На чем работает компрессор
Устройство воздушного компрессора
Воздушный компрессор – это установка, работа которой заключается в сжатии газа и передачи его под определенным давлением в пневматическое оборудование.
Агрегаты этого типа используются как в быту, например для подкачки шин, так и в промышленности. Используемые в современной промышленности конструкции воздушных компрессоров значительно различаются по подаче и давлению. Кроме того они выпускаются как в стационарном исполнении, так и на шасси.
Содержание статьи
Ознакомившись, что включает в себя конструкция компрессора и узнав принцип его работы Вам будет значительно проще сохранять оборудование в постоянной работоспособности, а в случае неисправности легко её устранить.
Принцип работы компрессора
Работа компрессора описывается простым циклом, состоящим из 6 этапов:
Этап 1 – после подачи энергии на электродвигатель, последний приводит в движение коленчатый вал.
Этап 2 – поршень движется влево и создает в цилиндре пониженное давление. При этом открывается впускной клапан. Воздух начинает заполнять область пониженного давления и втягивается в цилиндр.
Этап 3 – Затем поршень движется вправо и закрывает впускной клапан. Поршень сжимает находящийся в цилиндре воздух и повышает давление.
Этап 5 – Через открытый выпускной клапан сжатый воздух попадает в ресивер – специальный сосуд для хранения газа.
Этап 6 – Когда давление в ресивере достигает определенного значения, автоматика останавливает работу компрессора.
Если давление в ресивере падает, автоматика подает сигнал на двигатель. Работа воздушного компрессора в этом случае заключается в поддержании давления в ресивере на требуемом уровне.
Устройство компрессора
Устройство воздушного компрессора включает в себя несколько элементов. Это:
цилиндр и поршень;
шатун;
маховик и сальник;
коленчатый вал и подшипники;
впускной и напорный клапаны с головкой цилиндра.
После подачи энергии на электродвигатель, последний через ременную передачу начинает вращать маховик и приводит в работу компрессор.
Кроме непосредственного узла создания давления конструкция компрессора включает ещё один узел – ресивер. Это своеобразный сосуд в котором хранится до востребования сжатый воздух.
Преимуществом ресивера является устранения пульсаций при работе компрессора и равномерная подача сжатого воздуха.
Работу компрессора регулирует автоматика, в состав которой входит регулятор давления. Работа такого регулятора заключается во включении и выключении оборудования для поддержания постоянного давления в ресивере. Когда давление в ресивере падает автоматика посылает сигнал и начинается работа компрессора.
Для обеспечения безопасности на ресивере установлен аварийный клапан, который открывается когда давление в сосуде достигает критического значения.
Устройство многоступенчатого компрессора
Многоступенчатые поршневые компрессоры выполнятся с вертикальным и горизонтальным расположением цилиндров. Первое создает экономию в площади компрессорной станции, а так же удобство эксплуатации и монтажа, однако применимо только в компрессорах с одной или двумя ступенями сжатия в одном цилиндре.
Компрессоры с дифференциальными поршнями, осуществляющие многоступенчатое сжатие в одном цилиндровом блоке, выполняются по необходимости горизонтальными.
Ступени сжатия могут осуществляться в отдельных цилиндрах; в этом случае применяют рядное расположение цилиндров с приводом от общего коленчатого вала.
С конструктивной точки зрения различают бескрейцкопфные и крейцкопфные компрессоры.
В бескрейцкопфных компрессорах роль крейцкопфа (ползуна) выполняет сам поршень, обладающий в этом случае удлиненной цилиндрической поверхностью. Обычно они являются компрессорами низкого давления с одной или двумя ступенями сжатия. Крейцкопфные конструкции применяются при любых давлениях, но характерны для высоких давлений при многоступенчатом сжатии. Это объясняется высокими значениями поперечных сил, восприятие которых поверхностью поршня оказывается недопустимым.
Рассмотрим для примера конструкцию вертикального поршневого компрессора. Конечное давление 22 МПа осуществляется в пяти ступенях. В правом блоке цилиндров расположены первая и четвертая, в левом – вторая, третья и пятая ступени сжатия. Это компрессор крейцкопфного типа с вильчатым шатуном.
Компрессор снабжен масляным шестеренным насосом, подающим масло из картера к подшипникам. Масло для смазки в цилиндры подается специальным устройством – лубрикатором. Охлаждение воздуха в холодильниках осуществляется после каждой ступени.
Цилиндры компрессоров с давлением до 8 МПа обычно отливают из чугуна; более высокое давление требует применение стального литья и стальных поковок. Цилиндры снабжаются лапами, опирающимися на плиты, залитые в бетонный фундамент.
В многоступенчатых компрессорах с дифференциальными поршнями блок цилиндров состоит из отдельных частей, жестко и надежно скрепляемых болтами и шпильками.
В компрессорах высокого давления применяют сальниковые уплотнения в виде конических разрезных чугунных колец. Сальники выполняются почти всегда с охлаждением.
Конструкция центробежного компрессора
Центробежные компрессоры в большинстве случаев имеют несколько ступеней. При небольшой подаче они изготавливаются секционными с разделением ступеней на отдельные секции с разъемом в плоскостях, нормальных к оси машины.
Конструкции центробежного компрессора средней и высокой подач, как правило, изготавливают с разъемом корпуса в горизонтальной плоскости аналогично современным паровым турбинам. В этом случае прямой и обратный направляющие аппараты составляют одно целое с половинами корпуса или же, что встречается чаще, размещаются на диафрагмах, плотно вставленных в корпус. Диафрагмы имеют разъем в горизонтальной плоскости.
Охлаждение корпуса компрессора, желательное энергетической точки зрения, усложняет конструкцию корпуса. Поэтому компрессоры строят с подразделением ступеней на группы в отдельных корпусах и расположением промежуточных охладителей между корпусами. Таким образом, бывают компрессоры одно-, двух- и трехкорпусные.
Промежуточные охладители могут располагаться и между группами ступеней, заключенных в одном корпусе.
Всё это можно увидеть на продольном разрезе второго корпуса шестиколесного турбокомпрессора с подачей 9000 м 3 /ч при давлении 0,7 МПа, частота вращения 10 200 об/мин при мощности на валу 1200 кВт.
Первый корпус этого компрессора имеет одно колесо с двухсторонним подводом. Воздух, сжатый в первой ступени, проходит через трубчатый охладитель и поступает в приемный штуцер 1 второго корпуса, в котором размещено пять колес, составляющих ступень конечного сжатия.
Воздух проходит последовательно через колесо 2 и диффузор и поступает в колесо 3. Замет, пройдя через прямой и обратный направляющие аппараты, он попадает в колесо 4, откуда направляется через промежуточный охладитель и канал в пятую 5 и шестую 6 ступени.
Основными элементами конструкции здесь являются: литой чугунный корпус 7, замыкающие крышки 8 и 9 корпуса, несущие штуцера 1 и 1’ и коробки подшипников.
Внутри корпуса располагаются диафрагмы, несущие лопасти обратного направляющего аппарата.
Уравновешивание осевой силы достигается, с одной стороны, обратным расположением пятой и шестой ступени и, с другой – упорным сегментным подшипником, находящимся между корпусами компрессора.
Между ступенями располагаются гребенчатые уплотнения.
Область применения
Воздушный компрессор – это самое популярное пневматические оборудование.
Принцип работы компрессора достаточно прост и поэтому такие агрегаты нашли широкое применения практически во всех областях. Они используются в монтажных, ремонтных и строительных работах.
Бытовой воздушный компрессор работает от сети в 220 Вольт и имеет самую широкую область применения. Такие машины используются для проведения покраски или аэрографии.
Для удовлетворения требований промышленности конструкция компрессора, выпускаемого на заводе, соответствует стандартизированному номенклатурному ряду.
Этот ряд построен на основе унификации деталей компрессоров, что позволяет создавать машины различных подач и давлений с применением одинаковых конструкций основных элементов (рам, цилиндров, валов и т.д.). Это значительно удешевляет производство и снижает стоимость компрессоров.
Воздушные компрессоры получили широкое применение в нефтедобывающей отрасли и добыче газа. Их используют при добыче угля и в горнодобывающих комплексах.
Компрессор. Назначение, виды и их характеристики
Пневматический строительный инструмент и различное оборудование, использующее в своей работе сжатый воздух, требуют подключения к специальному нагнетателю давления под названием компрессор.
Само название с латинского дословно можно перевести, как сжатие, что уже указывает на назначение этого устройства.
Компактные переносные модели и стационарные энергетические компрессоры используются в самых разных сферах человеческой деятельности.
Из данной статьи вы узнаете о видах компрессоров, как самостоятельном инструменте, так и используемых его модификаций для различных устройств, работающих от сжатого воздуха.
Назначение и принцип действия компрессора
Компрессор – это устройство для перемещения газов, а также повышения их давления.
В большинстве случаев речь идет о воздушных компрессорах, однако, существуют варианты, созданные для работы с вполне конкретными газами и их смесями.
В быту компрессоры активно используют для накачки надувных изделий воздухом, например, игровых мячей, пневматических матрасов, плавательных кругов, резиновых лодок.
Этот список можно продлевать бесконечно.
В профессиональной деятельности аппарат служит источником энергии для пневмоиструмента, используется автомобилистами и шиномонтажниками для накачки автомобильных шин, мотористами для очистки двигателя от грязи мощной воздушной струей (так называемое продувание).
Для опрессовки систем отполения в жилых помещениях, для септиков, для работы пескоструем, краскопультом, аэраторами и другими устройствами.
Некоторые виды этих устройств используют даже в медицине, например, в стоматологических кабинетах, где они потоком сжатого воздуха приводят в движение зубоврачебные приборы.
Устройство и характеристики
Компрессор – это по своей сути насос, который обеспечивает подачу газа с избыточным давлением.
Конструктивно различные виды могут значительно отличаться друг от друга.
Так насос приводится в движение ДВС или электродвигателем, а конструкция может включать или не включать металлический ресивер-баллон, в который нагнетается избыточное давление.
В привычном исполнении воздушный компрессор представляет собой ресивер, установленный на колесиках и оснащенный ручкой для удобства перемещения.
Баллон одновременно выступает рамой устройства, и сверху на него монтируется электродвигатель с насосом, регулятором давления, манометром и кнопкой запуска.
К ресиверу подключается пневматический шланг, к концу которого присоединяются различные переходники и насадки для использования этого оборудования в соответствующих целях.
Материал
Компрессор, в зависимости от его вида, состоит из множества отдельных деталей, часть из которых испытывает различного рода нагрузки, включая трение и давление.
Потому при изготовлении даже идентичных узлов часто используются совершенно разные материалы.
Так, например, цилиндры могут быть изготовлены из чугуна, литой и кованной стали.
Их рабочую поверхность шлифуют, и хонингуют.
Поршневые кольца производят из высококачественного перлитного чугуна.
В изготовлении уплотняющих сальников используется фторопласт.
Ресиверы во избежание коррозии покрывают слоем цинка или защитным ЛКП.
В принципе, все основные элементы изготавливают из металлов, за исключением, пожалуй, транспортировочных колес, которые зачастую делают пластиковыми с резиновым ободом.
Размеры и вес
Компрессоры могут быть действительно миниатюрными, длиной от 30 см, а также изготовленными в виде стационарных промышленных установок весом более 300 кг.
Типовые же воздушные модели, которые используют в своем деле профессионалы и любители, в среднем имеют следующие размеры:
Так общая длина моделей объемом 25 л составляет примерно 0,58 м.
Наибольшего распространения у гаражных мастеров получили компрессоры с 50-литровым ресивером длиной 0,71 м и массой 40 кг.
Тип двигателя, мощность и давление
Насосы компрессоров приводятся в движение ДВС, электрическими двигателями, газовыми или паровыми турбинами.
Первые два варианта характерны для мобильных установок.
Модели с дизельным или бензиновым двигателем имеют размеры несколько больше электрических вариантов, используют их преимущественно в полевых условиях.
Что касается мощности привода компрессора, то самые востребованные электрические модели считаются и наименее мощными, хотя для всех бытовых и большинства профессиональных задач их параметров вполне достаточно.
Так домашние устройства оснащаются в основном 1,5-киловаттными электродвигателями, в то время как для профессиональной деятельности используют модели на 2 – 2,5 кВт.
С повышением мощности оборудования возрастают его размеры и вес, а также уровень издаваемого шума.
Мощность бензиновых агрегатов начинается с отметки 4 кВт, нередко достигает отметки 12 – 13 кВт.
По нагнетаемому давлению компрессоры делят на несколько групп:
При работе в режиме всасывания эти устройства создают разрежение до 50 кПа, а иногда и до 90 кПа, выступая в последнем случае аналогами вакуумных насосов.
Время работы компрессоров
Продолжительность непрерывной работы компрессора в первую очередь зависит от его типа, а следовательно – конструкции.
Время работы без перерыва ограничивается степенью нагрева рабочих органов.
Так, например, коаксиальные варианты без ресивера способны непрерывно работать не дольше 20 минут, после чего их узлы заметно перегреваются.
Что касается моделей с ресиверами, то тут непрерывность работы определяется по минимальному давлению в системе, так как вся суть таких устройств заключается в периодической подкачке этого давления.
Запуск двигателя осуществляется ранее момента, когда давление снизится до меньшей отметки, нежели рабочее значение.
То есть время непрерывной работы определяется мощностью двигателя (производительностью насоса) и объемом ресивера.
В зависимости от технических условий, оптимальное время непрерывной работы составляет менее 6 минут за одно включение, 20 минут в час за не более чем 8-10 включений.
Если двигатель стартует чаще, будет наблюдаться износ механизмов, а если за одно включение работает дольше, это приведет к перегреву оборудования.
Насадки
Вместе с компрессором зачастую в комплекте идут пневматические штуцеры для накачки различных надувных изделий.
Также их легко можно отыскать в свободной продаже.
Речь идет о насадках для ниппелей, мячей и надувных матрасов.
Также изготавливают адаптеры для накачки надувных лодок.
Расширить функциональность компрессора можно с использованием пневматических фитингов, включающих разветвители, соединения шлангов и различные переходники.
Все перечисленные элементы изготавливают из цинка, меди, латуни, нержавеющей стали или композитного пластика.
Термины, определения и общие понятия, связанные со стандартными компрессорами, указаны в ГОСТ 28567-90.
Кроме того, для стационарных воздушных поршневых агрегатов общего назначения введен еще в 1982 году ГОСТ 20073-81, а для гаражных компрессоров существует ГОСТ 18517-84.
Маркировка
Каждый производитель поршневых компрессоров маркирует свои изделия согласно собственных стандартов и технических условий.
Единую стандартизацию маркировки получили винтовые приборы.
Она состоит из буквенно-цифровой последовательности, например, ВК20Е-8-500Д, где:
Наличие в маркировке сочетания “ВС” свидетельствует об установленном частотно-регулируемом приводе, а обозначение “А”, которое встречается крайне редко, говорит об отсутствии внешнего кожуха.
Виды компрессоров и их цена
По целевому назначению компрессор бывает:
Газовый
Предназначен для функционирования с газами или смесями, за исключением воздуха.
Воздушный
Предназначен исключительно для воздушной смеси.
Циркуляционный
Для обеспечения движения рабочего агента по контуру замкнутого типа.
Многоцелевой
Вид оборудования, предназначенный для сжатия разных газов попеременно.
Многослужебный
Для сжатия нескольких газов одновременно.
По исполнению различают следующие аппараты для создания избыточного давления:
Мобильный компрессор
Передвижное устройство, часто оснащается колесиками и рукоятью.
Используется на различных строительных площадках, при ремонте дорог, в небольших ремонтных мастерских и т.д.
Это универсальный компрессор, так как подходит для решения широкого спектра задач.
Более мощные агрегаты выполнены в виде прицепа к автомобилю.
Компрессор стационарной установки
Не приспособлен для передвижения, представляет собой габаритную установку, размещенную вблизи постоянно работающего с ней пневматического оборудования.
Портативная компрессорная станция
Установка для сжатия газов с возможностью передвижения.
В основе конструкции находится компрессор, работающий в паре со вспомогательным оборудованием.
Стационарные станции
То же, что предыдущий вариант, однако, имеют большие габариты, и устанавливаются неподвижно в цехах различных производственных предприятий.
Часто оснащаются доп. системами, например, пожаротушения.
Сжатых воздух применяется для пневмоиспытаний оборудования, подачи на пневматические приводы и в других целях.
По типу двигателя, приводящего в работу насос, компрессор может быть:
Электрический
Легкий и компактный, может иметь крайне малые размеры.
Электрокомпрессор не зависит от топлива, подключается к источнику 12 или 24 В постоянного тока, или 110, 220, 360 В переменного.
Последние обойдутся минимум в 7 тыс. рублей.
Бензиновый
Распространен менее по причине высокой стоимости топлива, представляет собой довольно производительное оборудование.
Цена – от 100 тыс. рублей.
Дизельные
Обладают наибольшей мощностью среди представленных выше.
Так как отличаются меньшим расходом топлива — экономичнее.
Однако их стоимость самая высокая, в среднем составляет 600 – 700 тыс. рублей.
По принципу действия насоса компрессоры бывают следующих видов:
Винтовые
В основе два винтовых ротора, которые при вращении сжимают в зазоре между ними проходящий воздух.
Обладают высокой производительностью и рабочим давлением примерно 5 – 14 бар, экономичные и малошумные.
Цена – от 100 тыс. рублей.
Центробежные
В основе лежит ротор с симметричными колесами на валу.
От последних энергия передается частицам подаваемого газа, которые двигаются внутрь корпуса под действием центробежной силы.
Осевые
Газ проходит между расположенными вдоль оси корпуса двумя лопатками.
Мембранные
Используются преимущественно на производстве при работе с различными газами.
Передача газов под давлением обеспечивается за счет быстрых колебательных движений специальных гибких мембран.
Отличаются компактными размерами, высоким давлением, не подают механические примеси и просты в обслуживании.
Поршневые
Бюджетные модели, в работе напоминающие ДВС, где поршень приводится в движение коленвалом.
Простейшие варианты имеют всего 1 цилиндр, не способный создать высокое давление.
Двухпоршневой компрессор обладает большей производительностью.
Встречаются трехпоршневые модели. По расположению поршней различают вертикальные, горизонтальные и угловые варианты.
В зависимости от количества последовательных этапов сжатия, компрессор бывает одноступенчатый, двухступенчатый и так далее.
Минимальная цена – от 7 тыс. рублей.
Кроме прочего, компрессор может быть:
По типу привода компрессоры бывают:
По наличию ресивера:
По дополнительным параметрам компрессоры бывают:
Примеры компрессоров специальной конструкции, предназначенных для конкретных задач:
Автомобильный компрессор
Электрическое устройство с невысокой мощностью и производительностью, подключаемое к автомобилю через прикуриватель или непосредственно к клеммам аккумулятора.
Это портативные модели, которые легко помещаются в багажник легкового автомобиля, фактически не занимая при этом свободное пространство.
Простенький автокомпрессор обойдется примерно в 600 рублей.
Современный цифровой вариант с автоматическим отключением по достижении определенного давления будет стоить 1,5 тыс. рублей и выше.
Качественный скоростной вариант для подкачки шин обойдется уже в 7 — 8 тыс. рублей.
Мини-компрессор
Агрегат малых размеров, производящий небольшое давление для работы с аэрографом и другими аналогичными устройствами.
Также этот вариант могут использовать автомобилисты.
Аквариумный компрессор
Крайне компактный прибор, предназначенный для насыщения воды в аквариумах кислородом, ее перемешивания и имитации течения.
Средняя стоимость составляет примерно 800 – 1000 рублей, а минимальная — от 300 руб.
Еще один яркий пример специализированных компрессоров — медицинские модели.
Они используются для подачи высококачественного воздуха без примесей на соответствующее медицинское оборудование.
Применяются стоматологами, хирургами, анестезиологами, пульманологами.
Крайне тихие в работе, практически не вибрируют, оснащаются дополнительными системами очистки воздуха и его осушения.
Что нужно знать о компрессорах?
Компрессор, как и любое другое пневматическое оборудование, требует несложного ухода, который способен значительно продлить срок его работы:
Шнековые и мембранные компрессоры не переносят работу при минусовой температуре, поэтому зимой на улице их лучше не использовать.
Производители компрессоров
Ниже приведены наиболее популярные производители бытовых и профессиональных аппаратов:
О том как сделать правильный выбор компрессора для автомобиля, для дома, для покраски и др. читайте в одноименной статье тут