Компрессоры сегодня являются неотъемлемой частью многих производственных процессов и используются повсеместно - от крупных заводов до частных гаражей. Но не все знают, как именно работают эти важные механизмы, позволяющие получать сжатый воздух под высоким давлением. Давайте разберемся в основных принципах, лежащих в основе создания и функционирования современных компрессоров.
История создания компрессора
Первые упоминания о компрессороподобных механизмах встречаются еще в трудах Архимеда в III веке до н.э. Однако прародителем современных компрессоров по праву считается поршневой компрессор, изобретенный в конце XIX века.
Поршневой компрессор, работающий по принципу паровой машины, но преобразующий энергию пара в энергию сжатого воздуха, стал прообразом последующих конструкций компрессоров.
Первоначально в промышленности использовались громоздкие системы централизованной подачи сжатого воздуха от одного мощного двигателя к различному оборудованию. Со временем появились компактные переносные компрессоры, работающие автономно.
Типы и виды компрессоров
Существует множество разновидностей компрессоров, отличающихся принципом работы, конструкцией и областью применения. Рассмотрим основные из них.
Поршневые компрессоры
Это наиболее распространенный тип компрессоров, особенно для небольших объемов сжатого воздуха. Работают по принципу двигателя внутреннего сгорания, используя возвратно-поступательное движение поршня.
- Простота устройства и надежность.
- Высокая стоимость обслуживания из-за большого износа деталей.
- Шум при работе.
Винтовые компрессоры
Используют винтовую пару rotor-stator для сжатия воздуха. Обеспечивают непрерывный поток сжатого воздуха без пульсаций.
- Плавная бесшумная работа.
- Высокая стоимость.
- Требуют квалифицированного обслуживания.
Также используются ротационные, турбокомпрессоры и другие типы.
Рассмотрим более подробно устройство и принцип действия поршневого компрессора как наиболее распространенного типа.
Устройство поршневого компрессора
Поршневой компрессор состоит из следующих основных элементов:
- Корпус с цилиндром, внутри которого перемещается поршень.
- Поршень, приводимый в движение кривошипно-шатунным механизмом.
- Всасывающие и нагнетательные клапаны.
- Коленчатый вал привода.
- Система смазки и охлаждения.
Рассмотрим подробнее принцип работы этих основных узлов поршневого компрессорного агрегата.
Движение поршня в цилиндре
При движении поршня из нижней мертвой точки вверх в цилиндре создается разряжение, всасывающий клапан открывается и происходит забор воздуха в цилиндр. Затем поршень движется вниз, сжимая воздух, нагнетательный клапан открывается и воздух поступает в ресивер под давлением.
Таким образом, за один оборот коленчатого вала происходит полный цикл всасывания и сжатия воздуха.
Работа клапанов
Клапаны открываются и закрываются в нужные фазы цикла, пропуская воздух только в одном направлении и не давая ему выходить обратно. Всасывающий клапан открыт на такте впуска, нагнетательный — на такте сжатия.
Процесс сжатия воздуха
Воздух сжимается за счет уменьшения объема над поршнем при его движении вверх после закрытия всасывающего клапана. Чем меньше объем, тем выше давление сжатого воздуха.
В многоступенчатых компрессорах воздух последовательно сжимается в нескольких цилиндрах до более высокого конечного давления.
Система охлаждения
Процесс сжатия сопровождается нагревом воздуха, поэтому компрессор оснащен системой охлаждения цилиндров и головок для отвода тепла с помощью охлаждающей жидкости или воздуха.
Таким образом, принцип действия поршневого компрессора основан на циклическом всасывании и сжатии воздуха при движении поршня в цилиндре с последующим охлаждением нагревшегося сжатого воздуха. Этот принцип лежит в основе работы самых распространенных поршневых компрессоров.
Винтовые компрессоры работают по другому принципу, нежели поршневые. Рассмотрим их устройство и механизм сжатия воздуха более подробно.
Устройство винтового компрессора
Винтовой компрессор состоит из:
- Двух роторов (винтов) - мужского и женского.
- Корпуса, внутри которого вращаются роторы.
- Масляного насоса с фильтрами.
- Маслоотделителя для выделения чистого воздуха.
- Системы охлаждения масла и воздуха.
Принцип работы винтов
Роторы вращаются в противоположные стороны, перемещаясь в камерах друг друга. За счет этого объем между ними уменьшается и воздух сжимается.
Всасывание воздуха
Воздух засасывается через впускной клапан в начале рабочей зоны роторов.
В камерах между роторами образуется воздушно-масляная смесь, которая сжимается по мере вращения.
Сжатая смесь отделяется от масла в маслоотделителе. Чистый сжатый воздух поступает потребителю.
Система смазки и охлаждения
Масло смазывает и охлаждает роторы, а затем очищается и охлаждается в специальных узлах компрессора.
Таким образом, винтовые компрессоры имеют более сложное устройство, но при этом обеспечивают ровный непрерывный поток сжатого воздуха в отличие от поршневых.
Сравнение поршневых и винтовых компрессоров
Рассмотрев устройство и принцип работы поршневых и винтовых компрессоров, можно выделить их основные отличия.
Ресурс и долговечность
У поршневых компрессоров наблюдается больший износ деталей из-за наличия кривошипно-шатунного механизма. Ресурс винтовых компрессоров выше за счет отсутствия трения скольжения.
Уровень шума
Поршневые компрессоры создают более высокий уровень шума из-за возвратно-поступательных движений поршня. У винтовых компрессоров вращение роторов происходит плавно, за счет чего они тише в работе.
Стоимость
Стоимость винтовых компрессоров значительно выше, чем у поршневых, из-за большей сложности производства их прецизионных деталей.
Поршневые компрессоры проще в обслуживании, требуют замены расходных материалов. Винтовые компрессоры нуждаются в более квалифицированном сервисе.
Области применения
Поршневые компрессоры чаще используются для небольших объемов воздуха, винтовые - на производствах с круглосуточным циклом работы.
Таким образом, каждый тип компрессоров имеет свои преимущества и недостатки, которые важно учитывать при выборе для конкретных целей.
