Принцип действия компрессоров: объемные и динамические установки

Компрессорная установка – это агрегат, применяемый для сжатия и перемещения смеси газов по трубопроводам. Особенностью воздушной пневмосистемы является степень повышения давления в системе, параметр указывает на отношение давления на входе в пневмокомпрессор к давлению на выходе.

Компрессор воздушный применяют в промышленности, при добыче полезных ископаемых, в строительной сфере, а также на ремонтных предприятиях различного профиля. Назначение пневмоустановок:

• сжатие, транспортировка смеси газов по трубопроводам – для обеспечения работы пневматических станков и ручного инструмента: прессов, гидромолотов, воздушных ножниц, краскопультов;
• сжатие хладагента – необходимо для эксплуатации холодильных установок;
• откачивание воздуха – создание вакуума в технологических емкостях в пищевой, химической промышленности;
• продувка грунта – применяется в горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности.

Классификация пневматических компрессоров и их особенности

Воздушные компрессоры состоят из силовой установки, основного блока для сжатия смеси газов, ресивера, плат управления, фильтров, аварийных клапанов, а также манометров. В качестве мотора применяют электродвигатели, бензиновые или дизельные ДВС.

Пневмокомпрессоры делят на две группы по принципу сжатия воздуха:

1. Компрессоры объемного действия – в блоке сжатия есть рабочие камеры с изменяющимся объемом. Агрегаты различаются конструкцией воздушно-нагнетательного контура:
   • компрессор поршневой – состоит из головки блока и блока цилиндров, кривошипно-шатунного механизма, обратного клапана. Воздух нагнетается в рабочую камеру за счет поступательного движения поршня. Поток поступает через выходной штуцер в блок фильтров, где задерживается влага и посторонние частицы. Поршневые пневмокомпрессоры бывают масляные и безмасляные. В первом случае движущиеся элементы подвергаются воздействию жидкого компрессорного масла, что увеличивает ресурс механизма. Безмасляные модели способны работать в «сухом» режиме и применяются на производствах, где наличие жиросодержащих соединений в воздушном потоке не допускается. Поршневые компрессоры могут состоять из одного, двух, четырех или восьми цилиндров. Преимущества поршневых пневмоагрегатов: высокая производительность, малая стоимость. Недостатки: значительный уровень шума при работе, требуется постоянное проведение ТО и замена изношенных компрессионных колец, гильз, шатунов;
   • винтовые компрессоры – агрегаты, в которых воздух нагнетается в магистраль за счет перемещения друг относительно друга пары винтов сложной формы. Винты не соприкасаются друг с другом, поэтому износ деталей во время эксплуатации минимален и смазка вращающихся элементов не требуется. Винтовые пневмокомпрессоры малошумные и не требуют постоянного обслуживания. Недостатки агрегатов с винтовой системой: сложное устройство пневмоблока, высокая стоимость ремонта, если требуется замена поврежденных комплектующих;
   • роторные – состоят из рабочей камеры (статора) и вращающегося вокруг своей оси барабана (ротора) с подвижными пластинами. Благодаря установке ротора в статоре со смещением по осям, во время вращения барабана пластины захватывают воздух из входного штуцера и направляют его в выходной канал. Пластинчатые компрессоры применяют в случаях, когда требуется создать давление до 1,5 атмосфер. Примеры использования агрегатов: откачка жидкостей, холодильные установки. Преимущества пластинчатых пневмосистем: малые пульсации воздуха во время работы, простая конструкция. Недостатки: повышенный износ пластин и поверхности статора из-за сил трения, а также нагрев корпуса;
   • мембранные – объемные машины, в которых сжатие воздуха осуществляется за счет эластичной мембраны, она совершает возвратно-поступательные движения. Мембрану приводит в движение толкатель, закрепленный на коленчатом валу. По периметру гибкая мембрана зафиксирована в рабочей камере компрессора, поэтому в таких пневмокомпрессорах (в отличие от поршневых) не нужно использовать поршневые кольца, манжеты для уплотнения штоков. В мембранных агрегатах со смесью газов контактируют только внутренние поверхности рабочей камеры и мембрана, они не соприкасаются с окружающей средой. Поэтому такие агрегаты можно использовать для перекачивания токсичных и взрывоопасных газовых смесей.
2. Компрессоры динамического действия (турбокомпрессоры). Применяются если для работы со смесями газов требуется большая мощность и высокая степень сжатия воздуха при малых размерах пневмоаппарата.
   В основе конструкции – лопаточный узел. Воздушный поток движется непрерывным потоком без пульсации и скачков через системы каналов между лопатками, между вращающихся роторов, направляющих. За счет этого потока газа приводится в движение рабочее колесо с лопатками. Когда скорость движения газов повышается, увеличивается давление в системе. Энергия частиц воздушной смеси преобразуется в энергию давления.
   По конструкции динамические компрессоры разделяют на две группы:
   • Центробежные турбокомпрессоры (радиальные) – состоят из корпуса, вращающегося рабочего колеса с лопатками, которые загнуты от центра к краям. Воздух попадает на рабочее колесо, благодаря действию центробежных сил прижимается к стенкам корпуса. На последнем этапе газовая смесь вытесняется в диффузор, скорость потока снижается, происходит сжатие воздуха.
     Маломощные центробежные агрегаты применяют в аппаратах для очистки воды, в ваннах с функцией гидромассажа. В нефтяной промышленности используют производительные многоступенчатые турбокомпрессоры.
   • Осевые пневмокомпрессоры – перемещение и сжатие воздуха происходит вдоль оси вала через вращающееся рабочее колесо и жестко закрепленные на корпусе направляющие. Во процессе движения потока его скорость увеличивается по мере преобразования кинетической энергии в энергию сжатия. Осевые турбосистемы применяют в авиационной промышленности, машиностроении, а также при создании систем вентиляции.