За последние годы в развитых зарубежных странах появилась тенденция к внедрению, так называемых перспективных технологий в компрессоростроение. Данные технологии основаны на использовании поршневых длинноходовых несмазываемых агрегатов с линейным приводом поршней.
Немецкая фирма J. P. Sauer & Sohn Machinenbau Gmbh [1], в настоящее время занимается разработкой компрессора на базе поршневых безмасляных компрессоров с линейным приводом поршней [2].
Макетный образец компрессора представляет собой трехступенчатую длинноходовую тихоходную машину, представленную на рис. 1.
Рис. 1. Макетный образец компрессора LV 3305
Основные характеристики компрессора типа LV 3305 представлены в сводной табл. 1.
Таблица 1
Основные характеристики компрессора LV 3305
|
Параметр |
Значение параметра |
|
Ступени/цилиндры |
3/3 |
|
Производительность при 40 тактах в минуту, нм3/ч |
4 |
|
Максимальное конечное давление, МПа |
8 |
|
Скорость поршня, м/с |
0,13 |
|
Энергопотребление при 40 тактах/мин, кВт |
1,2 |
|
Энергопотребление при 26 тактах/мин, кВт |
0,9 |
|
Остаточное содержание масла в газе, |
Отсутствует |
|
Температура газа на выходе, °С, не более |
110 |
|
Уровень шума, дБ, не более |
45 |
|
Масса, кг |
100 |
|
Габариты: L х B x H, мм |
825х400х425 |
Каждая ступень компрессора уплотнена в области поршня поршневыми кольцами, а в области штока — сальниковым уплотнением.
В крышке цилиндра установлены уплотненные всасывающий и нагнетательный клапаны. Все уплотнения выполнены из полимерного несмазываемого материала.
Каждый поршень приводиться индивидуальным приводом линейного перемещения.
Каждый привод, в свою очередь, управляется индивидуальным контроллером с блока управления.
Команды на блоке управления задаются через сенсорный дисплей, представленный на рис. 2.
Первый блок меню содержит данные, описывающие текущее положение поршня до момента запуска компрессора и скорость поршня для каждой из ступеней.
Первая и третья ступени работают синхронно, а вторая в противофазе. Кроме того, здесь осуществляется регулировка хода поршня, скорости и цикличности его работы.
Рис. 2. Блок управления компрессором и сенсорный дисплей блока управления
Второй блок меню показывает изменение текущей координаты положения поршня в процессе работы, а также исправность и готовность к работе каждой ступени в отдельности.
Третий блок меню — блок ручной настройки начального положения поршней перед запуском компрессора. Этот блок используется в случае сбоя в программе.
Проведенный анализ конструкции компрессора LV3305 и особенностей его работы позволил сформулировать следующие основные принципы построения перспективных на сегодняшний день технологий в компрессоростроении:
- использование конструкции с раздельным размещением цилиндро-поршневых блоков, каждый из которых снабжен индивидуальным линейным приводом;
- использование длинноходовых и тихоходных ступеней сжатия;
- использование безмасляных полостей сжатия и механизма привода не требующего смазки под давлением;
Применение ступеней с индивидуальным приводом, дает возможность установить для каждой ступени необходимую скорость движения поршня и его ход, что позволяет варьировать размеры ступеней, а, следовательно, упрощает схему уравновешивания компрессора.
В связи с тем, что линейный привод обеспечивает низкую тактовую частоту (максимальное значение 40 мин-1) движения поршней при сравнительно большом ходе (около 200 мм), создаются предпосылки обеспечения эффективного теплоотвода от газа через стенки цилиндра.
При этом появляется возможность достижения большей степени сжатия в цилиндре по сравнению с существующим цилиндропоршневым блоком с кривошипно-шатунным механизмом перемещения поршней, что возможно позволит сократить число ступеней компрессора.
Конструктивное решение привода позволяет применять безмасляные полости сжатия в компрессоре, что избавляет от необходимости организации сложной системы отделения картера от цилиндров, а также применения маслобаков большой емкости.
Кроме того, отсутствие необходимости организации смазки механизма привода под давлением позволяет отказаться от таких сложных, «шумных» и дефектонесущих узлов, как маслонасос и лубрикатор.
При работе компрессора данного исполнения, отсутствуют следующие вредные факторы с точки зрения вибрации и шумов:
- действие боковых сил на поршень;
- неуравновешенные вращающиеся массы.
При оценке результатов испытаний компрессора LV 3305 было принято во внимание, что для исследований был предоставлен макетный образец. Результаты проверки работоспособности макетного образца компрессора в нормальных климатических условиях представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результатыпроверки работоспособности макетного образца компрессора в нормальных климатических
|
|
|
|
|
NK, Вт |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
0 0 |
3,1 3,2 |
8 8,2 |
15 15 |
35 36 |
38 40 |
40 |
600 |
|
0 0 |
3 3 |
7 8 |
13 12 |
35 38 |
40 42 |
40 |
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Цикличность поршней |
|
14,5 14,5 |
28,7 34,1 |
59,7 71,9 |
63,9 73,4 |
68,6 80,4 |
20 40 |
3,0 3,0 |
40 |
|
14,5 14,5 |
38,3 38,1 |
70,6 70,3 |
64,9 63,5 |
76,5 76,0 |
5 10 |
1,7 1,7 |
20 |
,
,
,
=14,5
; 
=102,4 кПа; 
=77 %; 
= 0,28 (с = 40
); 
=137,5 мм; 
= 180 мм/c (с = 40); = 0,3 (с = 20); =137,5 мм; = 90 мм/c (с = 20).
где 
, 
, 
— минимальные избыточные давления на 1-й, 2-й и 3-й ступенях;
, 
, 
— максимальные избыточные давления на 1-й, 2-й и 3-й ступенях;
— изотермический КПД
— избыточное давление нагнетания;
— мощность, потребляемая компрессором и блоком управления;
— температура воздуха на всасывании компрессора;
, 
, 
— температура крышки цилиндра 1,2 и 3 ступени соответственно;
— температура электропривода;
- наработка;
— производительность компрессора;
— температура окружающей среды;
— давление окружающей среды;
— относительная влажность воздуха;
— максимальный ход поршня;
— скорость поршня;
Несмотря на это, были выявлены предпосылки к улучшению тактико-технических характеристик компрессоров данного исполнения и доведения их до современных требований. В РФ разработки компрессоров на базе поршневых длинноходовых несмазываемых агрегатов с линейным приводом поршней не проводились, вследствие чего есть перспективы внедрения данных технологий в компрессоростроение отечественных предприятий.
Литература:
1. http://www.coloradotr.ru/sauer.html
2. http://www.rt-spb.ru/catgood74.html
