Поршневые компрессоры. Работа и принцип действия. Технические характеристики и применение

Как работает основной узел компрессора?

Основной узел поршневого нагнетательного оборудования – это непосредственно сам компрессор. В нем, собственно, и происходит сжатие среды, на работу с которой рассчитан агрегат. В компрессорах холодильников, например, это хладагент, а в различных нагнетателях воздуха – какой-либо газ (чаще всего воздух). Ниже и далее пойдет речь именно о последнем типе поршневого оборудования – о воздушных компрессорах.

Основной узел поршневого нагнетательного оборудования

Самый простой по конструкции компрессор – одноцилиндровый. В нем те же основные узлы, что и в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Это рабочий цилиндр, находящийся в нем поршень, закрепленный на шатуне, и клапаны, которые называются всасывающим и нагнетательным, в отличие от впускного и выпускного ДВС. Также есть коленчатый вал, к которому подсоединен шатун. В некоторых компрессорах, например, маломощных автомобильных для подкачки шин вместо кривошипно-коленчатого привода поршня стоит эксцентриковый.

Однако в ДВС поршень приводит через шатун во вращение коленвал. В компрессоре все наоборот. Вращающийся коленвал через шатун приводит в движение поршень. Последний, двигаясь возвратно-поступательно, сначала втягивает воздух в цилиндр, а затем сжимает и выталкивает из него.

Устройство поршневого компрессора

Первый цикл работы компрессора происходит при движении поршня в направлении от крышки цилиндра, в которой расположены клапаны. При этом внутренний объем цилиндра в этой его части (между стенками, крышкой с клапанами и поршнем) увеличивается. За счет этого происходит разряжение, преодолевающее жесткость пружины всасывающего клапана и открывающее его. Через него в цилиндр втягивается воздух. Нагнетательный клапан все это время плотно закрыт.

Когда поршень начинает двигаться в направлении крышки с клапанами, воздух начинает сжиматься, так как объем цилиндра в этой его части уменьшается. Под действием создаваемого при этом давления, превышающего атмосферное, и собственной пружины всасывающий клапан закрывается. Когда давление превысит значение, на которое рассчитана жесткость пружины нагнетательного клапана, тот открывается и выпускает из цилиндра воздух. Последний выходит под давлением, которое называется рабочим. Оно, как видно из описания работы компрессора, задается жесткостью пружины нагнетательного клапана.

Достоинства и недостатки

Рассматривая современные технологии производства таких устройств и типичное решение, пример которого − поршневой компрессор, необходимо остановиться на всех плюсах и минусах. Поршневой компрессор обладает следующими достоинствами:

• Простое устройство определяет несложные действия при ремонте главных блоков. Принцип действия поршневого компрессора простой, поэтому если бережно обращаться и регулярно его обслуживать оборудование прослужит долгие годы.
• Производство такой техники является несложным процессом. От этого зависит ее итоговая стоимость. Поршневой компрессор стоит дешевле, чем винтовые компрессоры.
• Разные виды такого оборудования применяют во многих областях.
• Таким механизмам не страшны суровые условия. Они отлично выполняют поставленные задачи.

У любой техники есть недостатки. Это оборудование во время работы отличается повышенным уровнем шума и вибрацией. Повлиять на них практически невозможно, потому что они обусловлены конструкцией. Компрессоры устанавливают в отдельных помещениях.

Еще один недостаток. Компрессорному оборудованию требуется частое обслуживание, без него оно не будет работать.

Если вам понадобится ремонт поршневых компрессоров, подробнее об этом вы узнаете на странице .

Коаксиальные и аксиальные устройства

Кривошипно-коленчатому валу или эксцентриковому приводу компрессора сообщает вращение двигатель агрегата – электрический или внутреннего сгорания (дизельный либо бензиновый). По взаимному расположению мотора и компрессорной головки агрегаты делятся на 2 типа:

• коаксиальные – двигатель и головка расположены на одной оси, а их валы соединены напрямую;
• аксиальные – двигатель и головка установлены параллельно друг другу, и вал последней приводится во вращение через ременную передачу.

Компрессорные агрегаты, от которых требуется поддержание на их выходе постоянного давления и равномерного расхода воздуха, оснащаются накопителем сжатого газа – ресивером. Он представляет собой прочную толстостенную стальную емкость. В таких агрегатах воздух с компрессорной головки сначала подается в ресивер, где накапливается, а уже из него расходуется по назначению.

Видео: безмаслянные компрессоры

Чтобы винтовой компрессор выдавал сжатый воздух абсолютно без масла, оно не должно использоваться для уплотнения роторов, и охлаждения. То есть в камеру сжатия масло не впрыскивается. Чтобы такой агрегат успешно работал и не нагревался, к изготовлению винтов предъявляют повышенные требования. Степень сжатия уменьшается, по сравнению с масляными, в 3 – 4 раза.

Безмасляные компрессоры уступают масляным по всем параметрам, кроме одного – чистоте сжатого воздуха. Поэтому если покупателю не нужен абсолютно чистый сжатый газ, лучше брать масляный компрессор.

Источник

О различных типах поршневых компрессоров

Поршневые агрегаты выпускают одно-, два- и многоцилиндровыми. Последние 2 типа по расположению цилиндров делят на V-, W-образные и рядные. Исполнение двух- и многоцилиндровых по осуществлению процесса сжатия бывает одноступенчатое и многоступенчатое (чаще всего 2-ступенчатое). Выбор нужного компрессора делают, исходя из предполагаемых работ с ним.

Как работает 1-цилиндровый, описано выше. Чтобы понять принцип функционирование остальных типов, достаточно рассмотреть 2-цилиндровый агрегат. В одноступенчатом компрессоре цилиндры (поршни) одинакового размера. Работают они в противофазе, поочередно всасывая, сжимая, а затем вытесняя воздух в линию нагнетания.

В 2-ступенчатом агрегате цилиндры разного размера. Наружный воздух всасывается имеющим больший диаметр. Он называется цилиндром 1-ой ступени или, по-другому, низкого давления. В нем воздух сжимается до какого-то промежуточного значения. Затем газ подается в межступенчатый охладитель (обычно медная трубка в специальном исполнении), где охлаждается, а потом в цилиндр высокого давления или, по-другому, 2-ой ступени (с поршнем меньшего диаметра). В нем воздух сжимается до максимального рабочего значения давления компрессора.

Размеры обоих цилиндров так подобраны, чтобы в каждом производилась примерно равнозначная работа по сжатию.

Безмасляный компрессор

На данный момент наша промышленность очень сильно нуждается в безмасляных компрессорах, которые бывают как поршневыми, так и винтовыми. В некоторых случаях недопустимо наличие масла в воздухе даже в минимальных количествах. Например, для надувания кислородной подушки. Или для заполнения кислородного баллона.

Чтобы поршневой компрессор был безмасляным, поверхность его цилиндров покрыта специальным составом, позволяющим работать без машинного масла. Также и поршень покрывается спецсоставом. Несмотря на большие достижения в области материалов, уменьшающих скольжение, время непрерывной работы безмасляного поршневого компрессора ограничено. В некоторых моделях 10 – 15 минут в час.

Прессостат и манометр как дополнительное оснащение

Чтобы электрические агрегаты могли работать в автоматическом режиме – сами включаться и выключаться по мере необходимости, на них устанавливают прессостат (реле давления). Он размыкает электрическую цепь питания двигателя при достижении давления в ресивере максимального рабочего компрессора, и последний прекращает нагнетать воздух.

Как только давление в резервуаре снизится до предусмотренной производителем агрегата минимальной величины, прессостат обратно замыкает цепь, запуская электродвигатель. Все компрессоры оснащаются манометрами – для контроля давления на выходе агрегата и/или в ресивере. Последний обязательно оснащается предохранительным клапаном – для сброса избыточного воздуха.

Большинство профессиональных и промышленных агрегатов оборудованы:

• фильтрами для очистки воздуха от масла, если компрессор масляный (со смазочной системой поршневой группы), и влаги;
• клапаном для слива конденсата из ресивера.

На некоторых могут быть осушители воздуха, вентилятор для охлаждения компрессорной головки и другое дополнительное оснащение. Чем сложнее устройство, тем более трудным может оказаться ремонт компрессора.

Назначение и функции

Поршневые разнотипные компрессоры служат для получения сжатого воздуха. Поэтому они были востребованы в прежние времена. В наши дни их продолжают использовать. Такую технику применяют в разных сферах деятельности и на производстве.

Компрессоры имеют высокий коэффициент полезного действия. Хотя соответствующую производительность техника может выдавать только при установленных величинах давления (от 1 МПа). Такое ограничение не считается изъяном, потому что другие виды оборудования, имеющие похожие характеристики выдают высокую производительность только при установленных величинах давления.

Принцип работы поршневого компрессора

Самым первым вариантом выпуска компрессорной установки был поршневой компрессор. Он нашёл очень широкое применение и широко используется на сегодняшний день, за счёт высоких показателей производительности и не прихотливости в обслуживании. Может успешно эксплуатироваться как в небольших мастерских, так и в промышленном производстве.

Принцип работы и устройство компрессоров поршневого типа зависит непосредственно от вида компрессорной установки, и могут отличаться по:

• количеству цилиндров (с одним цилиндром, с двумя цилиндрами, с тремя цилиндрами)
• расположению цилиндров (W-образные, V-образные, рядные)
• количеству ступеней сжатия (одноступенчатые, многоступенчатые)

Все компрессоры имеют базовый вариант оснащения, который присущ большинству типов компрессорных установок.

Поршневые компрессора с одним цилиндром являются самой простой компрессорной установкой. В состав входят элементы: цилиндр, поршень, два клапана – один для нагнетания, другой для всасывания воздуха, которые располагаются в крышке цилиндра. Во время работы компрессорной установки, шатун, непосредственно соединенный с вращающимся коленвалом, передает на поршень ограниченные движения по камере сжатия. В процессе происходит увеличение объема, находящегося между клапанами и нижней части поршня, в результате чего происходит разрежение.

Превышая сопротивление пластины, которая закрывает всасывающий клапан, атмосферный воздух открывает его и поступает в цилиндр по всасывающему патрубку.

В процессе возвратного действия поршня происходит сжимание воздуха и возрастание его давления. Клапан, через который нагнетается воздух и также удерживаемый пластиной, открывается потоком воздуха, который находится под высоким давлением. Далее сжатый воздух поступает в нагнетательный патрубок. Питание компрессорной установки может производиться от электрического двигателя или при помощи бензинового или дизельного моторов.

При таком принципе работы компрессорной установки получается максимально эффективная работа. Но имеется минус, который выражается в том, что подаваемый сжатый воздух имеет неравномерный характер и поступает с пульсациями. Для сглаживания пульсаций компрессорная установка снабжена ресивером.

В одноступенчатых двухцилиндровых компрессорных установках работа цилиндров происходит в противофазе, в следствии чего они всасывают воздух поочередно. Установки оснащаются двумя одинаковыми по размеру цилиндрами. Далее воздух сжимается до максимального уровня и вытесняется в нагнетающую часть оборудования. Затем для сглаживания пульсаций поступает в ресивер.

Двухступенчатые двухцилиндровые компрессорные установки, оснащены цилиндрами различных размеров. Процесс сжатия воздуха до необходимого уровня происходит в цилиндре первой ступени. Далее воздух поступает в межступенчатый охладитель, для охлаждения до необходимого уровня. Далее, попадая в цилиндр второй ступени, воздух дожимается. Это позволяет получить максимальный уровень давления воздуха.

Медная трубка обеспечивает охлаждение сжатого воздуха на промежутке между цилиндрами двух ступеней, что позволяет оптимизировать процесс сжатия и значительно повысить КПД всей компрессорной установки. Размеры обоих цилиндров подбираются так, чтобы одинаковая работа проводилась на всех ступенях сжатия воздуха.

Двухступенчатые поршневые компрессоры позволяют получить более высокий уровень работы компрессорной установки по сравнению с одноступенчатыми установками. Преимущества очевидны: затрачивается минимальное количество энергии при одинаковой мощности двигателя одноступенчатой и двухступенчатой компрессорной установки. Температура в цилиндрах двухступенчатых установок ниже, чем в компрессорах одноступенчатого типа. Производительность двухступенчатых компрессорных установок обычно на 20 процентов больше, чем у одноступенчатых аналогов.

Компрессоры поршневого типа отличаются своей простотой, длительным сроком эксплуатации в сочетании с высокой эффективностью работы оборудования. Всё это в целом сделало компрессоры поршневые одними из наиболее популярных, как в частном, так и в промышленном использовании.

Пресостат, реле давления JBS6

Обслуживание компрессора

Периодическая профилактика и следование простым правилам, которые указаны в инструкции по эксплуатации к устройству, заметно увеличат срок службы оборудования. В момент покупки компрессора обязательно нужно удостовериться в наличии паспорта, гарантийного талона и заводской описи комплектующих. Иначе сервисный центр может отказать в обслуживании.

Общие рекомендации производителей техники и специалистов сервисных центров звучат таким образом.

1. Запуская агрегат в первый раз, в обязательном порядке проверяем масло посредством измерительного щупа. Смазку (технический состав) выбирать с оглядкой на инструкцию по эксплуатации. После запуска даём поработать двигателю 10-15 минут вхолостую.
2. Масло меняется на новое после 500 часов работы (ведём книгу учёта). После слива отработки ёмкость очищается от скопившейся грязи.
3. Перед использованием инструмента необходимо понизить давление до нормы, если оно сильно завышено.
4. Воздушный фильтр нужно чистить как минимум 1 раз в неделю. Многие производители рекомендуют менять его каждый квартал, особенно при активной эксплуатации оборудования.
5. В конце каждого рабочего дня необходимо сливать скопившуюся воду из ресивера.
6. По окончании работ воздух стравливается, а оборудование полностью обесточивается.
7. При длительном простое компрессора площадку и подвижные детали воздушного клапана нужно смазать.
8. Содержать устройство в чистоте. Попадание грязи в систему чревато не только потерей давления, но и выходом из строя основных элементов компрессора.

Особое внимание следует уделить заземлению оборудования для всех нетоковедущих элементов из металла. В доброй половине случаев производители выводят соответствующий проводник на вилку. Остаётся только заземлить саму розетку, куда будет подключаться устройство.

Устройство и предназначение поршневого компрессора

По принципу работы поршневой компрессор относится к машинам объемного сжатия. В этих агрегатах компрессия выполняется методом уменьшения объема, в котором заключена газообразная среда.

Рабочее движение – ход поршня внутри цилиндра. Конструкция поршневого компрессора определяет его предназначение. Эти машины не рассчитаны на круглосуточную нагрузку. У аппаратов бытового назначения длительность рабочего цикла составляет не более 20 мину, затем отдых, пока не остынет поршневая.

Полупрофессиональные версии разработаны, чтобы функционировать в режиме 50/50. Только промышленные модификации способны отработать без остановки восьмичасовую смену.

Устройство поршневого компрессора: основные узлы

Агрегаты этого типа состоят из нескольких основных узлов, отвечающих за определенные функции:

Двигатель, как правило, – электрический. Создает рабочую силу. На компрессоры устанавливают и бензиновые или дизельные силовые установки, но это редкость.

Передача. Приводит в движение поршневую группу, передавая работу от мотора. Бывает клиноременная, либо прямая.

Блок цилиндров. Ведомая часть, которая непосредственно выполняет сжатие воздушной или газовой массы.

Ресивер. Емкость для хранения запаса сжатого воздуха. Устанавливается практически на всех моделях. Часто выполняет функцию станины.

Узлы поршневого компрессора скомпонованы в слаженную систему с помощью контрольно-измерительных приборов и автоматики. Вспомогательные устройства обеспечивают безопасность, а также позволяют работать агрегату в автоматическом режиме.

Двигатель

Передача

Блок цилиндров

По-другому можно сказать, что в компрессоре поршни и коленвал поменялись ролями. В моторе поршневой стакан – это ведущий элемент, коленвал – ведомый. В компрессоре, наоборот, кривошипно-шатунный механизм сообщает движение поршню.

Ресивер

Резервуар для сжатого воздуха или газа устанавливается практически на всех моделях поршневых компрессоров. Он выполняет две функции.

Первая – большой объем воздуха в емкости гасит пульсацию давления, возникающую из-за возвратно-поступательного движения поршня.

Вторая функция – обеспечение кратковременно-повторного режима работы.

Компрессор заполняет ресивер, после чего останавливается. Пока потребителю подается депонированный сжатый воздух из емкости, двигатель и цилиндропоршневая головка остывают. В противном случае аппарат перегреется, произойдет авария.

Компрессор одноступенчатый поршневой

Количество ступеней в механизме компрессора влияет на то, до какого давления будет сжат воздух на выходе. Обычные одноступенчатые аппараты применяются в небольшой мастерской или дома. Они позволяют сжать воздух или газ не выше, чем до 10 бар. Более высокие цифры давления можно получить лишь при использовании многоступенчатого поршневого компрессора. Одноступенчатые блоки отлично справляются с легкой работой, и будут служить долгий срок, если не пользоваться ими больше и дольше, положенного в инструкции. Если даже дома вы одновременно используете много пневматических инструментов, то при выборе стоит смотреть в сторону двухступенчатых аппаратов.

Компрессор одноступенчатый поршневой

Различия конструктива

Альтернативы конструкций, применяемые при производстве поршневых компрессоров:

с ременной либо коаксиальной передачей

маслозаполненные и безмасляные.

Каждое конструктивное решение направлено на достижение определенной цели.

Прямая передача

Коаксиальный привод разработан, чтобы уменьшить вес и габариты конструкции. Это решение позволяет отказаться от громоздких шкивов, ремней и храповика. Крутящий момент передается напрямую с вала двигателя на кривошипно-шатунный механизм блока цилндров. Недостаток этой конструкции – затрудненное охлаждение.

Режим работы техники с прямым приводом не бывает больше 1:2, то есть 20 минут она работает, 40 – отдыхает. Иногда соотношение еще меньше – до 1:4. Здесь имеется в виду беспрерывная работа!

Клиноременная передача

Это традиционная конструкция, использующаяся с первых образцов поршневых компрессоров. С тех пор были внесены лишь незначительные усовершенствования.

Массивный храповик обеспечивает общую плавность работы цилиндропоршневой группы. Это первое преимущество. Храповик имеет форму колеса. В современных моделях спицы выполнены в форме лопастей, которые создают воздушный поток, направленный на поршневую головку.

Дополнительное охлаждение – второй плюс.

Третье преимущество – простота обслуживания и ремонта. Износу в основном подвергаются ремни, которые легко заменить. В процессе эксплуатации следует следить за их натяжением, при необходимости подтягивать. Чтобы выполнить эти действия не нужно разбирать компрессор.

Компрессор масляный поршневой

Такие модели есть с прямым и ременным приводом. Первый применяется в реконструкционных работах на фасаде здания, при изготовлении мебели или в сервисных центрах по ремонту автомобилей. Поршневые масляные компрессоры с ременным приводом чаще используются на шиномонтаже, станциях технического обслуживания, а также при строительстве. Они отличаются от установок с прямым приводом тем, что могут работать непрерывно по несколько часов.

Компрессор масляный поршневой

Масляные модели в общем разрешается эксплуатировать более продолжительное время. Все дело в использовании масла, которое охлаждает механизм, уменьшает силу трения между деталями, защищает металл от коррозии, а также уплотняет зазоры между некоторыми технологическими элементами. Основной минус масляных моделей компрессоров – это засорение сжатого воздуха микроскопическими частями масляной жидкости. Однако и с этим можно справиться, если установить современную систему подготовки воздуха.