Какие бывают типы компрессоров

Компрессор — это устройство, которое сжимает и транспортирует различные газы, например воздух, к различным пневматическим инструментам и устройствам. Компрессорное оборудование широко используется в промышленности, на строительных площадках, в медицинских учреждениях и т.д. Работа этого оборудования определяется существующими типами компрессоров и их классификацией.

Классификация компрессоров по принципу действия

1. По принципу действия компрессоры можно разделить на два типа — объемные и динамические.

Объемный

Эти устройства содержат камеры, в которых происходит процесс сжатия газа. Сжатие достигается за счет периодического изменения объема камер, соединенных с входом и выходом устройства. Для предотвращения выхода газа из аппарата установлена система клапанов, которые открываются и закрываются при заполнении и опорожнении камер.

Динамические

В динамических компрессорах газ ускоряется для повышения давления, что преобразует кинетическую энергию частиц газа в энергию давления.

Примечание: Важно понимать, что динамические компрессоры имеют открытый путь потока, в отличие от объемных компрессоров. Это означает, что газ может выдуваться в любом направлении, когда вал неподвижен.

Типы объемных компрессоров

• мембранный
• колеблется;
• круглый.

Мембрана

Эластичная мембрана, обычно изготовленная из полимера, помещается в рабочую камеру. Мембрана изгибается в разных направлениях под действием возвратно-поступательного движения поршня. В результате движения объем камеры изменяется. Клапаны, в зависимости от положения мембраны, либо впускают воздух в камеру, либо выпускают его из нее.

Мембрана может управляться различными типами приводов, такими как пневматический, мембранно-поршневой, электрический или механический.

Примечание: В мембранных узлах воздух или газ при прохождении через рабочую камеру остается изолированным от других компонентов системы (за исключением мембраны и корпуса). В результате газ, выходящий из установки, отличается высокой степенью чистоты.

Поршневые

Благодаря наличию кривошипно-шатунного механизма поршень совершает возвратно-поступательные движения в рабочей камере, что приводит к изменению ее объема — как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения.

Поршневые компрессоры оснащены односторонними клапанами, которые устанавливаются на рабочей камере для того, чтобы остановить поток воздуха в обратном направлении. Хотя эти компрессоры обеспечивают достойную производительность, у них есть несколько недостатков, включая относительно высокий уровень шума и заметные вибрации.

Роторный

В ротационных компрессорах воздух сжимается вращающимися элементами, называемыми роторами. Каждый ротор имеет постоянную величину сжатия, которая зависит от длины, шага и формы отверстия для выхода газа.

В отличие от других типов компрессоров, в ротационных компрессорах не используются клапаны, и в их конструкции отсутствуют компоненты, которые могут вызвать дисбаланс. Это позволяет им работать на высоких скоростях вращения ротора. Компактная конструкция ротационных компрессоров также обеспечивает высокую скорость потока газа при небольшой занимаемой площади.

Существует несколько подтипов ротационных компрессоров.

Без масла

Профиль их винта асимметричен, что повышает эффективность устройства за счет минимизации утечки газа при сжатии. Синхронное встречное вращение роторов достигается за счет использования внешней передачи. Роторы работают без контакта и не нуждаются в смазке, в результате чего из устройства выходит чистый воздух. Высокая точность изготовления деталей машины и корпуса позволяет свести к минимуму внутренние утечки. Кроме того, безмасляные агрегаты могут быть многоступенчатыми, что позволяет избежать разницы температур на входе и выходе воздуха, ограничивая тем самым рост давления.

Винт

Состоит из герметичного корпуса, в котором находятся в зацеплении один или несколько винтов.

Рабочая зона образуется между корпусом и вращающимися винтами. Этот вид компрессоров известен своей высокой эффективностью и бесперебойной подачей воздуха. Смазка используется для минимизации трения между винтами, когда они входят в зацепление друг с другом, что помогает продлить срок службы компонентов. Когда требуется сжатый воздух (газ) без примесей смазки, используются безмасляные винтовые компрессоры. В таких компрессорах движущиеся части изготавливаются из антифрикционных материалов для снижения силы трения.

Зубчатый

Эти компрессоры принято называть шестеренчатыми из-за того, что они состоят в основном из шестерен. Принцип их работы заключается во вращении шестерен в противоположных направлениях, что приводит к образованию рабочей камеры между зубьями шестерен и стенками корпуса.

При соприкосновении зубцов с выходной стороной устройства размер камеры уменьшается, что приводит к выходу сжатого воздуха через носик. Такие компрессоры обычно используются в тех случаях, когда нет необходимости в воздухе или газе высокого давления.

Спираль

Спиральный аппарат — это еще один тип безмасляного ротационного компрессора, который работает за счет постепенного уменьшения объема сжимаемого газа.

Основными компонентами этого устройства являются спиральные механизмы. Одна спираль закреплена в корпусе аппарата, а другая — регулируемая и связана с механизмом, приводящим ее в движение. Угловое смещение спиралей составляет ровно 180 градусов, что приводит к созданию воздушных карманов с колеблющейся емкостью.

Роторно-пластинчатый

Ротор пластинчатого компрессора содержит пазы, в которые вставляется определенное количество подвижных пластин. Как показано на рисунке ниже, ось ротора не совпадает с осью корпуса.

Пластины смещаются от центра к периферии под действием центробежной силы при вращении ротора, затем прижимаются к внутренней поверхности корпуса, создавая непрерывные рабочие камеры между соседними пластинами и ротором и аппаратом. Смещение осей приводит к изменению объема этих рабочих камер.

Жидкостное кольцо

В этих устройствах используется дополнительная жидкость. В статически закрепленном корпусе аппарата находится ротор, оснащенный пластинами.

Это устройство уникально тем, что ротор и корпус имеют смещенные оси. Жидкость заливается в кольцеобразный корпус, который в результате движения лопастей ротора оказывает давление на стенки аппарата. Газонаполненная рабочая зона заключена между жидкостным кольцом, корпусом и лопастями ротора. Объем рабочих камер изменяется за счет вращающегося ротора со смещенной осью.

На жидкостных кольцевых устройствах необходимо устанавливать сепаратор, чтобы перекачиваемый газ не уносил капли жидкости. Кроме того, аппараты этого типа оснащены системой, обеспечивающей постоянную подачу вспомогательной жидкости в рабочую камеру.

Типы динамических компрессоров

Существует три основных типа аппаратов, которые работают по динамическому принципу действия — осевые, центробежные и струйные. Эти устройства отличаются друг от друга типом рабочего колеса и направлением воздушного потока.

Важно отметить, что динамические аппараты иногда называют турбокомпрессорами из-за их конструкции, напоминающей турбину.

Осевые агрегаты

Поток газа в осевых компрессорах направляется вдоль оси вращения вала с помощью неподвижных направляющих и подвижных рабочих колес. В осевом аппарате скорость потока воздуха увеличивается постепенно, а преобразование энергии происходит внутри направляющих.

Осевые компрессоры обладают следующими характеристиками:

• Высокая скорость работы;
• Высокая эффективность;
• Широкая подача воздушного потока;
• Компактный размер.

Центробежные агрегаты

Центробежные компрессоры имеют уникальную конструкцию, обеспечивающую эффективное нагнетание воздуха. Воздух, проходя через крыльчатку с радиально расположенными лопастями, подвергается воздействию мощных центробежных сил, которые продвигают его к стенкам корпуса. Оттуда воздух направляется в диффузор, где происходит процесс его сжатия.

Центробежные машины не имеют узлов, которые двигаются вперед-назад, что позволяет им обеспечивать постоянный поток воздуха, который можно регулировать. Эти агрегаты также известны своей долговечностью и энергоэффективностью.

Струйные компрессоры

Энергия активного газа используется для повышения давления пассивного газа в устройствах, работающих по принципу струи.

Для этого в устройство подается два потока газа: низкого давления (пассивный) и высокого давления (активный). На выходе из аппарата образуется газовый поток с давлением выше, чем у пассивного газа, но ниже, чем у активного газа.

Важно отметить, что струйные компрессоры отличаются простотой конструкции, отсутствием движущихся компонентов и впечатляющей надежностью.

Классификация компрессоров по другим параметрам

Компрессоры можно классифицировать не только по принципу сжатия, но и по ряду других параметров:

1. Тип привода. Компрессоры могут работать от электродвигателей или двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Это означает, что компрессоры могут быть как с прямым (коаксиальным), так и с ременным приводом. Как правило, компрессоры с прямым приводом используются для бытовых нужд, в то время как коаксиальные компрессоры более доступны по цене и часто используются на дачах, в гаражах и т.д. Однако стоит отметить, что давление воздуха, создаваемое этими устройствами, не превышает 0.8 МПа. Если сравнивать бензиновые и дизельные компрессоры, то последние, как правило, считаются более надежными в эксплуатации. Кроме того, дизельные компрессоры имеют более простое устройство и проще в обслуживании.
2. Система охлаждения. Устройства оснащены жидкостным и воздушным охлаждением или вообще не имеют охлаждения.
3. Условия эксплуатации. Аппараты могут быть как стационарными, работающими в помещении от электросети, так и мобильными (переносными), которые могут использоваться на открытом воздухе и при низких температурах. Например, передвижные компрессоры с двигателями внутреннего сгорания широко используются в районах без централизованного энергоснабжения.
4. Конечное давление. По этому параметру аппараты делятся на четыре группы. Единицы низкого давления (0.15-1.2 МПа) используются в установках для сжатия газа. Аппараты среднего давления (1.2-10 МПа) используются для разделения, транспортировки и сжижения газа в нефтеперерабатывающей, газовой и химической промышленности. Аппараты высокого (10-100 МПа) и сверхвысокого (более 100 МПа) давления используются в установках синтеза газа.
5. Производительность. Производительность компрессора за определенный промежуток времени измеряется в единицах объема (м3/мин). Производительность оборудования напрямую зависит от таких факторов, как скорость вращения вала, диаметр цилиндра и длина хода поршня. Устройства обычно делятся на три категории в зависимости от их производительности: малые (до 10 м3/мин), средние (от 10 до 100 м3/мин) и большие (более 100 м3/мин).
6. Кроме того, компрессоры классифицируются по специфике их применения, например, общего назначения, нефтехимические, химические, энергетические и т.д.