Глава 10. Кислородные и воздушные компрессоры

10.1. Термины и определения. Классификация

Компрессорное оборудование, применяемое для снаряжения воз­душных и кислородных баллонов, должно соответствовать требованиям норм пожарной безопасности НПБ 186-99.

Настоящие нормы распространяются на стационарные, переносные и мобильные компрессорные установки для наполнения сжатым воздухом баллонов дыхательных аппаратов для пожарных и устанавливают общие технические требования и методы испытаний.

Компрессор — машина для сжатия воздуха.

Компрессорный агрегат — компрессор с приводом.

Компрессорная установка — компрессорный агрегат с дополните­льными системами, обеспечивающими продолжительную стабильную ра­боту компрессорного агрегата и все функции по наполнению сжатым воз­духом баллонов дыхательных аппаратов для пожарных.

Стационарная компрессорная установка — компрессорная уста­новка, смонтированная на неподвижном основании.

Мобильная компрессорная установка — компрессорная установка, смонтированная на самоходном шасси или прицепе.

Переносная компрессорная установка — компактная компрессорная установка (массой не более 120 кг), имеющая приспособления (рукоятки) для транспортирования вручную к месту эксплуатации.

Ступень компрессора — совокупность элементов компрессора, совершающих однократное сжатие объема воздуха, определенного гео­метрическими параметрами этих элементов.

Рабочее давление — давление воздуха на выходе из компрессора.

Продувка и разгрузка — процессы, обеспечивающие снижение пуль­саций воздуха в компрессоре и отделение конденсата от воздуха.

Подача компрессора — отношение объема подаваемого воздуха ко времени.

Установочное давление срабатывания предохранительного клапана — давление воздуха (21,6 или 32,5 МПа), при котором срабатывает предо­хранительный клапан.

Рабочая часть компрессорной установки — совокупность сборочных единиц, объединяющих компрессор, электродвигатель, блок осушки и очистки сжатого воздуха, контрольно-измерительные приборы, предохра­нительные устройства, предназначенная для использования в различных компрессорах.

Классификация кислородных и воздушных компрессоров

кислородные I воздушные

По принципу действия

ротационные I поршневые

По числу цилиндров

одноциллиндровые

двухциллиндровые многоциллиндровые

По числу ступеней сжатия

одноступенчатые

двухступенчатые

многоступенчатые

По частоте вращения вала

тихоходные (до 100 об/мин)

быстроходные (более 100 об/мин)

По способу охлаждения

По способу установки

 

 

Рис. 10.1. Классификация компрессорного оборудования

По назначению компрессоры делятся на воздушные, кислородные, азотные, углекислотные и т. д.

Так как физические и химические свойства газов различны, их учи­тывают при разработке и конструировании компрессоров. Например, газо­образный медицинский кислород, находящийся под высоким давлением, быстро окисляет черные металлы, а при контакте с маслами дает взрыв (в замкнутом объеме) или загорание (в открытом объеме). Поэтому детали кислородных компрессоров изготовляют из специальных сталей, сплавов цветных металлов и применяют специальные смазки, которые не взаимо­действуют с чистым кислородом.

По принципу действия компрессоры делятся на поршневые, рота­ционные, центробежные, осевые и др.

В пожарной технике поменяются в основном поршневые кисло­родные и воздушные компрессоры.

По числу цилиндров компрессоры делятся на одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые.

По числу ступеней сжатия — на одно-, двух- и многоступенчатые.

При последовательном соединении цилиндров количество ступе­ней сжатия определяется числом одновременно работающих цилиндров.

При параллельном соединении цилиндров компрессор будет одно­ступенчатым, при этом увеличивается лишь его производительность. Число ступеней сжатия при этом не зависит от количества работающих цилиндров.

Для безопасности работы компрессора (предотвращения возможного взрыва в результате большой температуры нагрева отдельных частей комп­рессора), наиболее рационального использования энергии и обеспечения нормального режима работы наиболее эффективными являются двух- и многоступенчатые компрессоры (до семи ступеней) с давлением нагнета­ния более 50 МПа (500 кгс/см²). После каждой ступени сжатия газ охлаж­дается в специальном холодильнике до температуры сжатия.

Существует деление компрессоров также по следующим признакам:

по частоте вращения вала — тихоходные (до 100 об/мин) и быстро­ходные (более 100 об/мин);

по способу охлаждения — водяные и воздушные;

по способу установки (базе) — стационарные и передвижные.

В состав компрессорной установки должны входить:

рабочая часть компрессорной установки;

шланг высокого давления для зарядки баллонов;

запасные части и принадлежности (ЗИП);

эксплуатационные документы (руководство по эксплуатации, паспорт).

В рабочую часть компрессорной установки должны входить:

компрессор;

приводной мотор (двигатель);

комплект фильтров;

блок осушки и очистки воздуха от вредных примесей;

блок управления и контроля;

подсоединительные трубопроводы.

Характеристики воздуха, подаваемого компрессорной установкой в баллоны дыхательных аппаратов, должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 10.1.

Таблица 10.1

 

Показатель	Значение
Содержание окиси углерода, мг/дм3, не более	0,03
Содержание углеводородов (суммарно), мг/дм3, не более	од
Содержание двуокиси углерода, %, не более	0,06
Содержание окислов азота, %, не более	0,0016
Содержание кислорода, %, не менее	21,0
Влажность воздуха при зарядке до 20 МПа, мг/м3, не более
Влажность воздуха при зарядке до 30 МПа, мг/м3, не более

Степень сжатия (Е) показывает отношение развиваемого давления компрессором (Р_р) к начальному давлению в транспортном баллоне (Р₆) и определяется по формуле:

Е = /, (10.1)

где Р_р — рабочее давление, развиваемое компрессором в момент окончания дожатия, МПа (кгс/см²);

Р₆ — давление в транспортном баллоне в момент окончания дожатия ком­прессором, МПа (кгс/см²).

Степень сжатия показывает максимально возможное повышение давления в наполняемых баллончиках по сравнению с давлением в транс­портном баллоне.

Помимо этого, кислородные компрессоры могу служить в качестве дожимающих при зарядке воздушных баллонов в случае, если воздушный компрессор не обеспечивает требуемое рабочее давление.

10.2. Кислородные компрессоры 10.2.1. Устройство и принцип действия

Для заполнения кислородных малолитражных баллончиков, в настоящее время, применяются кислородные дожимающие компрессора КДК-10.

Компрессор КДК-10 (рис. 10.2, 10.3) выполнен в виде, моноблока, состоящего из блока сжатия, рамы и кожуха, а также кислородных ком­муникаций (трубопроводов), соединяющих пневмосистемы блока сжатия с системой управления.

На раме 1 (рис. 10.2) установлены и закреплены болтами электро­двигатель 2, бак 12 блока охлаждения и механизм движения 7.

Рама 1 представляет собой сварную несущую конструкцию из шве­ллеров, в нижнюю часть которой устанавливаются при подготовке ком­прессора к работе виброгасящие регулируемые по высоте опоры 14. Сис-

Основные технические характеристики	компрессора	Таблица 10.2 КДК-10
Показатель		Значение
Подача, л/мин		по
Рабочее давление, МПа (кгс/см2)		25±1 (250±10)
Число ступеней сжатия, шт.
Степень сжатия, (Е)		10±1
Тип двигателя		АНР-904-4УЗ
Мощность, кВт		2,2
Масса, кг

тема охлаждения компрессора включает блок охлаждения, рубашку ох­лаждения цилиндра и трубопроводы. Блок охлаждения предназначен для охлаждения кислорода после сжатия его в цилиндрах I и II ступени. Он представляет собой герметичный бак 12, в котором размещены два тепло­обменника 6 и насос 3, закрепленный на крышке бака. Теплообменники омываются водой при ее циркуляции, вызванной работой насоса.

Трубки 6 (рис. 10.3) присоединяются к цилиндрам, крышке бака и индикатору охлаждения, натягом на штуцера системы охлаждения.

Кислородные межступенчатые коммуникации блока сжатия вклю­чают трубопроводы 2, 3, 5, клапаны 7, 8, предохранительное устройство 1 с влагоотделителем.

По принципу действия компрессор относится к типу поршневых дожимающих многоступенчатых компрессоров.

А—А

А

12 11

Рис. 10.2. Блок сжатия КДК-10:

1 — рама; 2 — электродвигатель тип 4AMX90L4Y3; 3 — насос; 4 — электродвига­тель тип АИР50В2 №3; 5 — бачок; 6 — змеевик; 7 — механизм движения; 8 — смазкоуказатель; 9 — пробка; 10 — болт; 11 — ремень; 12 — бак; 13 — болт

заземления; 14 - опора

Рис. 10.3. Блок сжатия КДК-10 (вид сверху):

1 — устройство предохранительное; 2, 3, 5 — трубопроводы; 4 — холодильник;

6 — трубки технические поливинилхлоридные; 7 — клапан нагнетательный;

8 — клапан всасывающий; 9 — трубопровод; 10 — указатель

Наполнение баллонов осуществляется за два приема: перепуск из транспортного баллона через компрессор в малолитражный баллон и дожа-тие до заданного рабочего давления в блоке сжатия компрессора.

Перепуск кислорода (рис. 10.4) из транспортных баллонов в напол­няемые малолитражные рабочие баллоны производится при открытых вентилях баллонов АК1, АК2 и открытых вентилях блока управления ВН1, ВН2, ВНЗ. Давление перепуска измеряется манометрами МН1, МН2, МНЗ, которые после выравнивания давления в баллонах АК1 и АК2 пока­жут одно и тоже значение (в пределах их погрешности).

Сжатие кислорода в баллонах АК2 до заданного рабочего давления производится путем закрытия вентиля перепуска ВН2 и включения меха­низма движения А1. Кислород от вентиля ВН1 через клапан К1 поступает в цилиндр I ступени механизма движения А1, где сжимается плунжером до определенного давления и выталкивается через клапан К2 в змеевик теплообменника ATI. Клапан К1 при этом герметично закрыт.

Охлажденный кислород по трубопроводу через клапан КЗ поступает в цилиндр II ступени механизма сжатия А1, где происходит вторичное сжатие его плунжером и выталкивание через клапан К4 во второй змеевик теплообменника АТ2.

Охлажденный кислород после II ступени сжатия через влагоотдели-тель ВД1, обратный клапан КО1 и вентиль нагнетания ВНЗ поступает в баллоны АК2.

Контроль давления всасывания (в транспортном баллоне), после I ступени сжатия и нагнетания (после II ступени и в баллонах АК2) осущест­вляется соответственно манометрами МН1, МН2 и МНЗ.

Кроме того, электроконтактный манометр МНЗ обеспечивает от-

МН1

мнз

Рис. 10.4. Гидропневмокинематическая схема компрессора КДК-10:

АК1 — транспортный баллон; АК2 — двухлитровые баллоны; Ф1 — фильтр;

АТ1 и АТ2 — змеевики; Б1 — бак; А1 — механизм движения; ВН1 — вентиль

всасывания; ВН2 — вентиль перепуска; ВНЗ — вентиль нагнетания; ВН4 — вентиль

сброса; И1 — индикатор; МН1 и МН2 — манометры МТП-3; МНЗ — манометр ЭКМ-

2У; К1 и КЗ — клапаны всасывающие; К2 и К4 — клапаны В1-7-6; КО1 — клапан обратный; КП1 — клапан предохранительный; ВД1 — влагоотделитель; Н1 — насос; М2 — электродвигатель тип 4AMX90L4Y3; М1 — электродвигатель тип АИР50В2 №3

ключение механизма движения компрессора при достижении рабочего давления в баллонах АК2, которое устанавливается по шкале манометра сигнальной стрелкой верхнего предела.

С целью повышения показателей надежности, удобства и безопас­ности при эксплуатации и обслуживании в пневмосистеме компрессора предусмотрены следующие устройства:

клапан предохранительный КП1 — для ограничения давления в системе компрессора и наполняемых баллонов;

клапан обратный КО1 — для предотвращения утечки кислорода из баллонов АК2 при понижении давления в системе компрессора;

влагоотделитель ВД1 — для отбора влаги из кислорода с последую­щим удалением ее из системы с помощью вентиля;

вентиль сброса ВН4 — для удаления кислорода (сброса давления) на участке системы между вентилем ВНЗ и вентилями баллонов АК2, при замене последних. При этом вентиля баллонов АК2 и вентиль ВНЗ должны быть закрыты.

Охлаждение компрессора осуществляется водой, подаваемой из бака холодильника Б1 насосом HI последовательно в рубашки цилиндров II и I ступеней. Автономный электродвигатель Ml обеспечивает работу насоса HI при выключенном механизме движения А1. Контроль циркуляции охлаждающей жидкости осуществляется индикатором И1. Охлаждение сжатого кислорода достигается пропуском его через змеевики ATI, AT2, погруженные в бак с водой холодильника Б1.

Возвратно-поступательное движение плунжеров в механизме движе-

ния А1 обеспечивается вращением эксцентрикового вала, приводимого в движение от электродвигателя М2 посредством клиноременной передачи.

10.2.3. Эксплуатация кислородных компрессоров

Эксплуатация кислородных компрессоров включает в себя: подготовку компрессора к работе;

работу на компрессоре по заполнению малолитражных баллончиков; обслуживание компрессора после работы.