Поршневой компрессор: устройство, характеристики, принцип работы

Поршневой компрессор

Поршневой компрессор — это устройство, предназначенное для повышения давления (сжатия) и перемещения газообразных веществ.

Назначение поршневого компрессора заключается в подаче сжатого воздуха или газа под избыточным давлением, более 0,2 – 0,3 МПа.

Электрические поршневые компрессоры, воздействующие с помощью поршня на определенный замкнутый объем воздуха в цилиндре в период нагнетания, могут создавать значительную степень сжатия при относительно ограниченной подаче воздуха или газа.

Поршневой компрессор обладает высоким коэффициентом полезного действия и его применение наиболее целесообразно при давлении более 1 МПа и при малой подаче.

Компрессор поршневый центробежный конструктивно и по принципу действия похож на многоступенчатый центробежный насос. Отличие заключается в том, что рабочим телом является сжимаемый газ.

Работа поршневого компрессора

Работа поршневого компрессора

Принцип работы поршневого компрессора похож на действие поршневого насоса. Отличием является то, что поршень насоса выталкивает жидкость в течение всего нагнетательного хода, а компрессор поршневый выталкивает воздух или газ лишь после того, как давление в цилиндре превысит давление в нагнетательной линии.

Принцип действия поршневого компрессора основан на совместной работе:
указатель  цилиндра;
указатель  поршня;
указатель  клапана нагнетания;
указатель  клапана всасывания;
указатель  шатуна;
указатель  коленчатого вала.

Поршневой компрессор принцип работы

Всё начинается с того, что привод поршневого компрессора приводит в движение коленчатый вал. Работа поршневого компрессора состоит в подаче сжатого воздуха или газа под избыточным давлением и происходит это следующим образом.

При движении поршня вправо из крайнего левого положения всасывающий клапан k1 открыт и воздух всасывается в цилиндр. Давление на протяжении всего хода всасывания постоянно и равно атмосферному.

Поршневой компрессор

При ходе поршня из крайнего правого положения влево всасывающий клапан k1 закрывается и газ, замкнутый в левой полости цилиндра сжимается.

При достижении давления p2, равного давлению газа в нагнетательном сборнике, открывается нагнетательный клапан m1, и газ будет выталкиваться из цилиндра при постоянном давлении p2.

По окончании нагнетания, если принять полное опорожнение цилиндра от газа, начнется снова всасывание. При этом должно произойти мгновенное падение давления.

В зависимости от конструкции поршневые компрессоры бывают: простого и двойного действия.

Устройство поршневого компрессора

В устройство поршневого компрессора входят рабочий цилиндра и поршень, а также всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра.

Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессорах имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Компрессоры промышленные поршневые бывают одно и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V или W - образным и другим расположением цилиндров.

В зависимости от назначения различается конструкция поршневого компрессора одинарного действия (когда поршень имеет одну рабочую сторону) и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами).

По степени сжатия газа бывают модели одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.

Поршневой компрессор

Схема работы поршневого компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения.

При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр поршневого компрессора.

При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в компрессоре его температура значительно повышается.

По расположению цилиндров подразделяются на горизонтальные, вертикальные и с наклонными цилиндрами.

По способу охлаждения – с воздушным и водяным охлаждением.

компрессор 2, 4 и 6 поршневой

По числу ступеней сжатия компрессор бывает 2, 4 и 6 поршневой. При такой конструкции все цилиндры имеют одинаковый размер и процессы всасывания и сжатия воздуха происходят в каждом из цилиндров по очереди. Каждый элемент работает в противофазе.

Двухступенчатый поршневой компрессор

Двухступенчатый поршневой компрессор напротив оборудуется цилиндрами разных размеров. Первая ступень сживает воздух, затем он попадает в межступенчатый охладитель, в качестве которого выступает медная трубка.

В такой трубке сжатый воздух охлаждается и сжимается ещё больше. Потом он попадает на вторую ступень и сжимается ещё больше. Достоинством такого типа установки является большой показатель КПД при меньшем расходе энергии.

Характеристика поршневого компрессора.

В зависимости от способа монтажа, который предусматривает конкретная модель обращают внимание на следующие характеристики компрессора.

Давление нагнетания – избыточное давление, которое способен обеспечить компрессор. В зависимости от модели этот параметр может достигать значения более 300 кгс/см2

Производительность поршневых компрессоров – количество всасываемого и сжимаемого газа или воздуха. Этот параметр зависит от диаметра поршня, длины хода поршня и скорости вращения вала.

Качество рабочего воздуха – такой показатель очень важен для оборудования используемого в промышленной отрасли, там где часто перекачиваемый воздух содержит примеси масла или других жидких сред.

Мощность поршневого компрессора относится в приводу конкретной модели и измеряется в килоВаттах. Отдельно такая характеристика считается редко, поскольку в подавляющем большинстве случаев покупателям интересна только производительность.

Шум является очень важной характеристикой, поскольку оборудование этого типа считается очень шумным. Этот параметр указывается в дБ. Для уменьшения показателя шума поршневый компрессор может оборудоваться специальным защитным кожухом.

Характеристика показывает, где будут использоваться поршневые компрессоры. В зависимости от конкретных показателей это могут быть:
указатель   на компрессорных установках для сжатия воздуха – оборудования низкого давления
указатель   поршневая компрессорная установка для сжижения газа, его разделения и транспортирования – модели среднего давления
указатель   на установках для синтеза газов – оборудование высокого давления.

В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования.

Регулирование подачи поршневого компрессора.
Поршневой компрессор

Наиболее простым и удобным способом регулировать поршневой компрессор по подаче, который сразу приходит на ум является изменение частоты вращения привода вала. Однако при более глубоком анализе выясняется, что такой способ применим только в том случает, если привод поршневого компрессора осуществляется от двигателя внутреннего сгорания.

При электроприводе, как одном из наиболее распространенных в настоящее время способе привода компрессоров, регулирование изменение частоты вращения оказывается неприемлемым как с конструктивных, так и с энергетических соображений.

Если приводной двигатель работает с постоянной частотой вращения, то регулирование подачи компрессора может быть осуществлено следующими способами.

1. Регулирование за счет полного или частичного принудительного открытия всасывающих клапанов. Это приводит к полному или частичному переводу поршневого компрессора на холостой ход. При полном открытии всасывающих клапанов сжатие газа в цилиндре не происходит и засасываемый газ снова выталкивается во всасывающую трубу. Если всасывающие клапаны закрываются не полностью или только на части хода поршня, то, подача газа уменьшается. В практике предпочтительнее, как из конструктивных, так и энергетических условий, применять полное открытие всасывающих клапанов на части хода поршня.

2. Регулирование за счет перепуска газа из нагнетательного трубопровода во всасывающий. Такой перепуск может быть свободным или дроссельным. При дроссельном способе регулирования происходит более плавное изменение подачи компрессора, но без уменьшения потребляемой мощности. Поэтому в практике чаще применяется более простой и более экономичный способ – свободный перепуск с помощью байпасного вентиля.

3. Регулирование за счет установки дросселя во всасывающем трубопроводе. Установка дросселя на всасывающем трубопроводе вызывает падение давления при всасывании компрессора. Значит, при неизменном давлении нагнетания степень сжатия будет увеличиваться, а объемный КПД уменьшаться. Следовательно будет уменьшаться и подача компрессора.

4. Регулирование за счет подключения дополнительного пространства. Если крышки компрессора сделать пустотелыми и разделить полости на несколько ячеек, подключаемых к вредному пространству, или каким-либо другим способом подключить к вредному пространству некоторый регулируемый объем, то общий объем вредного пространства будет переменным. В этом случае регулирование объема вредного пространства будет заключаться в подключении или отключении части или всего дополнительного вредного пространства.

Каждый из описанных выше способов регулирования подачи компрессоров разработан и может использоваться как в ручном варианте так и автоматическим способом, с помощью различных устройств. В наше время автоматические способы регулирования показывают достаточную надежность, поэтому ручное регулирование подачи компрессоров все больше уступает место автоматическому.

Типы поршневых компрессоров

По конструктивным особенностям и принципу действия встречаются различные типы поршневых компрессоров. Большим спросом пользуются центробежные модели. Применяются также ротационные компрессоры, которые конструктивно и по способу привода сходны с центробежными машинами, однако по принципу действия (вытеснение) они относятся к поршневым машинам.

Если оборудование установлено на шасси то такая модель считается мобильной, если нет, то это стационарные поршневые компрессоры.

Масляный поршневой компрессор

Масляный поршневой компрессор

К маслянным поршневым компрессорам относится оборудование, в котором применяется смазка при работе цилиндров. К этому типу оборудования относятся воздушные, винтовые, судовые и др.

Принцип работы такого оборудования довольно прост. Цикл работы заключается в движении поршня. Одним движением поршень уходит из цилиндра и газ поступает в освободившийся объем, при возвращении поршня – газ сжимается, при этом сила давления растет. Пока совершается этот процесс всасывающий клапан закрывается и в работу включается клапан нагнетания, который выталкивает газ в магистраль.

Безмасляный поршневой компрессор

Безмасляный поршневой компрессор

Безмаслянные поршневые компрессоры используются тогда, когда необходима подача чистого воздуха или газа без риска попадания в них примесей смазочного материала.

Оборудования такого типа не требует масло для поршневых компрессоров, но это не значит, что оно работает без смазки. Конструктивно выполнено так, что масло не пересекается с воздушными потоками.

Первоначально это достигалось тем, что в корпусе компрессора делали специальные лабиринтные уплотнения. Такая конструкция не нашла широкого применения и в настоящее время безмаслянные поршневые компрессоры комплектуются кольцами, выполненными из специальных композитных материалов.

Несмотря на особенности конструкции оборудование этого типа способно работать без ремонта более продолжительные периоды, чем компрессоры с использованием смазки цилиндров.

Вместе со статьей "Поршневой компрессор: устройство, характеристики, принцип работы" читают: