Що таке компресор
Використовувати компресори почали ще в 19 столітті, в нашій країні вони з'явилися на початку минулого століття.
Теоретичні основи дії відцентрових машин були розроблені Л. Ейлером. Над створенням вентиляторів і осьових компресорів працювали багато вчених - Чаплигін С.А, Жуковський Н.Є. та ін.
Розрізняють осьові, відцентрові, струменеві, ротаційні і поршневі компресори. Один від одного вони відрізняються за конструктивними особливостями і принципу дії. Крім цього, компресори можуть відрізнятися по створюваному тиску (низька, середня і висока), за способом підключення газу (кисневі, повітряні та ін. За обсягом всмоктуваного газу за одиницю часу і ряду інших параметрів. Серед характеристик роботи компресора також споживана потужність і частота обертів . Розглянемо кілька видів компресорів подроьнее.
осьовий компресор
Осьовий компресор має ротор 4. включає кілька рядів робочих лопаток 6. Ряди напрямних лопаток 5 розташовані на стінці корпусу 2. Газ нагнітається через канал 1, а всмоктується через канал 3. Ряд напрямних і робочих лопаток становить один щабель осьового компресора. Коли компресор працює, робочі лопатки обертаються і надають силовий тиск на газові частинки, змушуючи їх стискатися і обертатися, переміщаючись паралельно осі компресора. До речі, тому його і назвали осьової. Частинки газу змінюють свій напрямок і швидкість завдяки решітки з статичних напрямних лопаток. Це потрібно для ефективної роботи наступному ступені. Є осьові компресори, в яких через зменшення швидкості газу додатково підвищується тиск між напрямними лопатками. ККД у цього типу компресорів найвищий, а ступінь підвищення тиску для одного рівня нижче, ніж у компресорів відцентрового типу.
Робочі характеристики компресора включають в себе залежність тиску, використовуваної потужності і ккд від продуктивності для деяких постійних частот обертання ротора при одній і тій же температурі всмоктуваного газу. Компресори осьового типу використовують на газових турбінах. Управляються вони також, як і відцентрові.
відцентровий компресор
Основні складові - ротор і корпус. Ротор має вал 1 з робочими колесами, розташованими симетрично. Компресор має шість ступенів, три секції та два проміжних холодильника, які служать провідниками для газу, що надходить в канали 12 і 13. Принцип роботи відцентрового компресора - однойменна сила, яка діє на частка газу. Частинки обертаються між лопатками робочого колеса. Під дією відцентрової сили газ, переміщаючись від осі до периферії, отримує прискорення і стискається. Далі він стискається за рахунок переведення кінетичної енергії в потенційну. Це відбувається в кільцевому дифузорі через зниження швидкості газу. Далі газ за рахунок зворотного каналу прямує в інший щабель тощо.
Отримати для одного ступеня газу більш високий тиск (більше 25-30) важко головним чином, через те, що у робочих коліс обмежений межа міцності (допустима швидкість до 280-500 м / сек). Важливою рисою як відцентрових, так і осьових компресорів є залежність від продуктивності тиску стисненого газу, ККД і споживаної потужності. Для кожної марки компресора ця залежність відображена в робочих характеристиках.
Регулюється робота відцентрового компресора за рахунок дроселювання газу на стороні всмоктування, зміною частоти обертання ротора і іншими способами.
поршневий компресор
Основні складові цього виду компресора - поршень і робочий циліндр, в кришці якого зазвичай знаходяться клапана для всмоктування і нагнітання повітря. У більшості випадків за рахунок кривошипно-шатунного механізму з колінчастим валом поршня повідомляється зворотно-поступальний рух. Поршневі компресори бувають різних видів: багатоступінчастого або одноступінчастого стиснення, з одним або більше циліндрами, з різним розташуванням циліндрів (вертикальним, V- або W-образнім, горизонтальним, і ін.), Подвійного (при роботі поршня двома сторонами) або одинарної дії.
Повітряний поршневий одноступінчатий компресор працює наступним чином. Коли обертається колінчастий вал 1, з'єднаний з ним шатун 2 надає поршня 3 поворотні рухи. В цей час в робочому циліндрі 4 виникає розріджене повітря і за рахунок свого тиску долає опір пружини, яка утримує всмоктуючий клапан 9, відкриває його і через фільтр повітрозабірника 8 надходить в робочий циліндр. Відбувається це тому, що обсяг, укладений між днищем поршня і кришкою циліндра 5, збільшується. Під час руху поршня в зворотну сторону повітря стискається і коли його тиск перевищить тиск в нагнітальному патрубку на величину, яка здатна подолати опір пружини, що притискує до сідла нагнітальний клапан 7, він відкривається і повітря надходить в трубопровід 6. Температура в компресорі підвищується при стисненні газу , причому помітно. Щоб не сталося самозаймання мастила в компресорі, останній обладнають системою водяного охолодження або повітряного трубою (труба 10 для підведення води). При цьому процес стиснення повітря буде близький до найбільш вигідному з точки зору термодинаміки.
З огляду на безпеку і економічність одноступінчастого компресора, найкраще його використовувати зі ступенем збільшення тиску при стискуванні до b = 7-8. Для більшого стиснення використовуються багатоступінчасті моделі, в яких можна отримувати газ під високим тиском (понад 10 Мн / м2). Це стає можливим за рахунок процедури стиснення з проміжним охолодженням. Як правило, поршневі компресори мають автоматичне регулювання продуктивності роботи в залежності від витрати стисненого газу для досягнення постійного тиску в нагнітальному трубопроводі. Способів регулювання може бути кілька, а самий нескладний з них - зміна частоти обертання валу.
ротаційний компресор
У цього виду компресорів є ротори (один або кілька). Ротори можуть мати різні конструкції. Широко використовуються пластинчасті компресори, у яких ротор 2 з пазами, куди вільно входять пластини 3. Ротор знаходиться в циліндрі корпусу 4 і розташований ексцентрично. Коли він обертається за годинниковою стрілкою простору, огороджені пластинами, а також поверхнями ротора і циліндра корпусу, в лівій частині агрегату будуть зростати, завдяки чому відбувається всмоктування газу через отвір 1. У правій частині компресора розміри цих просторів зменшуються, газ, який в них знаходиться , стискається, після чого потрапляє з компресора в холодильник 5 або відразу в нагнітальний трубопровід. Для охолодження корпусу компресора використовується вода, яка підводиться і відводиться по трубах 7 і 6. Рівень підвищення тиску в одному щаблі пластинчастого ротаційного компресора в основному буває від 3 до 6. При використанні двоступеневих пластинчастих ротаційних компресорів з проміжним охолодженням газу забезпечується тиск до 1,5 Мн / м2.
Принципи роботи поршневого і ротаційного компресора схожі, а їх основна відмінність полягає в часі і місці дії. Тобто в ротаційному компресорі при роботі процес відбувається одночасно, але в різних місцях за рахунок поділу пластинами ротора. А в поршневому компресорі і нагнітання, і всмоктування повітря відбувається в робочому циліндрі, але розділене за часом (для цього і потрібні два клапана). Існують ротаційні компресори з роторами у вигляді гвинтів, їх називають гвинтовими. Якщо потрібно в просторі створити розріджене повітря, використовують роторні водокільцеві вакуум-насоси. Продуктивність ротаційного компресора регулюється в основному зміною частоти обертання їх ротора.
Оцінюють роботу як поршневих, так і ротаційних, а також осьових і відцентрових компресорів за коефіцієнтом корисної дії і ряду параметрів, які показують, наскільки процес стиснення газу сприятливий і ефективний для даних конкретних умов.
струменевий компресор
Струменеві компресори нагадують за своїми технічними характеристиками однойменні насоси. Ці агрегати використовують для нагнітання або відсмоктування газу або суміші пари і газу. Струменеві насоси в меншій мірі здатні забезпечити стиснення, ніж струменеві компресори. Робочим середовищем для останніх частіше є водяна пара.