Охлаждение поршневого компрессора
Схема охлаждения компрессора
При сжатии воздуха и газов неизбежно выделяется большое количество тепла. Если это тепло будет уноситься с сжимаемым газом, то будет происходить адиабатический процесс сжатия. Ранее показывалось, что для такого процесса необходимо затратить работу большую, чем при изотермическом или политропическом сжатии. Поэтому для того, чтобы сделать компрессор более экономичным, предусматривают принудительное охлаждение . Чаще оно бывает водяным, иногда воздушным.
В одноступенчатых компрессорах делают охлаждение цилиндров компрессора, в многоступенчатых, кроме того, охлаждают газ в промежуточных холодильниках.
В цилиндрах удается отвести небольшое количество тепла; главным образом здесь отводится тепло, выделенное при трении в поршневых кольцах и сальнике. Здесь основная цель охлаждения — снижение температуры стенок цилиндра с тем, чтобы улучшить условия смазки. Основное количество тепла отнимается у газа в промежуточных холодильниках.
Часто после компрессора устанавливают конечные холодильники. Эти холодильники на процесс сжатия не влияют, и их предусматривают, исходя из требований техники безопасности и технологических нужд — для охлаждения газа и отделения от него влаги и масла. Расход воды, необходимый для этих холодильников, мы в дальнейшем не учитываем.
Вода, поступающая в холодильник, может идти по проточной системе при достаточном ее количестве или по замкнутой. В последнем случае воду, нагретую в холодильнике, необходимо охлаждать. На рис. 3.7 показаны системы охлаждения проточная (а) и циркуляционная (б) с брызгальным бассейном. Вода подается для охлаждения цилиндров первой и второй ступеней компрессора (К) и в холодильник (X). Нагретая вода направляется в сборный бассейн. При циркуляционной системе вода нагнетается насосом (Н) к местам охлаждения, а в брызгальном бассейне в систему разбрызгивания. Капли и струи воды охлаждаются воздухом, и охлажденная вода собирается во втором бассейне.
Охлаждение воды разбрызгиванием сопровождается большим уносом воды и для своего устройства требует больших площадей.
Рис. 3.7. Проточная (а) и циркуляционная (6) системы подачи воды для охлаждения компрессора
Поэтому в некоторых случаях для охлаждения применяются градирни — деревянные башни с решетчатыми перекрытиями. Вода поступает в башню сверху и стекает, разбиваясь на капли. Встречный поток воздуха охлаждает воду.
Открытые системы охлаждения воды приводят к значительному испарению воды, повышению концентрации солей и отложению их на стенках трубопроводов. В закрытой системе циркуляции воды этого недостатка нет.
Принцип расчета системы охлаждения
Детали компрессора и сжимаемый газ охлаждаются водой или воздухом. Основным охлаждаемым узлом в компрессоре является цилиндр. Здесь отводится теплота, получаемая в результате сжатия газа, от трения поршневых колец о поверхность цилиндра и штока в сальнике. Газ охлаждается в охладителях, расположенных между ступенями компрессора.
Количество теплоты Q 1 , отводимой от сжатого газа в единицу времени в межступенчатом охладителе,
Q 1 = G · C P · (T 2 — Т 1 ), (3.22)
где G — массовая подача ступени компрессора;
С P — массовая теплоемкость газа при постоянном давлении;
Т 1 — температура газа на выходе из цилиндра после сжатия;
Т 2 — температура газа на входе в следующую ступень после охладителя.
Количество теплоты Q 2 , отводимой от цилиндра компрессора в единицу времени, обычно принимается равным 0,7 от мощности, затрачиваемой на механические потери N м1 :
Q 2 = 0,7 · Nм1. (3.23)
Количество воды W, необходимое для отвода теплоты Q1 + Q2 в единицу времени:
где св — удельная теплоемкость воды;
Т в2 — температура воды на выходе из охладителя;
Т в1 — температура воды на входе в охладитель.
Величину ∆T определяют таким образом, чтобы температура охлаждающей воды не превышала 30. 45°С, так как при температуре больше 45°С начинается повышенное выпадение солей, загрязняющих поверхности теплообмена, и чтобы скорость воды была не меньше 1,0. 1,5 м/с (иначе будет происходить быстрое заливание поверхностей теплообмена).
Применяются различные типы межступенчатых охладителей — многотрубные, ребристые, змеевиковые, типа «труба в трубе», оросительные и другие. Определение площади поверхности охладительного устройства представляют собой сложную задачу, так как должны быть учтены многие факторы: степень влажности газа, скорость газа, теплопроводность газа в зависимости от его температуры и давления, плотность газа, коэффициент теплообмена в прямой и изогнутой трубе, оребренность труб и т.д.
Необходимая поверхность охлаждения обычно устанавливается по допускаемым скоростям проходных сечений и числа труб в пачке, а затем по количеству теплоты, которое должно быть отобрано, рассчитывается длина трубного пучка. Если длина труб получается неприемлемой, расчет повторяют, изменяя скорости движения газа, диаметр труб и другие параметры охладителя.
Источник
Система охлаждения компрессоров
Статьи
Установка с водяным охлаждением сокращает уровень потребности в вентиляции компрессорной, так как большая часть тепла отводится охлаждающей водой. Охлаждающая вода компрессора с водяным охлаждением отводит примерно 90% энергии, подводимой к электродвигателю.
Установка с водяным охлаждением сокращает уровень потребности в вентиляции компрессорной, так как большая часть тепла отводится охлаждающей водой. Охлаждающая вода компрессора с водяным охлаждением отводит примерно 90% энергии, подводимой к электродвигателю.
Система водяного охладителя компрессора может быть сконструирована тремя различными способами: как открытая система без циркуляции воды, как открытая система с циркуляцией воды и как закрытая система с циркуляцией воды.
Открытая система охлаждения без циркуляции воды
Вода, пригодная для использования в данной системе, может поступать из городской водопроводной сети, из озера, реки или скважины. Вода используется для охлаждения компрессора, а затем выпускается в виде сточной воды. Для регулирования системы нужно установить термостат, который будет поддерживать желаемую температуру, а также управлять потреблением воды. Давление охлаждающей воды должно быть ниже расчетного давления компонентов системы.
Вообще говоря, открытая система достаточно проста и ее монтаж стоит дешево. Однако ее эксплуатация обходится дорого, особенно, когда охлаждающая вода берется из городской водопроводной сети. За отбор воды из озера или реки, как правило, платить не нужно, но ее использование без опасности засорения системы охлаждения потребует обязательной фильтрации и очистки. Кроме того, использование воды с высоким содержанием извести приводит к отложению накипи в охладителях, что ухудшает охлаждение. В некоторых системах используется соленая вода, однако это возможно только в том случае, когда система сконструирована и рассчитана соответствующим образом
Открытая система охлаждения с циркуляцией воды
В открытой системе с циркуляцией воды нагретая вода из компрессора охлаждается в башенном охладителе (градирне). В этой градирне вода разбрызгивается вверху в камере, через которую в это же время продувается окружающий воздух. Часть воды испаряется, а оставшаяся вода охлаждается до температуры, которая на 2°С ниже температуры окружающей среды (температура воды может изменяться в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха). Открытые системы с циркуляцией воды используются в первую очередь в местах с ограниченными возможностям подачи свежей воды. К недостаткам такой системы относится загрязнение воды окружающим воздухом. Для компенсации испарения в систему постоянно подается свежая вода.
Растворенные соли отлагаются на горячих металлических поверхностях, уменьшая тем самым способность градирни рассеивать тепло. Чтобы не допустить размножения водорослей в воде, требуется проведение регулярных анализов и химической обработки. В зимний период, если компрессор не работает, воду нужно либо слить из охлаждающей башни, либо нагревать для предотвращения замерзания.
Замкнутая система охлаждения
В компрессоре с замкнутой системой охлаждения одна и та же вода постоянно циркулирует между компрессором и каким-либо охладителем. Этот охладитель, в свою очередь, охлаждается либо водяным контуром, либо окружающим воздухом. При охлаждении воды другим водяным контуром обычно используется плоский теплообменник.
При охлаждении воды окружающим воздухом используется охлаждающая батарея, состоящая из труб и пластин. Принудительная вентиляция, включающая в себя один или несколько вентиляторов, заставляет окружающий воздух циркулировать вокруг батареи. Чтобы охладители не засорялись, воздух перед подачей в охладительную систему обычно фильтруется. Этот метод используется, когда подача воды ограничена. Охлаждающая способность открытого и замкнутого контуров примерно одинакова, так как охлаждающая вода компрессора охлаждается до температуры, на 5°С, превышающей температуру охлаждающей среды.
При охлаждении воды окружающим воздухом требуется добавление антифриза, т.е. гликоля. Замкнутая система охлаждения заполняется очищенной смягченной водой.
При добавлении гликоля требуется пересчитать поток водяной системы компрессора, так как тип и концентрация гликоля воздействуют на теплоемкость и вязкость охлаждающей жидкости. Добавление химических средств также оказывает влияние на способность воды протекать в местах соединений.
Очень важно тщательно очистить всю систему перед ее первым заполнением. Правильно сделанная замкнутая система почти не требует надзора, и расходы на ее техническое обслуживание невелики. В установках с агрессивной охлаждающей жидкостью используется охладитель, рассчитанный на применение ингибитора коррозии
| | ООО «Промышленное оборудование ТД» — продажа оборудования: Источник Система охлаждения мембранных компрессоровНе секрет, что при сжатии газа (а, применительно к мембранным компрессорам с гидравлическим приводом, и при сжатии масла) выделяется значительное количество тепла. И эффективный отвод этой тепловой энергии необходим для обеспечения стабильной работы компрессора. Ведь чрезмерный нагрев деталей чреват их деформациями, приводящими к нарушению герметичности компрессора и другим нежелательным последствиям. Сразу отметим, что в мембранных компрессорах, в большинстве случаев, применяется жидкостная система охлаждения. Суть этой системы заключается в том, что средой, поглощающей тепло от нагретых деталей работающего компрессора, является жидкость (как правило, вода). В мембранных компрессорах (компрессорных станциях) Ковинт КСВД-М применяются две разновидности систем жидкостного (далее – водяного) охлаждения. Они отличаются направлением потока охлаждающей воды. В компрессорах с мощностью электродвигателя до 45 кВт применяется «обратный» поток охлаждающей воды. Рис.1. Обратная схема потока охлаждающей воды. Охлаждающая вода проходит последовательно через мембранную головку 2-ой ступени, конечный охладитель, промежуточный охладитель и, наконец, мембранную головку 1-ой ступени. В компрессорах с мощностью электродвигателя более 45 кВт применяется «параллельный» поток охлаждающей воды. Рис.2. Параллельная схема потока охлаждающей воды. Охлаждающая вода подается одновременно на все охлаждаемые компоненты компрессора (мембранные головки и охладители), затем собирается в единый коллектор и отводится из компрессора. Принцип создания каналов для протока охлаждающей воды в крышке и корпусе мембранной головки довольно прост и сводится к сверлению в заготовке отверстий, часть из которых затем закрывается резьбовыми заглушками. Схематично это показано на рисунке ниже. Рис.3. Схема организации каналов охлаждения в деталях мембранной головки. Конструкция промежуточного и конечного охладителей также довольно проста и носит название «труба в трубе», которое, собственно, и характеризует устройство теплообменника. Рис.4. Конструкция теплообменника «труба в трубе». Горячий газ движется по внутренней трубе теплообменника и охлаждается водой, которая движется в пространстве между внутренней и наружной трубами. В случае, когда требуется отвод большого количества тепла, применяются теплообменники, состоящие из нескольких однотипных секций, соединенных последовательно. Рис.5. Многосекционный теплообменник. Для визуального контроля наличия потока воды в системе охлаждения компрессора в стандартной комплектации используется смотровое стекло с крыльчаткой. Рис.6. Смотровое стекло с крыльчаткой. По специальному заказу система охлаждения компрессора может быть оснащена магнитным датчиком потока воды (опция). Рис.7. Магнитный датчик потока охлаждающей воды. Такой датчик представляет собой ротаметр, в поплавок которого вмонтирован магнит. При снижении потока воды поплавок опускается и в какой-то момент магнит воздействует на чувствительный элемент, установленный на наружной стенке ротаметра. Полученный сигнал используется системой управления компрессором для его аварийной остановки или выдачи предупреждающего сигнала о недостаточном потоке охлаждающей воды. Величина потока охлаждающей воды индивидуальна для каждого компрессора и указывается документации на него. Следует отметить, что в стандартной комплектации в компрессорах отсутствуют какие-либо средства контроля температуры. Температура охлаждающей воды на входе в компрессор не должна превышать 32 °С. Величина давления охлаждающей воды на входе в компрессор должна находиться в диапазоне 0,4…0,6 МПа. И в заключение скажем несколько слов о подключении системы охлаждения компрессора к внешним коммуникациям. Если на предприятии имеется система оборотного водоснабжения, подключение к ней компрессора не должно вызвать проблем. В случае отсутствия такой системы можно подать на вход системы охлаждения компрессора водопроводную воду, а выход соединить с канализационной трубой. Но такое решение будет слишком расточительным, т.к. на предприятиях в настоящее время установлены приборы учета расхода водопроводной воды. Оптимальным в случае отсутствия системы оборотного водоснабжения будет организация замкнутого контура охлаждения (по типу автомобильного). Рис.8. Структура замкнутого контура охлаждения. Основными элементами замкнутого контура охлаждения являются насос, расширительный бак и охладитель. Среди насосного оборудования существует множество готовых решений. На рисунке ниже показан сдвоенный насос, обеспечивающий 100% резервирование оборудования и, при необходимости, увеличение производительности насосной станции. Рис.9. Сдвоенный насос контура охлаждения. В качестве охладителя обычно используется трубчатый или пластинчатый радиатор, обдуваемый воздушными вентиляторами и размещаемый снаружи помещения. Рис.10. Воздушный охладитель. В случае, когда поток циркулирующей в контуре воды велик (для мощных мембранных компрессоров), необходимый воздушный охладитель также может оказаться непомерно большим. Кроме того, воздушный охладитель физически не может охладить циркулирующую в контуре воду до температуры ниже температуры окружающего воздуха. И в местах с жарким климатом может оказаться, что температура воды на входе в компрессор превысит допустимое значение 32 °С. В таких условиях в качестве охладителя необходимо применять чиллер, в котором циркулирующая вода будет охлаждаться уже не воздухом, а хладагентом (фреоном). Чиллер допускается устанавливать внутри помещения и, таким образом, сделать весь контур охлаждения более компактным. Прокомментировать эту запись или задать вопрос вы можете в форме ниже. Мы ответим в течение одного-двух рабочих дней. 2 комментарияУважаемый Константин, я являюсь и.о. гл. инженера компании ООО «Криоин Инжиниринг», Одесса. При производстве неона высокой чистоты у нас используются мембранные компрессора с системой оборотного водоснабжения с градирней, к которой есть ряд претензий: используемая вода испаряется в градирне и требует подпитки. Вследствие этого в ней накапливаются различные примеси, в том числе органические. Происходит зарастание каналов. Периодически выходит из строя градирня. Я ничего не могу подсказать по уже работающему у Вас оборудованию — опыта эксплуатации градирен нет. В этой статье приведена общая информация об охлаждении мембранных компрессоров. Для новых компрессоров, которые мы производим, мы можем предложить воздушное охлаждение как опцию. В основном, воздушное охлаждение применяется для компрессорных станций КСВД-М 1. Источник  Цены на продукты питания, энергию, топливо, а также  В России мы можем собирать дождевую воду наиболее эффективно | ||
