Виды компрессоров: классификация по принципу действия, типу привода, условиям эксплуатации

Поршневой компрессор: принцип работы, классификация, преимущества

Поршневой компрессор — тип компрессора, энергетическая машина для сжатия и подачи воздуха или газа под давлением. Компрессоры возвратно-поступательного действия считаются самым давним и распространенным типом.

Эффект компрессии создается за счет уменьшения объема газа при движении поршня в цилиндре.

Всасывающие и нагнетательные клапаны поджаты пружиной и работают автоматически под действием перепада давления, возникающего между цилиндром компрессора и давлением в трубопроводе при движении поршня.

Поршневые компрессоры производятся с воздушным или жидкостным охлаждением. Число оборотов коленчатого вала у таких компрессоров обычно в пределах от 125 до 1000 оборотов в минуту. Скорость движения поршня — в пределах от 2,54 до 5 м/с.

Номинальная скорость газа — в пределах от 22 до 40 м/с, а рабочее давление на выходе может изменяться от вакуума до 4100 атмосфер.

 Компрессоры данного типа широко применяются в машиностроении, химической, нефтегазовой, холодильной промышленности и криогенной технике. Многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам.
 

Принцип действия поршневого компрессора с горизонтальным расположением цилиндров

Принцип функционирования поршневой компрессорной установки достаточно несложный. Классическая модель агрегата состоит из корпуса (выполненного из чугуна), цилиндра (расположенного горизонтально/вертикально/под наклоном), поршня, клапанов (всасывающего и нагнетательного).

В состав компрессоров поршневых входит рабочий цилинд и поршень, клапаны (всасывающий с нагнетательным), которые находятся в крышке цилиндра. Чтобы сообщить возвратно-поступающие движения поршню, в работу подключается кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом.

Поршень заводит прямой привод кривошипно-шатунного механизма, и при возвратно-поступательных движениях сжимает воздух атмосферы, а затем выталкивает его в область подсоединенной магистральной линии.

Один оборот вала принимается обычно за два хода поршня. В каждом цилиндре при одном обороте вала успевает совершиться полный рабочий цикл компрессора. При ходе поршня вправо в конденсаторе над поршневым пространством образуется разрежение, пары хладагента через клапан всасываются в цилиндр.

При ходе поршня назад пары сжимаются, давление нарастает. Всасывающий клапан закрывается, сжатые пары выталкиваются в конденсатор, выталкиваются через нагнетательный клапан. Затем поршень меняет направление движения, нагнетательный клапан закрывается, а компрессор снова отсасывает пары из испарителя.

Весь рабочий процесс повторяется циклами снова и снова.

Свободное пространство, которое образуется в полости цилиндра при опускании поршня, разряжает воздух.

Образующийся перепад давления открывает впускной клапан, который позволяет воздуху войти в камеру, где происходит его сжатие.

После пересечения поршнем точки поворота, соответствующей максимальному объему камеры сжатия, происходит закрытие впускного клапана, вслед за чем происходит рост давления воздуха.

Чем меньше объем камеры, тем больше давление воздуха. При достижении заданных пределов, открывается нагнетательный клапан. Сжатый воздух покидает в этот момент полость камеры.

С целью снижения износа цилиндровых стенок и поршня в узел цилиндра подают масло, что ведет к ухудшению качества подаваемого воздуха, к которому подмешиваются мелкие частички масла. Поэтому в случае использования технологией производства чистого воздуха, необходимо установить сепаратор для масла в линии подачи. Сепаратор помогает убрать из воздушного потока частички масла.

Применяемые на заводах и промышленных предприятиях поршневые компрессоры не должны работать по одному, их приобретают обычно по два. При нормальном рабочем режиме один из них в резерве, может находиться на техническом обслуживании или в ремонте, а второй, естественно, будет служить в целях своего промышленного назначения.
 

Классификация поршневых компрессоров

• одинарного или двойного действия (показывает, сколько циклов сжатия происходит за одно возвратно-поступательное движение поршня);
• одноступенчатые, двухступенчатые, и многоступенчатые механизмы (для промышленных компрессоров высокого давления используется многоступенчатое сжатие, позволяющее достаточное охлаждение воздуха перед очередной ступенью, повышающей степень сжатия).
• масляные и безмасляные (по способу снижения силы трения);
• горизонтальные, вертикальные или угловые (по расположению цилиндров)К вертикальным относятся машины с цилиндрами, расположенными вертикально. При горизонтальном расположении цилиндры могут быть размещены по одну сторону коленчатого вала, такие компрессоры называются горизонтальными с односторонним расположением цилиндров; либо по обе стороны вала — с горизонтальными или двухсторонним расположением цилиндров.К угловым компрессорам относятся машины с цилиндрами, расположенными в одних рядах вертикально, в других — горизонтально. Такие компрессоры называются прямоугольными. К угловым компрессорам относятся машины с наклонными цилиндрами, установленными V-образно и W-образно (компрессоры называются соответственно V- и W-образными).
• по количеству цилиндров.

Типы/виды и конструкции поршневых компрессоров

Известны поршневые компрессоры следующих типов:

Коаксиальные поршневые компрессоры

Для коаксиальных компрессоров характерно то, что муфта соединяет коленвал с электрическим приводом, что обеспечивает исключение потерь мощности вследствие трения. Конструктивное исполнение данных компрессоров довольно компактно. Данные компрессорные агрегаты отличаются методами смазки.

Цилиндропоршневую группу безмасляных компрессоров данного типа смазывать не надо. Сжатый воздух на выходе подобных устройств не имеет масляных примесей. Аппараты такого типа популярны в пищевой промышленности, фармацевтике, медицинских отраслях.

В масляных же коаксиальных компрессорах применяют минеральное компрессорное масло в качестве смазки. За счет этого у данного компрессора довольно высокий ресурс. Коаксиальные компрессоры работают в периодическом режиме, т.е. 20 минут в работе, 40 минут составляет перерыв.

Рабочее давление равно при этом восьми барам. Мощность двигателя равна приблизительно 2,25 кВт, производительность же может достигать 200 л/мин. К основным достоинствам данных насосных устройств можно отнести малогабаритность, лёгкость, относительно низкую стоимость.

Коаксиальные компрессоры подразделяются на безмасляные и масляные поршневые компрессоры.

Компрессоры безмасляные

Этот тип компрессоров приемлем для систем, в которых обязательным условием является подача чистого воздуха. В воздухе не должно быть примесей масляной эмульсии. Двигатель для безмасляных компрессорных устройств выпускается с мощностью 1,1 кВт, они оснащаются также ресиверами различного объема. Данный тип компрессора обладает своими положительными особенностями:

• небольшого размера;
• не частое обслуживание;
• транспортировка и перемещение осуществляется в любом положении.

От масляного компрессорного устройства безмасляный компрессор отличается тем фактом, что воздух и смазочное средство в нем «существуют раздельно». Дополнительная очистка способствует обеспечению высокого качества выходного потока. Безмасляные компрессоры подразделяются, в свою очередь, на следующие виды:

• автомобильный безмасляный компрессор представляет собой компактный агрегат для подкачки шин. Обычно он не оснащается ресивером и работает от аккумулятора.
• бытовой компрессор, который применяется для работы с пневматическим инструментом, например, с краскопультами. Безмасляные компрессоры поршневого конструктивного исполнения являются отдельной категорией, осуществляя, например, высококачественную окраску, достигая при этом идеально окрашенной поверхности. При использовании осушителей компактного типа, для которых параметр точки росы не должен быть выше 70 °С, полностью удаляется влага из сжатого воздуха и исключается попадание её на окрашиваемую компрессором поверхность.Этот факт способствует увеличению коррозионной стойкости материалов для лакокрасочных покрытий. Большинство импортных автомобилей и часть машин российских производителей окрашиваются на заводах при помощи безмасляных компрессоров, имеющих адсорбционные осушители.
• полупрофессиональный и профессиональный безмасляный компрессор, используемый в мастерских, лабораториях, производственных цехах, в которых обязательным условием является подача большого объёма чистого воздуха. Эти компрессоры популярны при использовании в фармацевтической и пищевой промышленностях. Однако, стоимость данного вида безмасляных компрессоров этого класса высока.

Масляные компрессоры, оснащённые прямым приводом

В ресивер данного компрессора, если он есть, можно вместить максимально 100 л воздуха, а мощность двигателя равна приблизительно 1,1-1,8 кВт. В сравнении с безмасляными компрессорными аппаратами, ресурс их намного выше. Кроме того, безмасляным компрессорам необходимо специфичное техобслуживание.

Отрицательный фактор у компрессоров этого типа несет в себе воздух, который на выходе содержит масляную эмульсию, а это требует дооснащения компрессора фильтром.

Масляные компрессоры, оснащенные прямыми приводами, находят широкое применение при изготовлении мебели, в автомобильном сервисе, а также при ремонтных работах, связанных с реконструкцией фасадов.

Масляные компрессоры на ременном приводе

В ресивер данного компрессора, если он есть, можно вместить от 25 до максимально 100 л воздуха, а мощность двигателя равна приблизительно 1,5-15 кВт. Благодаря ременному приводу частоту вращения двигателя можно уменьшить, оставаясь на той же производительности. У этих компрессоров два поршня, имеющих различную величину.

Первым поршнем воздух сжимается предварительно, второй поршень доводит воздух до нужного давления. Данные компрессоры используются в случаях потребления большого количества воздуха. Надёжная система охлаждения предотвращает двигатель от чрезмерного перегрева и износа.

Это позволяет использовать двигатель компрессора в постоянном режиме работы.

Ременные поршневые компрессоры

Для ременных компрессоров характерно то, что ременная передача соединяет коленвал с электроприводом, что обеспечивает высокую производительность и продолжительность эксплуатации. Компрессоры данного типа могут работать по несколько часов, причём непрерывно.

Они применяются чаще всего в строительстве, в шиномонтажных мастерских, на станциях технического обслуживания. Мощность двигателя равна приблизительно 2,25 – 5,5 кВт. Производительность компрессора может достигать 500 л/мин., рабочее давление достигает 16 бар, в некоторых случаях доходит до 30 бар.

Положительный момент заключается в сжатии воздуха до требуемых значительных параметров.

Расположение цилиндров в компрессорах позволяет подразделить их на вертикальные компрессоры, компрессоры горизонтального типа и угловые компрессорные устройства.

 

К вертикальным компрессорным устройствам относятся те, цилиндры которых расположены вертикально.

У горизонтальных компрессоров цилиндры могут быть размещены с одной стороны коленвала, соответственно, они называются горизонтальными компрессорами с односторонним размещением цилиндров. Если же цилиндры располагаются по обе стороны вала, то компрессоры носят название компрессоров с двухсторонним размещением цилиндров.

 

У угловых компрессоров цилиндры размещены в одних рядах вертикально, а в других – горизонтально. Это прямоугольные компрессоры. У угловых компрессоров цилиндры могут быть наклонены, установлены V-образно и W-образно. Такие компрессоры носят название, соответственно, V- и W-образных компрессоров.

 

Оппозитные компрессоры

Оппозитное исполнение типично для компрессоров с крупной и средней производительностью. Оппозитные компрессоры – это горизонтальные устройства, оснащенные поршнями, совершающими встречные движения.

Цилиндры их размещены по обеим сторонам коленвала. Данные поршневые компрессоры высокодинамичны, уравновешенны, имеют малые габариты и небольшой вес.

Благодаря этому оппозитные компрессоры почти совсем вытеснили крупногабаритные горизонтальные компрессоры.

Компрессорные устройства с малой и средней производительностью являются, как правило, прямоугольными и компрессорами с У-образной конфигурацией цилиндров.

Компрессоры бескрейцкопфные и крейцкопфные

Среди современных конструкций поршневых компрессоров следует различать бескрейцкопфные и крейцкопфные.

У бескрейцкопфных компрессоров вращательное движение привода преобразовывается в поступательное движение поршня иначе, если сравнивать с крейцкопфными компрессорами. Бескрейцкопфные компрессоры имеют много положительных моментов:

• они компактны;
• имеют сравнительно простой механизм движения;
• небольшой вес;
• единую систему смазки.

Наряду с положительными моментами у компрессоров данного типа имеется весомый недостаток: происходит утечка газа в картер через поршень. Как следствие, картер находится в работе под давлением, а масло в нем контактирует с перекачиваемым маслом. Бескрейцкопфные компрессоры бывают только одинарного действия. Это не дает возможности эффективно задействовать цилиндр.

Поэтому компрессоры большой мощности и высокого давления, а также горизонтальные компрессоры изготавливаются всегда крейцкопфными.

В дополнение к выше описанной классификации компрессоров сгруппируем поршневые компрессоры по определенным признакам.

1. согласно принципу функционирования компрессоры подразделяются на компрессоры с цилиндрами простого и двойного действия. Дифференциальными цилиндрами укомплектовывают только многоступенчатые компрессоры;
2.

 по числу ступеней – с одной ступенью, двухступенчатые, трехступенчатые компрессоры и более. Максимальное число ступеней в современных компрессорах, как правило, семь;
3. по числу цилиндровых узлов – одно-, двух-, трёхцилиндровые и с большим количеством цилиндров;
4.

по количеству рядов с расположенными цилиндрами: однорядные, двухрядные и многорядные;
5. по размещению цилиндров в плоскости — угловые компрессоры и компрессоры с U-образным размещением цилиндров;
6.

оппозитные компрессоры: горизонтальные устройства, оснащенные поршнями, совершающими встречные движения;
7. по типу охлаждения: с водяным и воздушным. Водяным охлаждением комплектуются компрессоры, как правило, большой производительности;
8.

 по производительности – мини-компрессоры, компрессоры малой, компрессоры средней производительности и компрессоры большой производительности;
9. по количеству поршней: одно -, двух- и трехпоршневые компрессорные устройства.

Преимущества и область применения

Поршневые компрессоры оправдывают свое использование в случае, если предприятие имеет непостоянный и не слишком большой (до 1500 л/мин) расход сжатого воздуха. В этом случае повышенные затраты на приобретение оборудования будут окупаться слишком долго, а экономия электроэнергии окажется незначительной.

Данное оборудование отличается экономичностью, надежностью, несложностью конструкции и простотой в ремонте. Поршневые компрессоры хорошо справляются с частыми переключениями, отлично подходят для эксплуатации с перерывами, работы в неблагоприятных условиях (при высоком уровне влажности, грязном воздухе и т.п.).

Данный тип агрегата может запускаться в работу с любого уровня изначального давления и при этом получать давление на выходе до 1000 бар и выше.

Поршневое компрессионное оборудование также способно сжимать любые типы газов (в том числе агрессивные, ядовитые и взрывоопасные) и является наиболее оптимальным решением для работы на объектах, где необходимы небольшие объемы сжатого воздуха.

Преимущества:

• низкая цена;
• облегченное конструктивное исполнение;
• ремонтопригодность и продолжительный срок работы после ремонта;
• увеличение работоспособности за счет сервисного обслуживания через 500 рабочих часов;
• экономичность;
• достаточно высокая производительность;
• способность поддерживать сравнительно долго низкую производительность на одном уровне;
• сравнительно легко функционирует в периодическом режиме, при частом включении и выключении агрегата.

Классификация и область применения компрессоров

Компрессор является одним из основных элементов компрессионной холодильной машины (установки). Он предназначен для отсоса паров хладагента из испарителя, чтобы поддерживать в нем постоянное давление кипения, и для сжатия паров до давления, при котором они могли бы конденсироваться при высокой температуре за счет охлаждения водой или воздухом.

Давление паров или газов можно повысить путем непосредственного уменьшения их объема или сообщения потоку в рабочем колесе большой скорости. Сообщенная газу или пару кинетическая энергия в последнем случае переходит в энергию давления в направляющем аппарате.

К основным типам компрессоров относятся:

• поршневые с прямолинейным возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах;
• ротационные с вращающимися и катящимися поршнями;
• центробежные – турбокомпрессоры;
• винтовые с двумя или тремя роторами.

Наибольшее применение на транспорте имеют поршневые компрессоры, работающие по принципу уменьшения объема рабочей полости. Поршневые компрессоры можно классифицировать по многим признакам:

1) по применяемому хладагенту:

• аммиачные А;
• фреоновые Ф;
• углекислотные и другие;

Некоторые компрессоры могут работать на различных хладагентах. Так, выпускаются унифицированные компрессоры для работы на аммиаке или фреоне-22, хладоне-12;

2) по числу цилиндров:

• одноцилиндровые;
• многоцилиндровые;

3) по расположению осей цилиндров:

• вертикальные В (рис. 1, а);
• горизонтальные Г (рис. 1, б);
• угловые с V-образным расположением цилиндров (рис. 1, д);

4) по использованию рабочих полостей:

• одинарного действия, в которых хладагент сжимается только одной стороной поршня (см. рис. 1, а);
• двойного действия, в котором сжатие хладагента осуществляется поочередно обеими сторонами поршня (см. рис. 1, б);

5) по количеству ступеней сжатия:

• одноступенчатые (рис.1, а и б);
• двухступенчатые (рис. 1, в);
• многоступенчатые;

6) по конструкции кривошипно-шатунного механизма:

• крейцкопфные (компрессоры двойного действия);
• бескрейцкопфные;

7) по характеру движения паров хладагента в цилиндре:

• прямоточные (рис. 1, е), когда пары движутся в одном направлении, проходя через всасывающий клапан в поршне, а затем – через нагнетательный в крышке цилиндра;
• непрямоточные (рис.1, а–д), когда движение паров происходит в соответствии с направлением движения поршня;

по ряду конструктивных признаков – картерные и блок-картерные (блок и картер в общей отливке); с принудительной смазкой, со смазкой разбрызгиванием; с водяным и воздушным охлаждением цилиндров;

Рис. 1 – Схемы поршневых компрессоров

9) по расположению рамы – горизонтальные с вильчатой рамой (рис. 2, а) и со штыковой байонетной (рис. 2, б); левые, у которых маховик находится слева (рис. 2, в), если смотреть на цилиндр от коленчатого вала (по стрелке), и правые (рис. 2, г);

10) по стандартной холодопроизводительности:

• мелкие – до 3,5 кВт (до 3 тыс. ккал/ч);
• малые – от 3,5 до 23 кВт (от 3 до 20 тыс. ккал/ч);
• средние – от 23 до 105 тыс. Вт (от 20 до 90 тыс. ккал/ч);
• крупные – свыше 105 тыс. Вт (свыше 90 тыс. ккал/ч);

11) по типу привода – с приводом от электродвигателя, насаженного непосредственно на вал компрессора, через муфту и с приводом через ременную передачу;

12) по месту установки:

• стационарные;
• транспортные;

13) по степени герметичности:

• герметичные со встроенным в корпус электродвигателем без разъёмов (например, агрегаты домашних холодильников);
• бессальниковые (полугерметичные) со встроенным электродвигателем, но с отъемными крышками; сальниковые или открытые с уплотнением конца вала, выступающего из картера;
• с открытым картером и сальниковым уплотнением штока на выходе его из цилиндра (крейцкопфные двойного действия).

Рис. 2 – Схемы рам горизонтальных аммиачных компрессоров

Компрессоры, конец коленчатого вала которых выступает из картера через сальник и может быть соединен с валом двигателя, называют компрессорами открытого типа. Компрессор, заключенный вместе с электродвигателем в герметично закрытый кожух, называется герметичным.

К герметичным компрессорам относятся малые компрессорные агрегаты, применяемые для домашних холодильников. Более крупные герметичные компрессоры имеют съемные крышки цилиндров для удобства обслуживания поршней и клапанов, поэтому их иногда называют полугерметичными.

Герметичные и негерметичные компрессоры простого действия холодопроизводительностью до 10000 Вт применяются на железнодорожном транспорте для охлаждения изотермических вагонов, контейнеров, в вагонах-ресторанах и индивидуальных кондиционерах, а также на предприятиях торговли, общественного питания и в других отраслях народного хозяйства для охлаждения шкафов, прилавков, витрин, торговых автоматов, небольших камер. Такие компрессоры применяют во фреоновых автоматических установках.

Прямоточные вертикальные и V-образные компрессоры бескрейцкопфные (без ползунов) простого действия выпускают средней и большой холодопроизводительности (от 10000 до 350000 Вт) для аммиачных и фреоновых холодильных установок. Их широко используют на железнодорожном транспорте в рефрижераторных поездах и секциях и для получения искусственного водного льда на льдозаводах.

Горизонтальные компрессоры крейцкопфные с ползуном двойного действия изготовляются только большой холодопроизводительности (свыше 600000 Вт).

Эти компрессоры работают на аммиаке и используются в стационарных холодильных установках пищевой и химической промышленности, на льдозаводах. Они имеют значительный вес и габаритные размеры.

Техническая характеристика аммиачных и фреоновых компрессоров, выпускаемых отечественной промышленностью, приведена в табл. 14.

Примечание: Аммиачные и фреоновые компрессоры имеют следующие условные обозначения: АВ – аммиачный одноступенчатый вертикальный компрессор; АУ и АУУ –аммиачные одноступенчатые компрессоры с угловым расположением цилиндров; АО –аммиачный одноступенчатый оппозитный (горизонтальный) компрессор; ФВ и ФГ –фреоновый одноступенчатый компрессор вертикальный и горизонтальный: ФУ и ФУУ – фреоновые одноступенчатые компрессоры с угловым расположением цилиндров; ФУ БС, ФУУ БС – фреоновые одноступенчатые бессальниковые компрессоры с угловым расположением цилиндров.

Транспортные компрессоры созданы на основе соответствующих стационарных холодильных машин с учетом специфических условий эксплуатации (толчки и сотрясения подвижного состава, стесненность помещений для размещения оборудования, повышенные требования к надежности и безопасности эксплуатации). Они могут быть одноступенчатыми или двухступенчатыми. Техническая характеристика компрессоров рефрижераторных вагонов постройки заводов ГДР и БМЗ приведена в таблице 15.

Компрессоры вагонов рефрижераторного подвижного состава и пассажирских вагонов с кондиционированием воздуха должны удовлетворять следующим требованиям: иметь простую конструкцию, быть компактными, удобными и надежными в эксплуатации; иметь герметичные подвижные и неподвижные соединения, малую массу, минимальное воздействие инерционных сил; обеспечивать быстрое получение необходимых температур, безопасность труда в условиях движения поездов.

Под надежностью понимают вероятность безотказной работы компрессора в соответствии с его назначением на протяжении заданного времени. Долговечностью считают весь срок существования компрессора, включая время надежной работы и простоя по различным причинам.

Надежная работа компрессора в транспортных условиях определяется совершенством конструкции, качеством и точностью обработки и сборки деталей и узлов.

Герметичность неподвижных частей компрессора достигается применением надежных прокладочных материалов и плотностью затяжки болтовых соединений, а подвижных частей – с помощью специальных устройств (например, сальников).

Для уменьшения массы картеры, цилиндры с гильзами, крышки и поршни изготовляют из легких сплавов. Предпочтительны схемы расположения цилиндров V- и веерообразные с углом развала, обеспечивающим полное уравновешивание сил инерции движущихся масс.

Кроме того, такое расположение цилиндров по сравнению с вертикальным позволяет сократить длину и высоту компрессора. Для уменьшения габаритных размеров и массы увеличивают также частоту вращения коленчатого вала, а для снижения пусковых моментов используют центробежные муфты, встроенные в маховик.

Унификация и стандартизация конструкций, то есть создание одинаковых узлов и деталей для компрессоров с неодинаковой холодопроизводительностью и работающих на разных хладагентах, значительно облегчает организацию серийного производства и позволяет снизить себестоимость изготовления и ремонта оборудования. В качестве унифицированных узлов и деталей в компрессорах используются станины, картеры или блок-картеры, валы, шатуны, поршни, поршневые кольца, клапаны, сальники, масляные насосы.

Максимально унифицированы отечественные аммиачные и фреоновые компрессоры с одинаковым ходом поршня 50, 70 и 130 мм различной производительности.

Поставляют компрессоры осушенными, заглушёнными, заправленными маслом и заполненными сухим азотом или фреоном (фреоновые компрессоры) и сухим азотом или воздухом (аммиачные компрессоры) до давления 0,03–0,1 МПа.

Аммиачные компрессоры рефрижераторных поездов и секций имеют водяное охлаждение с принудительной циркуляцией по замкнутой системе. Фреоновые компрессоры охлаждаются воздухом.

В следующих лекциях рассмотрим конструкции наиболее распространенных на железнодорожном транспорте холодильных компрессоров: прямоточных и непрямоточных многоцилиндровых с вертикальным или угловым расположением цилиндров.

Назначение компрессора, компрессорной установки и компрессорной станции. Классификация компрессоров по принципу действия, избыточному давлению и подаче

Компрессор, устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в К. более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2-3 раза применяют воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. cm.) – вентиляторы.

По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры поршневые, ротационные, центробежные, осевые и струйные.Компрессоры также подразделяют по роду сжимаемого газа (воздушные, кислородные и др.

), по создаваемому давлению рн (низкого давления – от 0,3 до 1 Мн/м2, среднего – до 10 Мн/м2 и высокого – выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам.

Компрессоры также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N.

Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом.

Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Действие одноступенчатого воздушного 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.

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 К. его температура значительно повышается.

Для предотвращения самовозгорания смазки компрессор оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически наивыгоднейшим (см. Термодинамика).

Одноступенчатый компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7-8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые компрессоры, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений – выше 10Мн/м2. 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. Простейший из них – регулирование изменением частоты вращения вала.

Ротационные компрессора имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры, имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3. Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично.

При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части К. будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1.

В правой части компрессора объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из компрессора в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного компрессора охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7.

Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного компрессоры с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5Мн/м2.

Принципы действия ротационного и поршневого компрессоров в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном К.

всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного компрессора, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуум-насосы.

Регулирование производительности ротационного компрессора осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый К.

разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13.

Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы.

Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора и т.д.

Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25-30, а у промышленных К. – 8-12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280-500 м/сек.

Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности.

Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и др.

Осевой компрессор имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6. На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток.

При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси К. (откуда его название) и вращаться.

Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых К. между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа.

Степень повышения давления для одной ступени осевого К. обычно равна 1,2-1,3, т. е. значительно ниже, чем у центробежных К., но кпд у них достигнут самый высокий из всех разновидностей К.

Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых К. осуществляется так же, как и центробежных. Осевые К. применяют в составе газотурбинных установок (см. Газотурбинный двигатель).

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых К. оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные компрессора по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессора обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

Компрессорная установка

Перевод

Компрессорная установка

совокупность устройств, необходимых для получения сжатого воздуха или другого газа. К. у. бывают стационарные и передвижные. В стационарных К. у. используют одноступенчатое или многоступенчатое сжатие воздуха. Основные элементы стационарной К. у.

с одноступенчатым сжатием воздуха: фильтр,Компрессор, двигатель, воздухопровод. Кроме того, в К. у. входят вентили и задвижки, измерительные приборы (манометры, термометры и др.), предохранительные и обратные клапаны, а также приборы автоматики, сигнализации и управления. В К. у.

с многоступенчатым сжатием входят промежуточные воздухоохладители. Основные агрегаты К. у. имеют циркуляционную систему смазки, подаваемой шестерённым насосом через фильтр и маслоохладитель. Одна или несколько стационарных К. у.

вместе со зданием, в котором они размещены, составляют сооружение, называемое компрессорной станцией (См. Компрессорная станция).

Передвижные К. у. обычно монтируются на автоприцепе или автомобильном шасси. Они состоят из компрессора (обычно поршневого с воздушным охлаждением), двигателя внутреннего сгорания, а также воздухозаборника с фильтром и небольшого резервуара (ресивера), к которому присоединены несколько прорезиненных шлангов для подачи сжатого воздуха к потребителям (например, пневматическим инструментам).

Для привода компрессоров в К. у. используют электрические двигатели, двигатели внутреннего сгорания (в том числе газотурбинные) и паровые турбины.

К. у. обслуживают доменные и сталелитейные цехи, машиностроительные заводы, строительные площадки, предприятия горнорудной, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, газопроводы природного газа и др.

Компрессорная станция

Перевод

Компрессорная станция

стационарная установка для получения на различных промышленных предприятиях и строительных площадках сжатого воздуха или газа, используемых как энергоноситель (воздух для привода пневматического инструмента, газ для отопления) или как сырье для получения различной продукции (кислорода из воздуха, аммиака из азотоводородной смеси и т.п.). В состав К. с.

обычно входят: главное здание, в котором размещаются Компрессоры и вспомогательное оборудование и устройства — емкости для сжатого газа, газосборники, водо-снабжающие, воздухозаборные и охладительные установки, сети инженерных коммуникаций (водопровода, канализации, пара, горячей воды и т.д.), трансформаторные подстанции, а также бытовые помещения для работающих. К. с.

, как правило, размещаются в отдельно стоящих зданиях с огнестойкими перекрытиями и трудно сгораемыми перегородками. Иногда К. с.

располагаются в пристройке к производственному зданию (при отсутствии в последнем взрыво- и пожароопасных производств, а также если шум и вибрации, создаваемые оборудованием, не являются помехой протекающим в производственном здании технологическим процессам).

Классификация компрессоров по создаваемым ими давлениям нагнетания

1. Компрессоры низкого давления, сжимающие газ до 1 МПа. В настоящее время в связи с тем, что для некоторого пневматического оборудования требуются более высокие давления (до 1,3 МПа), целесообразно, по-видимому, повысить границу давления компрессоров низкого давления до 1,5 МПа.

Такие машины называют часто компрессорами общепромышленного или общего назначения. Подобного давления требуют пневматические инструменты, машины, приспособления и другие устройства, позволяющие заменять мускульную силу человека работой машин.

Компрессоры низкого давления изготавливаются очень большими сериями и являются наиболее распространенный типом машин.

2. Компрессоры среднего давления, сжимающие газы до 10 МПа. Такие давления используются в некоторых химических производствах, холодильной технике, системах автоматического регулирования, пусковых устройствах двигателей внутреннего сгорания, при гашении искры в электрических выключателях, транспортировке газа и т. д.

Подобные компрессоры изготовляются уже меньшими сериями.

3. Компрессоры высокого давления создают давления до 100 МПа. Подобные компрессоры используются в производстве азотных удобрений, некоторых видов полиэтиленов, синтетических бензинов, мочевины и т. д.

Такие компрессоры делаются еще более мелкими сериями.

4. Компрессоры сверхвысокого давления повышают давление газа выше 100 МПа. Верхний предел не ограничен. Такие компрессоры изготавливаются, как правило, индивидуально или очень небольшими сериями. Сверхвысокое давление используется при производстве некоторых видов полиэтиленов, в порошковой металлургии и других производствах.

Компрессорные машины разделяют на три класса.

вентиляторы — компрессоры, повышение давления и отношение давлений в которых не превышают соответственно 0,01 МПа и 1,1;

Нагнетатели— машины с повышенным отношением давлений (до 1,3 и более) и без охлаждения среды в процессе работы;

Собственно компрессоры — машины, снабженные устройством для охлаждения среды при работе (отношение давлений более 3),

По достижимому конечному давлению различают:

компрессоры низкого давления — с конечным давлением до 1 МПа; компрессоры среднего давления -— с конечным давлением от 1 до 10 МПа; компрессоры высокого давления — с конечным давлением от 10 до 100 МПа; компрессоры сверхвысокого давления — с конечным давлением свыше 100 МПа. Компрессоры могут эксплуатироваться в составе стационарных или передвижных машин или установок.

Соответственно этому различают стационарные, передвижные, переносные, прицепные, самоходные, транспортные (авиационные,-автомобильные, судовые, железнодорожные) компрессоры. По применимости в газовой (рабочей) среде компрессоры разделяют на: 1) газовые — для сжатия любого газа или смеси газов, кроме воздуха; в зависимости от вида газа они называются кислородными, водородными, аммиачными и т.

д.

; 2) воздушные — для сжатия воздуха; значительную группу таких компрессоров составляют компрессоры общего назначения, предназначенные для сжатия атмосферного воздуха до давления 0,8—1,5 МПа и выполненные без учета каких-либо специфических требований; 3) циркуляционные — для обеспечения циркуляции газа в замкнутом технологическом контуре; 4) многоцелевые (специальные) — для попеременного сжатия различных газов;

5) многослужебные (специальные) — для одновременного сжатия различных газов.

Типы воздушных компрессоров

Малые типы компрессоров классифицируются:

– по разновидности применяемого хладагента

– по схеме расположения цилиндров компрессора

– по типу электродвигателя

– по принципу действия

– по условия эксплуатации.

– по типу механизма движения

– по диапазону температур кипения

Типы компрессоров по принципу действия:

– винтовые компрессоры, ротационные компрессоры (вращательное движение роторов)

– поршневые компрессоры (с движением поршня – возвратно-поступательным)

– спиральные компрессоры (с плоскопараллельным движением спирального элемента)

Ротационный тип компрессоров

Ротационный тип компрессоров подразделяются: с катящимся ротором, пластинчатые. Пластинчатый ротационный тип компрессоров имеет ротор. В нем радиально перемещаются разделительные пластины.

В типе компрессоров с катящимся ротором последний расположен эксцентрично относительно цилиндра, соответственно может свободно по перемещается с небольшим зазором по данной поверхности.

Преимущества Ротационных типов компрессоров:

– это простое обслуживание и надежность в эксплуатации

– сниженное суммарное значение газодинамических потерь так, как отсутствуют клапаны на всасывании, а в некоторых видах и на линии нагнетания.

– высокие массогабаритные показатели

– простота конструкции, небольшое число деталей, относительно низкая себистоимость

Поршневые типы компрессоров

Поршневые типы компрессоров имеют колебательный или вращательный привод. Поршневые типы воздушных компрессоров, подразделяются на прямоточные (всасывающий клапан установлен в дне поршня) и не прямоточные (нагнетательный и всасывающий клапаны расположены в крышке цилиндра).

Современные малые типы компрессоров являются не прямоточными, за исключением типов компрессоров с колебательным приводом.

Поршневые типы воздушных компрессоров являются наиболее распространенным видом холодильных компрессоров. Относятся к области малых холодильных установок у которых производительность составляет до 2-3 кВт (торговые холодильные установки, бытовые холодильники и морозильники, кондиционирование воздуха).

Ограниченное применение прямоточных типов компрессоров обусловлено рядом недостатков. Усложнение конструкции поршня, данного типа воздушных компрессоров, приводит к увеличению его массы, что сказывается отрицательно на характеристиках компрессора.

Спиральные типы компрессоров

Спиральные типы компрессоров относятся к одновальным машинам у которых объемный принцип действия. Эти типы компрессоров могут работать в режиме сжатия паров хладагента.

Спиральные типы компрессоров компрессоры имеют классификацию: сухого сжатия, маслозаполненные, с впрыском капельной жидкости, одно- и двухступенчатые.

В зависимости от хладагента и мощности спиральные типы компрессоров могут быть: герметичные, сальниковые и бессальниковые.

По расположению вала спиральные типы компрессоров могут быть: горизонтальные и вертикальные.

По типу спиралей: со спиралями Архимеда, с эвольвентными спиралями, с кусочно-окружными и т.д.

Вызвать мастера / Типы компрессоров холодильников

23 Декабря 2013

Компрессоры, применяемые в холодильных установках, имеют несколько классификаций:

• по принципу действия;
• по расположению электродвигателя;
• по схеме расположения цилиндров;
• по виду хладагента;
• по условиям эксплуатации.

Классификация по принципу действия

В зависимости от принципа действия, различают следующие типы компрессоров холодильников: 

Поршневые. Давление в подобных устройствах создаётся при помощи поршня. Применяют их, в основном, в устройствах, имеющих производительность не более 100 л/мин.

Преимущества поршневых компрессоров: небольшая стоимость, легкий процесс производства и неплохая пригодность к ремонту.

При этом они обладают и рядом недостатков, таких как не слишком высокий КПД (около 70%), потребность в частом техобслуживании, а также высокие уровни вибрации и шума;

Ротационные. Разность давления в них создаётся в результате вращения ротора и пластины. Габариты такого оборудования намного меньше, чем поршневого.

Остальные преимущества практически те же: низкая стоимость, простота в обслуживании, надёжность в эксплуатации. При этом газодинамические потери ротационных компрессоров за счёт отсутствия клапанов на всасывание очень малы.

Из недостатков стоит упомянуть не слишком высокий КПД и не слишком большое давление (до 1 Мпа), которое может создаваться с их помощью;

Винтовые. Практически те же ротационные, только с двумя роторами, выполненными в виде отдельных спиралей.

Достаточно популярны за счёт простоты и прочности конструкции, высокой производительности, а также низких уровней вибрации и шума и возможности работы на различных газах и газовых смесях.

К недостаткам такого оборудования относят большой объём используемого ими масла, а также сложность в изготовлении;

Спиральные. Работают за счёт давления, создаваемого движением спирали. Их преимуществами являются: высокая надёжность, уравновешенность крутящего момента, низкий шум и хороший КПД (до 86%), а также высокая скорость перекачивания газов и небольшие, в сравнении с поршневыми, размеры. Вместе с этим их достаточно сложно изготавливать – отсюда высокие цены.

Классификация по расположения электродвигателя

В зависимости от того, как в подобном оборудовании расположен электродвигатель, типы компрессоров холодильников могут быть:

• герметичными (двигатель встроен в неразъёмный корпус);
• бессальниковыми (с разъёмным корпусом);
• открытыми (сальниковыми), в которых двигатель расположен отдельно.

Оборудование со встроенными двигателями сложнее изготавливать, за счёт чего они дороже стоят, зато считаются надёжнее и компактнее открытых компрессоров.

Классификация по пусковому вращающему моменту

В зависимости от вращающего момента компрессоры бывают:

с повышенным моментом (применяются в оборудовании, имеющем терморегулирующий вентиль);

с пониженным моментом (оборудование с капиллярной трубкой).

Классификация по расположению цилиндров

В этом плане различают компрессоры такого типа:

• вертикальные (ось цилиндров ориентирована по вертикали);
• угловые (ось имеет форму буквы U).

Ещё компрессоры (но только герметичного типа) могут быть горизонтальными.

Классификация по типу хладагента

Здесь можно выделить сернисто-ангидридные компрессоры, а также аммиачные, хладоновые и хлорметиловые. Большая часть современных холодильных компрессоров хладоновая.

Классификация по условиям применения

Компрессоры могут эксплуатироваться и в обычных условиях, и в более тёплых районах мира. В последнем случае требуется специальное тропическое исполнение.

Рекомендации по ремонту компрессоров

В данном случае мы не рекомендуем выполнять ремонт компрессора в холодильнике самостоятельно, так как это может привести к необратимым последствиям и вывести компрессор из строя окончательно.

Обращайтесь к нашим специалистам и Вам сделают качественный ремонт холодильников.