Центробежный воздушный пневмокомпрессор – это агрегат, в котором сжатие воздуха происходит за счет преобразования кинетической энергии лопастей ротора в потенциальную энергию давления газа. Через выходной штуцер воздух поступает в ресивер или к пневмоустройствам: насосам, гидромолотам, медицинскому оборудованию, например, аппаратам ИВЛ.
Как устроены центробежные компрессоры
Принцип работы центробежного компрессора основан на законе сохранения энергии, может быть описан уравнением Бернулли. Вдоль линии тока газов сумма статического и динамического давлений остается постоянной. Если один параметр увеличивается, другой уменьшается, и наоборот.
Центробежный воздушный компрессор условно делят на три контура, где происходят преобразования энергии:
- Рабочее колесо – импеллер. Превращает механическую энергию электромотора в кинетическую. Газ поступает на поверхность рабочего колеса вдоль его оси вращения. Лопатки, вращаясь с высокой скоростью, захватывают поток и отбрасывают его к периферии за счет действия центробежных сил.
- Диффузор – кольцевой канал с расширяющимся поперечным сечением, расположенный сразу за рабочим колесом. В этот канал попадает поток газа. В диффузоре происходит повышение давления потока, здесь он тормозится, его кинетическая энергия преобразуется в энергию давления.
- Спиральный выходной коллектор – улитка. Этот контур собирает газ из диффузора и направляет его к выходному патрубку. Сечение улитки выполнено так, чтобы продолжить снижение скорости потока, обеспечивая его окончательное преобразование до рабочего давления.
Литой корпус центробежного компрессора часто выполнен в форме улитки. В кожухе собирается сжатый воздух и направляется к выходному штуцеру. Вал ротора – вращающаяся на подшипниках ось, на которой закреплено рабочее колесо – импеллеры в форме крыльчаток – диск с лопатками. Он раскручивается с высокой частотой – от тысячи оборотов в минуту.
Диффузор – кольцевой канал с лопатками. На внутренние поверхности может наноситься напыление, снижающее сопротивление потоку воздуха.
Входной направляющий аппарат – регулируемые лопатки на входе в улитку, которые направляют поток воздуха к рабочему колесо под углом – такая схема используется в многоступенчатых компрессорах для регулировки производительности агрегата.
Подшипники, втулки – установлены на валу для поддержания его вращения, а также снижения сил трения. Могут смазываться при помощи масленок, которые устанавливаются на корпусе улитки.
Уплотняющие элементы – сальники, резиновые кольца, прокладки – предотвращают утечки воздуха между ступенями и вдоль поверхности вала. Утечки уменьшают мощность пневмокомпрессора.
Система охлаждения – устанавливается на промышленные пневмоагрегаты, работающие от 8 до 22-24 часов в сутки. Представляют собой радиаторы, способные отводить тепло от корпуса во время работы устройства.
Принцип работы центробежного пневмокомпрессора
Первый этап – всасывание потока и его разгон. Воздух поступает во входной патрубок и попадает на центр вращающегося рабочего колеса. Преобразование энергии происходит под действием центробежной силы. Воздух отбрасывается от центра колеса к его краям. Лопатки колеса ускоряют поток. На выходе из рабочей камеры воздух набирает высокую скорость, но давление еще меньше рабочего, которое требуется для пневмооборудования..
Преобразование кинетической энергии потока в высокое давление происходит в диффузоре. Поскольку канал диффузора расширяется, скорость потока уменьшается, а его давление возрастает.
Сжатый воздух из диффузора попадает в выходные каналы улитки. Затем поток направляется на выход или в следующую камеру сжатия, если пневмокомпрессор многоступенчатый.
Виды центробежных компрессоров
Классифицируют устройства по трем признакам:
- число ступеней сжатия – одноступенчатые модели с одним рабочим колесом. Позволяют получить давление до 7-8 бар. Многоступенчатые компрессоры с двумя или большом числом рабочих колес, расположенных последовательно на одном валу. Воздух, выходя из одной ступени, охлаждается и поступает в следующую. Это позволяет получать на выходе до 50 бар и более;
- по типу конструкции – разъемные пневмокомпрессоры состоят из верхней и нижней крышек, стянутых болтами или шпильками. Такая компоновка упрощает монтаж, обслуживание и ремонт устройства. Неразъемные пневмоагрегаты состоят из бочкообразного корпуса, внутренние детали вставляются с одного торца, который закрывается массивной крышкой. Эти аппараты считаются более устойчивыми к высоким значениям давления воздуха.
- по способу охлаждения – компрессоры воздушным и водяным охлаждением. Воздушные модели более компактные и простые по конструкции. На промышленные водяные пневмоагрегаты устанавливают радиаторы, помпу, в корпусе выполнены каналы для прокачивания через них антифриза. Во время циркуляции жидкости происходит охлаждение пневмокомпрессора.
Применение центробежных пневмокомпрессоров и преимущества
Центробежные компрессоры применяют там, где требуются большие объемы чистого воздуха без содержания масла в потоке. Где применяют агрегаты:
- в нефтегазовой промышленности – для закачки газов в пласты грунта для поддержания постоянного давления, транспортировки газов или нефти по магистральным трубопроводам, при переработке углеводородов;
- в химической промышленности – во время производства аммиака, метанола, полиэтилена;
- в энергетике и машиностроении – для наддува воздуха в газотурбинных энергетических установках;
- в фармакологических производственных цехах – компрессоры применяются при изготовлении лекарств, их упаковки;
- в быту – организация водоснабжения в загородных домах, откачка воды из водоемов;
- в ЖКХ, на водоочистных сооружениях – организация водоснабжения при авариях, очистка воды;
- на огнеопасных или взрывоопасных объектах промышленности – в помещениях, где применяется пневмооборудование при производстве работ со стружкой, маслами, смолами.
Центробежные компрессоры применяют по следующим причинам:
- воздух к выходному штуцеру подается практически без примесей. Дополнительно установленные воздушные фильтры еще лучше очищают поток на выходе;
- минимальная шумность и отсутствие вибраций при работе устройств – в отличие от поршневых компрессоров, центробежные модели работают тихо, на корпус практически не воздействуют движущиеся элементы;
- надежность и долговечность аппаратов – минимальное количество вращающихся и трущихся друг о друга деталей увеличивает ресурс компрессора.
