Воздушный компрессор — это устройство, которое использует энергию электродвигателя или двигателя внутреннего сгорания для повышения давления воздуха. Сжатый воздух затем может использоваться для привода пневматических инструментов, управления автоматизированным оборудованием, накачивания шин или обеспечения промышленных процессов.
Большинство компрессоров повышают давление за счет удержания воздуха и уменьшения его объёма. Другие, например центробежные компрессоры, ускоряют воздух и преобразуют часть этой скорости в давление. В зависимости от конфигурации установки сжатый воздух проходит через системы охлаждения и очистки, прежде чем поступает в резервуар для хранения или направляется к оборудованию, которое в нём нуждается.
Понимание этого процесса облегчает сравнение типов компрессоров, распознавание основных компонентов системы и выбор оборудования для конкретных задач.
Основные компоненты системы воздушного компрессора
Система сжатого воздуха состоит не только из самого компрессора. Каждый компонент участвует в производстве, регулировании, хранении или подаче воздуха.
| Компонент | Основная функция |
|---|---|
| Двигатель или мотор | Обеспечивает механическую мощность для привода компрессора |
| Впускной фильтр | Удаляет пыль и крупные частицы из поступающего воздуха |
| Компрессионный элемент | Повышает давление воздуха с помощью поршней, винтов или другого механизма |
| Система охлаждения | Отводит тепло, выделяющееся в процессе сжатия |
| Элементы управления | Обеспечьте работу компрессора таким образом, чтобы поддерживать требуемое давление |
| Резервуар для ресивера | Накапливает сжатый воздух и помогает сбалансировать предложение и спрос |
| Сушилки и фильтры | Удаляйте влагу, твердые частицы и масляные загрязнения в соответствии с требованиями |
| Распределительные трубопроводы | Обеспечивает подачу сжатого воздуха к инструментам, станкам и производственному оборудованию |
Компрессор вырабатывает сжатый воздух; резервуар-накопитель служит для его хранения. Некоторые небольшие установки объединяют обе функции в одном устройстве, тогда как в промышленных установках часто используются отдельные компрессоры, резервуары и оборудование для подготовки воздуха.
Кроме того, накопительный резервуар служит буфером при кратковременном увеличении спроса и помогает снизить колебания давления. Его размер и расположение зависят от конструкции системы.
Как работает воздушный компрессор?
Технологический процесс можно разделить на пять этапов. Механизм сжатия и схема обработки варьируются в зависимости от типа машины и области применения.
1. Воздух поступает через впускное отверстие
Компрессор всасывает атмосферный воздух через впускной фильтр. Этот фильтр защищает внутренние компоненты от пыли и мусора, содержащихся в воздухе.
Состояние всасываемого воздуха имеет большое значение. Горячая, запыленная или загрязнённая окружающая среда может негативно повлиять на рабочие характеристики и увеличить потребность в техническом обслуживании, поэтому для установки необходима надлежащая вентиляция и подача чистого воздуха.
2. Компрессор повышает давление воздуха
Двигатель приводит в действие компрессионный элемент.
В компрессоре прямого вытеснения, например в поршневом или ротационно-винтовом агрегате, воздух удерживается внутри камеры. По мере уменьшения объёма камеры давление воздуха повышается.
Центробежный компрессор работает по-другому. Его вращающееся рабочее колесо увеличивает скорость воздуха, а расположенный ниже диффузор преобразует часть этой кинетической энергии в давление.
В любом случае машина передает механическую энергию воздуху.
3. Охлаждение отводит тепло, выделяющееся при сжатии
Сжатие воздуха требует затрат энергии, что приводит к повышению его температуры. Охлаждающее оборудование отводит большую часть этого тепла до того, как воздух поступает в последующие установки.
В зависимости от конструкции в компрессоре могут применяться охлаждающие ребра, вентиляторы, масляные охладители, водяное охлаждение или сочетание этих методов. Доохладитель снижает температуру нагнетаемого воздуха. В многоступенчатых агрегатах между ступенями сжатия могут также использоваться промежуточные охладители.
Эффективное охлаждение способствует защите компонентов и снижает нагрузку на последующее оборудование для очистки воздуха.
4. Снижается содержание влаги и загрязнений
Атмосферный воздух содержит водяной пар. Когда горячий сжатый воздух остывает, часть этого пара может конденсироваться в жидкую воду.
Влагоотделители и сливные устройства удаляют скопившуюся жидкость. Осушитель снижает содержание оставшихся водяных паров до уровня, необходимого для конкретного применения. Фильтры задерживают твердые частицы и, при необходимости, масляные аэрозоли или другие загрязнения.
Эти устройства выполняют разные функции. Дренаж удаляет скопившуюся жидкую воду, но не заменяет осушитель.
Необходимая обработка воздуха зависит от того, для каких целей он будет использоваться. К общему пневматическому инструменту, окраске распылением и чувствительным производственным процессам могут предъявляться совершенно разные требования к качеству воздуха.
5. Воздух накапливается или подается в оборудование
Сжатый воздух поступает в распределительную систему, причем в качестве резервуара для хранения и буфера, компенсирующего колебания спроса, часто используется накопитель.
Когда подключенный инструмент или привод вступает в действие, сжатый воздух поступает к месту использования с более низким давлением. Энергия давления воздуха приводит к движению, созданию силы или иному полезному эффекту.
Регулирующие устройства реагируют на изменения давления в системе. Небольшие агрегаты, как правило, запускаются и останавливаются при достижении заданных значений давления. В промышленных установках для согласования производительности со спросом могут применяться системы регулирования нагрузки, работа с переменной скоростью или другие методы.
Как работают различные типы воздушных компрессоров
Основные типы компрессоров различаются по способу повышения давления воздуха. Их пригодность зависит от расхода воздуха, рабочего давления, коэффициента загрузки и характера нагрузки.
Поршневые компрессоры
В поршневом компрессоре используется поршень, перемещающийся внутри цилиндра.
Во время такта впуска поршень увеличивает объем цилиндра и всасывает воздух через впускной клапан. Во время такта сжатия он уменьшает этот объем. Как только давление в цилиндре становится достаточно высоким, выпускной клапан открывается, и воздух выходит наружу.
A одноступенчатый компрессор повышает давление воздуха от входного до конечного давления на выходе за один этап сжатия. A двухступенчатый компрессор пропускает воздух через две последовательные ступени, между которыми, как правило, осуществляется охлаждение.
Поршневые компрессоры широко используются в гаражах, ремонтных мастерских и в условиях переменной нагрузки. Специализированные промышленные модели также применяются для работы под высоким давлением.
Их эксплуатационные ограничения различаются, поэтому покупателям следует проверять номинальный рабочий цикл, а не исходить из того, что любая поршневая машина способна работать в непрерывном режиме.
Ротационные винтовые компрессоры
В типичном двухшнековом компрессоре используются два зацепляющихся спиральных ротора. При их вращении воздух замыкается между роторами и корпусом. Объем замыкаемого пространства уменьшается по мере продвижения воздуха к выпускному отверстию, что приводит к повышению его давления.
В конструкции с впрыском масла масло способствует охлаждению воздуха, смазке деталей и уплотнению внутренних зазоров. Выпускаемая воздушно-масляная смесь проходит через сепарационное оборудование, после чего воздух продолжает движение вниз по потоку.
В конструкциях безмасляных винтовых компрессоров смазочное масло не попадает в камеру сжатия, а для охлаждения и герметизации используются различные схемы.
Винтовые компрессоры широко используются для удовлетворения постоянных потребностей промышленности. Они обеспечивают относительно стабильный расход воздуха и поставляются с различными системами управления в соответствии с производственными требованиями.
Центробежные компрессоры
В центробежном компрессоре для ускорения воздуха используется быстро вращающаяся рабочая колесо. Затем диффузор контролируемым образом замедляет поток, преобразуя часть его скорости в давление.
Для достижения необходимого давления на выходе может использоваться несколько ступеней.
Эти агрегаты часто выбирают для крупных промышленных объектов с высокими требованиями к воздушному потоку. Их эффективность зависит от условий эксплуатации, поэтому при выборе важно учитывать как периоды нормальной нагрузки, так и периоды пониженной нагрузки.
Воздушные компрессоры с масляным смазыванием и безмасляные воздушные компрессоры
Термины «с масляным впрыском» и «безмасляный» относятся к схеме смазки, а не к отдельным механизмам сжатия. Например, винтовой компрессор может быть с масляным впрыском или безмасляным.
Компрессоры с масляным впрыском
В машинах с масляной смазкой масло используется в механизме сжатия, хотя способ смазки зависит от конструкции. В винтовой компрессор с масляным впрыском, масло обеспечивает охлаждение, смазку и герметизацию.
Большая часть его отделяется от выходящего воздуха и возвращается в масляный контур.
Для обеспечения требуемого качества воздуха может по-прежнему потребоваться последующая очистка. Такие установки широко используются на производственных предприятиях, в мастерских и в общепромышленных пневматических системах.
Безмасляные компрессоры
Безмасляные воздушные компрессоры Не следует использовать смазочное масло в камере сжатия. В таких системах могут применяться винты, работающие всухую, спиральные элементы, специально разработанные поршни или другие технологии сжатия.
Термин «безмасляный» не означает, что во всей машине полностью отсутствует смазочный материал. Подшипники или зубчатые передачи могут по-прежнему нуждаться в смазке за пределами контура сжатия воздуха.
Кроме того, это не означает, что подаваемый воздух автоматически не содержит влаги, частиц или всех возможных загрязнений. Качество воздуха следует оценивать с учетом требований конкретного применения и задокументированных эксплуатационных характеристик оборудования.
Ни одна из этих категорий не обладает универсальными преимуществами с точки зрения уровня шума, срока службы или возможности непрерывной работы. Эти характеристики зависят от конкретной конструкции, способа монтажа, технического обслуживания и условий эксплуатации.
Почему в промышленных системах используется сжатый воздух?
Сжатый воздух ценен тем, что позволяет распределять энергию по многим точкам потребления и хорошо совместим с широким спектром инструментов и приводов.
Пневматические цилиндры позволяют обеспечивать простое и повторяющееся линейное движение. Оборудование может быть компактным, а централизованная система может обслуживать несколько станков на всей производственной площадке. Сжатый воздух также может использоваться для таких задач, как распыление краски или транспортировка соответствующих материалов.
Однако, сжатый воздух не всегда дешевле или эффективнее, чем напрямую используемая электроэнергия. В процессе сжатия выделяется тепло, а утечки, падение давления и неэффективные системы управления приводят к дополнительным потерям. Министерство энергетики США считает сжатый воздух дорогостоящим промышленным ресурсом, требующим тщательного управления.
Поэтому выбор между пневматическим и электрическим оборудованием должен учитывать характер задачи, условия эксплуатации, потребности в техническом обслуживании и совокупные эксплуатационные расходы.
Основные технические характеристики, с которыми следует ознакомиться перед выбором компрессора
Понимание принципа работы — это первый шаг. Для подбора оборудования под ваши задачи необходимо учесть некоторые детали эксплуатации.
Давление — PSI или бар
Давление определяет, может ли воздух обеспечить усилие, необходимое для работы оборудования.
Система должна поддерживать достаточное давление в точке использования с учетом потерь в осушителях, фильтрах и трубопроводах. Необоснованное повышение давления в компрессоре приводит к увеличению затрат энергии на сжатие воздуха.
Расход воздуха — куб. футы в минуту (CFM) или куб. метры в минуту (м³/мин)
Расход воздуха характеризует объем воздуха, подаваемого компрессором за определенный промежуток времени.
Доступный расход должен обеспечивать работу всего оборудования, эксплуатируемого одновременно, с учетом соответствующего запаса на случай колебаний спроса. Сравнивайте производительность компрессора при требуемом рабочем давлении и на основе единых единиц измерения, таких как объем подачи чистого воздуха.
Само по себе высокое номинальное давление не означает, что компрессор способен обеспечить достаточный объем воздуха.
Рабочий цикл и характеристика нагрузки
Рабочий цикл указывает, сколько времени оборудование может работать в заданных условиях. Характеристика нагрузки определяет, потребляет ли ваше оборудование воздух непрерывно, с перерывами или короткими импульсами.
Небольшая мастерская и непрерывно работающая производственная линия могут потребовать совершенно разных схем размещения компрессоров, даже если их пиковый расход воздуха одинаков.
Качество воздуха
Определите допустимые уровни влажности, содержания твердых частиц и масла для данной области применения.
Эти требования влияют на технологию сжатия, сушильную установку, фильтры и схему системы. Их следует учитывать на начальном этапе, а не добавлять уже после появления проблем с загрязнением.
Расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание
Покупная цена — это лишь одна из составляющих затрат на владение. Не менее важны расходы на электроэнергию, техническое обслуживание, расходные материалы и простои.
Сравнивайте агрегаты с учетом предполагаемых условий эксплуатации. Компрессор, соответствующий фактическому профилю нагрузки, может обеспечить более высокую долгосрочную экономическую эффективность, чем агрегат, выбранный исключительно по мощности двигателя или начальной цене.
