Компрессорное оборудование

Компрессор

Компрессор - устройство для производства сжатого воздуха. Это, по существу, тот же насос, только он качает не воду, а воздух. Выражаясь научным языком, компрессор слу­жит для преобразования электроэнергии в энергию сжатого воздуха. Замена электроэнер­гии на пневматическую дает неоспоримое преимущество в безопасности и экономичности использования инструментов и оборудования.

Условно компрессорное оборудование делят на бытовое оборудование, полупрофессио­нальное и профессиональное. Как правило, в состав компрессорного обо­рудования входит воздухосборник (ресивер).

Ресивер служит для сглаживания пульсаций воздуха, а также он держит запас сжатого воздуха при временном отключении компрессорной установки.  

Воздушные компрессоры повсеместно применяются во многих отраслях от нефтепе­реработки до медицины. Существует также целый ряд так называемых «бытовых» ком­прессоров, предназначенных для частного использования. Причем, как правило, в про­мышленности используются винтовые, а в быту – поршневые или мембранные компрес­соры.

Промышленные компрессоры подходят для постоянной, непрерывной работы в каче­стве энергоносителя, а также в качестве технологической составляющей, в том случае, ко­гда воздух входит в контакт с конечной продукцией (пищевая, медицинская промышлен­ность).

Основными техническим характеристиками компрессоров являются:

        - величина создаваемого давления сжатого воздуха (атм., bar.);

        - производительность по всасыванию или по нагнетанию (м3/мин, л/мин, л/сек);

        - мощность первичной силовой установки (кВт);

        - габариты и масса компрессора.

Компрессоры классифицируют по очень многим признакам. Рассмотрим самые распро­странённые из них:

1. По системе смазки:

        - масляные;

        - безмасляные.

2. По типу соединения с первичной силовой установкой:

        - коаксиальные;

        - ременные.

3. По характеру режима сжатия воздуха:

        - мембранные;

        - поршневые;

        - ротационные или винтовые.

4. По числу рабочих полостей:

        - одинарного действия;

        - двойного действия.

5. По числу ступеней сжатия:

        -одноступенчатые;

        - двухступенчатые;

        - многоступенчатые.

6. По конструктивному исполнению, включающему:

        - вид первичной силовой установки (электродвигатель, двигатели внутреннего сгора­ния)

        - вид используемой системы охлаждения (масляная, воздушная);

        - возможности передвижения (стационарные, передвижные);

        - общую компоновку узлов, отражающую место монтажа силового оборудования (на раме, на ресивере);

        - расположение ресивера (горизонтальное, вертикальное);

        - степень комплектации аппаратурой (воздухо-подготовительной, контроля и безо­пасности).

Итак, начнем по порядку:

1.Смазка компрессоров.

  Для устранения износостойкости деталей, в компрессорах ис­пользуют смазку маслом между поршнем и цилиндром в поршневых компрессорах, и ме­жду винтами – в винтовых компрессорах. Соответственно, какая-то часть масла смешива­ется со сжатым воздухом. Поэтому чтобы убрать масло используют маслоотделители и фильтры. Если содержание масла должно быть очень маленьким (0,01 мг/м3) используют безмасляные компрессоры, которые дороже, но менее надежны, чем обычные.

Безмаслянные компрессоры

     В безмасляных компрессорах отсутствует картер. При их разработке были использо­ваны специальные технические решения и особые материалы с низким коэффициентом трения и пониженной степенью износа, что гарантирует длительный срок службы ком­прессоров. Используются для систем, требующих чистый без примеси масла воздух. Отличительными чер­тами являются неприхотливость, небольшие размеры и вес, возможность перевозки в лю­бом положении, практически не требуют технического обслуживания. Безмаслянные ком­прессоры обычно применяются для производства мягкой и корпусной мебели, небольших окрасочных работ, для питания стоматологических установок (особенно в исполнении с шумозащитным кожухом). 

Маслянные компрессоры

   В масляных компрессорах все внутренние детали смазываются посредством системы разбрызгивания. Игла, расположенная в нижней части соединительного штока, погружа­ется в масло и разбрызгивает его по стенкам цилиндра и соединительного штока, наибо­лее подверженных трению. Масло образует пленку между движущимися частями, которая предотвращает прямой контакт металл-металл, снижая тепловыделение и степень износа при сохранении производительности компрессора. В отличие от безмаслянных компрессоров они имеют более длительный срок службы, но требуют технического обслуживания и выбрасывают в сис­тему масло, что требует установки фильтров на выходе. Применяются в самых различных отраслях: автосервис, мебельные и отделочные мастерские, выполнение некрупных фа­садных работ и ремонтов.

2.Типы соединения с первичной силовой установкой (привод)

   Коаксиальные компрессоры (компрессоры с прямым приводом) - это схемапривода, в которой вал кривошипа и электродвигателя соеди­нены соосно через муфту исоставляют единое целое. Это позволило отка­заться от целого ряда меха­ниче­ских компонентов и, что наиболее важно, избежать потерь мощности, которые неиз­бежны при опосредо­ванном соединении. Дос­тоинством такой схемы яв­ляется простота и ком­пакт­ность, а недостат­ками являются снижение надеж­ности и затруднение тепло­отвода. 

1-ресивер

2-манометр

3-компрессорная головка

4-электродвигатель

5-ремень

6-охладитель

Ременные компрессоры

В данном типе электрических компрессоров применяется традиционная система ремен­ного привода от электродвигателя со шкивом, вращающим маховик компрессорной го­ловки. Диа­метр шкива двигателя всегда меньше диаметра ма­ховика компрессорной го­ловки, поскольку маховик используется и для воздушного охла­ждения компрессорной го­ловки во время работы, а также позволяет компрессорной го­ловке работать с меньшей частотой (чем двигатель), что гарантирует оптимальный уро­вень производительности, смазки, охлаждения и срока службы. Ременные компрессоры имеют очень большой срок службы и особенно пригодны для же­стких условий эксплуатации. Применение ременной передачи позволяет при той же производительности, что и у компрессоров с прямым при­водом, снизить частоту вращения электродвигателя, что увеличивает его ресурс.

3.Сжатие воздуха

 Мембранные  компрессоры  относятся к группе бытовых и предназначены для эпизоди­ческого использования. Они могут применяться в гаражах (для питания бытового пневмо­оборудования), для подкачки шин, надувных матрацев и т.д. и т.п. При применении быто­вых компрессоров следует учитывать, что  продолжительность работ не должна превы­шать 10 мин в час (в противном случае они перегреваются и быстро выходят из строя). Данный тип компрессоров отличает низкая производительность и высокий уровень шума. Их задача - получение вы­сокого давления при низкой производи­тельности                                                                 

	 1-впускной (всасывающий) клапан;

	 2-нагнетательный клапан;

	 3-копус головки;

	 4-мембрана;

	 5-соеденительный шток;

	 6-коленчатый вал;

	 7-шатун;

	 8-вал электродвигателя.

   Принцип действия мембранного компрессора заключается в том, что сжатие воздуха происходит за счет движения пластины, которая приводится в движение шатуном. При движении пластины (мембраны) вниз, создается разряжение, открывая впускной клапан. При достижении мембраной нижней точки клапан закрывается и начинается процесс сжатия. Далее - пластина поднимается, и, как только в полости сжатия достигнуто максимальное давление открывается нагнетательный клапан. После того, как сжатый воздух будет вытеснен из полости сжатия (верхняя точка мембраны), клапан закрывается.

Поршневые компрессоры являются достаточно недорогими на сегодняшний день, несмотря на то, что их позиции на рынке сильно ослабились после появления мощных винтовых компрессоров. Компрессорное оборудование для производства сжатого воздуха на основе использования возвратно-поступательного движения поршня является достаточно не сложным технологически и не дорогим.

При движении поршня (3) вверх по цилиндру компрес­сора (4) воздух сжимается в компрессорной головке(10).

Поршень перемещается элек­тродвигате­лем через коленча­тый вал (6) и шатун (5).
Под действием давления воз­духа открываются и за­крыва­ются вса­сывающие и выпуск­ные клапаны компрес­сора.

На схеме а  пока­зана фаза вса­сывания воздуха в ком­прес­сор. Поршень начи­нает опус­каться вниз от верх­ней точки, при этом в камере ком­прес­сора создается разрежение и открывается впуск­ной клапан (12) и атмосферный воз­дух (11) че­рез впускной коллек­тор (9) попадает­ в рабо­чее простран­ство компрессо­ра (8).
     На схеме б показана фаза сжатия воздуха и его выхода из компрессора. Поршень под­ни­мается вверх и сжимает воздух. При этом открывается выпускной клапан компрессора (1) и воздух под высоким давлением(7) выходит из компрессора через выпускной коллектор(2).

  Мы рассмотрели принцип работы стандартного поршневого компрессора одинарного действия, где сжатие воздуха осуществляется в рабочей полости цилиндра только с одной стороны поршня;

   Но требования потребителей, предъявляемые к данному типу оборудования настолько широки, что производителям пришлось модифицировать и дорабатывать поршневой компрессор, с целью улучшения тех или иных его качеств, в основном - производительность.    Так, мы можем видеть компрессоры с одним, двумя и более цилиндрами с различным их расположением (рядно,V-образно,W-образно, оппозитно и т.д.). Но, увеличивая количество цилиндров, мы вынуждены применять более мощный электродвигатель, что не всегда оправдано и целесообразно. Одной из серьезных доработок в этой области являются компрессоры двойного действии.

 На рисунке мы видим, что в данном случае компрессор имеет не одну, а две рабочие полости цилиндра, расположенные с обеих сторон поршня, где воздух сжимается попеременно.

1-картер;

2-шатун;

3-впускной клапан первой полости;

4-соеденительный шток;

5-поршень;

6-впускной клапан второй полости;

7-выпускной клапан второй полости;

8-выпускной клапан первой полости.

Принцип работы не изменился, но производительность существенно возросла.

С целью повышения производительности поршневых компрессоров, была разработана технология двухступенчатого сжатия. Она заключается в том, что процесс сжатия разделили на две части, и теперь поршни, которые сжимают воздух, делают это не одновременно, а последовательно. Например, один из них сжимает воздух до 8 бар, далее второй сжимает уже подготовленный воздух до 10 бар. Благодаря этой технологии, компрессора обладают высоким КПД, низким уровнем шума, вибрации, выделением тепла и энергопотребления

Итак - поршневые компрессоры одно-, двух- и многоступенчатого сжатия.   

В компрессоре двухступенчатого сжатия  всасываемый воздух сжимается дважды: вначале до определенного давления в цилиндре I ступени, затем, пройдя холодильник, под давлением поступает в цилиндр ступени, где сжимается до конечного давления.

1 — корпус;

2 — поршень;

3, 4 — всасывающий и нагнетательный клапаны;

5 — шатун;

6 — коленчатый вал;

7, 9 — цилиндры I и II ступеней;

8 — холодильник.

Двухступенчатые компрессоры создают, как правило, давление нагнетания до 12 кгс/см2, при этом в цилиндрах компрессора температура сжимаемого воздуха повышается до 190°С и более.

Применяемые для смазывания компрессоров смазочные масла имеют температуру вспышки 210—240°С. При достижении такой температуры масло разлагается, выделяя твердые частицы и газы. Эти газы, смешиваясь с воздухом, образуют взрывчатую смесь, которая может оказаться причиной взрыва компрессора. Поэтому для регулирования температуры сжимаемого воздуха после каждой ступени сжатия в компрессоре устанавливают холодильник для охлаждения цилиндров.

Винтовые(роторные)компрессоры - отличаются от традиционных поршневых принципом работы: если в поршневом компрессоре происходит ударное сжатие воздуха, то винтовой компрессор нагнетает воздух последовательно, посредством винтовой пары с высоким классом точности обработки поверхности, поступательно гоня газ уменьшая его объем. Винтовая пара засасывает воздух, вращаясь в резервуаре с маслом, что обеспечивает низкий коэффициент трения, дополнительное масляное уплотнение, гарантирующее герметичность системы, эффективный теплоотвод от рабочей зоны, а масляный клин создает отличные условия для сжатия воздуха.

  В результате - высокий КПД и незначитель­ное превышение температуры сжа­того воздуха по сравнению с температурой на входе, тише шу­мят и в работе намного на­деж­ней поршневых компрессоров.

  Винтовые компрессоры - это машины непре­рывного действия. Конструктивно компрес­соры могут быть также ротационные и спи­ральные, они более специфичны и требуют от­дельного разговора о конструкции и области применения каждого.

Заключение

Итак, мы разобрали устройство и основные классификации компрессоров. Подведем итог и рассмотрим общие характеристики основных групп компрессоров, дабы помочь покупателю выбрать необходимый, исходя из его нужд и потребностей, компрессор.

Сжатый воздух как энергоноситель имеет достаточно широкое применение во многих отраслях промышленности. Привод различных пневматических механизмов, пескоструй­ная обработка, покрасочные работы – список можно продолжать бесконечно. Поэтому рынок компрессоров – машин для производства сжатого воздуха  многообразен.

Самые маленькие компрессоры – так называемый бытовой класс. Это поршневые ма­шины, как правило, соединенные с электродвигателем соосно через муфту (коаксиальный привод). Вы­пускаются, как правило, с двигателями от 1,1 кВт до 2,25 кВт, давление – до 8 бар. Предназна­чены они в основном для периодического использования, продолжительность работы не превышает 15-20 мин в час (в противном случае они перегреваются и достаточно быстро выходят из строя). Ни в коем случае не годятся для круглосуточной работы. Такой ком­прессор хорошо иметь в гараже для подкачки шин, покраски, продувки и т.д. Удобны для транспортировки, мало весят, как правило, имеют встроенный регулятор давления. Размер ресивера – от 6 до 100 л. К недостаткам можно также отнести повышенный шум при рабо­те и большой унос масла. Имеются компрессоры без смазки цилиндро-поршневой группы, они удобны для покраски, поскольку при сжатии масло в воздух не попадает. Однако ре­сурс таких машин несколько ниже, чем у машин со смазкой.

Следующая группа – полупрофессиональные компрессоры (с тем же успехом их можно назвать полубытовыми). Поршневые компрессоры с ременным приводом уже посерьез­нее, позволяют получить давление до 16 бар, производительность до 2 м3/мин. Комплек­туются ресивером объемом от 50 до 1000 л. Плохо приспособлены для круглосуточной работы, однако работу в одну смену переносят неплохо. Достоинством является их отно­сительно невысокая стоимость (по сравнению с винтовыми), простота конструкции. Не­достатки – сравнительно небольшой ресурс, необходимость периодических ремонтов (в основном замена колец и клапанов), высокий уровень шума, большое содержание масла в сжатом воздухе и соответственно унос масла, невысокая экономичность. Привод компрес­соров в основном электрический, однако, есть исполнения с дизельными и бензиновыми двигателями, что иногда бывает очень удобно, к примеру, для строителей. Компрессоры этого типа уже могут применяться для промышленных целей (небольших производств, автосервисов и т.д.), однако не должны работать более 40 мин в час. Вообще данный класс машин часто выступает как более дешевая альтернатива винтовому компрессору, при не­достаточной загруженности производства либо при недостатке средств. Полупрофессио­нальное компрессорное оборудование имеют систему смазки и больший срок службы. Ре­сурс такого оборудования при правильной эксплуатации может составлять 3000 часов. Другие конструктивные особенности и характеристики полупрофессиональных компрес­соров практически не отличаются от бытовых. Производительность такого оборудования колеблется в пределах от 100 до 300 л/мин, при этом объем ресивера может быть от не­скольких литров до ста.

   Промышленные поршневые компрессоры – следующая группа. Это мощные промышлен­ные машины. Достоинство данных машин – прежде всего, достаточно высокая экономич­ность (малый удельный расход электроэнергии). Недостатки – большая материалоемко­сть, необходимость в фундаменте, высокий уровень шума и вибрации. Часто требуют во­дяного охлаждения.

Двухцилиндровые модели компрессоров с прямым приводом являются профессиональ­ным оборудованием. Компрессоры коаксиального типа чаще всего имеют расположение цилиндров в виде буквы «V», их производительность составляет от 400 до 550 л/мин. Их ресурс достигает 5000 часов и более, а производительность составляет свыше 250 л/мин.

Ременные компрессоры имеют очень большой срок службы и особенно пригодны для же­стких условий эксплуатации. В данном типе электрических компрессоров применяется традиционная система ременного привода от электродвигателя со шкивом, вращающим маховик компрессорной головки. Ременные компрессоры поставляются в одно- или двух­ступенчатом исполнении. Последние имеют значительно более высокую производитель­ность и пониженный уровень шума.

Выпускаются с двигателями 1,5–15,0 кВт и ресиверами от 25 до 900 л.  Применение двух поршней различного диаметра (первый из которых обеспечивает всасывание необхо­димого количества воздуха и предварительное сжатие до 3-4 атм., а второй дожимает воз­дух до необходимого максимального давления) позволяет достигать давления до 14 атм., а также применять компрессор в производствах, где потребление воздуха очень высоко.

Принудительная система воздушного охлаждения с помощью специальной направляющей позволяет уменьшить температуру компрессорной головки, избежать перегрева и, как следствие, повышенного износа. Все это существенно увеличивает ресурс компрессоров и дает возможность использовать их при высоких нагрузках.

Винтовые компрессоры – оптимальный выбор для промышленного предприятия с требуе­мым расходом 0,5 – 50 м3/мин и давлением до 15 бар.

Остальные типы компрессоров в данном диапазоне получили значительно меньшее рас­пространение по разным причинам, и рассматривать возможность их применения, пожа­луй, нецелесообразно. Интерес представляют спиральные компрессоры, однако, при всех своих преимуществах, это достаточно дорогие машины, их применение должно быть эко­номически обоснованно.

   Производительность компрессора обычно указывается для обычных условий, при кото­рых атмосферное давление составляет 1атм или 1бар, а температура + 20С, и измеряется в следующих единицах - м3/мин, м3/час, л/с. Сжатие газа в компрессоре происходит при помощи привода, в качестве которого обычно выступает электродвигатель или дизель.
Здесь имеют значение следующие параметры:
   • мощность привода; измеряется в киловаттах или лошадиных силах, соответственно 1л.с.=0,74кВт.
   • частота вращения; измеряется в оборотах в минуту.

При использовании электродвигателя имеют также значение напряжение и частота пи­тающего напряжения.

    Существуют компрессоры стационарные и передвижные. Стационарные компрессоры устанавливаются на определённое место, при необходимости - на специальную несущую раму или фундамент. Передвижные компрессорные станции изготавливаются на базе шасси и соответственно могут перемещаться по строительным площадкам, нефтепромыс­лам, от объекта к объекту.

Таким образом, при выборе компрессора кроме производительности и давления необхо­димо обращать внимание на особенности конструкции шатунно-поршневой группы, а также на число оборотов двигателя.

   Сегодня рынок поршневых компрессоров представлен не только большим разнообра­зием моделей, но и огромным количеством фирм - производителей: от крупных мировых лидеров до малоизвестных китайских кооперативов. Модельный ряд довольно широк и настолько иногда разнообразен, что порой трудно отдать предпочтение какой-либо кон­кретной модели даже в рамках одной фирмы.

P.S. Статья разработана техническим специалистом ТД "HOLEX".