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.
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.
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
Из чего состоит воздушный компрессор
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 — 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.
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
| Узел | Функция | Что видит пользователь |
|---|---|---|
| Воздушный фильтр | Очищает воздух перед поступлением в головку | Установлен на входе компрессорной головки; требует периодической проверки |
| Цилиндр и поршень | Изменяют объём рабочей камеры и обеспечивают сжатие | Во время работы головка нагревается и создаёт пульсирующий поток |
| Всасывающий и нагнетательный клапаны | Автоматически направляют поток воздуха | При загрязнении или повреждении падают подача и скорость набора давления |
| Электродвигатель | Приводит компрессорную головку | Запускается и останавливается по команде автоматики |
| Ресивер | Накапливает воздух и сглаживает пульсации | После остановки головки в ёмкости сохраняется запас сжатого воздуха |
| Реле давления | Включает и останавливает двигатель по давлению в ресивере | Компрессор работает циклами, а не обязательно непрерывно |
| Предохранительный клапан | Защищает ресивер от недопустимого превышения давления | При штатной работе не должен постоянно выпускать воздух |
Как работает воздушный компрессор
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.
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.
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.
Почему воздух нагревается и откуда берётся конденсат
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.
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.
Отличия типов конструкций воздушных компрессоров
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.
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
| Конструкция | Чем создаётся сжатие или повышение давления | Что важно понимать |
|---|---|---|
| Поршневая | Возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре | Пульсирующая подача, работа через клапаны |
| Винтовая | Вращение винтовых роторов, изменяющих объём рабочих полостей | Нет клапанного цикла, характерного для поршневой машины |
| Пластинчатая | Вращение ротора с подвижными пластинами | Принцип отличается от винтовой конструкции |
| Центробежная | Ускорение потока рабочим колесом и преобразование скорости в давление диффузором | Работа 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.
Работа компрессора по его узлам
Проще всего понять работу агрегата, если проследить путь воздуха от фильтра до выходного штуцера.
Проследим этот путь:
воздух входит через фильтр; компрессорная головка создаёт сжатие; нагнетательная линия передаёт воздух дальше; обратный клапан препятствует возвращению воздуха из ресивера; ресивер накапливает воздух; реле давления управляет приводом; регулятор задаёт давление на выходе для потребителя, если он установлен; предохранительный клапан выполняет защитную функцию.
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.