Устройство воздушного компрессора

Воздушный компрессор – это установка, работа которой заключается в сжатии газа и передачи его под определенным давлением в пневматическое оборудование.

Агрегаты этого типа используются как в быту, например для подкачки шин, так и в промышленности. Используемые в современной промышленности конструкции воздушных компрессоров значительно различаются по подаче и давлению. Кроме того они выпускаются как в стационарном исполнении, так и на шасси.

Ознакомившись, что включает в себя конструкция компрессора и узнав принцип его работы Вам будет значительно проще сохранять оборудование в постоянной работоспособности, а в случае неисправности легко её устранить.

Принцип работы компрессора

Работа компрессора описывается простым циклом, состоящим из 6 этапов:

• Этап 1 – после подачи энергии на электродвигатель, последний приводит в движение коленчатый вал.
• Этап 2 – поршень движется влево и создает в цилиндре пониженное давление. При этом открывается впускной клапан. Воздух начинает заполнять область пониженного давления и втягивается в цилиндр.
• Этап 3 – Затем поршень движется вправо и закрывает впускной клапан. Поршень сжимает находящийся в цилиндре воздух и повышает давление.
• Этап 4 - Когда давление в камере достигает определенного значения - открывается выпускной (напорный) клапан.
• Этап 5 – Через открытый выпускной клапан сжатый воздух попадает в ресивер – специальный сосуд для хранения газа.
• Этап 6 – Когда давление в ресивере достигает определенного значения, автоматика останавливает работу компрессора.

Если давление в ресивере падает, автоматика подает сигнал на двигатель. Работа воздушного компрессора в этом случае заключается в поддержании давления в ресивере на требуемом уровне.

Устройство компрессора

Устройство воздушного компрессора включает в себя несколько элементов. Это:

• цилиндр и поршень;
• шатун;
• маховик и сальник;
• коленчатый вал и подшипники;
• впускной и напорный клапаны с головкой цилиндра.

После подачи энергии на электродвигатель, последний через ременную передачу начинает вращать маховик и приводит в работу компрессор.

Кроме непосредственного узла создания давления конструкция компрессора включает ещё один узел – ресивер. Это своеобразный сосуд в котором хранится до востребования сжатый воздух.

Преимуществом ресивера является устранения пульсаций при работе компрессора и равномерная подача сжатого воздуха.

Работу компрессора регулирует автоматика, в состав которой входит регулятор давления. Работа такого регулятора заключается во включении и выключении оборудования для поддержания постоянного давления в ресивере. Когда давление в ресивере падает автоматика посылает сигнал и начинается работа компрессора.

Для обеспечения безопасности на ресивере установлен аварийный клапан, который открывается когда давление в сосуде достигает критического значения.

Устройство многоступенчатого компрессора

Многоступенчатые поршневые компрессоры выполнятся с вертикальным и горизонтальным расположением цилиндров. Первое создает экономию в площади компрессорной станции, а так же удобство эксплуатации и монтажа, однако применимо только в компрессорах с одной или двумя ступенями сжатия в одном цилиндре.

Компрессоры с дифференциальными поршнями, осуществляющие многоступенчатое сжатие в одном цилиндровом блоке, выполняются по необходимости горизонтальными.

Ступени сжатия могут осуществляться в отдельных цилиндрах; в этом случае применяют рядное расположение цилиндров с приводом от общего коленчатого вала.

С конструктивной точки зрения различают бескрейцкопфные и крейцкопфные компрессоры.

В бескрейцкопфных компрессорах роль крейцкопфа (ползуна) выполняет сам поршень, обладающий в этом случае удлиненной цилиндрической поверхностью. Обычно они являются компрессорами низкого давления с одной или двумя ступенями сжатия. Крейцкопфные конструкции применяются при любых давлениях, но характерны для высоких давлений при многоступенчатом сжатии. Это объясняется высокими значениями поперечных сил, восприятие которых поверхностью поршня оказывается недопустимым.

Рассмотрим для примера конструкцию вертикального поршневого компрессора. Конечное давление 22 МПа осуществляется в пяти ступенях. В правом блоке цилиндров расположены первая и четвертая, в левом – вторая, третья и пятая ступени сжатия. Это компрессор крейцкопфного типа с вильчатым шатуном.

Компрессор снабжен масляным шестеренным насосом, подающим масло из картера к подшипникам. Масло для смазки в цилиндры подается специальным устройством – лубрикатором. Охлаждение воздуха в холодильниках осуществляется после каждой ступени.

Цилиндры компрессоров с давлением до 8 МПа обычно отливают из чугуна; более высокое давление требует применение стального литья и стальных поковок. Цилиндры снабжаются лапами, опирающимися на плиты, залитые в бетонный фундамент.

В многоступенчатых компрессорах с дифференциальными поршнями блок цилиндров состоит из отдельных частей, жестко и надежно скрепляемых болтами и шпильками.

В компрессорах высокого давления применяют сальниковые уплотнения в виде конических разрезных чугунных колец. Сальники выполняются почти всегда с охлаждением.

Конструкция центробежного компрессора

Центробежные компрессоры в большинстве случаев имеют несколько ступеней. При небольшой подаче они изготавливаются секционными с разделением ступеней на отдельные секции с разъемом в плоскостях, нормальных к оси машины.

Конструкции центробежного компрессора средней и высокой подач, как правило, изготавливают с разъемом корпуса в горизонтальной плоскости аналогично современным паровым турбинам. В этом случае прямой и обратный направляющие аппараты составляют одно целое с половинами корпуса или же, что встречается чаще, размещаются на диафрагмах, плотно вставленных в корпус. Диафрагмы имеют разъем в горизонтальной плоскости.

Охлаждение корпуса компрессора, желательное энергетической точки зрения, усложняет конструкцию корпуса. Поэтому компрессоры строят с подразделением ступеней на группы в отдельных корпусах и расположением промежуточных охладителей между корпусами. Таким образом, бывают компрессоры одно-, двух- и трехкорпусные.

Промежуточные охладители могут располагаться и между группами ступеней, заключенных в одном корпусе.

Всё это можно увидеть на продольном разрезе второго корпуса шестиколесного турбокомпрессора с подачей 9000 м³/ч при давлении 0,7 МПа, частота вращения 10 200 об/мин при мощности на валу 1200 кВт.

Первый корпус этого компрессора имеет одно колесо с двухсторонним подводом. Воздух, сжатый в первой ступени, проходит через трубчатый охладитель и поступает в приемный штуцер 1 второго корпуса, в котором размещено пять колес, составляющих ступень конечного сжатия.

Воздух проходит последовательно через колесо 2 и диффузор и поступает в колесо 3. Замет, пройдя через прямой и обратный направляющие аппараты, он попадает в колесо 4, откуда направляется через промежуточный охладитель и канал в пятую 5 и шестую 6 ступени.

Основными элементами конструкции здесь являются: литой чугунный корпус 7, замыкающие крышки 8 и 9 корпуса, несущие штуцера 1 и 1’ и коробки подшипников.

Внутри корпуса располагаются диафрагмы, несущие лопасти обратного направляющего аппарата.

Уравновешивание осевой силы достигается, с одной стороны, обратным расположением пятой и шестой ступени и, с другой – упорным сегментным подшипником, находящимся между корпусами компрессора.

Между ступенями располагаются гребенчатые уплотнения.

Область применения

Воздушный компрессор – это самое популярное пневматические оборудование.

Принцип работы компрессора достаточно прост и поэтому такие агрегаты нашли широкое применения практически во всех областях. Они используются в монтажных, ремонтных и строительных работах.

Бытовой воздушный компрессор работает от сети в 220 Вольт и имеет самую широкую область применения. Такие машины используются для проведения покраски или аэрографии.

Для удовлетворения требований промышленности конструкция компрессора, выпускаемого на заводе, соответствует стандартизированному номенклатурному ряду.

Этот ряд построен на основе унификации деталей компрессоров, что позволяет создавать машины различных подач и давлений с применением одинаковых конструкций основных элементов (рам, цилиндров, валов и т.д.). Это значительно удешевляет производство и снижает стоимость компрессоров.

Воздушные компрессоры получили широкое применение в нефтедобывающей отрасли и добыче газа. Их используют при добыче угля и в горнодобывающих комплексах.