Азотная компрессорная установка

Настоящая полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к вспомогательному судовому оборудованию, обеспечивающему сжатие различных газов для работы химического и энергетического судового оборудования.
В частности, настоящая полезная модель может применяться для сжатия азота низкого давления, например, в составе мембранной азотной установки или как автономное устройство, для получения азота высокого давления на судах и кораблях ВМФ.
Спецификой применения газового компрессорного оборудования для мембранных азотных установок кораблей ВМФ является:
1) необходимость обеспечения значительного перепада давления, так как из азотной установки азот выходит, как правило, при низком давлении (от 0,7 до 1,2 МПа), а для проведения сжатия и заправки в баллоны, либо отправки на дальнейшую переработку (очистку, разделение, адсорбцию), целесообразно повышенное давление (от 20,0 до 40,0 МПа);
3
2) минимальная потребляемая мощность для снижения нагрузки на судовую (корабельную) сеть, при этом производительность должна быть достаточной для пополнения запасов азота в судовых баллонах и ориентировочно равной от 15 до 25 м/ч;
3) требования к герметичности компрессоров, так как выделение в окружающую среду перекачиваемого газа недопустимо, так как ведет к загрязнению окружающей среды (либо снижению концентрации кислорода в воздухе), а также к снижению производительности;
4) минимальные габаритные размеры и масса;
5) минимальная вибрация компрессоров.
3
Известны мембранные компрессоры типа 1,6 МК и 4,0 МК (официальный сайт АО «Уральский компрессорный завод» http://www.ukz.ru/catalog/kompressomye-stancii/membrannye-kompressory), предназначенные для сжатия различных газов, имеющие производительность от 5 до 80 нм/ч и начальное давление от 0,2 МПа до 5,0 МПа и выходное давление от 20 до 40 МПа, что соответствует предъявляемым требованиям, однако недостатками указанных мембранных компрессоров являются: большие габаритные размеры и масса, большая металлоемкость, высокий уровень вибрации и шума, необходимость водяного охлаждения, что усложняет их эффективное использование в корабельных газовых системах.
Известны различные конструктивные решения азотной компрессорной установки, используемой для получения газообразного азота, применяемого на кораблях и судах, и включающей в себя дожимающий поршневой компрессор с приводным электродвигателем, входной патрубок которого подключен к подводящей газовой магистрали (патент РФ №180075, патент РФ №183558). Дожимающий поршневой компрессор в известных установках представляет собой четырехступенчатый компрессор, конструктивно выполненный аналогично воздушному компрессору, имеет маслозаполненный картер, который сообщен с атмосферой, поэтому при протечках потери сжимаемого газа сбрасываются (через сапун для сбора масла) в окружающую среду. Недостатком известных установок является повышенная потребляемая мощность для компенсации утечек газа при работе азотной установки.
Задачей создания предлагаемой полезной модели является повышение эффективности средств, обеспечивающих закачку азота высокого давления в баллоны на судах и кораблях ВМФ, за счет минимизации утечек азота в атмосферу посредством герметизации картера и возврата утечек на всасывание компрессора.
Технический результат - снижение потребляемой мощности компрессора за счет снижения потерь азота в атмосферу.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в следующем.
Азотная компрессорная установка характеризуется тем, что она включает в себя дожимающий электроприводной поршневой компрессор, входной патрубок которого подключен к подводящей газовой магистрали, причем дожимающий поршневой компрессор выполнен с газонаполненным картером и системой смазки механизма движения, обеспечивающей смазку коленчатого вала и подшипников посредством разбрызгивания масла в картере компрессора, при этом для герметизации коленчатого вала в компрессоре установлены торцевые уплотнения, обеспечивающие герметичность картера, а газонаполненный картер компрессора подключен к подводящей газовой магистрали посредством трубопровода с установленным на нем обратным клапаном.
Общий вид предложенной компрессорной установки показан на фиг. 1; на фиг. 2 показано расположение ступеней сжатия компрессора и направление движения азота с картера в первую ступень всасывания; на фиг. 3 показан продольный разрез компрессора; на фиг. 4 показана конструкция торцевого узла уплотнения вала компрессора.
Азотная компрессорная установка (фиг. 1) включает электродвигатель 1, жестко соединенный с компрессорной частью 2 при помощи фонаря 3, позволяющего обеспечить соосность валов электродвигателя и компрессора. Передача движения осуществляется посредством упругой муфты. Все элементы установки размещены на раме 4, которая устанавливается на амортизаторах 5. Для обеспечения безопасной работы ступеней сжатия компрессорная установка оснащена предохранительными клапанами 6, расположенными после сжатия каждой ступени. Наличие манометров после каждой ступени позволяют осуществлять контроль работы ступеней сжатия компрессора. На выходе из компрессора установлен датчик-реле температуры, позволяющий осуществлять контроль температуры на выходе из компрессора и производить остановку компрессора при превышении температуры азота.
В свою очередь охлаждение компрессора осуществляется вентилятором 7 (фиг. 3), установленным на конце коленчатого вала 8 компрессора. Поток воздуха охлаждает как холодильники 9 (фиг. 2), расположенные после каждой ступени сжатия и обеспечивающие снижение температуры газа, так и компрессорную часть 2 (фиг. 1).
Компрессорная часть (фиг. 2) выполнена четырехцилиндровой с веерообразным расположением ступней: первая ступень 10, вторая ступень 11, третья ступень 12, четвертая ступень 13. Смазывание цилиндропоршневых групп, а также подшипников и уплотнений, осуществляется разбрызгиванием масла в картере при помощи разбрызгивателя 14 (фиг. 3).
Для герметизации вала компрессора установлены торцевые уплотнения, конструкция которых показана на фиг. 4. Движение от вала компрессора 8 передается подвижной втулке 15 через штифт 16. Пружина 17 прижимает втулку 15 к неподвижной крышке 18, тем самым обеспечивая герметичность уплотнения. Кольца резиновые 19 обеспечивают герметичность остальных мест, через которые возможны утечки.
Для осуществления контроля минимального необходимого уровня масла в картере установлен датчик уровня масла.
Работа компрессорной установки заключается в следующем.
В процессе сжатия азота в ступенях поршневого компрессора происходят утечки через поршневые уплотнительные кольца. Эти утечки попадают в картер компрессора и давление в картере повышается. Для герметизации вала в компрессоре установлены торцевые уплотнения, позволяющие обеспечить герметичность картера при давлении в картере от 1,0 до 1,2 МПа. В свою очередь, картер соединен трубопроводом с обратным клапаном 20 (фиг. 2), который сообщается со всасывающим патрубком первой ступени компрессора, что позволяет производить отвод газа с картера во всасывание первой ступени. Газ с картера попадает через сапун 21 и трубопровод 22 во всасывание первой ступени, давление на входе в компрессор, в первоначальный момент времени, сравнивается с давлением в картере.
Такая система замкнутого типа обеспечивает непрерывную работу компрессорной установки и позволяет направлять утечки через поршневые кольца ступеней обратно на всасывание первой ступени.
Для предотвращения попадания азота с картера в трубопровод низкого давления установлен обратный клапан 20 (фиг. 2).
Для предотвращения превышения расчетного давления в картере установлен предохранительный клапан 6 (фиг. 1).
Предлагаемая полезная модель предназначена для получения азота высокого давления на судах и кораблях ВМФ и может работать как в составе системы комплексных азотных мембранных установках, так и в автономном режиме.
Полезная модель обеспечивает герметичность установки, тем самым повышая ее энергетическую эффективность.