Компрессоры — широко используемый в промышленности вид оборудования. Они осуществляют сжатие различных газов (не только воздуха), применяемых в производственных процессах, и затем их подачу к месту использования. Компрессоры востребованы практически во всех отраслях хозяйственной деятельности человека. Они применяются в строительной сфере, в металлургии, в энергетике, в машиностроении, в сельском хозяйстве, в пищевой отрасли. Обеспечивают работу пневматического инструмента и техники, используются для накачки шин, заправки газовых баллонов.
Чтобы качественно решать задачи потребителей, изготовители постоянно работают над созданием новых видов оборудования. Они повышают его производительность, эффективность, улучшают конструктивные параметры. Сейчас в продаже можно встретить большое число моделей: масляные, безмасляные, с низким давлением, винтовые, поршневые и многие другие. У каждого типа оборудования есть свои особенности, преимущества и недостатки. Чтобы правильно выбрать компрессоры, потребуется получить базовое представление о том, как функционируют различные их типы.
Принципы работы
Компрессор — что это за аппарат и как он работает? Существует два основных вида компрессоров — объемного и динамического действия. Они отличаются принципом функционирования. Сжатие воздуха в них организовано по-разному, что влияет на размеры агрегатов, их вес, производительность и другие характеристики.
Компрессоры объемного типа
У компрессоров с объемным принципом действия есть камера, которая в начале работы постепенно заполняется газом. Затем, после набора нужного объёма, происходит принудительное сжатие, осуществляемое за счёт уменьшения размера камеры. Чтобы газ оставался в резервуаре и не выходил из него под давлением, места впуска оборудованы специальными клапанами. Регулирующие клапаны по очереди закрываются и открывают по мере сжатия. Хотя принцип работы всех типов компрессоров объёмного действия одинаков, сжатие в них реализовано за счёт использования различных видов приводов. По виду конструкции механической части они бывают:
· поршневые;
· винтовые;
· шестеренчатые;
· роторно-пластинчатые;
· мембранные;
· жидкостно-кольцевые;
· спиральные.
Отличия механизмов влияют на производительность, размер оборудования, на другие рабочие характеристики.
Динамические компрессоры
Если объёмные компрессоры можно отнести к машинам циклического действия, в которых сжатие достигается после полного прохождения цикла, то динамические компрессоры — это вид оборудования, где рабочая среда, газ, движется непрерывным потоком, а его сжатие происходит по мере прохождения внутри компрессора. Сжатие достигается за счёт предварительного ускорения газа — вращающиеся лопасти увеличивают его скорость. Затем разогнанный газ попадает в условия, когда скорость переходит в давление, при этом сама скорость уменьшается, а степень сжатия увеличивается.
По направлению движение потока компрессоры с динамическим принципом действия делятся на радиальные и осевые, также выделяют ещё один класс — струйные компрессоры.
Сферы применения
В промышленности не обойтись без компрессоров, сжатый воздух и другие газы широко используются в различных технологических процессах. Также сжатый воздух часто применяется в медицине, в строительстве и в других отраслях хозяйственной деятельности человека.
В машиностроении сжатый воздух применяют для охлаждения оборудования, инструментов, а также используют в качестве воздушной смазки для движущихся частей приборов, станков, для подшипников. Широко используется пневматическое оборудование, инструменты.
Большое значение компрессоры имеют для строительной сферы. Здесь они применяются при возведении разнообразных сооружений: дорог, мостов, многоэтажных домов, крупных инженерных и инфраструктурных построек. Сжатый воздух используется для механизации видов деятельности, таких как:
· Демонтаж — старые конструкции разрушают с помощью пневмомолотков.
· Рыхление замерзшей земли.
· Вскрытие асфальта на дорогах.
· Утрамбовывание насыпей.
· Подача сыпучих материалов и растворов, например штукатурки.
В автосервисах получил распространение покрасочный пневмоинструмент. Применяется сжатый воздух и для накачивания шин. В металлургической промышленности компрессоры обеспечивают работу оборудования для дутья в доменных печах, на заводах, в литейных цехах. В нефтегазовой отрасли сжатый воздух помогает добывать природный газ из недр земли и перемещать его в специальные резервуары.
Применяются компрессоры и в пищевой промышленности. Здесь сжатый воздух широко используется для работы разнообразной пневматической техники, конвейерных линий, которые предназначены для изготовления пищевых продуктов. Пневматика обеспечивает транспортировку продукции, перемешивание ингредиентов, упаковку. Осуществляют многие другие технологические операции. Также компрессоры — неотъемлемая часть промышленных холодильных установок.
Схемы работы и устройство объёмных компрессоров
В компрессорах с объёмным принципом действия рабочая среда помещается в закрытый резервуар, в котором повышение давления происходит за счёт уменьшения объёма самого резервуара. По способу, которым достигается сжатие, объёмные компрессоры подразделяют на несколько видов. Одним из наиболее популярных является оборудование поршневого типа.
Поршневые компрессоры
Основные элементы поршневых компрессоров — это резервуар в виде цилиндра и поршень, перемещающийся внутри данного цилиндра. Поршень крепится к шатунному механизму, который заставляет его совершать возвратно поступательные движения. От того, где именно находится поршень, зависит объём камеры в данный конкретный момент. Когда он в одном крайнем положении, то объём резервуара максимальный, на этом этапе происходит подача в него газа. Затем клапаны перекрываются и поршень начинает двигаться, сжимая газ. Когда он переходит во второе крайнее положение, при котором размер рабочей камеры минимален, газ достигает нужной степени сжатия и выходит через выпускной клапан. Затем газ поступает в систему и передаётся потребителю: к оборудованию или к инструментам.
Отдельные модели поршневых компрессоров обладают характерными конструктивными особенностями, что позволяет разделить весь класс данной техники на несколько дополнительных подвидов согласно их типовым признакам или специфике работы:
- Характер действия: одинарное, либо двойное. При одинарном, движение в одну сторону приводит к расширению камеры, в другую – к её уменьшению. При двойном, поршень работает сразу на две камеры и каждое его движение выполняет сразу две функции: в одной он расширяет камеру для набора рабочего тела, в другой, в то же самое время, сжимает газ. И наоборот. Компрессоры двойного действия более эффективны и позволяют за один цикл получить больше сжатого воздуха.
- Существуют одно, двух и многоцилиндровые компрессоры.
- Количество уровней сжатия. Выпускают одно, двух и многоступенчатые модели.
- В зависимости от способа размещения цилиндров, поршневые компрессоры бывают с горизонтально расположенными камерами, с вертикально установленными, с угловыми, с V-образными и другими.
По назначению поршневые компрессоры бывают:
- Для применения в быту. Это аппараты относительно небольшого веса и размера. Их производительность ограничена, а рабочее давление составляет не более 8 бар. Можно рассчитывать, что такой компрессор отработает порядка 10 лет. Из-за малых габаритов и веса такое оборудование не трудно перевозить с места на место. Агрегаты также не отличаются сложностью конструкции и поэтому им не требуется частое сервисное обслуживание. Однако, в промышленном производстве их использовать не стоит, так как они не рассчитаны на высокие темпы работы и могут не выдержать нагрузок, обычных для заводских условий. Лучше всего такое оборудование подходит для использования на приусадебных участках, на объектах индивидуального строительства, в мелких СТО и мастерских.
- Полупрофессиональная техника — аппараты, предназначенные для индивидуальных предпринимателей, организаций малого и среднего бизнеса. Подходят для небольших промышленных производств. Производительность данного класса техники составляет порядка 2 кубометров в минуту, а максимальное давление достигает 16 бар. К минусам такого типа компрессоров относится: высокий уровень шума, недостаточные параметры экономичности. Годятся для периодического применения.
- Промышленные поршневые компрессоры представляют собой мощное оборудование, которое специально предназначено для использования в различных производственных сферах. В них удаётся достичь высоких уровней давления, они могут работать в сложных условиях: в запылённых и влажных местах. На них устанавливается фильтрационное оборудование, позволяющее хорошо очищать и осушать воздух прежде чем он подаётся в камеру для сжатия. Конструкцией таких компрессоров предусмотрены шумоизолирующие кожухи. Уровень рабочего давления в наиболее мощных моделях может достигать 60 бар.
Кроме перечисленных выше типов компрессоров часто используются поршневые агрегаты без смазки цилиндра. Такого типа системы востребованы в тех случаях, когда предъявляются высокие требования к чистоте сжатого воздуха.
Роторно-винтовые компрессоры
Аппарат состоит из камеры, в которой расположено два ротора. При вращении винтов происходит захват некоторого объёма газа в зазор между витками. По мере движения от входного отверстия к выходному за счёт смещения витков происходит уменьшение объёма и газ сжимается. Винтовые компрессоры бывают масляные, безмасляные, одно и двухвинтовые.
Роторно- шестеренчатые
В данном типе агрегатов воздух попадает в зазор между зубьями шестерён и по мере их движения сжимается. Отличаются надежность и долговечностью, могут работать 15-20 лет. К особенностям относится невысокая мощность, в среднем такие модели способны создавать давление порядка 1,5 бар.
Роторно-пластинчатые
Основные части: статор, ротор, плоские лопасти, расположенные в пазах ротора. Внутренний вращающийся элемент установлен со смещением относительно оси статора, пластины свободно перемещаются в его пазах. Таким образом, при движении, между лопастями образуется небольшая камера. Она уменьшается в размерах по ходу вращения, а попавший в неё воздух сжимается. К достоинствам компрессора можно отнести то, что его эксплуатационные характеристики улучшаются со временем. Это происходит из-за того, что пластины «прирабатываются» и более плотно прилегают к стенкам статора.
Мембранные
Сжатие воздуха в мембранном компрессоре происходит за счёт движения эластичной мембраны, которая изгибаясь увеличивает или уменьшает размер резервуара с воздухом. Она выполняет ту же работу, что и поршень в поршневых компрессорах. Саму мембрану заставляет изгибаться гидравлическое давление, обеспечиваемое жидкостным приводом. Важным достоинством такого типа аппаратов считается чистота сжатого воздуха, ведь он соприкасается только с мембраной и в него не попадает ни масло, ни влага. Жидкостной привод может работать за счёт механической, электрической энергии, либо приводиться в действие пневматической системой.
Жидкостно-кольцевые компрессоры
Камера, в которой происходит сжатие, частично заполняется жидкостью, также в ней расположен лопастной ротор. Камера вращается из-за чего жидкость оттесняется к стенкам. Ротор также вращается, но он не соосен камере, поэтому воздушные карманы, ограниченные лопастями с одной стороны и жидкостью с другой имеют разный объём. Извне воздух подаётся в полости большего объёма, по мере вращения полость уменьшается, газ сжимается и откачивается, когда давление достигает нужного значения. Особенность данного типа компрессоров в том, что сжатый воздух непосредственно контактирует с жидкостью, а значит его необходимо дополнительно фильтровать и осушать.
Спиральные компрессоры
Состоит из двух, смещённых друг относительно друга, спиралей. Захват воздуха происходит в наиболее удаленной от центра части спирали. По мере перемещения идёт уменьшение доступного объёма и газ сжимается. Из центра он откачивается и подаётся в пневматическую систему.
Спиральные компрессоры бывают масляные, безмасляные, герметичные, открытые, полугерметичные, вертикальные и горизонтальные, также они различаются количеством ступеней. Главные достоинства данного вида оборудования:
· Низкий уровень шума.
· Низкие вибрации.
· Уменьшенная нагрузка на двигатель.
Используются в холодильном оборудовании, автомобильной промышленности, в различных производственных пневматических системах.
Схемы работы. Динамические компрессоры
В динамических компрессорах сжатие достигается за счёт предварительного разгона газа и последующем переводе кинетической энергии в сжатие рабочей среды. Отличительной особенностью таких систем является непрерывность действия. Процесс сжатия здесь идёт постоянно, а не является циклическим как в объёмных компрессорах.
Компрессоры центробежного типа (радиальные)
Агрегат представляет собой полый корпус, внутри которого установлено колесо с лопастями. Воздух подаётся в центральную часть и затем колесо, с помощью лопастей, разгоняет его и перемещает к краю рабочей камеры, где скорость частично преобразуется в давление.
К достоинствам центробежных компрессоров относятся малый уровень шума, небольшие размеры, отсутствие ощутимых вибраций во время работы. Они хорошо подходят для получения больших объёмов очищенного сжатого воздуха и востребованы в таких процессах, как аэрация. Используются в вентиляционных системах и в качестве приводов на пневматическом транспорте.
Осевые компрессоры
В аппарате присутствует входная камера, ротор и выходная камера. После подачи, воздух захватывается верхней частью ротора, затем идёт вдоль его оси закручиваясь и ускоряясь. Попадая в выводную камеру, воздух обладает большой кинетической энергией, частично затем преобразующейся в потенциальную. Эффективность осевых компрессоры выше чем радиальных, однако у них более сложная конструкция и они требуют дополнительного технического обслуживания. Используются в авиастроении, металлургии, при создании газотурбинных агрегатов.
Струйные компрессоры
Особенность данного типа аппаратов в том, что в них взаимодействуют два газовых потока. У одного газа большая скорость, у другого маленькая. В компрессоре происходит смешение и скорость, а также давление усредняются. Поэтому на выходе получают один поток с заданными параметрами сжатия. Компрессоры востребованы на производствах, где побочным продуктом технологических процессов является газ, обладающий высоким давлением. Такие условия характерны для химических заводов и газовых месторождений.
Пневматическое оборудование широко распространено в строительстве и в промышленности. С его помощью можно быстро и без лишних затрат решать производственные задачи. Основой любой пневматической системы является компрессор, генерирующий сжатый воздух в объёме достаточном для её нормальной работы. От правильного выбора компрессора зависит эффективность, качество действия оборудования. Поэтому при покупке необходимо уделить внимание изучению принципов работы и подобрать такую технику, которая лучше всего подойдет для решения производственных или бытовых задач. Если же возникают сложности и трудно определиться с подбором модели, то лучше всего сразу обратиться к специалистам за консультацией.
Для подбора подходящего под ваши задачи оборудования вы можете обратиться в соответствующий раздел нашего сайта: Компрессорное оборудование