GeekBrains

Назначение и принцип работы воздушных компрессоров. Уход за компрессором

Компрессор (от латинского слова compressio – сжатие) – энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения газообразных веществ.

 

Компрессорная установка – это совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.).

 

Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия, под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора. По принципу действия все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные.

Объёмные компрессоры

В компрессорах объёмного принципа действия рабочий процесс осуществляется в результате изменения объёма рабочей камеры. Номенклатура компрессоров данного типа разнообразна (более десятка видов), основные из которых: поршневые, винтовые, роторно-шесте-рён- чатые, мембранные, жидкостно-кольцевые, воздуходувки Рутса, спиральные, компрессор с катящимся ротором.

 

Рис. 1. Классификация объемных компрессоров

 

Поршневые компрессоры (рис. 2-3) могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные , смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия), при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные.

 

Роторные компрессоры – это машины с вращающим сжимающим элементом, конструктивно подразделяются на винтовые, ротационнопластинчатые, жидкостно-кольцевые, бывают и другие конструкции.

 

Рис. 2.

 

 

Рис. 3. : 1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – поршень; 4 – рабочий цилиндр; 5 – крышка цилиндра; 6 – нагнетательный трубопровод; 7 – нагнетательный клапан; 8 – воздухозаборник; 9 – всасывающий клапан; 10 – труба для подвода охлаждающей воды

 

 

Рис. 4.

 

В основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессорах имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые компрессоры бывают одно и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V или W – образным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.

 

Действие одноступенчатого воздушного поршневого компрессора (рис. 3) заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в компрессоре его температура значительно повышается.

 

Для предотвращения самовозгорания смазки компрессоры оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически самым выгодным. Одноступенчатый компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7 – 8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые компрессоры, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений – выше 10 Мн/м2. В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них – регулирование изменением частоты вращения вала.

 

Принципы действия ротационного и поршневого компрессора в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном компрессоре всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного компрессора, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуумнасосы. Регулирование производительности ротационного компрессора осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

 

Ротационные компрессоры имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры (рис. 5), имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3, ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра возрастать корпуса, в левой части компрессора будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части компрессора объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из компрессора в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного компрессора охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6.

 

 

Рис. 5. : 1 – отверстие для всасывания воздуха; 2 – ротор; 3 – пластина; 4 – корпус; 5 – холодильник; 6 и 7 – трубы для отвода и подвода охлаждающей воды

Винтовые компрессоры

Конструкция винтового блока состоит из двух массивных винтов и корпуса. При этом винты во время работы находятся на некотором расстоянии друг от друга, и этот зазор уплотняется масляной пленкой. Трущихся элементов нет.

 

Таким образом, ресурс винтового блока практически неограничен и достигает более чем 200-300 тысяч часов. Регламентной замене подлежат лишь подшипники винтового блока.

Пластинчато-роторные компрессоры

Конструкция пластинчато-роторного блока состоит из одного ротора, статора и минимум восьми пластин, масса которых, а соответственно и толщина ограничены. На пластину в процессе работы действуют силы: центробежная и трения/упругости масляной пленки.

 

Так как масляная пленка нормализуется и становится равномерной и достаточной лишь после нескольких минут работы компрессора, то во время стартов и остановов идет трение пластин о статор и соответственно повышенный их износ и выработка.

 

Чем большее давление должен нагнетать такой блок, тем большая разницы давлений в соседних камерах сжатия, и тем большая должна быть центробежная сила для недопущения перетоков сжимаемого воздуха из камеры с большим давлением в камеру с меньшим. В свою очередь, чем больше центробежная сила, тем больше и сила трения в моменты пуска и остановки и тем тоньше масляная пленка во время работы – это является основной причиной, почему данная технология получила широкое распространение в области вакуума (то есть давление до 1 бара) и в области нагнетания давления до 0,3-0,4 МПа.

 

Так как масляная пленка между пластинами и статором имеет толщину всего несколько микрон, то любая пыль, тем более твердые частички крупнее размеров, выступают как абразив, который царапает статор и делает выработку по пластинам. Это приводит к тому, что возникают перепуски сжимаемого воздуха из одной камеры сжатия в другую и производительность заметно падает.

 

В отличие от небольших вакуумных насосов, где широко применяется пластинчато-роторная технология, в компрессорах большой производительности и давлением выше 0,5 МПа со временем необходимо будет менять весь блок в сборе, так как замена отдельно пластин эффективна лишь в случае восстановления геометрии статора, а такие большие статоры восстановлению (шлифовке) не подлежат.

 

Производители обычно не дают никаких данных по ресурсу пластинчато-роторного блока, так как он очень сильно зависит от качества воздуха и режима работы компрессора. Для газовых компрессоров, качающих газ практически не останавливаясь круглый год, ресурс может действительно достигать и более 100 тысяч часов потому, что масляная пленка равномерна и достаточна все время работы без остановок.

 

А при промышленном использовании, где разбор воздуха крайне неравномерен и компрессор запускают и останавливают десятки раз в день, большую часть времени нормальной для работы масляной пленки внутри блока нет, что является причиной агрессивного износа пластин. В таком случае ресурс блока не более 25 тысяч часов.

Динамические компрессоры

В компрессорах динамического принципа действия газ сжимается в результате подвода механической энергии от вала, и дальнейшего взаимодействия рабочего вещества с лопатками ротора. В зависимости от направления движения потока и типа рабочего колеса такие компрессоры бывают центробежные (рис. 6) и осевые (рис. 7).

 

 

Рис. 6. : 1 – вал; 2, 6, 8, 9, 10 и 11 – рабочие колёса; 3 и 7 – кольцевые диффузоры; 4 – обратный направляющий канал; 5 – направляющий аппарат; 12 и 13 – каналы для подвода газа из холодильников; 14 – канал для всасывания газа

 

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессор и т.д.

 

Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25-30, а у промышленных компрессоров – 8-12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280-500 м/сек. Важная особенность центробежных компрессоров (а также осевых) – зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также КПД от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессоров отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

 

Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляет различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и другими.

 

 

Рис. 7. : 1 – канал для подачи сжатого газа; 2 – корпус; 3 – канал для всасывания газа; 4 – ротор; 5 – направляющие лопатки; 6 – рабочие лопатки

 

Осевой компрессор (рис. 7) имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6, на внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5, всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых компрессорах между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого компрессора обычно равна 1,2-1,3, то есть значительно ниже, чем у центробежных компрессоров, но КПД у них достигнут самый высокий из всех разновидностей компрессоров.

 

Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же, как и центробежных. Осевые компрессоры применяют в составе газотурбинных установок.

 

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых компрессоров оценивают по их механическому КПД и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически самому выгодному в данных условиях.

 

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессоры обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

 

Турбокомпрессоры – это динамические машины, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей.

 

Прочие классификации

 

По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, холодильные, энергетические, общего назначения и т. д.). По роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый, фреоновый, углекислотный и т. д.). По способу отвода теплоты – с жидкостным или воздушным охлаждением.

 

По типу приводного двигателя они бывают с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. Дизельные газовые компрессоры широко используются в отдаленных районах с проблемами подачи электроэнергии. Они шумные и требуют вентиляции для выхлопных газов. С электрическим приводом компрессоры широко используются в производстве, мастерских и гаражах с постоянным доступом к электричеству. Такие изделия требуют наличия электрического тока, напряжением 110-120 Вольт (или 230-240 Вольт). В зависимости от размера и назначения, компрессоры могут быть стационарными или портативными. По устройству компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

 

По конечному давлению различают:

 

Вакуум-компрессоры, газодувки – машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше. Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивая возможность достижения избыточного давления от 10 до 100 кПа (0,01-0,1 МПа), в некоторых специальных исполнениях – до 200 кПа (0,2 МПа). В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение, как правило, 10-50 кПа, а в отдельных случаях – до 90 кПа и работать как вакуумный насос низкого вакуума;

 

Компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;

 

Компрессоры среднего давления – от 1,2 до 10 МПа;

 

Компрессоры высокого давления – от 10 до 100 МПа.

 

Компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

 

 

Рис. 8.

Производительность компрессоров

Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа сжатого в единицу времени (м3/мин, м3/час). Производительность обычно считают по показателям, приведённым к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу, эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом, но при большой разнице, например, у поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в 2 раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом. Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа заметно превышает атмосферное.

Агрегатирование компрессоров

Агрегатирование представляет собой процесс установки компрессора и двигателя на раму. В связи с тем, что компрессоры поршневого типа характеризуются неравномерной тряской, результатом которой при отсутствии соответствующего основания или опоры становится чрезмерная вибрация, агрегатирование должно выполняться с учетом качественно спроектированного фундамента.

Этот тип компрессора берет за основу своей работы использование механического прибора поршневого типа с целью увеличения давления газа или жидкости посредством компрессии, то есть – уменьшения объема. Такие компрессоры используются чуть ли не во всех сферах жизни: химическая промышленность, медицина, а также для бытовых и полупрофессиональных нужд.

Иногда при помощи поршневых компрессоров осушают воздух . Это связано с технологическими особенностями сжатия воздуха. Они отличаются:

  • Недорогой ценой по сравнению с остальными типами компрессоров;
  • Простым технологическим процессом их производства;
  • Легкостью в ремонте и доступностью деталей.

Поршневые компрессоры бывают нескольких типов, опишем их ниже.

Едва ли не номер один в мире компрессорных установок, которые начал использовать человек – поршневой воздушный компрессор. Его популярность обусловлена простотой строения как механизма, так и принципа действия. Работа с ним также проста и не требует особых навыков. Его официальное название – компрессорная установка объемного сжатия.

За многие десятилетия его базовая конструкция не претерпела особых изменений. Это корпус из чугуна, а внутри него находится цилиндр. В механизме также есть собственно поршень, сделанный таким образом, чтобы оставался маленький зазор и два клапана. Каждый из них имеет свое назначение: один из них всасывающий, второй предназначен для питания.

Компрессоры с поршневой системой нередко применяются на больших двухтактных дизелях на судах. Их используют для наддува и продувки. Дело в том, что двухтактный дизель сам по себе не способен завестись и функционировать. Для полноценной работы ему нужна дополнительная подача воздуха, под давлением больше, чем атмосфера.

Присоединенный к мотору и работающий в такт с ним, поршневой компрессор подает дополнительные объемы воздуха.

Этот вид компрессора используют там, где необходима подача чистого, без примеси смазочных материалов, воздуха или другого газа. Этот воздух будет без следов масляной эмульсии. Это не означает, что устройство поршневого компрессора работает совсем без смазки, просто масло не пересекается с воздушными потоками. Под них обычно берут двигатель мощностью 1,1 кВт. Он имеет дополнительные позитивные характеристики:

  • Малый размер;
  • Не нуждается в частом обслуживании;
  • Возможна транспортировка и перемещение в любом положении.

Воздушный компрессор представляет собой установку, действие которой основано на сжатии воздуха и подачи его под определенным давлением в пневматическое оборудование. Выбирая компрессорное оборудование для выполнения различных видов работ, необходимо учитывать устройство компрессора, его конструктивные особенности, а также технические и рабочие характеристики установки.

Конструктивные особенности, принцип действия и устройство воздушного компрессора зависят от типа установки. Современные компрессоры имеют несколько классификаций, главной из которых является различие компрессоров по принципу действия. Сегодня производители компрессорного и пневматического оборудования предлагают большое количество данных установок различного типа, наиболее распространенными среди которых являются винтовые и поршневые установки. Все виды компрессоров имеют, как общие элементы, так и различия в конструкции. Кроме того, в зависимости от типа оборудования могут быть использованы различные материалы при изготовлении тех или иных составляющих компрессоров.

Устройство компрессоров винтового типа

В промышленных отраслях наиболее распространено использование винтовых воздушных компрессоров, которым характерны высокие технические характеристики. Устройство компрессора воздушного винтового отличается от аналогичных установок наличием винтового блока, в состав которого входят два ротора с ведущим и ведомым типом. Винтовой блок является основным рабочим элементом данного оборудования.

В момент работы данного компрессора, воздух, который проходит через систему фильтрации и клапан, поступает блок с винтами, где происходит смешивание воздуха с маслом. Использование масла необходимо для устранения пузырей воздуха и уплотнения пространства.

Далее воздушно-масляная смесь нагнетается винтовым блоком в пневматическую систему. На следующем этапе смесь поступает в сепаратор, где воздух отделяется от масел и, через систему радиатора, подается в ресивер или же на пневматическое оборудование.

Так как блок, в котором расположены винты, является главным рабочим элементом компрессора, принцип его работы необходимо рассмотреть отдельно. Зубья роторов – ведущего и ведомого, находятся в зацепленном состоянии. Корпус винтового блока и открытые полости роторов создают объем, в который, при вращении винтов, поступает воздух. Вращение роторов имеет противоположные направления. При этом происходит закрытие открытых полостей, что приводит к уменьшению объема между ними и увеличению давления нагнетания.

Подобное устройство винтового компрессора и его принцип действия обеспечивает высокую эффективность работы всей установки, бесперебойную подачу сжатого воздуха на пневмооборудование и возможность интенсивной эксплуатации данной системы на протяжении длительного времени.

Устройство поршневого компрессора и принцип его действия

Другим видом компрессорных систем, широко используемых в быту и на небольших предприятиях, является оборудование поршневого типа. Главным отличием такой установки от винтового и других типов оборудование является достаточно простое устройство поршневого компрессора и принцип его работы. Основные элементы данной установки можно разделить на группы в зависимости от выполняемых функций:

  • цилиндровая группа;
  • поршневая группа;
  • механизмы движения;
  • системы регулирования, представляющие собой элементы, регулирующие производительность оборудования – трубопроводы, вспомогательные клапаны;
  • системы смазки;
  • элементы охлаждения;
  • детали для установки оборудования.

Конструктивно поршневой компрессор представляет собой корпус, выполненный из чугуна, алюминия или же другого материала и оснащенный цилиндром, расположение которого может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Основную подвижную и рабочую часть компрессора составляет сам поршень и два клапана, выполняющие всасывающие и нагнетательные функции.

Основу работы данного оборудования составляет движение поршня – поступательные движения приводят к всасыванию воздуха в цилиндр, а при возвратном действии воздух сжимается. Данный процесс и приводит к увеличению силы давления. В этот момент происходит закрытие клапана всасывающего действия, а нагнетательный клапан подает в магистраль сжатый воздух. Данный цикл повторяется на протяжении всего периода работы оборудования, обеспечивая пневмоинструменты воздухом под давлением необходимого уровня. Устройство компрессора воздушного поршневого отличается своей сравнительной простотой в сочетании с высокими рабочими и эксплуатационными характеристиками.

Учитывая устройство компрессоров поршневых и винтовых, их конструктивные, технические и эксплуатационные особенности, можно легко выбрать наиболее подходящий тип оборудования в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями и для использования с различными пневмоинструментами при проведении как промышленных, так и бытовых работ.

Принцип работы компрессора

 

К атегория:

Устройство автокомпрессоров

Принцип работы компрессора

 

В основу работы компрессора положены законы технической; термодинамики. Название термодинамика происходит от греческих слов «термос» – тепло и «динамика» – сила. Техническая термодинамика изучает процессы превращения теплоты в механическую работу и обратно. Компрессоры сообщают газам полезную энергию (потенципльную и кинематическую), предопределяя изучение тепловой формы движения газообразных сред.

Газ может находиться в различных состояниях. В качестве основных термодинамических параметров для газов приняты давление, температура и удельный объем или плотность.

Давление (р) – это отношение силы Р к поверхности площадью F. Когда сила нормальная и равномерно распределена по поверхности, p-P/F. Поэтому очевидно, что давление – это сила, которая действует на единицу поверхности. Давление может быть выражено в различных единицах измерения – техническая атмосфета (ат), паскаль (Па), миллиметры ртутного столба. Все они находятся в определенной зависимости: 1ат=1кгс/см2=98 100 Па=0,0981 Мпа=735,5 мм.рт.ст. Кроме того, существует понятие барометрическое (атмосферное) давление (Рбар) – давление, которое создает атмосферный воздух. Для измерения атмосферного давления используют приборы, называемые барометрами. Если давление газа выше атмосферного, то его измеряют манометрами, показывающими разность между действительным и барометрическим давлениями газа. Замеренное манометром давление обычно называют избыточным. Значит, если необходимо определить действительное (абсолютное) давление газа, нужно к показаниям барометра прибавить показания манометра и получить результат по формуле Рабс=Рбар+Ризб.

Температура характеризует энергию движущихся молекул. Ее из- : меряют с помощью термометров, имеющих определенную температурную шкалу. В технике используют две температурные шкалы: практическую с единицей градус Цельсия (°С) и термодинамическую с единицей Кельвина (К). При построении шкалы Цельсия температура плавления льда при нормальном давлении принимается за 0°С, а температура кипения воды – за 100°С. В природе существует самая низкая температура, называемая абсолютным нулем температуры. По шкале Цельсия абсолютный ноль равен 273°С. Шкала Кельвина является основной температурной шкалой в системе СИ. За К принимается абсолютный ноль температуры, а в качестве опорной точки используется температура тройной точки воды, которой придано численное значение 273 К.

Удельный объем V – это объем единицы массы U=V/m, где V – объем, занимаемый газом, мз; m – масса этого груза, кг. Плотность – это масса единицы объема. Плотность является обратной величиной удильного объема q=m/V.

Чтобы проследить особенности и выявить закономерности протекания тепловых процессов в компрессоре, вводится понятие – идеальный компрессор. Приняв для идеального компрессора допустимый ряд упрощений, можно все процессы в нем охарактеризовать простыми зависимостями между термодинамическими параметрами. Различают три процесса, протекающих в идеальном компрессоре: всасывание, повышение давления, нагнетание.

При этом для идеального компрессора справедливы три допущения:
1) в процессе повышения давления имеется постоянное количество газа, т.е. какая масса газа будет всасываться, такая же масса выталкивается из компрессора в процессе нагнетания с изменением объема всасываемого газа;
2) температура и давление газа для процессов всасывания и нагнетания остаются неизменными для всего периода работ компрессора;
3) все процессы при сжатии внутри компрессора протекают без трения.

Работа действительного компрессора во многом отличается от упрощенной модели идеального компрессора.

В действительном компрессоре одновременно протекают разнообразные термодинамические процессы, влияющие на производительность и потребляемую мощность. Причем, интенсивность этих процессов в различных точках рабочей полости изменяется в течении оборота вала, периодически повторяясь.

Компрессоры, предназначенные для сжатия воздуха, называются воздушными. В автокомпрессорах применяют воздушные поршневые, винтовые, ротационно-пластинчатые компрессорные установки.

Принцип действия поршневого воздушного компрессора основан на изменении объема воздуха в цилиндре при движении поршня от верхней мертвой точки (в.м.т.) вниз к нижней мертвой точке (н.м.т.). Благодаря создавшейся разности давлений вне цилиндра и внутри его автоматически открывается всасывающий клапан и атмосферный воздух поступает в цилиндр. При этом нагнетательный клапан остается открытым. При обратном ходе поршня к в.м.т воздух сжимается и давление в цилиндре повышается, всасывающий клапан автоматически закрывается, а нагнетательный – открывается и сжатый воздух выталкивается из поршня. Таким образом, в компрессоре при одном ходе поршня происходит всасывание воздуха, а при другом – сжатие.

В винтовом компрессоре воздух сжимается в процессе вращения двух роторов, установленных в корпусе компрессора. На роторе нарезаны зубья специального профиля, которые называются винтами. Всасываемый воздух порциями последовательно перемещается в винтовой нарезке впадин при вращении роторов, образуя непрерывный рабочий цикл сжатия. Главным требованием к профилю зубьев ротора (винта) является обеспечение непрерывности линии контакта.
В ротационно-пластинчатом компрессоре на роторе нарезаны пазы, в которых установлены пластины. Воздух, попадая в ячейки между рабочими пластинами, при вращении ротора сжимается. Сжатие воздуха происходит путем уменьшения объема рабочих полостей, заключенных между пластинами вращающегося ротора и цилиндром – статором компрессора. В процессе сжатия в полость всасывания компрессора впрыскивается масло, которое охлаждает воздух, смазывает трущиеся детали и улучшает компрессию, образуя масло-воздушную смесь. Сжатая в цилиндре I ступени масло-воздушная смесь, нагнетается во II ступень компрессора, далее, еще раз сжимаясь, поступает в маслосборник, где отделяется основная часть масла. Окончательно воздух отделяется от масла в маслоотделителе. Очищенный сжатый воздух поступает в воздухосборник и через раздаточные вентили направляется к потребителям.

Рассмотрим принципиальную схему действия.автокомпрессора АПКС-6 с приводом от двигателя базового автомобиля (рис.172). На раме 13 базового автомобиля установлен компрессор 4, воздухосборник 1 и холодильник 2. Холодильник обдувается потоком воздуха, подаваемого вентилятором 3, установленным на валу компрессора. Привод компрессора осуществляется от двигателя автомобиля посредством промежуточных карданных валов 10 и 12 через коробку отбора мощности 11. Вал компрессора приводится от карданных валов через редуктор 7 и эластичную муфту 5. Компрессор включают с помощью рычага 9 из кабины машиниста (водителя). Для контроля за работой компрессора предусмотрен щит 6 с приборами. Компрессор и механизмы станции закрыты капотом 8 с открывающимися боковыми щитами. На раме автомобиля установлен ящик для хранения инструмента, приспособлений и комплект раздаточных шлангов.

Рис. 172. Автокомпрессор АПКС-6:
1 – воздухосборник; 2 – холодильник; 3 – вентилятор; 4 – компрессор; 5 – муфта; 6 – щит с измерительными приборами; 7 – редуктор; 8 – капот; 9 – рычаг; 10, 12 – передний (нижний) и верхний карданные валы; 11 – коробка отбора мощности; 13 – рама автомобиля.

Основной узел поршневого нагнетательного оборудования – это непосредственно сам компрессор. В нем, собственно, и происходит сжатие среды, на работу с которой рассчитан агрегат. В компрессорах холодильников, например, это хладагент, а в различных нагнетателях воздуха – какой-либо газ (чаще всего воздух). Ниже и далее пойдет речь именно о последнем типе поршневого оборудования – о воздушных компрессорах.

Самый простой по конструкции компрессор – одноцилиндровый. В нем те же основные узлы, что и в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Это рабочий цилиндр, находящийся в нем поршень, закрепленный на шатуне, и клапаны, которые называются всасывающим и нагнетательным, в отличие от впускного и выпускного ДВС. Также есть коленчатый вал, к которому подсоединен шатун. В некоторых компрессорах, например, маломощных автомобильных для подкачки шин вместо кривошипно-коленчатого привода поршня стоит эксцентриковый.

Однако в ДВС поршень приводит через шатун во вращение коленвал. В компрессоре все наоборот. Вращающийся коленвал через шатун приводит в движение поршень. Последний, двигаясь возвратно-поступательно, сначала втягивает воздух в цилиндр, а затем сжимает и выталкивает из него.

Первый цикл работы компрессора происходит при движении поршня в направлении от крышки цилиндра, в которой расположены клапаны. При этом внутренний объем цилиндра в этой его части (между стенками, крышкой с клапанами и поршнем) увеличивается. За счет этого происходит разряжение, преодолевающее жесткость пружины всасывающего клапана и открывающее его. Через него в цилиндр втягивается воздух. Нагнетательный клапан все это время плотно закрыт.

Когда поршень начинает двигаться в направлении крышки с клапанами, воздух начинает сжиматься, так как объем цилиндра в этой его части уменьшается. Под действием создаваемого при этом давления, превышающего атмосферное, и собственной пружины всасывающий клапан закрывается. Когда давление превысит значение, на которое рассчитана жесткость пружины нагнетательного клапана, тот открывается и выпускает из цилиндра воздух. Последний выходит под давлением, которое называется рабочим. Оно, как видно из описания работы компрессора, задается жесткостью пружины нагнетательного клапана.

Коаксиальные и аксиальные устройства

Кривошипно-коленчатому валу или эксцентриковому приводу компрессора сообщает вращение двигатель агрегата – электрический или внутреннего сгорания (дизельный либо бензиновый). По взаимному расположению мотора и компрессорной головки агрегаты делятся на 2 типа:

  • коаксиальные – двигатель и головка расположены на одной оси, а их валы соединены напрямую;
  • аксиальные – двигатель и головка установлены параллельно друг другу, и вал последней приводится во вращение через ременную передачу.

Компрессорные агрегаты, от которых требуется поддержание на их выходе постоянного давления и равномерного расхода воздуха, оснащаются накопителем сжатого газа – ресивером. Он представляет собой прочную толстостенную стальную емкость. В таких агрегатах воздух с компрессорной головки сначала подается в ресивер, где накапливается, а уже из него расходуется по назначению.

О различных типах поршневых компрессоров

Поршневые агрегаты выпускают одно-, два- и многоцилиндровыми. Последние 2 типа по расположению цилиндров делят на V-, W-образные и рядные. Исполнение двух- и многоцилиндровых по осуществлению процесса сжатия бывает одноступенчатое и многоступенчатое (чаще всего 2-ступенчатое). делают, исходя из предполагаемых работ с ним.

Как работает 1-цилиндровый, описано выше. Чтобы понять принцип функционирование остальных типов, достаточно рассмотреть 2-цилиндровый агрегат. В одноступенчатом компрессоре цилиндры (поршни) одинакового размера. Работают они в противофазе, поочередно всасывая, сжимая, а затем вытесняя воздух в линию нагнетания.

В 2-ступенчатом агрегате цилиндры разного размера. Наружный воздух всасывается имеющим больший диаметр. Он называется цилиндром 1-ой ступени или, по-другому, низкого давления. В нем воздух сжимается до какого-то промежуточного значения. Затем газ подается в межступенчатый охладитель (обычно медная трубка в специальном исполнении), где охлаждается, а потом в цилиндр высокого давления или, по-другому, 2-ой ступени (с поршнем меньшего диаметра). В нем воздух сжимается до максимального рабочего значения давления компрессора.

Размеры обоих цилиндров так подобраны, чтобы в каждом производилась примерно равнозначная работа по сжатию.

Промежуточное охлаждение воздуха необходимо, чтобы обеспечить максимальные КПД работы поршневой группы и давление компрессора. Ведь при сжатии газ нагревается. Вследствие этого он расширяется и начинает занимать больший объем в цилиндре 2-ой ступени. Охладившись в ресивере, воздух уменьшается в объеме, и при этом его давление падает.

Прессостат и манометр как дополнительное оснащение

Чтобы электрические агрегаты могли работать в автоматическом режиме – сами включаться и выключаться по мере необходимости, на них устанавливают прессостат (реле давления). Он размыкает электрическую цепь питания двигателя при достижении давления в ресивере максимального рабочего компрессора, и последний прекращает нагнетать воздух.

Как только давление в резервуаре снизится до предусмотренной производителем агрегата минимальной величины, прессостат обратно замыкает цепь, запуская электродвигатель. Все компрессоры оснащаются манометрами – для контроля давления на выходе агрегата и/или в ресивере. Последний обязательно оснащается предохранительным клапаном – для сброса избыточного воздуха.

Большинство профессиональных и промышленных агрегатов оборудованы:

  • фильтрами для очистки воздуха от масла, если компрессор масляный (со смазочной системой поршневой группы), и влаги;
  • клапаном для слива конденсата из ресивера.

На некоторых могут быть осушители воздуха, вентилятор для охлаждения компрессорной головки и другое дополнительное оснащение. Чем сложнее устройство, тем более трудным может оказаться .

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: