Типы компрессоров
09.11.2021
- Компрессоры динамического типа
- Компрессоры объемного действия
- Поршневые компрессоры
- Винтовые компрессоры
Компрессоры делятся по принципу действия. Все компрессоры могут быть разделены на контактно-охлаждаемые (со смазкой) и безмасляные (без смазки).
Компрессоры динамического типа
Обычно известны как турбокомпрессоры или компрессоры с непрерывным потоком газа, подаваемого на вращающиеся лопатки рабочего колеса. Силы инерции преобразуют энергию скорости в энергию давления. Эти компрессоры обычно применяются там, где требуется от средних до больших объемов сжатого воздуха при низком и среднем давлении.
Компрессоры объемного действия
Это компрессоры, в которых процесс сжатия осуществляется в рабочих камерах, периодически изменяющих свой объем и попеременно сообщающихся со входом и выходом компрессора. Эти компрессоры обычно применяются там, где требуется небольшой объем сжатого воздуха при среднем и высоком давлении.
Типы воздушных компрессоров
Поршневые, ротационные винтовые и центробежные воздушные компрессоры
Основные типы воздушных компрессоров:
- Поршневой
- Ротационный винтовой
- Пластинчатый
- Ротационный центробежный
Компрессоры также различаются по:
- количеству ступеней сжатия воздуха
- способу охлаждения (воздух, вода, масло)
- способу привода (двигатель, пар и т.д.)
- наличию смазки (маслозаполненный, безмасляный)
Поршневые воздушные компрессоры
Поршневой воздушный компрессор представляет собой компрессор объемного действия, который увеличивает давление воздуха за счет уменьшения его объема. Это означает, что установка всасывает последовательные объемы воздуха, заключенного в замкнутом пространстве, и увеличивает его давление. В поршневом воздушном компрессоре процесс сжатия происходит за счет возвратно-поступательного перемещения поршня внутри цилиндра.
В продаже доступны одноступенчатые и двухступенчатые поршневые компрессоры. Одноступенчатые компрессоры обычно используются для давлений в диапазоне от 4,8 бар изб. (70 фт/кв.дюйм) до 7 бар изб. (100 фт/кв.дюйм). Двухступенчатые компрессоры обычно используются для более высоких давлений в диапазоне от 7 бар изб. (100 фт/кв.дюйм) до 17 бар изб. (250 фт/кв.дюйм).
Поршневой воздушный компрессор одностороннего всасывания осуществляет сжатие только с одной стороны поршня. Компрессор, использующий обе стороны поршня называется компрессором двойного всасывания.
Снижение нагрузки достигается за счет разгрузки отдельных цилиндров. Обычно это достигается за счет снижения давления всасывания в цилиндр или перемещения воздуха внутри или снаружи компрессора. Регулирование производительности достигается за счет изменения скорости в агрегатах с приводом от двигателя посредством регулирования расхода топлива.
Поршневые воздушные компрессоры доступны с воздушным или водяным охлаждением, маслозаполненные и безмасляные и обеспечивают широкий диапазон выбора давления и производительности. Поршневые компрессоры обладают высокой эффективностью.
Пластинчатый компрессор
Пластинчатые компрессоры представляют собой компрессоры объемного действия, в которых перемещение объема газа происходит посредством вращения ротора с набором пластин в цилиндрическом корпусе. При вращении пластин газ сжимается и выталкивается из компрессора. При эксплуатации компрессоров данного типа необходимо применять частичную нагрузку, так как управление дроссельной заслонкой на впуске меняется по мере увеличения степени сжатия компрессоров. Быстрая разгрузка может вызвать дрожание лопаток, что приведет к износу и, как следствие, к поломке компрессора. Из-за износа лопаток пластинчатые компрессоры требуют больших затрат на техническое обслуживание. Преимуществом использования таких компрессоров является их компактность.
Винтовые компрессоры
Ротационные воздушные компрессоры представляют собой компрессоры объемного действия. Наиболее распространенным ротационным воздушным компрессором является одноступенчатый маслозаполненный винтовой воздушный компрессор. Эти компрессоры состоят из двух винтов, которые нагнетают воздух внутри корпуса. В устройстве нет клапанов. Эти агрегаты в основном имеют масляное охлаждение (с масляными радиаторами с воздушным или водяным охлаждением), где масло уплотняет сжимаемую среду. Поскольку охлаждение происходит прямо внутри компрессора, детали не подвергаются воздействию высоких рабочих температур. Таким образом, винтовой компрессор представляет собой компрессор непрерывного действия с воздушным или водяным охлаждением.
Винтовые воздушные компрессоры просты в обслуживании и эксплуатации. При использовании этих компрессоров можно регулировать скорость и производительность с помощью заслонки на входе. Впускной клапан расположен в корпусе. Когда потребность в производительности компрессора уменьшается, впускной клапан закрывается. Преимуществом использования ротационного винтового компрессора является плавная безимпульсная подача воздуха, компактность устройства, большой объем производимого воздуха, длительный срок службы.
Безмасляный винтовой воздушный компрессор используется для сжатия воздуха без впрыска масла. Безмасляные ротационные винтовые воздушные компрессоры имеют воздушное или водяное охлаждение и имеют такой же принцип действия, что и маслозаполненные винтовые компрессоры. Высокоэффективные безмасляные компрессоры с регулируемой скоростью вращения оборудованы двигателем HPM.
Винтовые компрессоры очень компактны, обеспечивают непрерывное производство воздуха и имеют относительно низкую конечную температуру сжатия при контактном охлаждении.
Шестеренчатый компрессор
Шестеренчатый компрессор – это компрессор объемного действия. Главными деталями компрессора являются шестерни, которые вращаются в противоположных направлениях внутри цилиндрической камеры. Они связаны синхронизированной передачей и работают бесконтактно. Сжимаемый воздух направляется изнутри в корпус компрессора и попадает в зазор между вращающимися зубьями и корпусом. При вращении шестерней, воздух поступает в выпускное отверстие и заполняет камеру. При дальнейшем вращении содержимое камеры вытесняется, преодолевая полное противодавление. Шестерни не подвержен износу, поэтому смазка не требуется. Эти компрессоры, как правило, используются при низком давлении до 1,5 бар изб.
Центробежные компрессоры (CENTAC)
Центробежный воздушный компрессор — это динамический компрессор, принцип работы которого основан на вращении крыльчатки.
Воздух всасывается в центр вращающейся крыльчатки с радиальными лопастями и под действием центробежных сил выталкивается по направлению к периметру крыльчатки. Радиальное перемещение воздушных потоков приводит к росту давления. Диффузор производит сжатие воздуха. Для достижения наибольшей эффективности центробежные компрессоры вращаются с более высокой скоростью, чем компрессоры других типов. Они рассчитаны на более высокую производительность обеспечивается непрерывный поток воздуха.
Вы можете регулировать производительность центробежного компрессора с помощью створки входного отверстия диффузора. При закрытии створки поступает меньше воздуха и производительность снижается.
Центробежный воздушный компрессор по своей конструкции является безмасляным. Ходовая часть с масляной смазкой отделена от воздуха уплотнениями вала и вентиляционными отверстиями.
Центробежные компрессоры обеспечивают равномерную производительность 100% безмасляного сжатого воздуха. Недостатком использования такого компрессора чувствительность к изменениям нагрузки и минимальная производительность. Атмосферные изменения также оказывают влияние на производительность компрессора.
Поршневые компрессоры
Общая информация
Поршневые компрессоры представляют собой компрессоры объемного действия. Воздух поступает в цилиндр через всасывающий клапан во время хода поршня вниз. Клапан закрывается в начале хода вниз, а затем воздух сжимается и вытесняется из нагнетательного клапана. Поршень приводится в движение кривошипно-шатунным механизмом с коленчатым валом и шатунами.
Одноступенчатое сжатие.
Сжатие происходит за один ход поршня. Все компрессоры Merlin от Direct Drive до BD4 (4 л.с.) являются одноступенчатыми.
Двухступенчатое сжатие.
Сжатие воздуха происходит в цилиндре на первой ступени (низкое давление). Затем воздух охлаждается в промежуточном радиаторе, а затем повторно сжимается на второй ступени (высокое давление).
Поршни на стороне высокого и низкого давления сбалансированы, что обеспечивает плавный ход. Компрессоры Merlin серии BD5 и выше являются двухступенчатыми, как и устройства серии Т30.
Компрессор простого действия производит одно всасывание и одно нагнетание за один ход поршня.
Компрессор двойного действия производит два всасывания и два нагнетания за один ход поршня.
Скорость компрессора
Скорость — важный фактор при оценке износа компрессора. При высокой скорости поршня он изнашивается быстрее.
Чугунные цилиндры
Цилиндры, полностью изготовленные из чугуна, обеспечивают лучшую долговечность по сравнению с цилиндрами, изготовленными из алюминия или даже с добавлением чугуна.
Зазор
Зазор – это область, расположенная между верхней мертвой точкой поршня и нижним краем клапана. Зазор включает в себя конструктивные допуски, полости в клапанах и седлах клапанов, индивидуальные конструктивные особенности. Во время хода поршня вниз воздух в камере сжатия расширяется до атмосферного давления. На этом этапе и во время хода поршня вниз воздух всасывается снаружи компрессора. Разница между скоростью всасывания и выходом возникает из-за того, что во время всасывания давление воздуха падает при прохождении через фильтр, возникают утечки, всасываемый воздух нагревается в камере, и происходит повторное расширение в пространстве сжатия.
Производительность поршневого компрессора
Объем всасывания (рабочий объем цилиндра) используется для характеристики поршневых компрессоров. Это произведение объема цилиндра, скорости компрессора (количества тактов) и количества впускных цилиндров. Рабочий объем цилиндра указывается в л/мин, м3/мин и м3/ч. Производительность компрессора на выходе (подача атмосферного воздуха) измеряется в соответствии с ISO1217 или PN2 CPTC2. Отношение действительного объема всасывания к рабочему объему цилиндра принято называть объемным КПД компрессора.
Многие поставщики небольших поршневых компрессоров указывают в своих спецификациях «рабочий объем поршня». Это не является значением подачи атмосферного воздуха компрессора.
Охлаждение
При сжатии воздуха выделяется тепло. Количество тепла зависит от давления воздуха на выходе. Обычно чем выше давление, тем выше температура. Большая часть тепла, образующегося при сжатии, должна быть отведена. Высокая температура сжатого воздуха создает потенциальную опасность, так как небольшое количество смазочного масла поглощается воздухом во время сжатия и может воспламениться. Опасность возгорания внутри компрессора представляет наименьшую опасность в сравнении с опасностью взрыва, потому что содержание кислорода здесь намного больше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому на каждой ступени компрессора должны быть установлены промежуточный и конечный охладители для охлаждения сжатого воздуха.
Количество тепла, которое должно быть отведено при охлаждении, зависит от подачи атмосферного воздуха и давления. В компрессорах высокого давления с несколькими цилиндрами цилиндры находятся в потоке охлаждающего воздуха. Для большего охлаждения цилиндры имеют большие ребра. Для снижения температуры обычно недостаточно интенсивного охлаждения и увеличения площади ребер. Поэтому между ступенями установлен промежуточный охладитель, а за второй ступенью установлен концевой радиатор. В компрессорах высокого давления требуется многоступенчатое охлаждение из-за очень высоких температур сжатого воздуха.
На схеме ниже показана комплектация небольшого поршневого компрессора. Маховик обеспечивает поток охлаждающего воздуха через ребристый охладитель и ребристые цилиндры.
Хладагент
Поршневые компрессоры имеют воздушное охлаждение. Во время фазы охлаждения внутри охладителя образуется конденсат. Он выводится из охладителя вместе с потоком воздуха в трубопроводы и резервуар сжатого воздуха. Как правило, в резервуаре предусмотрено сливное отверстие для удаления остатков жидкости. В качестве альтернативы в комплект поставки входит автоматический сливной клапан.
В маслозаполненных поршневых компрессорах в качестве смазки используется либо минеральное масло, либо смазку на синтетической основе, например, смазочно-охлаждающую жидкость для поршневых компрессоров All Seasons Select. СОЖ All Seasons рассчитана на 2000 часов или 2 года работы, что в 4 раза дольше по сравнению с минеральным маслом. Эта смазка имеет гораздо более высокую температуру воспламенения и устраняет накопление углерода, которое приводит к быстрому износу клапанов. В результате чего увеличивается срок службы компрессора.
Система контроля
Регуляторы давления используются для регулировки давления на выходе компрессора. Они расположены у ресивера влажного воздуха. Регулятор давления останавливает компрессор при достижении максимального или установленного давления. Затем давление компрессора снижается до нижней уставки, которая обычно на 20% ниже максимального давления. Не рекомендуется эксплуатировать компрессор с меньшим перепадом, так как компрессор будет запускаться слишком часто и подвергаться износу. Кроме того, поддержание большего перепада обеспечивает компрессору более длительный период охлаждения.
Условия, при которых поршневые компрессоры не запускаются. Когда давление достигает максимального значения, компрессор остановится и двигатель выключится. Это нормальное рабочее состояние компрессора с автоматическим запуском и остановом (ASS). Таким образом компрессор может изменять нагрузку, так как он будет работать при падении давления и отключаться при достижении максимального давления. Рекомендуется использовать регулятор давления для разделения стороны подачи и стороны потребления. Это позволит избежать чрезмерного повышения давления на стороне подачи, которое может повлиять на надежность и эффективность системы.
В компрессорах серии Т30 есть следующие режимы управления:
- Поддержание постоянной скорости (CSC) – обеспечивается вспомогательным клапаном на всех моделях мощностью 10 л.с. и больше (рекомендуется для работы с постоянной нагрузкой).
- Двойное управление – доступно в качестве опции (ASS+CSC). Позволяет использовать компрессор в любое время.
Преимущества использования
- Сжатие почти всех газов
- Экономичное сжатие давления до 40 бар изб.
- Может быть использован в качестве дожимного компрессора
- Простота управления
- Автоматический запуск-останова компрессора без холостого хода
- Простота обслуживания
Винтовые компрессоры
Общая информация
По сравнению с поршневым компрессором, винтовой компрессор был создан сравнительно недавно. Конструкция была усовершенствована для коммерческого использования шведской компанией «Svenska Rotar Maskiner» (SRM). Винтовые компрессоры относятся к компрессорам объемного действия. Два параллельных винта работают в противоположном направлении внутри корпуса.
Процесс сжатия
Входящий воздух сжимается до конечного давления внутри корпуса; размер уменьшается за счет вращения винтов. Когда достигается конечное давление, воздух вытесняется через выходной патрубок. Камера сжатия образована стенками корпуса и зацеплением винтовых элементов. Представьте, что корпус — это цилиндр, а движение винтов — это поршень.
Шаг 1. Впуск воздуха через отверстие в резьбе винтов. Это фаза приема.
Шаг 2. Отверстие для впуска воздуха закрывается при вращении винтов, объем уменьшается, а давление увеличивается. При контактном охлаждении компрессоров впрыскивается хладагент. Это фаза сжатия.
Шаг 3. Заключительная фаза — вытеснение воздуха. Достигается конечное давление и сжатый воздух поступает в выходной патрубок. Это давление немного снижается при выходе из компрессорного агрегата.
Принцип действия винтового компрессора
- Обычно при использовании маслозаполненного одноступенчатого компрессора Ingersoll Rand атмосферный воздух всасывается через циклонный всасывающий фильтр, который оборудован картриджем бумажного микрофильтра и устройством для выталкивания пыли. Емкость фильтра рассчитана на максимальный входной поток компрессора и обычно составляет 3-5 микрон с эффективностью 99,9%.
- После прохождения через впускной фильтр воздух всасывается в многофункциональный впускной всасывающий клапан. Этот нормально закрытый клапан открывается по сигналу нагрузки. Когда компрессор разгружается, этот клапан полностью закрывается и действует как обратный клапан, чтобы воздух не выходил обратно из входного фильтра.
- Воздух поступает в компрессор и сжимается. На этапе сжатия компрессорный блок непрерывно охлаждается с помощью СОЖ SSR Ultra-Coolant производства компании Ingersoll Rand. СОЖ вводится в компрессорный блок для отвода тепла, образовавшегося при сжатии, уплотнения сжимаемой среды и смазки подшипников. Обычно рабочая температура составляет около 85 ° C. Согласно директиве ЕС по машинному оборудованию, температура нагнетания компрессорного блока не должна превышать 110 ° C.
- Большая часть СОЖ отделяется от сжатого воздуха в сепараторе для очистки СОЖ. Проходя через фильтрующие элементы, мелкие частицы масла объединяются в более крупные и стекают вниз по внутренней поверхности фильтра тонкой очистки. Воздух, выходящий из сепаратора, содержит не более 3 мкм СОЖ.
- Воздух проходит через обратный клапан минимального давления. Этот клапан не открывается, если давление не превышает 4 бар изб. (60 фт/кв.дюйм). Это позволяет избежать чрезмерной потери воздуха.
- После MPVCV воздух проходит через конечный охладитель, в котором воздух охлаждается с 85 ° C до 8 ° C выше температуры охлаждающей среды. Если охлаждающей средой является окружающий воздух с температурой 20 ° C, температура сжатого воздуха на выходе будет 28 ° C.
- Прежде чем воздух попадет в распределительный трубопровод, он проходит через циклонный сепаратор. Это позволяет удалить основной объем воды, образованный при конденсате на охладителе.
- СОЖ, которая была отделена в сепараторе, поступает обратно в масляный контур. Поскольку температура все еще выше 85 ° C, СОЖ проходит через охлаждающий элемент, который охлаждает ее примерно до 60 ° C. Термостатический перепускной клапан обеспечивает необходимый уровень температуры СОЖ на всех этапах работы. Под давлением в системе СОЖ перетекает в фильтр СОЖ. Он имеет байпас высокого давления, поэтому компрессор не испытывает недостатка СОЖ.
Контур охлаждения
СОЖ, впрыскиваемая в компрессор со смазкой, выполняет три основные функции. Во-первых, она отводит тепло сжатия, чтобы обеспечить охлаждение. Во-вторых, обеспечивает уплотнение сжимаемой среды между винтами и корпусом. Наконец, СОЖ смазывает подшипники. Маслозаполненные компрессоры Ingersoll Rand с контактным охлаждением активируют впрыскивание охлаждающей жидкости. Это гарантирует, что подшипник будет смазан сразу же при запуске. Подшипник находится в лужице смазки. Компрессорный блок без автоматического впрыска СОЖ, может привести к преждевременному износу подшипников из-за отсутствия смазки при запуске.
Ниже представлена схема смазки для винтового воздушного компрессора Ingersoll Rand SSR.
Сепаратор сжатого воздуха (25)
Позволяет удалить СОЖ из сжатого воздуха, создавая эффект циклона, который вытесняет большую часть СОЖ. Многоступенчатый коалесцирующий элемент сепаратора обеспечивает дополнительные механические ступени сепаратора. Как правило, падение давления воздуха при прохождении через сепаратор нового компрессора составляет 0,2 бар изб. В течение периода обслуживания компрессора падение давления увеличивается до 1 бар изб. На этом этапе необходимо заменить сепаратор, иначе потребуется дополнительная мощность для преодоления этого падения давления. Сепаратор также имеет поддон для сбора СОЖ. Давление в системе выталкивает СОЖ из сепаратора в фазу сжатия.
Линия продувки (24-23)
СОЖ, находящаяся внутри сепаратора, всасывается через линию продувки обратно в контур охлаждения. Есть небольшой фильтр для удаления любых загрязнений.
Термостатический перепускной клапан (27)
Термостатический клапан направляет СОЖ через охлаждающий элемент или через байпас в период прогрева. Охлаждающая жидкость, впрыскиваемая в компрессорный блок, имеет температуру около 60 ° C.
Охлаждающий элемент (7)
Может иметь воздушное или водяное охлаждение. Предназначен для снижения температуры СОЖ перед впрыском в компрессорный блок.
Фильтр СОЖ (9)
10-микронный фильтр удаляет загрязнения из СОЖ. Таким образом предотвращается любое загрязнение в контуре охлаждающей жидкости. Этот фильтр имеет байпас высокого давления 1 бар. Позволяет предотвратить загрязнение компрессорного блока.
Воздушный контур
Ниже приведена схема воздушного контура для винтового воздушного компрессора Ingersoll Rand SSR.
Впускной фильтр (3)
Фильтр очищает воздух, всасываемый компрессором. Обычно степень фильтрации составляет от 3 до 5 микрон, эффективность 99,9%.
Впускной клапан (16)
Это клапан обратного действия. Клапан открывается в фазе нагрузки и закрывается во время фазы разгрузки или фазы остановки. Впускной клапан устанавливается в качестве опции. См. Раздел «Управление».
Обратный клапан минимального давления (18)
Этот клапан открывается только тогда, когда давление поднимается до 4 бар изб. (60 фт/кв.дюйм), что приводит к быстрому увеличению давления. Когда компрессор выключается, клапан минимального давления предотвращает выход сжатого воздуха из компрессора.
Конечный охладитель сжатого воздуха (5)
Как и охлаждающий элемент СОЖ, конечный охладитель сжатого воздуха может иметь воздушное или водяное охлаждение. Во время фазы охлаждения из воздуха конденсируется большое количество влаги.
Сепаратор (19)
Входит в стандартную комплектацию многих винтовых компрессоров Ingersoll Rand SSR и Nirvana. Предназначен для удаления большей части воды перед выпуском воздуха в воздуховоды.
Рекуперация тепла
Применение хладагента позволяет отвести около 85% тепла, выделяемого при сжатии воздуха. Охлаждающая вода из компрессора с водяным охлаждением может поступать в систему водяного отопления. Доступны теплообменники с низким расходом, высоким повышением температуры и высоким расходом, низким повышением температуры.
A = Схема внутренней системы рекуперации энергии B = Схема внешней системы рекуперации энергии
Контроллер всасывания
Впускной клапан позволяет управлять впускной линией компрессора. Расположение впускного клапана зависит от модели компрессора. Обычно клапан уплотняется на холостом ходу или при остановке, что предотвращает выброс охлаждающей жидкости через впускное отверстие.
Преимущества винтового компрессора
- Непрерывное производство сжатого воздуха.
- Компрессор базовой нагрузки, но может адаптироваться к потребностям
- Экономия использования
- Легко устанавливать и обслуживать.
- Энергосберегающие решения с частотным приводом и рекуперацией тепла.
Компоненты
Винтовой компрессор — Nirvana Oil Free
