие чего увеличивается перетечка жидкости через ограничитель на всем ходе сжатия и нагнетания газа. Когда эта перетечка становится больше подачи компенсационного насоса, взаимодействие узлов гидравлической системы расстраивается. Из-за недостатка жидкости в полости гидропривода нельзя обеспечить плотное прижатие мембран к профилированной поверхности ограничительного диска, что приводит к резкому падению производительности компрессора. По этой же причине при обратном ходе поршня гидропривода увеличивается прогиб мембран в сторону распределительного диска и уменьшается толщина жидкостной «подушки», на которую ложатся мембраны при нормальной работе   компрессора.

Дальнейшее увеличение перетечки через ограничитель вызывает еще большее опорожнение жидкостной полости и в конце-концов приводит к соприкосновению мембран с распределительным диском и к разрыву столба жидкости. Это явление обычно сопровождается резкими ударами мембран о распределительный диск, вследствие которых на мембранах образуются глубокие вмятины в местах соприкосновения с отверстиями распределительного диска.

Замена мембран связана с необходимостью разборки мембранного блока — операцией довольно трудоемкой и приводящей к большой потере времени. Это вынуждает во многих производствах, характеризующихся непрерывностью и длительностью технологических процессов, идти на 100%-ное резервирование машин, что удорожает производство и создает для эксплуатации ряд дополнительных трудностей. Поэтому первоочередной задачей повышения надежности мембранных компрессоров является увеличение долговечности мембран.

Одной из серьезных аварий мембранных компрессоров является разрыв корпуса-рюмки под действием повышенного давления рабочей жидкости в гидроприводе вследствие заклинивания клапана ограничителя давления или неправильной его настройки. Если он будет отрегулирован неправильно, то возникнет очень большое давление в цилиндре. Наиболее характерным примером является первоначальное заполнение рабочей жидкостью полости гидропривода. Если полость гидропривода заполняется жидкостью при помощи ручного насоса, то можно допустить, что мембрана про гнется в сторону ограничительного диска (и произойдет даже полное прилегание мембраны к профилированной поверхности) еще до пуска машины в ход.

Поэтому перед пуском необходимо провернуть вал компрессора вручную на несколько оборотов, чем обеспечить постепенное удаление излишней жидкости из блока. Если этого не сделать, то при резком движении поршня гидропривода клапан-ограничитель давления может не успеть во-время сбросить большое количество жидкости из полости, что повлечет за собой резкое повышение давления и даже разрушение цилиндра.

При эксплуатации компрессора также необходимо следить за полным заполнением жидкостью пространства между поршнем гидропривода и мембраной.

Нельзя допускать образования воздушных мешков в жидкостной полости гидропривода во избежание снижения производительности компрессора. Воздушный мешок в жидкостной полости ограничивается мембраной и играет роль дополнительного мертвого пространства, в котором воздух сжимается и расширяется. Объем, описываемый мембраной, при этом уменьшается.

Большое внимание необходимо уделять плотности всех соединений мембранного блока. Нельзя допускать утечки газа и жидкости.

Температурный режим мембранных компрессоров указывается в сопроводительной документации завода-изготовителя.

Температура сжимаемого газа обычно не превышает 100—120° С, а чаще бывает ниже.  Температура масла в картере 45—60° С.

В каждой инструкции по обслуживанию компрессора дается подробное описание машины и особенности ее конструкции, поря док монтажа, порядок первоначального заполнения системы гидропривода рабочей жидкостью, последовательность пуска и остановки, порядок обслуживания машины, а также основные возможные нарушения нормальной работы и необходимые меры по их устранению.

 

remontcompressorov.ru

Мембранный vs Поршневой | Мембранные компрессоры

 

Периодически нам задают вопросы:

 

Какой компрессор лучше выбрать?

 

Поршневой безмасляный или мембранный?

 

Обычно производители поршневых безмасляных компрессоров говорят, что лучше всего подойдет поршневой компрессор. Производители мембранных компрессоров, наоборот, говорят, что их техника «круче».

 

Мы решили разобраться в этом вопросе, и вот что получилось…

 

Сразу скажу, что однозначного ответа нет.

 

Применяемость того или иного типа компрессора зависит от множества факторов. Вот только некоторые из них:

 

  • сжимаемый газ;
  • требуемое рабочее давление;
  • требуемая объемная производительность;
  • требования к чистоте сжатого газа (допустимость примесей масла / паров масла).

 

Что касается рабочего давления и производительности, то условная применяемость компрессоров по типам показана на Рис. 1.

 

График параметров компрессоров

Рис.№1. График параметров компрессоров

 

На диаграмме рисунка 1 видно, что поршневые и мембранные компрессоры «перекрывают» бо́льшую часть полных диапазонов производительности и рабочего давления.

 

При высоких рабочих давлениях (более 15 бар изб.) и высокой требуемой производительности (более 1000 Нм3/ч) альтернативы поршневым компрессорам нет.

 

Здесь при выборе компрессора решающими становятся такие факторы, как известность производителя оборудования, соотношение «цена – качество» и т.д.

 

При рабочих давлениях выше 2000 бар изб. альтернативы нет уже мембранным компрессорам.

 

Нас же интересует область, где возможно применение как мембранных, так и поршневых компрессоров (область «перекрытия» соответствующих диаграмм на Рис. 1). Здесь вступают в действие уже более конкретные факторы выбора.

 

Основой мембранного и поршневого компрессоров является заполненный маслом картер, в котором установлен кривошипно-шатунный механизм (КШМ).

 

Число шатунов и поршней равно количеству ступеней сжатия компрессора.

 

Наличие картера и КШМ является, пожалуй, единственной общей чертой поршневого и мембранного компрессоров.

 

Остальные характеристики удобно рассмотреть в виде таблицы.

 

 

Характеристика

 

Поршневые компрессоры

Мембранные компрессоры

Сжимаемый газ Перечень сжимаемых газов ограничен. Ограничения зависят от материалов изготовления поршней, поршневых колец, цилиндров и т.д. Применяются для сжатия практически любых газов без ограничений. Сжимаемый газ контактирует только с деталями, изготовленными из высококачественной коррозионностойкой стали.
Тип привода Ременной или прямой (через муфту с эластичными элементами). Как правило, ременной. Прямой привод применяется редко.
Частота вращения вала компрессора Может быть различной. При высокой частоте вращения увеличиваются вибрации компрессора и становится необходима установка виброизолирующих опор при установке не фундамент. Низкая. Как правило, не более 500 об/мин. Такая частота вращения характеризуется низкой вибрацией компрессора при работе. Для установки компрессора не требуется виброизоляция от фундамента.
Степень сжатия ступени (отношение давления всасывания к давлению нагнетания каждой ступени компрессора) Как правило, не более 1:8. Бо́льшие значения приводят к чрезмерному нагреву ступени сжатия. Более 1:15. Такое значение степени сжатия позволяет сократить число ступеней для получения высокого выходного давления, по сравнению с поршневыми компрессорами.
Охлаждение Воздушное, водяное. В компрессорах с воздушным охлаждением имеет место значительный шум от работающего вентилятора. Кроме того, необходим отвод горячего воздуха из помещения. Цилиндры компрессора с воздушным охлаждением изготавливаются с оребрением, что усложняет и удорожает конструкцию. Водяное. Также может применяться комбинированное охлаждение – охлаждающая жидкость под действием дополнительного насоса циркулирует по замкнутому контуру. Охлаждение жидкости происходит в радиаторе, обдуваемом вентилятором. Такая система имеет недостатки, характерные для классического воздушного охлаждения и высокую стоимость.
Контакт сжимаемого газа с маслом Присутствует в маслосмазываемых компрессорах. Это ограничивает применяемость таких компрессоров для сжатия чистых газов. В безмаслянных компрессорах контакт сжимаемого газа с маслом отсутствует благодаря кольцам или «фонарям», но возможно попадание паров масла или попадания масла в полость сжатия в случае износа колец, ограничивающих полость сжатия от масляного контура. Аварийной защиты от попадания масла нет. Отсутствует.

Масло отделено от сжимаемого газа трехслойной мембраной. Разрыв хотя бы одной мембраны приводит к немедленной аварийной остановке компрессора. Поэтому контакт сжимаемого газа с маслом невозможен в принципе. Благодаря такой конструкции мембранных компрессоров, перечень сжимаемых газов практически неограничен.

Условия работы трущихся деталей. Детали КШМ смазываются разбрызгиванием или принудительно. Для смазки поршней/цилиндров в крейцкопфных компрессорах необходимо применение специальных устройств – лубрикаторов. Требуется постоянный контроль за работой этих устройств, их правильная настройка. Поломка лубрикатора влечет за собой катастрофические последствия для компрессора – «заклинивание» и т.д.

Цилиндры и поршни безмаслянных компрессоров не требуют смазки. Но для их изготовления требуются специальные материалы, а также более сложная система охлаждения.

Детали КШМ смазываются разбрызгиванием или принудительно. Цилиндры и поршни компрессора предназначены только для сжатия гидравлической жидкости (масла). Поэтому при работе данные детали находятся в гораздо менее тяжелых условиях, чем в поршневых компрессорах.
Возможность оперативного регулирования конечного давления сжатия для каждой ступени Отсутствует. В мембранных компрессорах конечное давление сжатия каждой ступени может быть отрегулировано при помощи перепускных клапанов гидравлической системы. Таким образом, можно оперативно изменять характеристику сжатия компрессора на месте эксплуатации.
Герметичность Герметичность камер сжатия (цилиндров) обеспечивается как неподвижными (прокладки и т.д.), так и подвижными (сальники и т.д.) уплотнениями.

Подвижные уплотнения подвержены механическому износу, поэтому необходимо принимать меры по контролю за их состоянием.

Герметичность камер сжатия обеспечивается только неподвижными уплотнениями. Механический износ уплотнений отсутствует.
Простота технического обслуживания и ремонта В зависимости от количества ступеней сжатия и их конструкции (одинарного или двойного действия), а также наличия дополнительного оборудования (лубрикатор и т.д.) техническое обслуживание компрессора может оказаться достаточно трудоемким и потребовать наличия специальной оснастки и инструмента. Также требуется квалифицированный персонал. Техническое обслуживание компрессора не является трудоемким процессом. Простота конструкции позволяет допускать к обслуживанию/ремонту технический персонал с любым уровнем квалификации.

 

Несколько дополнительных комментариев…

 

Когда лучше использовать мембранные компрессоры?

 

Благодаря отсутствию контакта полости сжатия и полости, где находится масло, а также отсутствию трущихся колец / прокладок / уплотнителей, мембранные компрессоры стоит применять для сжатия чистых / сверх-чистых / токсичных газов, где соприкосновение даже малейших паров масла и полости сжатия недопустимы.

 

Если чистота сжимаемого газа составляет 99.99% и больше, то в этом случае идеальный вариант — это мембранный компрессор.

 

Благодаря тому, что мембранные компрессоры (например Ковинт КСВД-М) имеют реле давления для аварийной остановки при разрыве мембраны, попадание масла в технологическую линию полностью исключено.

 

При использовании поршневых компрессоров и при сильном износе трущихся элементов может оказаться так, что попадание масла вы сможете обнаружить только тогда, когда ваш потребитель перестанет работать, или появится брак выпускаемой продукции.

 

Также стоит отметить, что мембранные компрессоры могут работать с любым входным давлением. Поршневые же, напротив, имеют ограничения.

 

В чем слабые стороны мембранных компрессоров?

 

Сжимаемый газ должен быть сухой и без примесей влаги.

 

Наличие влаги в газе на всасывании может приводить к повышенному износу мембран и преждевременному выходу из строя.

 

Габариты и вес мембранного компрессора больше, чем у поршневого компрессора с аналогичными характеристиками.

 

В завершение отмечу, что мембранный компрессор стоит дороже, чем поршневой компрессор с аналогичными характеристиками.

 

Конечно, стоимость всегда имеет значение…

 

Но если мы сжимаем дорогие, редкие и чистые газы, где примеси или даже пары масла могут привести к колоссальным убыткам, то в в этом случае лучше приобрести мембранный компрессор.

 

На этом все.

 

Все вопросы, связанные с мембранными или поршневыми компрессорами для сжатия газов, можно задать в форме ниже.

 

В этой же форме вы можете прокомментировать эту статью.

 

Мы ответим в течение 1-2 рабочих дней.

 

С уважением,

Константин Широких

 

Вернуться в раздел Полезная информация

P.S. Может быть полезно:

 

Как выбрать компрессор для заправки баллонов высокого давления?

 

Каталог мембранных компрессоров Ковинт КСВД-М

 

4000bar.ru

Мембранный компрессор

01

Мембранные (диафрагменные) компрессоры предназначаются для сжатия сухих газов и применяются там, где имеется необходимость в особо чистых, а также в ядовитых, коррозионно-агрессивных, легковоспламеняющихся и прочих опасных газах. Конструкция компрессора обеспечивает изоляцию газа от окружающей среды и предохраняет его от загрязнения частицами износа трущихся частей, масла или воды. По этой причине мембранный компрессор используют в случаях, когда необходима высокая степень чистоты газа.

В компрессорах данного типа газ сжимается при уменьшении объема рабочей камеры из-за поступательного перемещения поршня – гибкой металлической мембраны, которая приводится в движение столбом жидкости. Жидкость, в свою очередь, приводится в движение поршнем гидропривода.

Область применения диафрагменных компрессоров очень широка. Они используются в промышленности (нефтехимической, химической, энергетической, атомной и пр.), а также в научных исследованиях, где есть необходимость в газе под высоким давлением, к чистоте которого предъявляются очень жесткие требования.

Благодаря своей уникальной конструкции диафрагменные компрессоры имеют следующие преимущества:

  • имея компактную конструкцию, они позволяют достигать высоких показателей давления газа;
  • герметичность камеры сжатия гарантирует полное отсутствие в газе посторонних примесей;
  • отсутствие утечек газа обеспечивает защиту внешней среды от возможных вредных загрязнений;
  • наличие системы аварийной защиты дает возможность остановить компрессор в случае возникновения потенциальной опасности разрыва диафрагмы;
  • простота в эксплуатации и техническом обслуживании – сервис мембранного компрессора заключается в выполняемой оператором регулярной замене мембран.

diaphragm

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МЕМБРАННОГО КОМПРЕССОРА

Если на выходе нужно получить непрерывную подачу газа с заданными давлением и температурой, дополнительно используется дожимной компрессор.

МЕМБРАННЫЕ (МЕХАНИЧЕСКИЕ) КОМПРЕССОРЫ

Мембранные компрессоры по своему устройству и принципу действия относятся к поршневым компрессорам. Сжатие газа в мембранных компрессорах происходит за счет уменьшения объема камеры сжатия вследствие поступательного движения поршня. Мембранные компрессоры подразделяются на следующие виды: с приводом гибкой мембраны и с гидроприводом. Мембранные компрессоры имеют некоторое преимущество над поршневыми, в частности обеспечивают высокое сохранение качества газа.

Мембранные компрессоры применяются для сжатия воздуха и таких газов, как хлор, этан, этилен, водород, аргон, этилен, биохимический газ, гелий, метан, азот, оксид азота, ксенон, а также смесей этих газов. Может использоваться для химических производств, на атомных станциях, в лабораторных установках и т. д.,  также весомым преимуществом мембранных компрессоров является больший диапазон входного давления газов и абсолютно чистый газ на выходе, а также простота и надежность конструкции.

Долговечность металлических мембран относительно невелика. Чтобы рабочая жидкость не попадала в сжимаемый газ, применяют многослойные мембраны и устройства автоматической защиты. В зависимости от производительности выпускаются одно- и двухступенчатые компрессоры. Одноступенчатые компрессоры могут быть с одним или двумя мембранными блоками. Двухступенчатые мембранные компрессоры имеют по два мембранных блока. Среди производителей мембранных компрессоров — HYCO, ANDREAS HOFER, Ilmvac и др. Компания «Elde EC» предлагает различные мембранные компрессоры лучших зарубежных брендов.

Наш сервисный центр — выполняет широкий спектр операций, начиная от самых простейших диагностических процедур и заканчивая сложным и трудоемким ремонтом. В процессе выполнения работы мы строго руководствуемся рекомендациями заводов-изготовителей компрессоров, но в случае необходимости быстро найдем нестандартные пути решения возникшей в ходе ремонта проблемы. Мы делаем все, чтобы простой оборудования был минимальным.

Сервисный центр «ELDE E.C.» имеет оснащенную ремонтную базу, состоящую из специального оборудования, инструментария, диагностических станцдий, всех необходимых комплектующих, запасных частей. Ремонт мембранного компрессора выполняется исключительно высокопрофессиональными специалистами, прошедшими обучение на заводах-производителях компрессорного оборудования.

Любой профессиональный ремонт, организуемый нашими специалистами, начинается с планового осмотра оборудования, проверки его работоспособности, диагностического обследования (поэлементного) для выявления явных и скрытых неисправностей и определения целесообразности проведения конкретных ремонтных процедур. По итогам проверки идет полная оценка оборудования, согласовывается необходимость проведения тех или иных мероприятий, принимается решение о закупке и замене комплектующих и запасных частей, замене расходных материалов. Все последующие действия согласуются с заказчиком во избежание недоразумений в дальнейшем проведении работ.

Плановый ремонт компрессора, проводимый после определенных моточасов, отработанных оборудованием, является обязательным, так как именно это предполагает оптимальную, эффективную и что самое важное безопасную эксплуатацию компрессорной установки. Избежать ремонта невозможно, так как большинство деталей и узлов имеет свой срок выработки, после чего их требуется или заменить или прочистить. Лучше, когда эту работу будет выполнять специализированная организация, где работают люди, всецело посвятившие себя этому нелегкому и весьма сложному делу.

Несколько слов стоит сказать о мембранных компрессорах для авто. В последнее время мембранный компрессор широко используется в сфере автомобилестроения. Его используют, в основном, на двигателях малой и средней величины для легковых автомобилей. Мембранный компрессор отличает относительная простота и долговечность, поэтому он быстро завоевал успех у автомобилистов.

Существенные особенности

Абсолютная  газонепроницаемость; компремирование безмаслянного типа, т. к. сама диафрагма не требует никакого смазывания;  сухой (осушенный) газ не требует смазки, поскольку нет никаких поршневых колец;  соотношение давления 1:20 достижимо в одноступенчатом компрессоре, поскольку повышение температуры незначительно, так как компрессор не работает близко к адиабатному сжатию, позволяя большие изменения регулирования  диапазона давления на всасывании и выходе;  две стадии, двойной или специальный дизайн;  способность работать с радиоактивными, токсичными, взрывчатыми и коррозийными газами; диапазон давления – 7 kg/cm2 g к 2100 kg/cm2 g;  мощность до 350 кВт; для повышения более высокой производительности, как первая ступень используется безмасляный винтовой или поршневой компрессор; полный контроль достигается входным изменением давления, байпасом, двигателем переменной частоты или их комбинацией.

ПрименениеВоздух для дыхания; углеродистый диоксид в пивоваренных заводах; производство чистого сухого льда; производство СО2 для охлаждения реакторов; компремирование —  аргон, неон, криптона, азот, гелий, хлор, бром, хлористоводородная/гидрофтористая кислота, водород, этан, этилен, угарный газ, ацетилен, кислород и закись азота, водородные и реактивные газы для ядерного исследования, пневматические устройства.

Мембранный компрессор 01  Диафрагменный компрессор 02

  Газовый мембранный компрессор        Дифрагменный компрессор 02

 

Мембранный компрессоры на данный момент являются самыми высокотехнологичными компрессорами для тонкой химии и фармацевтики.

10.11.14Y2G12

 

 

010102

 

12

eldeprocess.ru

Мембранный компрессор - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Мембранный компрессор

Cтраница 1

Мембранный компрессор [67] является разновидностью поршневого компрессора. Особенность его состоит в том, что сжимаемая и сжимающая среды разделены мембраной, что позволяет обеспечить чистоту сжимаемой среды. Конструкция компрессора изображена на рис. 9.47. Разделительная мембрана 4 расположена в линзообразной полости в блоке 5, которая при смещении мембраны в процессе сжатия обеспечивает полную поддержку мембран и предохраняет ее от разрушения.  [1]

Мембранные компрессоры ( рис. 3, в) осуществляют сжатие газа в результате колебаний круглой гибкой мембраны, зажатой по периметру между цилиндром и крышкой. Колебания мембраны создаются приводом от кривошипно-шатунного механизма или гидроприводом. Возвратно-поступательное движение в первом случае воздуха, а во втором - жидкости вызывает прогибы мембран. При этом происходят всасывание и нагнетание газа в полости над верхней частью мембраны. В крышке размещены всасывающий и нагнетательный клапаны. В мембранных компрессорах может происходить одно - и многоступенчатое сжатие. Мембрана работает без смазывания, поэтому компрессор применяют для особо чистых газов.  [3]

Мембранный компрессор ( рис. 299 в) состоит из стального блока с линзообразной полостью, разделенной пополам стальной мембраной 4, зажатой между крышкой 3 и корпусом компрессора.  [5]

Мембранные компрессоры выпускаются производительностью от 1 до 100 ма / час, причем: на давления до 25 кГ / см - одноступенчатыми, до 250 кГ / см3 - двухступенчатыми и до 1000 кГ / см2 - трехступенчатыми. Числа оборотов этих машин находятся в пределах от 250 до 500 в минуту.  [6]

Мембранные компрессоры - разновидность поршневых, отличаются от них отсутствием сальникового уплотнения. Передачу возвратно-поступательного движения поршня выполняет подвижная диафрагма. Такие компрессоры применяют для перекачивания редких и ядовитых газов. Утечка одних недопустима из-за высокой стоимости, других - из-за опасности для человека и окружающей среды. На рис. 111 - 24 представлен общий вид мембранного компрессора.  [7]

Мембранные компрессоры выпускаются производительностью от 1 до 100 м3 / ч, причем на давления до 2 5 Мн / м - одноступенчатыми, до 25 Мн / м2 - двухступенчатыми и до 200 Мн / м2 - трехступенчатыми.  [8]

Мембранные компрессоры могут быть выполнены с полностью герметичным рабочим пространством, отделенным как от приводного механизма и смазки, так и от окружающей среды. Их применение целесообразно при малых расходах рабочего тела.  [10]

Мембранный компрессор ( рис. 5, в) по способу действия аналогичен поршневому непрямоточному, но вместо поршня здесь используют мембрану, которая приводится в движение с помощью масляного насоса. Это позволяет сжимать пар без соприкосновения со смазочным маслом. Однако долговечность мембраны и клапанов относительно мала.  [11]

Мембранные компрессоры относятся к герметическим компрессорным машинам объемного сжатия и предназначаются для сжатия воздуха и различных неагрессивных газов до конечного давления - от 0 6 до 20 0 Мн / м2 при изготовлении из обычных конструкционных материалов. Сжатие газа осуществляется в мембранных блоках посредством колебательного движения тонких металлических мембран. Колебания мембран происходят под Действием гидравлического привода; масляные цилиндры привода соединены с мембранными блоками, в которые через ряд отверстий поступает пульсирующий поток масла, воздействующий на мембрану. Тонкая металлическая мембрана приводится в колебательное движение и по аналогии действия поршня в обычном цилиндре осуществляет процессы всасывания и нагнетания газа через соответствующие самодействующие клапаны. Пульсация же масла производится поршнями гидравлического привода, приводимыми в действие от электродвигателя через кривошипно-шатун-ный механизм. В масляную систему входит перекачивающий насос и клапан, регулирующий давление в системе. Мембраны могут быть изготовлены из прорезиненной ткани или полимерных материалов ( для давлений не более 0 3 Мн1м2) или из монель-ме-талла, кислотоупорной стали для средних и высоких давлений. Мембранный цилиндр-блок сконструирован так, чтобы обеспечить абсолютную герметичность рабочей газовой полости компрессора.  [12]

Мембранные компрессоры имеют охлаждающие устройства цилиндр-блоков и промежуточные охладители при двух - и трехступенчатом сжатии.  [13]

Мембранные компрессоры используются для новых эффективных технологических процессов в химической и других отраслях промышленности, где сохранение чистоты сжимаемых газообразных сред является одним из основных требований.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

www.ngpedia.ru


Смотрите также