Тема 6.12 Винтовые компрессоры.

Тема 6.12 Винтовые компрессоры.
План.
1. Винтовые компрессоры: устройство и принцип работы.
2. Устройство воздухопроводных сетей.
3. Техническое обслуживание компрессорных установок.
1. Винтовые компрессоры: устройство и принцип работы.
В последние годы в горной промышленности находят применение винтовые
компрессоры, которые, как и поршневые, относятся, к группе объемных машин.
На рисунке 1 показан передвижной винтовой одноступенчатый компрессор
ЗИФ-ШВ-5. Производительность этого компрессора 5 м3/мин при избыточном
давлении 0,7 МПа и частоте вращения вала 5689 об/мин. В компрессорную установку,
смонтированную на передвижной тележке, входят компрессор, взрывобезопасный
асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, воздухосборник,
масляный охладитель и фильтр. Компрессор состоит из корпуса 1 с всасывающим 2 и
напорным 3 патрубками, ведущего 4 и ведомого 5 винтовых роторов и повышающего
редуктора, ведущая шестерня 6 которого насажена на вал 7. Воздух из всасывающего
патрубка поступает в винтовые каналы между роторами и корпусом. В определенный
момент вращения эти заполненные воздухом полости сначала изолируются от
всасывающего патрубка, а затем зубцы одного ротора постепенно заполняют впадины
другого и объем воздуха В канале уменьшается. Воздух во впадине 8 ротора 5 начинает
сжиматься, так как спиральный зуб 9 ротора 4 постепенно заполняет эту впадину.
Сжатие воздуха продолжается до соединения заполненной воздухом полости с
выхлопным окном 10.
Благодаря большой частоте вращения роторов процесс сжатия происходит
настолько быстро, что утечки воздуха невелики. Давление воздуха в конце сжатия в
винтовом канале не зависит от давления в напорном патрубке и определяется только
конструкцией роторов и расположением выхлопного окна.
На рисунке 1 показаны также: 11 – дроссельный клапан для регулирования
производительности; 12 – подшипники роторов; 13 – обратный клапан на напорном
патрубке для предотвращения обратного тока воздуха; 14 – фильтр для очистки
всасываемого воздуха; 15 – вентилятор для охлаждения; 16 – полумуфта для
соединения компрессора с двигателем; 17 – полость нагнетания.
Компрессор маслозаполненный, так как в камеру сжатия подается масло для
уплотнения зазоров и охлаждения сжимаемого воздуха, что снижает показатель
политропы сжатия. Подача масла в компрессор производится основной секцией
двухсекционного шестеренного насоса.
Отделение масла от воздуха происходит в воздухосборнике, который
одновременно является и резервуаром для масла. Окончательная очистка масла от
воздуха происходит в маслоотделителе. Дополнительная секция шестеренного
маслонасоса отсасывает скапливающееся масло из маслоотделителя и подает его в воздухосборник. Горячее масло из воздухосборника поступает в трубчатый охладитель и
далее к фильтру.
Рисунок 1. Винтовой передвижной компрессор ЗИФ-ШВ-5.
Полный к. п. д. их довольно высок. Степень повышения давления в одной степени
винтового компрессора не превышает 4,5÷5, поэтому при более высоких степенях
повышения давления применяются двухступенчатые компрессоры.
Производительность винтовых компрессоров регулируется изменением частоты
вращения и дросселированием воздуха на всасывании.
Наиболее крупный из этих компрессоров типа 6 ВКМ-25/8 характеризуется
данными: производительность 25 м3/мин, давление 0,8 МПа, частота вращения 2965
об/мин.
В зарубежной практике известны винтовые компрессоры большой
производительности.
Преимущества винтовых компрессоров: небольшие масса и размеры; отсутствие
клапанов; равномерная подача воздуха; устойчивая работа на внешнюю сеть.
Недостатки винтовых компрессоров: высокая стоимость компрессора (из-за
высокой точности обработки роторов); большой шум при неблагоприятном спектре
его частоты; наличие зубчатой передачи; неэкономичность работы при отклонении
давления сжатого воздуха за компрессором от расчетного.
2. Устройство воздухопроводных сетей.
Шахтная воздухопроводная сеть, по которой транспортируется сжатый воздух от
места производства его к потребителям, представляет собой разветвленную систему
воздухопроводов. От общего воздухопровода, проложенного от компрессорной станции по поверхности, стволу и околоствольному двору, идут ответвления по
квершлагам и от них по штрекам к потребителям в очистные и подготовительные
забои.
В связи с подвиганием горных работ длина и конфигурация воздухопроводной
сети беспрерывно изменяются.
Воздухопроводные сети включают магистральные и распределительные
воздухопроводы.
По
магистральным
воздухопроводам
сжатый
воздух
транспортируется от компрессоров до распределительных устройств в пунктах
потребления сжатого воздуха, а по распределительным – подводится к потребителям.
Для магистральных трубопроводов применяются стальные газовые сварные и
бесшовные общего назначения трубы, для распределительных – шланги.
Трубы между собой, с фасонными частями (колена, тройники, переходы) и с
арматурой (компенсаторы, задвижки, краны и т. д.) соединяются с помощью фланцев
1 (рис. 2, а), упирающихся в приваренные к концам труб кольца 2, и болтов 3. Для
уплотнения применяется прокладка 4.
Прокладки
изготавливаются
из
клингерита,
асбеста,
паронита
и
тепломаслостойкой резины на основе синтетического каучука. На первых 300 м труб
от компрессора прокладки должны быть огнестойкими (клингерит, асбест).
Прокладки из резины по сравнению с другими предпочтительнее, поэтому они
имеют наибольшее распространение.
Для магистральных воздухопроводов на квершлагах и штреках характерны
искривления. При этом описанное фланцевое соединение не может обеспечить
достаточную герметичность и потому между кольцами 2 (рис. 2, б) вставляют
клиновидное кольцо 5, которое через прокладки 4 с одной и другой стороны
упирается в кольца 2.
По форме резиновых прокладок различают фланцевые соединения
воздухопроводов: а) с плоской прокладкой (рис. 2, а, б), которая для большей
герметичности может иметь в местах соприкосновения с кольцами 2 два-три
концентрических кольцевых выступа; б) с прокладкой 1 круглого профиля (рис. 2, е),
расположенной в трапецеидальных канавках колец 2 труб; в) с самоуплотняющейся
прокладкой треугольного профиля 1 (рис. 2, г), помещенной в треугольный срез
колец 2. Такая прокладка обеспечивает тем большее уплотнение, чем больше
давление на нее изнутри трубы при сравнительно небольшой затяжке болтов и при
меньшем числе их, чем при соединениях с плоскими прокладками.
Быстроразъемное соединение (рис. 2, д) состоит из двух штампованных
полухомутов 1, соединенных между собой с помощыо шарнира 2, клина 3 и прокладки
4. Такое соединение обеспечивает хорошую герметичность и быстрый монтаж, но
дороже описанцого выше фланцевого соединения.
Для соединения звенья магистральных шлангов на своих концах имеют
металлические наконечники – штуцера. При шлангах используются соединения:
муфтами, накидной гайкой, клиновое.
Шланги потребителей сжатого воздуха присоединяются штуцерами к
магистральному распределительному шлангу. В точках подсоединения имеются
самозапорные клапаны или краны, к которым с помощью накидной гайки
присоединяются шланги потребителей. К потребителям шланги присоединяются
посредством ниппелей и накидных гаек.
Самозапорные клапаны и краны должны обеспечивать хорошую герметичность и
иметь малые сопротивления.
Эксплуатация шахтных воздухопроводов производится в тяжелых условиях
стесненного пространства горных выработок, агрессивной среды, повышенной
влажности, капежа.
Рисунок 2. Фланцевые (а–г) и быстроразъемное (д) соединения воздухопровода:
(а – с плоской прокладкой; б – с клиновидным кольцом; в – с прокладкой круглого
профиля, г – с самоуплотняющейся прокладкой треугольного профиля).
Воздухопроводы должны прокладываться так, чтобы они не мешали
транспортным операциям по выработки и были доступны для наблюдения за их
состоянием и для ремонта.
От компрессорной станции до околоствольного двора целесообразно
прокладывать два воздухопровода одинакового диаметра, из которых один рабочий,
другой резервный. При большом расходе сжатого воздуха иногда приходится иметь
два рабочих воздухопровода при третьем – резервном.
На поверхности шахты от компрессорной станции до ствола воздухопровод
прокладывается либо в траншеях, глубина которых соответствует глубине
промерзания грунта (≈1,5 м), либо на бетонных или металлических опорах.
Последнему способу прокладки труб следует отдавать предпочтение, так как он
позволяет наблюдать за состоянием труб.
При прокладке труб в траншеях в местах соединений труб устраивают смотровые
колодцы. Проложенные на опорах трубы для предупреждения обмерзания зимой
имеют термоизоляцию, а для продольного перемещения при температурных
изменениях длины они укладываются на катки.
Соединение труб, прокладываемых на поверхности, производится либо с
помощью фланцев, либо сваркой. Через каждые 200 ÷ 250 м устанавливают
компенсаторы.
Прокладка и крепление труб воздухопровода в стволе производятся так же, как и
водоотливных труб. По квершлагам и штрекам воздухопроводы в большинстве
случаев прокладываются со стороны ходового отделения, причем трубы должны
находиться от подвижного состава на расстоянии не менее 0,7 м со стороны ходового
отделения выработки и 0,25 м – при прокладке трубопровода с противоположной
стороны. Для сбора и удаления конденсата, содержащегося в сжатом воздухе, в
наиболее низких местах магистрального воздухопровода необходимо устанавливать
масловодоотделители с манометрами. Масловодоотделитель необходимо иметь и у
отвода воздухопровода к распределительным трубопроводам потребителей на
очистных и подготовительных работах.
Из-за резкого поворота потока частицы воды и масла в масловодоотделителе как
более тяжелые отделяются от воздуха и остаются в виде конденсата.
Масловодоотделитель представляет собой цилиндрический сварной резервуар с
патрубками для соединения с трубами и с краном для спуска конденсата.
Для стока и удаления конденсата воздухопровод желательно прокладывать с
уклоном 1 : 300 в сторону движения воздуха, т. е. обратным уклону выработки. В
связи с этим через определенные расстояние (290 ÷ 300 м) трубопровод,
подвешенный в начале у кровли выработки, упрется в почву. В этом месте ставится
масловодоотделитель, от которого труба снова поднимается к кровле выработки и
далее после колена идет с тем же уклоном к следующему масловодоотделителю.
Рисунок 3. Крепление воздухопроводов в горизонтальных и наклонных
выработках:
а – на кронштейнах; б – на цепных подвесках; в – на крючьях; г – на крючьях с
планками; д – на хомутах.
Конструкции крепления воздухопроводов в горизонтальных и наклонных
выработках бывают жесткими (кронштейны, балки) и податливыми (подвески).
На рисунке 3 показаны устройства для крепления воздухопроводов в
горизонтальных и наклонных выработках при различных креплениях последних. На
кронштейнах и балках обычно кроме воздухопроводов располагаются трубопроводы
водоотлива, хладагента, дегазации.
При фланцевых и быстроразъемных соединениях труб опоры под трубопроводы
располагаются на расстояниях 300 ÷ 400 мм от соединений так, чтобы труба имела не
менее двух опор. Расстояние между опорами трубопроводов зависит от диаметра труб: при
d = 100 мм – 4 м; 150 мм – 5 м; 200 мм – 6,5 м; 250 мм – 7 м; 300 мм – 8 м; 350 мм – 10 м.
Испытания воздухопровода после монтажа его на горизонтальных выработках
производят участками длиной не более 500 м, а при наличии масловодоотделителей – на
участках трубопровода между ними. Потребители при испытаниях отключают, а концы
трубопроводов и врезки в них заглушают. Воздухопровод испытывают сжатым воздухом на
максимальное давление компрессора. Основным показателем при этом являются утечки
сжатого воздуха из воздухопроводов. Если в течение 5 мин после отключения компрессора
падение давления не превышает 0,05 Мпа, то трубопровод считается пригодным к
эксплуатации.
Помимо внешней коррозии труб имеет место и внутренняя коррозия воздухопроводов,
отчего уменьшается срок службы труб, увеличивается шероховатость внутренних стенок и
возрастают потери давления. Кроме того частицы, ржавчины вместе с сжатым воздухом
попадают в потребители и усиливают их износ. В поршневых компрессорах в связи с
введением в них смазки в трубах образуется масляная пленка, предохраняющая внутренние поверхности труб от коррозии. Коррозия труб особенно выражена в центробежных
компрессорах из-за отсутствия масляных примесей в сжатом воздухе. Следовательно,
желательно применять трубы с антикоррозийным покрытием.
Так как воздухопровод в лавах и подготовительных забоях должен быть эластичным и
подвижным, его собирают из гибких шлангов. Вдоль линии очистных работ прокладывают
распределительный магистральный шланг диаметром 50 ÷ 62 мм. Длина участков
магистрального шланга из условия удобной сборки, разборки и переноски составляет 15 ÷
20 м. От магистрального шланга отходят шланги потребителей диаметром 16 ÷ 25 мм и
длиной (в целях уменьшения потерь давления в них) не более 20 м.
В последнее время находят применение гибкие трубы из пластмасс, более устойчивые
против агрессивных примесей, находящихся в конденсате сжатого воздуха.
3 Техническое обслуживание компрессорных установок.
С р о к и п л а н о в о - п р е д у п р е д и т е л ь н о г о р е м о н т а устанавливают в
зависимости от состояния установки, условий ее работы, качества отдельных деталей
и т. д.
При ремонтном осмотре промывают гнезда и пластины клапанов поршневых
компрессоров, проверяют работу охлаждающей системы, сальников, фильтра,
предохранительных клапанов на воздухосборниках, регуляторов давления и
смазочной системы; через смотровые окна выясняют состояние поршневых колец,
подтягивают болты коренных подшипников и ползуна; выпускают воду и масло из
воздухосборника.
При текущем ремонте, который должен быть непродолжительным и не превышать
установленных часов работы ремонтной смены или выходных дней шахты,
оборудование частично разбирают и заменяют изношенные детали с выполнением
полного объема работ ремонтного осмотра компрессоров. Во время текущего ремонта
необходимо: промыть цилиндр и клапанные коробки поршневого компрессора;
заменить негодные клапаны; установить состояние поршневых колец и, если
необходимо, заменить их новыми; сменить сальниковые уплотнения; снять грязь и
накипь с поверхностей охлаждения; очистить фильтры, предохранительный клапан,
проконтролировав его действие, трубопровод между компрессором и концевым
охладителем; проверить запорные приспособления на трубопроводе, смазочную
систему; подтянуть болты; заменить износившиеся детали.
При капитальном ремонте компрессоров выполняют полный объем текущего
ремонта и, кроме того, разбирают компрессор и заменяют износившиеся детали. При
этом, если необходимо, производят ремонт двигателей, а в поршневых компрессорах –
расточку цилиндров, смену поршней и их колец и т. д.
Испытание
компрессоров
производятся
с
целью
определить
производительность компрессора, коэффициент подачи, показатель политропы
сжатия, изотермический и адиабатный к. п. д. компрессора, а также для исследования
индикаторных диаграмм поршневых компрессоров.
Литература:
Хаджиков Р.Н., Бутаков С.А. Горная механика. М.: Недра, 1982 с. 172-175; 202207; 212-223.