Компрессоры ‒ это промышленное оборудование, характеризующееся подачей воздушных потоков под высоким давлением. Устройства могут значительно различаться по принципу работы и производительности, Но одним из самых популярных является поршневой компрессор, который повсеместно применяется в подаче воздуха, а также масел, хладагентов, различных газовых смесей.
Принцип работы
Самое простое устройство поршневых компрессоров в одноцилиндровом оборудовании. В конструкции этой установки находятся цилиндр, поршень, два воздушных клапана – нагнетающий и всасывающий, расположенные в крышке цилиндра. Во время работы агрегата, шатун, который соединен с вращающимся коленвалом, передает на поршень перемещение по камере сжатия. При этом происходит повышение объема воздуха, который находится между нижним участком поршня и клапанами, что начинает приводить к разрежению.
Воздух, преодолевая сопротивление пружины, закрывающей клапан, который выполняет всасывание, открывает его и переходит в цилиндр по патрубку.
Возвратное движение поршня начинает приводить к сжатию воздуха и увеличению его давления. Клапан нагнетания, также удерживающийся пружиной, открывается воздушным потоком, который находится под повышенным давлением, далее сжатые воздушные массы переходят в нагнетательный патрубок. Питание компрессора осуществляется от электрического либо автономного двигателя, при этом последний бывает бензиновым либо дизельным.
Особенность функционирования компрессоров дает возможность получить наиболее производительную работу устройств. Но существует и один небольшой недостаток – сжатые воздушные массы, которые подаются этим оборудованием, передаются импульсами, а не стабильным потоком. Для выравнивания давления и пульсации, компрессоры оснащают ресиверами, которые позволяют исключить перебои в давлении подаваемых воздушных потоков и в функционировании всего оборудования в целом.
Также нужно описать особенности двухцилиндровых компрессоров. В этом случае агрегат является одноступенчатым и оборудован двумя одинаковыми цилиндрами. Последние работают в противофазе, вследствие этого они всасывают воздушные массы по очереди. Затем воздух максимально сжимается и переходит в нагнетающую часть компрессора.
В случае с двухступенчатыми двухцилиндровыми приборам, установка оборудуется цилиндрами разных размеров. Сжимание воздушных масс до конкретного показателя производится в цилиндре первой ступени. Затем воздух попадает в межступенчатый охладитель, в котором начинается охлаждение до требуемого уровня. После, переходя во вторую ступень, воздушные массы дожимаются, это дает возможность получить максимальное давление.
Роль межступенчатого охладителя играет медная трубка, которая обеспечивает охлаждение воздуха под давлением на промежутке между двумя цилиндрами. Охлаждение помогает повысить процесс сжимания и существенно увеличить производительность оборудования. Причем нужно особым образом выбрать размеры цилиндров, чтобы работа производилась одинаково на каждом этапе сжатия воздушных масс.
Двухступенчатые компрессоры, конструкция которых дает возможность получить более эффективную работу, в отличие от одноступенчатого оборудования, обладают большим количеством преимуществ. Для начала это минимальные затраты энергии при равной производительности двигателя. Так, во время одноступенчатого сжимания воздушных масс потребуется больше энергии, нежели для сжатия такого же количества воздуха в двухступенчатом агрегате.
Помимо этого, температура в цилиндрах двухступенчатого оборудования намного ниже, в отличие от одноступенчатых компрессов. Это обеспечивает надежность и производительность работы установки в целом, а также увеличивает ресурс поршней. Причем двухступенчатое оборудование имеет КПД на 25% больше, в отличие от агрегатов иных видов.
Сфера применения
Сферы использования поршневых компрессоров следующие:
· биогаз;
· приспособления для разделения воздушных потоков;
· криогенное оборудование;
· химическая промышленность;
· производство удобрений;
· наполнение баллонов, предназначенных для сжатых газов;
· изготовление напитков;
· гидроочистка и гидродесульфурация;
· нагнетание газа;
· хранение и переработка промышленного и природного газа;
· изготовление полиэтилена;
· магистральные трубопроводы;
· производство поликремния, полипропилена и полимеров;
· процессы оксидирования;
· производство синтетического топлива.
Достоинства и недостатки
К преимуществам относится:
· высокое КПД за счет сжимания в несколько ступеней;
· мобильность: малый вес и размеры, громоздкие агрегаты оборудуются колесами и ручкой для удобной транспортировки;
· качественное охлаждение греющихся элементов аппарата;
· применение «влагоотделителя» не допускает проникновения частичек воды в воздух;
· повышенная безопасность, наличие клапана предохранения позволяет избежать превышение возможного давления в цилиндрах;
· многоцилиндровость увеличивает скорость работы оборудования;
· высокая производительность за счет прямой передачи, что защищает двигатель от повышенной нагрузки.
Но механизм поршневого компрессора в процессе работы сильно шумит и имеет высокую вибрацию (кроме агрегатов с оппозитным расположением цилиндров), потому для установки потребуется выделить отдельное помещение с надежным бетонным основанием.
Другой недостаток компрессора — довольно низкое КПД до 5 куб.м./мин. воздуха, это ограничивает сферу использования. Однако нивелируются эти минусы тем, что оборудование с легкостью может работать в периодическом режиме, во время частого включения и отключения компрессора. Большинство предприятий не потребуют постоянного наличия сжатого воздуха, именно для этого применяются агрегаты этого типа.
Схема устройства
Конструкция оборудования состоит из 7 главных компонентов:
1. Клапан для всасывания. Требуется в качестве крышки — при ее открытии, оборудование всасывает воздух в цилиндр. Давление в агрегате на этой стадии равняется атмосферному.
2. Цилиндр. Это емкость для воздуха, в которой проходит поступательно-возвратное передвижение поршня и сжимание воздуха.
3. Поршень. Сжимает воздушные массы и регулирует последовательное открывание и закрывание клапанов. Он передвигается от клапанов и назад к ним, и с учетом расположения открывается всасывающий или нагнетательный клапан.
4. Клапан нагнетания. Во время передвижения поршня к клапанам давление в цилиндре повышается. Сжатые воздушные массы открывают клапан нагнетания и перемещаются в пневматическую магистраль.
5. Двигатель. Приводит в работу коленвал, а тот — шатун.
6. Коленчатый вал. Соединяется с шатуном, закрепленный к поршню. Коленвал вращается, передвигая назад/вперед шатун.
7. Шатун. Заставляет поршень передвигаться по сторонам в цилиндре и сжимать воздушные массы.
Схема работы поршневого компрессора выглядит следующим образом:
Виды
Компрессоры бывают:
1. Коаксиальные. В этом оборудовании для соединения коленчатого вала с электроприводом применяется муфта. В компактных агрегатах минимальное сопротивление трения во время передвижения поршня, это способствует повышенной мощности. Поршневые устройства этого типа могут быть безмасляными и масляными. В первых не применяются смазочные жидкости, потому сжатые воздушные массы на выходе являются чистыми. Это обуславливает использование этих компрессоров в медицинской, пищевой и фармацевтической промышленности.
2. Ременные. Здесь передача энергии от электрического привода к коленчатому валу происходит с помощью ременной передачи. Эти компрессоры характеризуются повышенным КПД, возможностью постоянной эксплуатации на протяжении долгого времени. Используются на СТО, в строительстве.
Также бывают поршневые компрессорные установки и герметичные поршневые компрессоры.
Поршневые компрессорные установки
Компрессорная установка используется для компримирования газов и может применяться для их подготовки к перевозке либо переработке на предприятиях газонефтяной промышленности. Установка в свою конструкцию включает первую понижающую передачу зубчатого типа с выходным и входным валом, а также одновальную турбину с выходным валом.
Выходной вал первой понижающей передачи крутится медленней, в отличие от выходного вала турбины. Настраиваемая гидродинамическая передача подсоединена к входному валу первой понижающей передачи и оборудована выходными и входными валами.
Вторая передача зубчатого типа подсоединена к выходному валу гидравлической муфты и также оборудована выходными и входными валами, которые приводят в работу компрессор, подсоединенный к входному валу второй передачи.
Роль настраиваемой гидравлической передачи играет гидромуфта. Вторая передача зубчатого типа имеет понижающую скорость, с которой крутится выходной вал, в отличие от входного вала гидравлической муфты.
Гидромуфта установлена с возможностью настройки скорости входного вала от ноля до максимальной скорости за счет регулировки поступления рабочей жидкости в полость гидравлической муфты. Между компрессором и второй понижающей передачей зубчатого типа находится пластинчатая жесткая муфта, которая требуется для компенсации осевых, угловых и радиальных перемещений подсоединенных валов компрессора и второй понижающей передачи.
Герметичные поршневые компрессоры
Герметично закрытый компрессор чаще всего применяется для кондиционирования и охлаждения воздушных масс. В каждом морозильном и холодильном оборудовании, кондиционерах оконного типа, сплит-системах устанавливается этот вид поршневого компрессора. Данный агрегат довольно прост в использовании и потребует минимум обслуживания. Приборы применяются, если требуется мощности электродвигателя в пределах 1/20-71/2 лошадиные силы.
В герметичных устройствах двигатель находится в сварном металлическом корпусе и подсоединяется к общему валу. Это позволяет сделать весь компрессор и электродвигатель единым компактным и мобильным оборудованием, которое является очень простым в обращении. Герметичный компрессор значительно отличается от классического открытого оборудования, где компрессор и электродвигатель – это разные элементы конструкции, и компрессор подсоединяется к мотору при помощи ремня либо муфты.
В герметичных компрессорах с одной части закрытого корпуса находятся разные элементы оборудования, в частности поршень, цилиндр, коленвал и шатун. Если это многоцилиндровый агрегат, то в корпусе расположено больше 2-х цилиндров. На обратной части корпуса находится электрообмотка, в которой крутится вал электродвигателя. Этот мотор бывает многоскоростным либо настраиваемым. В герметичных компрессорах коленвал компрессора и крутящийся вал электродвигателя общие. Крутящийся вал мотора выходит за грани двигателя и образует коленвал герметичного компрессора.
Все эти элементы собраны и установлены в жесткий и надежный сварной металлический корпус. Железная оболочка включает в свою конструкцию две полукруглых металлических сферы, сваренных друг с другом, чтобы сформировать корпус для герметичного компрессора. В определенных ситуациях обе половинки корпуса могут соединяться болтами, исключая использование сварки, это дает возможность с легкостью получить доступ к корпусу при выходе из строя компрессора.
Так, поршневой компрессор является передовым оборудованием с отличными рабочими характеристиками и возможностью активного использования при значительных объемах производительности.
Заданные параметры позволяют устанавливать поршневой компрессор, как на малых промышленных предприятиях, так и в крупной производственной сфере. Чтобы выбрать надежный агрегат, требуется определить перечень задач, которые обязано выполнять оборудование, и лишь затем ориентироваться на качественные показатели.
Для подбора подходящего оборудования вы можете обратиться к соответствующему разделу нашего сайта: поршневые компрессоры