Крепеж для компрессорного оборудования

В разных отраслях промышленности, на разных производствах задействуют самое разное оборудование. Но есть несколько типов техники, которую неизменно эксплуатируют практически везде — настолько ее функция универсальна и востребована на любом предприятии.

В этот список попадает компрессорное оборудование. Его можно встретить как в производственном цеху, так и на строительной площадке. Мини-компрессоры как встроенные узлы монтируют в автомобили, где они, например, подают сжатый воздух на закрытие дверей пассажирских автобусов. Огромные компрессорные станции занимаются тем, что круглосуточно обслуживают магистральные трубопроводы.

Ожидаемо, что нельзя рассматривать подобную технику без учета крепежа, используемого для его сборки и монтажа по месту эксплуатации. Достаточно сложная конструкция оборудования требует применения как универсальных метизов, так и специфических, разработанных сугубо для конкретных узлов. И все они в сумме работают на единую цель — обеспечить надежную и бесперебойную работу в заданных режимах.

Особенности компрессорного оборудования

Компрессор — это нагнетательная машина. Ее основной функцией будет повышение давления в замкнутой герметичной системе с целью перемещения газов. Самый распространенный и яркий пример — пневматические силовые цилиндры и пневмоинструмент, где высокое давление в полости вместе с движением поршня обеспечивает приложение строго определенного усилия.

Компрессорная техника работает с различными средами:

• сжатый воздух;
• нейтральные среды (аргон, азот);
• пожароопасные (углеводороды, кислород, водород);
• токсичные (хлор);
• с повышенной текучестью (гелий);
• агрессивные (сероводород).

В упрощенной классификации компрессорное оборудование делят на воздушные, газовые и холодильные агрегаты. Каждую конкретную модель проектируют с прицелом на конкретную рабочую среду, учитывая ее характерные особенности.

Условный компрессор втягивает в себя газ и выдает его наружу с давлением, повышенным на определенную величину. По этой характеристике различают машины:

• вакуумные (создающие давление ниже атмосферного);
• низкого давления (от 0,15 до 1,2 МПа на выходе);
• среднего (от 1,2 до 10 МПа);
• высокого (от 10 до 100 МПа);
• сверхвысокого (от 100 МПа и выше).

Компрессорной установкой называют связку из нескольких агрегатов:

• сам нагнетающий аппарат;
• привод;
• вспомогательное оборудование (в том числе штуцера, фитинги и переходники для подключения к трубопроводу, теплообменники, контрольно-измерительная аппаратура и т.д.).

Компрессорная станция — еще более серьезная техническая система, призванная обеспечить перекачку промышленно-значимых газов на большие расстояния. Именно такие объекты обслуживают магистральные трубопроводы. В их состав входят:

• узел подключения к сети;
• камера запуска и приема;
• установка очистки;
• установка охлаждения;
• газоперекачивающие агрегаты;
• установка подготовки и пуска газа;
• управляющая автоматика;
• электрооборудование;
• технологический трубопровод и запорно-регулирующая арматура.

Если обычный строительный компрессор занимает совсем немного места, и его можно перевозить легковым автомобилем, то компрессорная станция — это либо достаточно массивная машина в закрытом грузовом контейнере, либо целый комплекс специальных сооружений на территории промышленного объекта.

По принципу работы и особенностям конструкции компрессоры делят на:

• объемные — реализующие сжатие газа за счет периодического изменения геометрических размеров рабочего пространства;
• лопастные — реализующие сжатие в результате взаимодействия газа с вращающимися и неподвижными элементами механики.

Объемные компрессоры бывают:

• поршневые (одно- и двустороннего действия);
• роторные (одно- и двухроторные);
• роторно-поршневые;
• шестеренчатые;
• винтовые;
• ротационно-пластинчатые;
• жидкостно-кольцевые;
• мембранные.

Лопастные компрессоры иногда также называют динамическими. Среди них выделяют три группы:

• центробежные;
• радиально-осевые;
• осевые.

Повышение давления до заданного уровня не всегда возможно за счет работы одного-единственного механизма. Базовый рабочий узел называют ступенью, и в сложных случаях их число может быть больше одного. Тогда технику делят на одно- и многоступенчатую, и для продукции второго типа конструкция закономерно усложняется.

Компрессор может быть стационарным или передвижным. Вторые ставят на прицеп или полуприцеп. Тяжелая промышленная техника обычно строго стационарная, ведь при работе она нуждается в жестком и надежном фундаменте. На прицепах ставят менее ответственные машины, которые находятся в работе не постоянно, а время от времени. Обычно это присуще оборудованию на стройплощадках.

Запуск компрессора в работу невозможен без привода, способного дать требуемую мощность для действия механизма, сжимающего газ. Для этого используют:

• электродвигатель;
• двигатель внутреннего сгорания;
• паровую турбину;
• газовую турбину.

Первый вариант — самый универсальный и компактный. ДВС закладывают в конструкции компрессоров, эксплуатируемых в местности без доступа к электросети. Агрегаты, работающие от турбины, стоят на промышленных предприятиях с собственной энергетической системой, например, на месторождениях полезных ископаемых.

В процессе работы компрессор сильно нагревается. Для отвода теплоты задействуют воздушную или водяную систему охлаждения. В крупных и сложных установках это целые комплекты теплообменников, в том числе газоохладители (для рабочей среды) и маслоохладители (для охлаждения смазки).

Зачастую компрессорное оборудование работает с перегоном сильно загрязненного газа. Это в меньшей степени присуще закрытым системам с какими-либо опасными средами, зато весьма актуально для техники, забирающей воздух из окружающей среды, особенно — в условиях стройплощадок или карьеров. По этой причине на устройстве всасывания обязательно ставят систему фильтрации, способную улавливать частицы размером 10 мкм. Такой узел обеспечивает очистку на уровне не менее 60%. В противном случае пыль будет постепенно изнашивать внутренние элементы нагнетательного аппарата, что приведет к выходу компрессора из строя. Особенно явно выражено это на центробежных машинах: поток пыльного воздуха буквально «выедает» поверхность лопаток.

При изготовлении компрессорной техники используют такие материалы, как:

• углеродистые и легированные стали;
• нержавеющие стали;
• алюминиевые и медные сплавы;
• титановые сплавы;
• баббиты (для высокоскоростных подшипников скольжения).

В конструкции также закладывают лабиринтные и торцевые уплотнения, а также уплотнения с плавающими кольцами. Для повышения давления газовой среды нужно обеспечить абсолютную герметичность полости рабочего механизма под нагрузкой, причем — в условиях подвижности большинства узлов, что существенно усложняет задачу.

Можно сказать, что компрессорная техника практически не меняется последние 50 лет. Радикальной эволюции и изобретения новых типов оборудования с тех пор не было, но можно выделить некоторые современные тенденции в проектировании и производстве. Это будут:

• уменьшение вибрации при работе;
• снижение уровня шума;
• обеспечение гибкости подключения и крепления;
• повышение производительности (перегон единицы объема в единицу времени);
• уменьшение потребления энергии.

Для усовершенствования компрессоров сегодня используют новые перспективные материалы (полимеры и композиты, наноструктурированные сплавы). Производители пересматривают конструкцию отдельных узлов, вводят интеллектуальное управление, увеличивают степень цифровизации и чувствительность следящей аппаратуры, ставят машины не на жесткие, а на виброопоры. Но вместе с тем компрессорную технику следует назвать весьма традиционным оборудованием, в котором мало что принципиально меняется с течением времени.

Опорные конструкции

Компрессор относится к категории машин с подвижными рабочими частями. Зачастую они работают на высоких скоростях, в особенности — изделия роторного и центробежного типов. Это значит, что в перечень условий обеспечения нормальных режимов работы для такого оборудования входит обязательное требование по подготовке прочного и надежного основания.

Опорная конструкция — это жесткий элемент общей технической системы. Он напрямую воспринимает статические (вес) и динамические (инерционные силы движимых масс) нагрузки от остальных узлов. Кроме того, опора обеспечивает однозначное позиционное размещение компрессора в пространстве и точное сопряжение между узлами и агрегатами (например, между редуктором, двигателем и самой нагнетательной машиной).

Несущий каркас компрессорной техники делают двух видов:

• коробчатая станина с множеством ребер усиления. Такую опору льют из серого чугуна с обязательным последующим старением, чтобы достигнуть оптимальных показателей прочности и выносливости металла;
• сварная рама из стального профиля. После сварки изделие подвергают термообработке для снятия остаточных напряжений, а также производят низкочастотную вибростабилизацию. Качество швов проверяют неразрушающими методами контроля.

Популярным конструктивным решением стало совместить в отношении сварных рам несущую металлоконструкцию с емкостью для масла системы смазки. Такие объекты называют «рамы-маслобаки».

Станину или раму при монтаже ставят на заранее подготовленный фундамент. При этом под «ножки» устанавливают клиновые или плоские подкладки, домкраты, антивибрационные вставки или отжимные болты. Это необходимо, чтобы оставить пространство для маневров в процессе выверки точного положения всех сопряженных узлов и достижения идеальной композиции всей компрессорной установки в сборе. Ведь даже самый крошечный перекос чреват вибрациями, ударами, ускоренным износом отдельных деталей, неправильной и ненадежной работой всей системы в целом.

Фундамент под компрессор закладывают либо массивным (цельной плитой или подушкой со стенками в подвальном пространстве), либо рамным. Такое основание редко имеет большую высоту, поэтому часто строители выбирают либо очевидно слабое армирование, либо вовсе отказываются от него (для сравнительно легкой техники). Иногда используют закладные детали.

При заливке фундамента следует использовать бетон не ниже 150-ой марки. В процессе застывания применяют различные технологии снижения риска растрескивания. Возникновение трещин контролируют на протяжении всего периода эксплуатации, поэтому наружные поверхности опоры компрессора не оштукатуривают, не закрывают плиткой и не окрашивают эмалью.

Компрессор — это динамическая машина с активными нагрузками, которая может в процессе своей работы «разбить» некачественный фундамент. И потому подготовке основания уделяют максимум внимания.

Осадку проверяют несколько раз: сразу после окончательного застывания бетона, через 6 месяцев, через год и в дальнейшем — минимум ежегодно. Это связано с тем, что изменение геометрических параметров фундамента приведет к смещению узлов компрессорной техники, что повлияет на ее работу. Осадку также обязательно контролируют при капитальном и текущем ремонте оборудования.

Монтаж компрессорного оборудования

Когда компрессор ставят на место дальнейшей работы, то решают одну комплексную задачу из ряда этапов:

• обеспечивают требуемое пространственное положение;
• производят выверку и увязку всех составляющих между собой;
• проверяют машину в работе;
• закрепляют относительно фундамента.

Всё это входит в общий процесс монтажа и занимает достаточно значимый объем времени. В отношении легкого компрессора бригада слесарей справляется за 1 рабочую смену. Если же речь идет о большой и тяжелой промышленной технике, то эта работа может занять и неделю, и даже месяц. При этом каждый шаг, каждое действие регламентируют внутренней документацией.

К монтажу компрессорного оборудования приступают исключительно после полного затвердевания фундамента, когда бетон наберет заданную проектную прочность. Площадку размечают по шаблону, который повторяет позицию отверстий под строительные анкера на корпусных деталях. Затем сверлят колодцы-скважины, которые после установки фундаментных болтов заполнят цементно-песчаной или клеевой смесью.

Допустимо два варианта монтажа:

• установка компрессора в сборе (актуально для малогабаритных машин);
• установка компрессора блоками или узлами и увязка уже непосредственно на месте размещения (для крупногабаритного промышленного оборудования).

Во втором случае начинают всегда с самого тяжелого узла (редуктор или турбина) и заканчивают наиболее легким. Их соединяют между собой, выверяя положение присоединительных частей и регулируя зазоры. При этом обязательно контролируют горизонтальность основных осей и центрируют выходные концы валов по полумуфтам.

Затяжка гаек на фундаментных болтах означает финальный этап монтажных работ, окончательную фиксацию занятого пространственного положения. Крутящий момент на крепеже тщательно контролируют, чтобы обеспечить требую нагрузку на резьбовом соединении и препятствовать самопроизвольному развинчиванию под влиянием вибраций. Так, например, для болтов М16 это будет 3-6 кгсм, для М24 — 13-25 кгсм, для М48 — 110-230 кгсм. В любом случае для выполнения такой задачи понадобится специальный слесарный инструмент.

Метизы для компрессорной техники

Промышленный стационарный компрессор ставят на фундаментные болты в скважинах по готовому фундаменту, уже многократно проверенному и сданному в эксплуатацию. Для этого подходит продукция, выпущенная по ГОСТ 24379.1, а именно:

• болты типа 1.2 — с двукратно изогнутой Г-образной резьбовой шпилькой;
• болты типа 3.1 — составные, с промежуточной резьбовой муфтой и прямой резьбовой шпилькой;
• болты типа 3.2 — составные, с промежуточной резьбовой муфтой и усиленной резьбовой шпилькой;
• болты типа 4.1 — съемные, с цилиндрической защитной втулкой и плоской анкерной плитой;
• болты типа 4.2 — съемные, с цилиндрической защитной втулкой и литой объемной анкерной плитой;
• болты типа 4.3 — съемные, с цилиндрической защитной втулкой и сварной анкерной плитой, усиленной ребрами жесткости.

Для небольших компрессоров будет достаточно фундаментных болтов типа 1.2 — они самые простые в приведенном выше списке. Чем тяжелей техника, чем более высокую мощность она имеет и чем с большим крутящим моментом работает, тем большую нагрузку испытывает анкерный крепеж, и в этом случае применяют изделия с анкерными плитами.

Фундаментные болты для компрессоров изготавливают из сталей марок Ст3пс, Ст3сп, 20, 09Г2С и 10Г2С1. Их не калят, оставляют сырыми, а требуемую прочность достигают подбором величины резьбы с некоторым запасом. Литые анкерные плиты получают на основе серого чугуна СЧ15 и литейной стали 25Л, сварные — из тех же материалов, что и сам крепеж.

В процессе сборки и увязки между собой отдельных крупных сборочных единиц компрессорной установки (редуктор, турбина, теплообменники и т.д.) используют стандартный метрический крепеж — болты, винты и гайки. Ориентируясь на ГОСТ 1759.4 и ГОСТ 1759.5, выбирают метизы классов прочности 8.8, 10.9 и 12.9 (8, 9, 10 и 12 для гаек), с временным сопротивлением разрыву не ниже 800 МПа и твердостью поверхностей от 238 НВ и выше. Для производства таких комплектующих используют углеродистые и легированные стали: 35, 35Х, 38ХА, 45Г, 40Г2, 40Х, 30ХГСА, 35ХГСА, 16ХСН и 20Г2Р. После штамповки обязательно следует термообработка (закалка и отпуск).

Крепеж для компрессоров в ряде случаев подвергают нанесению защитных покрытий. Это необязательная мера, поскольку подобное оборудование работает чаще всего в закрытых и сравнительно сухих помещениях. В таких случаях достаточно химического оксидирования или фосфатирования, в результате которых на металле появляется тонкая темная пленка. Если же техника эксплуатируется в условиях повышенной коррозионной опасности, то подбирают метизы с цинковым, никелевым и кадмиевым покрытием.

Учитывая особенности работы компрессорных установок — высокие скорости вращения, динамика, пульсирующий режим, падение и возрастание нагрузки — основной угрозой для всех резьбовых соединений остается вибрация. Она способна за достаточно короткое время ослабить затяжку, что может иметь катастрофические последствия. Поэтому под головки болтов и гайки обязательно подкладывают стопорные элементы.

Наибольшую популярность приобрели пружинные шайбы по ГОСТ 6492. Иначе их называют «гровер». Такие метизы похожи на отрезок спиральной пружины прямоугольного сечения, с диагональной прорезью под 70 градусов к опорной плоскости. Их изготавливают из высокоуглеродистых пружинных сталей (65Г, 70, 3Х13) и закаливают до твердости 41,5...51,5 HRC. В результате шайбы обладают упругими свойствами и при силовом зажиме упираются острыми кромками одновременно и в опорную деталь, и в головку болта или торец гайки, препятствуя их провороту на резьбе. «Гроверы» выпускают легкой, нормальной, тяжелой и особой тяжелой серии. Между собой они различаются толщиной металла и, соответственно, величиной развиваемых упругих сил.

Под круглые шлицевые гайки закладывают многолапчатые плоские шайбы по ГОСТ 11872. Их можно встретить на выходных валах сразу же за подшипниками или муфтами. Лапки, расположенные радиально относительно центрального отверстия, идут с шагом в 30, 30 и 15 градусов. При монтаже их загибают на наружную поверхности гайки и вводят в паз.

Еще одним вариантом крепежных изделий, который используют повсеместно, будут шайбы по ГОСТ 13463. Это стопорные элементы с несколькими усами и широкой прямоугольной лапкой. Усов может быть два или четыре. После затяжки соединения их отгибают на грани шестигранной гайки, а удлиненную плоскую лапку уводят на ближайший опорный торец на базовой детали, тем самым исключая саму возможность вращения гайки на резьбе.

Заключение

Компрессорная техника — универсальное оборудование, в котором нуждаются и на стройплощадке, и на предприятиях по добыче газа или нефти, и на перерабатывающих производствах. Эти машины позволяют сжать газ до определенного давления и передать его на нужное расстояние. По факту, это насос для газообразной рабочей среды.

Сложная конструкция компрессора требует повышенного внимания к его монтажу и финальной сборке, к вводу в эксплуатацию и последующему регулярному обслуживанию. И вопрос метизов здесь — отнюдь не последний, ведь от надежности одного-единственного болта, установленного в ответственном месте, может зависеть благополучная работа всей установки.

При подборе крепежа для компрессорного оборудования руководствуются инструкцией от завода-производителя и внутренними техническими регламентами предприятия. Чтобы подготовить эти документы, множество инженеров тщательно просчитывают воздействие нагрузок, вибраций, внешних и внутренних условий работы агрегата. Только учитывая всё в комплексе, можно найти оптимальное решение и обеспечить бесперебойную работу столь сложной техники на долгие годы.