Компрессоры поршневые

Принцип действия

В поршневом компрессоре воздух или любой другой газ (азот, кислород, аммиак, пропан аргон и пр.) сжимается в цилиндре, в котором движется поршень.

Поршневые компрессоры бывают одностороннего действия, в которых воздух сжимается с одной стороны поршня, и двухсторонние - воздух сжимается с обеих сторон.

Компрессоры поршневые могут быть масляные (смазываемые жидким маслом) и безмасляные (в качестве смазки выступает графит, фторопласт и пр.).

Разновидностью поршневого компрессора является плунжерный компрессор, использующий плунжер вместо поршня и работающий при высоких давлениях.

Поршневой компрессор может быть одно- или многоступенчатым, последний применяется при высоких степенях сжатия. Поршневой компрессор может использоваться как в качестве атмосферного (воздух сжимается от атмосферного давления), так и бустерного (воздух на вход подается уже под давлением).

Принцип действия поршневого компрессора

На рисунке представлен двухступенчатый поршневой компрессор с промежуточным охлаждением. Атмосферный воздух, проходя через воздушный фильтр, попадает в цилиндр низкого давления, где сжимается до 3,5-6 бар. При этом воздух нагревается до 80 °С. Промежуточный теплообменник позволяет остудить сжатый воздух до 50 °С. В цилиндре высокого давления воздух достигает необходимой величины давления (в данном случае 10 бар) и поступает в выпускной коллектор, также охлаждаясь. В одноступенчатых компрессорах иногда используют одну ступень для достижения 10 атм.

Особенности подбора поршневого компрессора

При подборе поршневого компрессора необходимо учитывать, что сам процесс сжатия связан с большими потерями. Разница в производительности на всасывании и на выходе может доходить до 40 %. Многие производители указывают производительность только на всасывании, поэтому конечному потребителю необходимо посчитать реальную производительность поршневого компрессора, используя соответствующий коэффициент потерь. Потери обусловлены нагревом воздуха, потерей на дросселировании, а также наличием «мертвого» объема в цилиндре сжатия. Для упрощения расчетов можно принять потери равные 30 %.

C - вредное пространство

S - ход поршня

R - ненужное расширение

Также особенностью подбора поршневого компрессора является высокая температура на выходе. Поэтому после поршневого компрессора рекомендуется устанавливать охладитель с сепаратором влаги, который, помимо охлаждения, выполняет ещё функцию удаления влаги. Подробнее на странице Часто роль охладителя выполняет ресивер, тем не менее он не обеспечивает того уровня охлаждения, которое требуется для дальнейшей подачи сжатого воздуха в осушитель.

1. Компрессор
2. Охладитель
3. Сепаратор
4. Фильтр предварительный
5. Рефрижераторный осушитель

Схема установки охладителя в пневмосеть после поршневого компрессора

Также особенностью подбора является необходимость обеспечения соответствующего запаса по производительности и правильного подбора ресивера для того, чтобы компрессор мог работать в нужном ему режиме. В отличие от винтовых компрессоров, которые могут работать 24 часа в сутки, поршневым компрессорам необходим отдых. Так, бытовой компрессор, как правило, загружают не более 20 минут в час с непрерывной работой не более 10 минут. Промышленный же двухступенчатый компрессор может работать и до 45 минут непрерывно, но не чаще одного раза в течение двух часов. Как правило, запас при подборе поршневого компрессора составляет порядка 30 %.

И, конечно же, при подборе поршневого компрессора обязательно нужно уточнить цель использования компрессора: для гаражного использования, для подкачки шин, для окраски, для различного пневмоинструмента, для привода станков на производстве, для испытаний трубопроводов и пр. Понимая назначение компрессора, можно легко подобрать тип компрессорной установки.

Применение поршневых компрессоров

Первые простейшие поршневые компрессоры – улучшенные версии поршневых насосов для воды - были изобретены сотни лет назад исследователями свойств атмосферы и газовых законов. Благодаря простоте принципа действия, современные поршневые компрессоры распространены практически во всех сферах промышленности и чрезвычайно разнообразны.

Так, диапазон рабочих давлений поршневых компрессоров располагается от нескольких атмосфер до нескольких сотен (реже тысяч) атмосфер, диапазон мощностей от нескольких киловатт до нескольких сотен (реже тысяч) киловатт, а ценовой диапазон от нескольких тысяч до нескольких десятков миллионов рублей. Сжимаемые газы тоже разнообразны: от нейтрального воздуха до пожароопасного кислорода, сжижающегося углекислого газа, взрывоопасного метана, сверхлетучих гелия и водорода, удушливого аммиака, корродирующего сероводорода и т.п.

Значительную долю поршневых компрессоров представляют компрессоры для бытового и начального промышленного применения производительностью до 1-2 м³/мин и наиболее ходового давления – до 10 атм. Максимальная простота конструкции обеспечивает этой группе компрессоров более низкую стоимость и высокую ремонтопригодность по сравнению с винтовыми той же производительности.

В бытовых компрессорах вращение от электродвигателя к поршневому узлу передается коаксиально (прямой привод), т.е. вал двигателя является валом компрессора. Данный принцип передачи энергии имеет преимущества в компактности и дешевизне, но имеет ряд недостатков, связанных с ограничением их применения в промышленности: невысокий срок службы, высокий нагрев вследствие больших оборотов и поэтому необходимость частого отдыха и т.п. Подробнее в разделе «Бытовые компрессоры».

Для промышленных компрессоров используется ременной привод. В таких компрессорах двигатель и поршневой блок располагаются отдельно и параллельно друг другу. Соединены между собой ремнем. За счет того что диаметр шкива поршневого блока больше шкива электродвигателя – поршневой блок работает на сниженных оборотах, при этом сам блок намного массивнее и крепче, чем в системах с прямым приводом. Используются крупные поршни, а также двух-трех цилиндровые блоки. За счет этого достигается высокая производительность и надежность.

Более крупные компрессоры сравнимы по стоимости с винтовыми. Тем не менее, есть отдельные группы задач, для реализации которых лучше или только подходят именно поршневые компрессоры, а именно:

• Компрессоры низкого (около 2-3 атм) давления значительно дешевле соответствующих винтовых, т.к. винтовые крайне мало представлены в этом диапазоне давлений.
• Компрессоры повышенного давления (более 15 атм) - благодаря высокой герметичности, поршневые компрессоры здесь просто незаменимы. Для давлений десятки и сотни атмосфер используется многоступенчатые компрессоры с промежуточным охлаждением. Разновидностью поршневых компрессоров являются поршневые бустеры.
• Сжатие отличного от воздуха газа. Поршневые компрессоры, в отличие от винтовых, достаточно легко подстраивается под сжатие газа, отличного от воздуха, а так же менее чем винтовые страдают от абразивного или коррозионного износа.