Создана:
7 лет назад
Автор:
Сергей Александрович
Электрический поршневой воздушный компрессор с ресивером

Воздушный компрессор — это машина, которая забирает атмосферный воздух и повышает его давление, чтобы передать сжатый воздух в пневматическое оборудование или ёмкость для хранения.

Конструкция зависит от способа сжатия: у поршневых машин объём рабочей камеры изменяет поршень, у винтовых и других ротационных — вращающиеся рабочие элементы, у центробежных давление растёт за счёт преобразования энергии потока.

В этой статье разберём, из чего состоит и как работает самый распространённый электрический поршневой компрессор с ресивером. Именно такую конструкцию компрессора чаще всего можно увидеть в мастерской, гараже или частном доме.

⚡ Короткий ответ

Компрессор забирает атмосферный воздух и уменьшает объём рабочей полости — либо, как в центробежных машинах, передаёт потоку энергию другим способом. В поршневой конструкции всасывание и сжатие выполняет поршень, а клапаны направляют поток воздуха в нужном направлении. Двигатель приводит компрессорную головку напрямую либо через предусмотренную конструкцией передачу. Сжатый воздух поступает в ресивер, если он предусмотрен конструкцией, а автоматика включает и останавливает двигатель, поддерживая давление в диапазоне, заданном изготовителем.

Дальше мы пройдём путь воздуха от входного фильтра до ресивера и потребителя и разберём, зачем нужен каждый узел на этом пути.

Содержание
  • Из чего состоит воздушный компрессор
  • Как работает воздушный компрессор
  • Почему воздух нагревается и откуда берётся конденсат
  • Отличия типов конструкций воздушных компрессоров
  • Работа компрессора по его узлам
  • Частые вопросы

В быту компрессором часто называют весь агрегат целиком, но технически полезно разделить его на компрессорную головку — узел, который непосредственно сжимает воздух, привод — двигатель и передачу, и оборудование установки — ресивер, автоматику, трубопроводы и средства контроля.

Полный состав оборудования, включая вспомогательные системы и трубопроводы, рассмотрен отдельно в материале про устройство компрессорной установки.

Компрессорная головка

Компрессорная головка поршневого компрессора в разрезе

Компрессорная головка — сердце агрегата, узел, где происходит собственно сжатие воздуха.

В распространённой поршневой конструкции головка включает:

  • цилиндр — рабочую камеру, в которой движется поршень;
  • поршень — изменяет объём рабочей камеры и передаёт усилие от кривошипно-шатунного механизма;
  • поршневые — кольца уплотняют зазор между поршнем и цилиндром;
  • шатун — соединяет поршень с коленчатым валом;
  • коленчатый вал — преобразует вращение двигателя в возвратно-поступательное движение поршня;
  • картер — корпус, в котором размещён кривошипно-шатунный механизм;
  • головку цилиндра с всасывающим и нагнетательным клапанами;
  • систему смазки, если она предусмотрена конструкцией;
  • охлаждающие рёбра или другое предусмотренное охлаждение цилиндра.

Не все компрессорные головки устроены одинаково: часть машин работает без масла в зоне сжатия, поэтому утверждать, что любой компрессор масляный, неверно.

Если снять с агрегата ресивер, колёса, манометры и автоматику, именно головка останется тем узлом, который фактически выполняет сжатие. Поэтому выражение «ресивер качает воздух» технически неверно: ресивер только принимает уже сжатый воздух.

Электродвигатель и передача

Электродвигатель приводит компрессорную головку в движение. Встречаются два распространённых варианта передачи: прямой привод, когда вал двигателя соединён с валом головки напрямую или через муфту, и ременная передача — двигатель через шкивы и ремень вращает маховик, а тот приводит в движение коленчатый вал.

На практике ременной привод легко узнать по защитному кожуху сбоку установки. Под ним находятся шкивы и ремень; снимать кожух во время работы нельзя.

Там, где предусмотрен маховик, он также сглаживает неравномерность вращения, а вентилятор на валу или маховике участвует в охлаждении, если это заложено в конструкцию.

Напряжение питания зависит от модели и мощности агрегата: бытовые компрессоры часто работают от сети 220 В, но встречаются трёхфазные и другие варианты привода. Само напряжение не определяет принцип сжатия воздуха.

Ресивер и воздушная магистраль

На агрегатах с ресивером именно эта ёмкость обычно первой бросается в глаза, поэтому её нередко принимают за главный узел. На самом деле воздух сжимает головка, а ресивер только принимает и хранит уже сжатый воздух.

Его задачи:

  • накопление запаса сжатого воздуха;
  • сглаживание пульсаций, которые создаёт поршневая головка;
  • стабилизация подачи воздуха к потребителю;
  • частичное охлаждение воздуха, при котором может отделяться часть влаги — ресивер при этом не заменяет полноценный осушитель.

Когда двигатель остановился, а пневмоинструмент ещё некоторое время работает, воздух поступает именно из запаса в ресивере. Но большой ресивер не делает слабую компрессорную головку производительнее: он лишь увеличивает запас воздуха и влияет на продолжительность рабочих циклов.

На ресивере обычно предусмотрено сливное устройство для удаления конденсата, но его конструкция — кран, клапан или иное решение — различается в зависимости от модели.

Устройство воздушного компрессора с ресивером

Автоматика, приборы и защитные устройства

Работу компрессора контролирует несколько устройств, и важно не путать их между собой:

  • реле давления или контроллер — управляет включением и остановкой привода по давлению в ресивере;
  • манометр — показывает текущее давление;
  • обратный клапан — не даёт воздуху из ресивера возвращаться в нагнетательную линию после остановки двигателя;
  • разгрузочное устройство — если предусмотрено конструкцией, снижает давление в нагнетательной линии после остановки, облегчая следующий пуск;
  • регулятор выходного давления — задаёт давление воздуха, который идёт к потребителю, и это отдельное устройство от реле давления;
  • предохранительный клапан — защищает ресивер от превышения допустимого давления и не предназначен для штатной регулировки;
  • тепловая защита двигателя — если предусмотрена изготовителем.

На бытовом агрегате реле давления и регулятор часто установлены рядом, поэтому их легко перепутать. Ориентир простой: реле управляет двигателем, а регулятор меняет давление только в выходной линии к инструменту.

Основные части компрессора и их назначение

УзелФункцияЧто видит пользователь
Воздушный фильтрОчищает воздух перед поступлением в головкуУстановлен на входе компрессорной головки; требует периодической проверки
Цилиндр и поршеньИзменяют объём рабочей камеры и обеспечивают сжатиеВо время работы головка нагревается и создаёт пульсирующий поток
Всасывающий и нагнетательный клапаныАвтоматически направляют поток воздухаПри загрязнении или повреждении падают подача и скорость набора давления
ЭлектродвигательПриводит компрессорную головкуЗапускается и останавливается по команде автоматики
РесиверНакапливает воздух и сглаживает пульсацииПосле остановки головки в ёмкости сохраняется запас сжатого воздуха
Реле давленияВключает и останавливает двигатель по давлению в ресивереКомпрессор работает циклами, а не обязательно непрерывно
Предохранительный клапанЗащищает ресивер от недопустимого превышения давленияПри штатной работе не должен постоянно выпускать воздух

Чтобы понять работу воздушного компрессора, мысленно проследим за одним объёмом воздуха: сначала он проходит через фильтр, затем попадает в цилиндр, сжимается и уходит в ресивер.

Ниже описан цикл распространённого поршневого агрегата. У винтовых, пластинчатых и центробежных машин процесс устроен иначе.

1. Всасывание воздуха

Поршень удаляется от головки цилиндра, объём рабочей камеры увеличивается, и давление в цилиндре снижается относительно давления перед всасывающим клапаном. Клапан открывается, и воздух через фильтр поступает в цилиндр.

2. Сжатие в цилиндре

Поршень движется к головке цилиндра. Всасывающий клапан закрывается, объём уменьшается, а давление и температура воздуха в камере растут.

Принцип работы поршневого воздушного компрессора

3. Нагнетание в ресивер

Когда давление в цилиндре становится достаточно выше давления за клапаном с учётом его сопротивления, нагнетательный клапан открывается, и сжатый воздух поступает в линию и ресивер. При обратном изменении перепада давления клапан закрывается.

Важно не путать этот клапан головки с отдельным обратным клапаном на входе ресивера, если он предусмотрен схемой установки: обратный клапан не даёт воздуху возвращаться из ресивера обратно в нагнетательную линию.

4. Автоматическое поддержание давления

Когда давление в ресивере достигает верхнего порога, реле давления останавливает двигатель. Дальше воздух расходует потребитель, давление постепенно падает, и на нижнем пороге реле включает двигатель снова.

В некоторых схемах после остановки предусмотрена разгрузка участка нагнетательной линии — этим объясняется характерное шипение сразу после штатной остановки, которое не всегда означает утечку из ресивера.

Таким образом, принцип действия поршневого компрессора основан на циклическом изменении объёма цилиндра: при увеличении объёма воздух всасывается, при уменьшении — сжимается и вытесняется в нагнетательную линию.

⚠️ Важно

Значения давления включения и отключения зависят от модели и настроек конкретной автоматики. Предохранительный клапан нельзя использовать для штатного регулирования давления — его нельзя регулировать самостоятельно, блокировать или заменять неподходящей деталью. Максимальное допустимое давление определяется маркировкой и документацией ресивера и установки. Перед любыми работами с оборудованием его отключают от питания и безопасно сбрасывают давление по инструкции производителя.

При сжатии температура воздуха повышается — это происходит в любой конструкции, где газ сжимается. Детали компрессорной головки также нагреваются в процессе работы. После того как воздух попадает в ресивер, он постепенно охлаждается, и часть содержащегося в нём водяного пара может конденсироваться.

Количество конденсата зависит от влажности воздуха, температуры, режима работы компрессора и наличия системы подготовки воздуха.

Конденсат нужно удалять способом и с периодичностью, предусмотренными документацией на оборудование. Его нельзя без проверки сливать на землю или в канализацию: состав конденсата зависит от конструкции компрессора и от того, применяется ли в ней масло.

✅ Совет

При оценке компрессора не стоит смотреть только на давление в ресивере. Для стабильной работы пневмоинструмента важны фактическая подача при рабочем давлении, продолжительность включения, объём ресивера и качество подготовки воздуха.

Поршневая конструкция

Возвратно-поступательное движение поршня создаёт сжатие в цилиндре через пару всасывающего и нагнетательного клапанов. Такая подача воздуха пульсирующая, а само сжатие может быть одно- или многоступенчатым.

Подробнее устройство такой машины рассмотрено в статье об устройстве поршневого компрессора.

Сравнение конструкций компрессоров

Винтовые и другие ротационные конструкции

В винтовых, пластинчатых и других ротационных машинах сжатие создают вращающиеся рабочие элементы: объём рабочих полостей изменяется по мере их движения, без поршня и клапанного цикла, характерного для поршневой машины.

Винтовые и пластинчатые компрессоры устроены по-разному, и объединять их в одну одинаковую конструкцию без оговорок неверно.

Подробнее принцип сжатия у этой группы машин рассмотрен в статье о ротационном компрессоре.

Центробежная конструкция

Рабочее колесо сообщает потоку газа скорость, а в диффузоре часть этой скорости преобразуется в статическое давление. Несколько таких ступеней могут объединяться, чтобы получить требуемое давление.

Для динамических машин этого типа существует свой недопустимый режим работы — помпаж компрессора, который здесь не характерен для обычного поршневого агрегата с ресивером.

Сравнение конструкций

КонструкцияЧем создаётся сжатие или повышение давленияЧто важно понимать
ПоршневаяВозвратно-поступательное движение поршня в цилиндреПульсирующая подача, работа через клапаны
ВинтоваяВращение винтовых роторов, изменяющих объём рабочих полостейНет клапанного цикла, характерного для поршневой машины
ПластинчатаяВращение ротора с подвижными пластинамиПринцип отличается от винтовой конструкции
ЦентробежнаяУскорение потока рабочим колесом и преобразование скорости в давление диффузоромРабота ступенями, есть недопустимые режимы (помпаж)

Подробнее о делении машин на группы — в статье о типах воздушных компрессоров.

Частые ошибки при объяснении устройства компрессора

Это самые распространенные ошибки, которые встречаются в сети:

  • Считать, что любой компрессор имеет поршень и цилиндр.
  • Называть ресивер частью компрессорной головки.
  • Путать реле давления, регулятор выходного давления и предохранительный клапан.
  • Считать, что ресивер создаёт давление — давление создаёт компрессор, а ресивер его накапливает.
  • Считать, что масло обязательно смешивается со сжимаемым воздухом во всех конструкциях.
  • Использовать напряжение питания как характеристику принципа работы компрессора.
  • Полагать, что одинаковое максимальное давление означает одинаковую подачу и одинаковые возможности агрегатов.

Проще всего понять работу агрегата, если проследить путь воздуха от фильтра до выходного штуцера.

Проследим этот путь:

  1. воздух входит через фильтр;
  2. компрессорная головка создаёт сжатие;
  3. нагнетательная линия передаёт воздух дальше;
  4. обратный клапан препятствует возвращению воздуха из ресивера;
  5. ресивер накапливает воздух;
  6. реле давления управляет приводом;
  7. регулятор задаёт давление на выходе для потребителя, если он установлен;
  8. предохранительный клапан выполняет защитную функцию.
Путь воздуха через компрессор и ресивер

Два манометра на панели компрессора показывают не одно и то же: один обычно связан с давлением в ресивере, второй — с давлением после регулятора.

Где применяются воздушные компрессоры

Воздушные компрессоры используют для питания пневмоинструмента, окраски и распыления, подкачки шин, продувки и очистки поверхностей — там, где это допускает технологический процесс, а также в производственных пневматических системах, строительных и сервисных работах.

Один бытовой компрессор не подходит одинаково для всех этих задач: применимость зависит от подачи, рабочего давления, режима включения и требований к качеству воздуха.

Для дыхательного, медицинского, пищевого и другого ответственного применения обычный компрессор без специализированной подготовки и контроля качества воздуха не рекомендуется.

Из чего состоит воздушный компрессор?▼
Из компрессорной головки, привода и, если предусмотрено конструкцией, ресивера с управляющим оборудованием. Точный состав зависит от модели агрегата.
Как работает поршневой воздушный компрессор?▼
Поршень всасывает воздух через открытый клапан, затем сжимает его при закрытом клапане. Сжатый воздух через нагнетательный клапан уходит в ресивер, после чего автоматика останавливает и снова запускает двигатель по давлению.
Для чего компрессору нужен ресивер?▼
Он накапливает сжатый воздух, сглаживает пульсации подачи и обеспечивает запас на случай кратковременного расхода. Ресивер не создаёт давление — это делает компрессорная головка.
Чем реле давления отличается от регулятора?▼
Реле давления управляет включением и остановкой двигателя. Регулятор выходного давления изменяет давление воздуха в линии потребителя. Это разные устройства.
Как устроен воздушный компрессор с ресивером?▼
Компрессорная головка сжимает воздух, двигатель приводит её в движение, а нагнетательная линия передаёт воздух в ресивер. Реле давления управляет двигателем, обратный клапан препятствует обратному потоку, регулятор задаёт давление у потребителя, а предохранительный клапан выполняет защитную функцию.
Для чего нужен предохранительный клапан?▼
Он защищает ресивер и систему от превышения допустимого давления. Для штатного регулирования давления его использовать нельзя.
Все ли воздушные компрессоры работают от 220 В?▼
Нет. Привод может быть трёхфазным или иметь другое напряжение. Само напряжение питания не определяет принцип сжатия воздуха.
Во всех ли компрессорах есть масло?▼
Нет. Схемы смазки различаются в зависимости от конструкции. При этом термин «безмасляный» не стоит автоматически толковать как гарантию полностью чистого воздуха без дополнительной подготовки.
Почему в ресивере появляется вода?▼
Атмосферный воздух содержит водяной пар. При сжатии воздух нагревается, а после охлаждения в ресивере часть этого пара конденсируется — так появляется вода.

Вместе со статьей "Устройство воздушного компрессора: схема и принцип работы" смотрят:

Компрессорная установка: устройство, работа и схема.
Поршневой компрессор: устройство, характеристики, принцип работы
Современные типы компрессоров: поршневые, воздушные, винтовые.