Промышленные компрессоры – это установки способные работать в длительных режимах и производить большие объемы сжатого воздуха в короткие сроки. Чем выше производительность компрессора, тем больше его эффективность в пределах крупного предприятия. В промышленности преимущественно применяются установки поршневого и винтового типов. Но есть еще и более экзотические – газотурбинные, шестеренчатые, роторно-пластинчатые, мембранные, жидкостно-кольцевые мембранные и другие.
Делится все это разнообразие на два больших класса – объемные и динамические. Все они имеют разный принцип действия и конструкцию, а также подчиняются иным законам физики. Объемные устройства работают за счет изменения объема воздуха в рабочих камерах. Такие аппараты в обязательном порядке снабжаются клапанным механизмом для удержания давления внутри камер. Динамические машины в этом не нуждаются – нагнетание воздуха происходит за счет центробежного вращения лопаток ротора. И те и другие широко используются в промышленности. Принцип работы некоторых устройств мы рассмотрим ниже.
Поршневые компрессоры
Принцип работы поршневого или любого другого компрессора целиком зависит от конструкции. В поршневых сжатие воздуха осуществляется за счет работы цилиндропоршневой группы. На картинке представлено схематичное изображение, на котором можно рассмотреть его внутреннее устройство.
Все компрессоры имеют привод от внешнего источника энергии. Чаще всего – это электрические или дизельные агрегаты. Газотурбинные работают от попутного газа, но применяются только в промышленных газоперекачивающих станциях. При вращении коленчатого вала поршневого компрессора поршень устремляется вверх, сжимая воздух в верхней части цилиндра. После сжатия масса устремляется в ресивер через нагнетательный клапан. При обратном ходе поршня отрабатывает всасывающий клапан, и очередная порция атмосферного воздуха устремляется в цилиндр.
Мы рассматривали принцип работы поршневого одноступенчатого компрессора простого действия, когда сжатие осуществляется только в пространстве над поршнем. В компрессорах двойного действия в процессе задействованы обе полости: над поршнем и в картере под ним. Поршневые одноступенчатые головки в промышленности не используются, ввиду малой их эффективности. Гораздо чаще распространены двухступенчатые или многоступенчатые агрегаты. В этих установках используются добавочные цилиндры для вторичного дожатия и охладительные трубки промежуточного охлаждения.
Винтовые компрессоры
Эта группа промышленных компрессоров с иным принципом работы. В них нет привычного кривошипно-шатунного механизма, в роли сжимающего элемента выступает винтовой блок. Тем, кто хоть немного знаком с действием "архимедова винта", принцип работы винтовой пары будет понятен. Для тех, кто не знает, поясняем: два винта червячного типа с асимметричными профилями плотно прилегают поверхностями друг к другу. В результате их вращения на входе установки создается разряжение и воздух устремляется внутрь камеры, где сжимается между роторами. Объем массы уменьшается, давление наращивается, и сжатый воздух устремляется к потребителю.
Наглядно принцип работы винтового компрессора можно рассмотреть на картинке.
Эффективность винтовых компрессоров в сравнении с поршневыми выше. Наращивание давления происходит плавно, отсутствуют вибрации и шумы от возвратно-поступательного механизма. Винтовой компрессор меньше греется, реже выходит из строя. Но недостатки у таких устройств все же есть – высокая цена и низкая ремонтопригодность. Если поршневой агрегат можно отремонтировать буквально в полевых условиях, то винтовой блок при сильном износе роторов легче заменить, чем капиталить в сервисном центре. Хотя срок службы винтовых установок значительно покрывает расходы на его приобретение и эксплуатацию.
Компрессоры динамического типа
Немного хочется затронуть механизмы с отличающимся от объемных принципом работы. Здесь сжатие воздуха происходит за счет ускорения воздушного потока в камере устройства. Ускорителями могут служить центробежные роторы либо турбины. В радиальных компрессорах поток воздуха раскручивается рабочим колесом, с расположенными на нем лопатками. При вращении колеса на входе создается разряжение и воздух, попадая в устройство, с силой выбрасывается в пневмосистему. Для эффективного сжатия требуются высокие обороты и это, наверное, единственный минус таких машин. Но такие приборы в малошумны и очень компактны, к тому же не требуют смазки, а значит, выдают чистый воздух.
В осевом компрессоре на валу расположен ротор или турбина. Принцип действия практически идентичен, но воздух или газ при сжатии проходит вдоль оси. Такой компрессор гораздо эффективнее радиального, имеет высокий КПД, но тоже требует высоких оборотов. Установки большой мощности применяют в металлургии, самолетостроении, на газоперекачивающих станциях. Еще один подвид приборов динамического типа – струйные компрессоры.
В принцип действия струйного компрессора заложена работа эжектора, где один поток управляется другим. Наращивание давления происходит в сопле устройства: струя пассивного газа увеличивает свое давление за счет давления активного потока. Такое оборудование применяются в перерабатывающей, целлюлозной, нефтяной, газовой и других отраслях промышленности и используется для циркуляции пара, нагнетания пара низкого давления, а также для смешивания, подачи и сжатия газов.