Поршневые агрегаты на сегодняшний день занимают значительную часть компрессорного оборудования на промышленных предприятиях. Несмотря на то, что существуют более современные и производительные винтовые машины, поршневые установки до сих пор пользуются популярностью за простоту исполнения, хорошую ремонтопригодность и способность работать практически в любых условиях. Их повсеместно используют в строительных и дорожных организациях, в химической промышленности для производства полимеров, в пищевой индустрии для вакуумной упаковки, в нефтехимической, газовой индустрии и других сферах деятельности человека.
Прототип поршневого компрессора был явлен миру в 1640 году, но широко применять в промышленности его стали лишь в 18 веке. В те времена только зарождалась металлургическая отрасль и необходимость в машине для сжатия воздуха давно назрела. Первые компрессоры были большими и громоздкими машинами одноступенчатого типа. Они съедали кучу энергии и затраты на эксплуатацию были несоизмеримы. Но уже во второй половине 18 столетия им на смену пришел компрессор, в котором был применен двухступенчатый тип сжатия. По мере необходимости агрегаты совершенствовались и впоследствии начали применять многоступенчатые поршневые установки.
Принцип действия поршневых компрессоров
Принцип действия одноступенчатых поршневых установок предельно прост и чем-то напоминает работу двигателя внутреннего сгорания. Тот же цилиндр, поршень и кривошипно-шатунный механизм, но в отличие от ДВС в полости цилиндра происходит сжатие воздуха, а не воспламенение горючей смеси. Для работы компрессору необходим внешний источник энергии.
Устройство одноступенчатого компрессора
Чтобы понять принцип работы, заглянем внутрь машины и рассмотрим конструкцию.
На рисунке видно, что устройство состоит из:
- ● Цилиндра (1).
- ● Поршня (2).
- ● Рубашки охлаждения (3).
- ● Шатуна (4).
- ● Коленчатого вала (5).
- ● Картера (6).
- ● Всасывающего и нагнетательного клапанов (7, 10).
- ● Всасывающего и нагнетательного патрубков (8, 9).
- ● Рубашки охлаждения головки (11).
Корпус цилиндра и картера отливается из чугуна или алюминиевого сплава. Поршень алюминиевый, обработанный на высокоточном оборудовании, точно подогнан под диаметр цилиндра. Зазоры между поршнем и цилиндром уплотняются компрессионными кольцами из специального высокотемпературного углеродистого сплава. Излишки масла со стенок цилиндра снимаются маслосъемными кольцами. Коленчатый вал приводится в движение внешними электродвигателями или двигателями внутреннего сгорания.
Принцип работы поршневой машины довольно прост. При движении поршня вверх в полости цилиндра масляно-воздушная смесь сжимается и через нагнетательный клапан устремляется в ресивер. Обратное движение поршня засасывает порцию воздуха через всасывающий клапан для очередного цикла. Таков принцип действия одноступенчатого компрессора, но практика показывает, что это не эффективно для промышленных установок. Чтобы добиться большей производительности требуется многократно увеличить конструкцию и массу установки за счет чего увеличивается площадь соприкосновения поршня и цилиндра, возрастает трение, растет рабочая температура. Для уменьшения энергоемкости и увеличения производительности разработан двухступенчатый компрессор.
Устройство двухступенчатого компрессора
Из картинки наглядно видно из каких частей состоит двухступенчатая поршневая машина:
● Поршень и цилиндр первой ступени (1, 2).
● Поршень и цилиндр второй ступени.
● Нагнетательные и всасывающие клапана первой ступени (3, 5).
● Нагнетательные и всасывающие клапана второй ступени.
● Промежуточная холодильная камера (4).
Принцип работы такой установки немного отличается от одноступенчатой, в которой вся работа выполняется в одном цилиндре. Здесь же в первом цилиндре происходит первичное сжатие. Далее сжатая воздушная смесь охлаждается в холодильнике и поступает во второй цилиндр, где дожимается до требуемых значений. Поршни устройства закреплены на одном коленчатом валу и работают синхронно. С ними напрямую взаимодействует система газораспределения, которая управляет клапанным механизмом.
Промежуточное охлаждение воздуха – это очень эффективный прием. Благодаря этому, снижается температура сжатого воздуха и головки компрессора. Двухступенчатое сжатие дает несомненное преимущество за счет уменьшения установки без потерь производительности. В настоящее время одноступенчатые компрессорные машины применяются крайне редко. В основном это маломощные насосы для подкачки шин или холодильные компрессоры.
Принцип работы холодильного компрессора
Основное отличие холодильного компрессора от воздушного – вид сжимаемой среды. В холодильниках – это хладагент, который под давлением перекачивается от конденсатора к испарителю. В роли охлаждающего вещества может выступать фреон или любой другой газ с низкой температурой кипения. Компрессор вместе с испарителем, конденсатором и трубопроводом создают единую замкнутую систему. Она никак не взаимодействует с внешней средой, так как фреон летуч и при малейшей разгерметизации безвозвратно рассеивается в окружающем пространстве.
При включении холодильника хладагент сжимается и уходит в испаритель, где мгновенно испаряется, охлаждая стенки устройства. Попадая в конденсатор, газ снова приобретает жидкую форму и поступает на вход компрессора. Так цикл за циклом и происходит работа холодильного оборудования. Примечательно, что компрессор холодильника смазывается специальным фреоновым маслом, которое циркулирует по всей системе. Но не только в холодильниках применяются масла для смазки работающих агрегатов. Существуют воздушные установки масляного и безмасляного типа.
Как устроен масляный компрессор
Принцип работы масляного и безмасляного компрессоров одинаковый с одним лишь отличием, что в первом циркулирует масло. Под воздействием давления образуется тончайшая пленка, которая смазывает трущиеся поверхности цилиндров, подшипники, втулки и другие части. Действие масла снижает силу трения и отводит лишнее тепло, что увеличивает продолжительность эксплуатации и ресурс компрессора.
Минус таких устройств только один. Необходим постоянный контроль уровня масла и его замена при обслуживании. Низкий уровень или несвоевременная замена влекут к снижению производительности, перегреву и поломке агрегата. Необходимо помнить, что смазывающая жидкость должна соответствовать требованиям эксплуатации. Неоригинальные масла служат меньше и не обладают соответствующим качеством. Также нельзя применять моторные масла в качестве альтернативы.
Устройство безмасляного компрессора
Безмасляные модели применяются на производствах с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Это лаборатории, химические и пищевые предприятия, покрасочное медицинское оборудование. Также воздух с содержанием масла неприменим для заправки дыхательных баллонов воздушной смесью. В таких случаях применяют безмасляные компрессоры. В чем принцип их работы?
Конструкция таких агрегатов практически ничем не отличается от маслозаполненных компрессоров, кроме того, что масло в них не заливается. Они работают, что называется, в "сухом режиме". Иногда для смазки и охлаждения трущихся поверхностей применяется вода, но это крайне редко и только в определенных типах компрессоров. В остальных трение и температура компенсируются применением специальных тугоплавких материалов и антифрикционных покрытий. Единственный минус таких компрессорных станций – низкий ресурс в сравнении с масляными.
Компрессоры высокого давления
Уникальность поршневых компрессоров в их вариативности. Каждый поршневой блок можно продублировать столько раз, сколько необходимо. Такой подход позволяет создавать бустеры – многоступенчатые компрессоры высокого давления для перекачки газов на промежуточных участках пневмомагистрали. Конструкция компрессоров состоит из нескольких последовательно соединенных цилиндров, в каждом из которых давление наращивается по цепочке. Между ними находятся охлаждающие модули, которые снижают температуру сжатого воздуха от ступени к ступени.
Станции высокого давления испытывают большие нагрузки и поэтому к ним предъявляют высокие требования. В изготовлении применяются специальные высокотемпературные сплавы и полимерное антифрикционное покрытие. Большое внимание уделяют системе смазки и охлаждения. Нередко это самостоятельные блоки, которые управляются микропроцессорами и контролируются многочисленными датчиками температуры и давления. Обслуживают установки высокого давления специальные сотрудники сервисной службы. Посторонние лица к работе с такими устройствам не допускаются.
Преимущества поршневых устройств
Среди достоинств компрессоров поршневого типа больше всего выделяют высокую надежность, простоту конструкции, ремонтопригодность, наличие в продаже большого количества запасных частей. Отремонтировать поршневой агрегат можно буквально в полевых условиях, не прибегая к специальному оборудованию и инструментам. А что касается запасных частей, то они есть в наличии на любых складах сервисов компрессорного оборудования. О надежности этих машин можно слагать легенды. Известны случаи, когда поршневой компрессор при должном уходе и обслуживании работал не один десяток лет. Такое устройство можно приобрести и в нашей компании. Для этого нужно просто оставить заявку на любой странице сайта.