Машины сухого трения

Невейкин В.Ф., Сапольков Ю.И.

Увеличение выпуска продукции химической промышленности возможно лишь при условии широкого внедрения в производство научно-технических достижений. Всевозрастающее внимание уделяется в настоящее время повышению эффективности работы оборудования, его долговечности и надежности. Надежная работа оборудования обеспечивается повсеместным внедрением системы технического обслуживания и ремонта оборудования. Одной из важных задач производства является простота обслуживания оборудования.

Научно-техническая революция в различных областях техники привела к использованию в промышленности новых, более жестких условий работы механизмов, таких как высокие и низкие температуры, глубокий вакуум, ионизирующие излучения, высокие контактные напряжения. С другой стороны, современная техника требует использования веществ с высокой степенью чистоты.

В связи со сказанным, традиционные смазки в узлах трения являются наиболее уязвимым местом. Отечественная наука дала несколько направлений решения этой задачи для различных отраслей промышленности: разработаны термостойкие, химически инертные, с малой упругостью паров смазывающие жидкости и смазки (например, на кремнийорганической основе); твердые сложные смазки (дисульфиды и диселениды молибдена и вольфрама, диселениды ниобия и тантала), твердо-смазочные пленки которых толщиной 10 — 30 мкм выдерживают контактные напряжения до 30 — 40 МПа; ряд новых химических материалов и композиций на их основе, а также материалов на основе графита и дерева для работы в условиях сухого трения и ограниченной смазки. Наконец, созданы конструкции узлов и целых механизмов, работающих без смазки или с использованием перечисленных выше новых смазывающих материалов.

Компрессоры наряду с насосами являются наиболее распространенными машинами в химической, нефтехимической, газовой, пищевой и многих других отраслях промышленности. Современная технология часто не допускает даже следов масла в компримируемом газе. Так, при смазке компрессоров в холодильных установках требуется увеличить поверхность теплообменной аппаратуры из-за существенного снижения коэффициента теплопередачи при заносе масляной пленки в аппаратуру; продолжительность непрерывной работы агрегатов сокращается (вследствие необходимости отогрева системы).

В воздухоразделительных установках смазка компрессоров и детандеров становится источником повышенной опасности разделительных аппаратов ввиду появления взрывоопасных концентраций органических веществ. Для очистки трубопроводов и арматуры приходится затрачивать много труда и использовать растворители, иногда токсичные. Отказ от применения смазываемых машин в воздухоразделительных установках упрощает работу вспомогательного хозяйства предприятия за счет сокращения ассортимента масел на предприятии, так как для смазки компрессоров требуются малораспространенные и дефицитные масла.

При производстве редких газов высокой чистоты обычно применяют мембранные компрессоры, так как наличие масляной пленки в трубопроводе сразу сказывается на чистоте газа. При работе установок значительной мощности по производству редких или чистых газов не только требуется огромный парк мембранных машин вследствие малой их единичной мощности, но увеличивается вероятность прорыва мембраны и появления масляной пленки в трубопроводе. Обычно это приводит к вынужденной остановке всей системы или снижению качества продукции.

В криогенных системах, низкотемпературных холодильных системах, в производстве жидких газов (водорода, гелия, неона) при многократном прохождении потока газа через цилиндр компрессора замасливание его и такая же многократная очистка просто бессмысленна, если возможно применение машин сухого трения. В газовой промышленности при подземном хранения газа применение машин сухого трения предотвращает замасливание грунтов. В каталитических процессах химической и нефтехимической промышленности попадание масла на катализатор приводит к его отравлению. В разветвленных системах подачи воздуха (общезаводские системы разводки воздуха, подача воздуха для добычи нефти и минеральных вод методом эрлифта и др.) при переходе на компримирование без смазки предотвращается замасливание системы и, следовательно, сокращаются расходы на содержание трубопроводов (отказ от периодического обезжиривания) и устраняется возможность вспышек и взрывов в системе коммуникаций.

Требование ряда отраслей техники к подаче чистого от масла газа выполнялось и ранее — путем использования осевых и центробежных компрессоров. Однако область распространения этих компрессоров лежит в пределах невысоких давлений и производительности выше 0,5 м³/с. В области высоких давлений и малой производительности (не выше 0,03 м³/с) применяют мембранные машины. Для давлений выше 1,2 — 3 МПа и производительности ниже 0,5 м³/с применяют поршневые машины сухого трения. В отдельных случаях в этом диапазоне параметров используют некоторые типы винтовых и ротационных компрессоров. Для компримирования небольших -количеств газа до невысокого давления без смазки служат также многочисленные конструкции сильфонных нагнетателей.

Основные типы поршневых компрессоров без смазки следующие: со щелевыми (лабиринтными) уплотнениями, т. е. уплотнениями без трения, и с поршневыми уплотнениями сухого трения, выполненными из «само-смазывающихся» материалов.

К достоинствам первых следует отнести быстроходность и отсутствие непосредственного контакта между поршнем и цилиндром. При изготовлении компрессоров со средней скоростью поршня выше 3,5 — 4 м/с относительная величина перетечек через щелевое уплотнение уменьшается, снижается металлоемкость машины. Изготовление машины со щелевым уплотнением значительно дороже вследствие повышенных требований к качеству и точности при обработке деталей и сборке. Объемные показатели машины со щелевым уплотнением также значительно ниже, а энергозатраты несколько выше, чем у машин с поршневыми кольцами.

К достоинствам машин сухого трения с поршневыми уплотнителями можно отнести простоту конструкции и относительно низкие потери производительности за счет перетечек, к недостаткам – малый срок службы колец и тудность уплотнения в сальниках высоких давлений, а также существование для некоторых областей использования компрессоров загрязенение продуктами износа материала уплотнения. Машины со щелевым уплотнением имеют серьезные недостатки, однако они долговечны и надежны.

Простота конструкции и заметные успехи в разработке новых материалов и их композиций позволяют считать, что компрессоры с неметаллическими уплотнениями будут наиболее распространенными и наиболее перспективными в компрессоростроении. В настоящее время компрессоры без смазки с поршневым уплотнением выпускаются отечественными заводами и зарубежными фирмами.

Перспективным направлением в решении задачи компримирования газов без их замасливания является широко практикующееся в последние годы отечественными предприятиями и зарубежными фирмами комбинирование различных типов машин, например, центробежных компрессоров с поршневыми машинами сухого трения и мембранными компрессорами.

Следует отметить, что при применении машин сухого трения или переводе смазываемых компрессоров на режим сухого трения может быть решен одновременно ряд технических задач: получение технологического эффекта, экономия масла, предотвращение загрязнений окружающей среды и снижение шума в компрессорном зале, увеличение межремонтного пробега компрессора и сокращение трудозатрат на его ремонт (за счет предотвращения износа цилиндра), повышение надежности и безопасности работы систем, использующих компримируемый газ, и др.

Хотите изучить устройство компрессоров, насосов и машин в криогенике?
Поступайте учиться на инженера - на кафедру низких температур МЭИ
(Кафедра НТ МЭИ входит в состав Института тепловой и атомной энергетики)
А почитать об основах специальности криофизика и криоинженера можно здесь:
Криофизика, криогеника, криоинженерия

Текст публикуется по изданию:
Невейкин В.Ф., Сапольков Ю.И. Эксплуатация и ремонт компрессоров, работающих без смазки. М., Химия, 1980. – 144 стр., илл.
Фото: Nico Franz (pixabay)

Следующая страница: Бытовые холодильники. Начало