Як працює компресор: основні принципи та механізми

Компресори сьогодні є невід'ємною частиною багатьох виробничих процесів та використовуються повсюдно – від великих заводів до приватних гаражів. Але не всі знають, як саме працюють ці важливі механізми, що дозволяють отримувати стиснене повітря під високим тиском. Давайте розберемося в основних принципах, що лежать в основі створення та функціонування сучасних компресорів.

Історія створення компресора

Перші згадки про компресороподібні механізми зустрічаються ще в працях Архімеда в III столітті до н. Проте прабатьком сучасних компресорів по праву вважається поршневий компресор, винайдений наприкінці ХІХ століття.

Поршневий компресор, що працює за принципом парової машини, але перетворює енергію пари на енергію стисненого повітря, став прообразом наступних конструкцій компресорів.

Спочатку в промисловості використовувалися громіздкі системи централізованої подачі стисненого повітря від одного потужного двигуна до різного обладнання. Згодом з'явилися компактні переносні компресори, що працюють автономно.

Типи та види компресорів

Існує безліч різновидів компресорів, що відрізняються принципом роботи, конструкцією та сферою застосування. Розглянемо основні їх.

Поршневі компресори

Це найпоширеніший тип компресорів, особливо невеликих обсягів стиснутого повітря. Працюють за принципом двигуна внутрішнього згоряння, використовуючи зворотно-поступальний рух поршня.

• Простота пристрою та надійність.
• Висока вартість обслуговування через велике зношування деталей.
• Шум під час роботи.

Гвинтові компресори

Використовують гвинтову пару rotor-stator для стиснення повітря.Забезпечують безперервний потік стисненого повітря без пульсацій.

• Плавна безшумна робота.
• Висока ціна.
• Вимагають кваліфікованого обслуговування.

Також використовуються ротаційні, турбокомпресори та інші типи.

Розглянемо докладніше пристрій і принцип дії поршневого компресора найбільш поширеного типу.

Влаштування поршневого компресора

Поршневий компресор складається з таких основних елементів:

• Корпус із циліндром, усередині якого переміщається поршень.
• Поршень, що рухається кривошипно-шатунним механізмом.
• Всмоктувальні та нагнітальні клапани.
• Колінчастий вал приводу.
• Система змащення та охолодження.

Розглянемо докладніше принцип цих основних вузлів поршневого компресорного агрегату.

Рух поршня в циліндрі

При русі поршня з нижньої мертвої точки вгору в циліндрі створюється розрядження, клапан, що всмоктує, відкривається і відбувається забір повітря в циліндр. Потім поршень рухається вниз, стискаючи повітря, клапан нагнітальний відкривається і повітря надходить в ресивер під тиском.

Таким чином, за один оборот колінчастого валу відбувається повний цикл всмоктування та стискування повітря.

Робота клапанів

Клапани відкриваються і закриваються у потрібні фази циклу, пропускаючи повітря лише одному напрямку і не даючи йому виходити назад. Всмоктуючий клапан відкритий на такті впуску, нагнітальний - на такті стиснення.

Процес стиснення повітря

Повітря стискається за рахунок зменшення об'єму над поршнем при його русі вгору після закриття всмоктувального клапана. Чим менший обсяг, тим вищий тиск стисненого повітря.

У багатоступінчастих компресорах повітря послідовно стискається у кількох циліндрах до вищого кінцевого тиску.

Система охолодження

Процес стиснення супроводжується нагріванням повітря, тому компресор оснащений системою охолодження циліндрів і головок для відведення тепла за допомогою рідини, що охолоджує, або повітря.

Таким чином, принцип дії поршневого компресора заснований на циклічному всмоктуванні та стисканні повітря при русі поршня в циліндрі з подальшим охолодженням стисненого повітря, що нагрілося. Цей принцип лежить в основі роботи найпоширеніших поршневих компресорів.

Гвинтові компресори працюють за іншим принципом, ніж поршневі.

Влаштування гвинтового компресора

Гвинтовий компресор складається з:

• Двох роторів (гвинтів) - чоловічого та жіночого.
• Корпуси, всередині яких обертаються ротори.
• Масляний насос з фільтрами.
• Олія для виділення чистого повітря.
• Системи охолодження олії та повітря.

Принцип роботи гвинтів

Ротори обертаються в протилежні сторони, переміщаючись у камерах один одного.

Всмоктування повітря

Повітря засмоктується через впускний клапан на початку робочої зони роторів.

У камерах між роторами утворюється повітряно-олійна суміш, яка стискається у міру обертання.

Стиснена суміш відокремлюється від олії в масловідділювачі. Чисте стиснене повітря надходить споживачу.

Система змащення та охолодження

Олія змащує та охолоджує ротори, а потім очищається та охолоджується у спеціальних вузлах компресора.

Таким чином, гвинтові компресори мають більш складний пристрій, але при цьому забезпечують безперервний рівний потік стиснутого повітря на відміну від поршневих.

Порівняння поршневих та гвинтових компресорів

Розглянувши пристрій та принцип роботи поршневих та гвинтових компресорів, можна виділити їх основні відмінності.

Ресурс та довговічність

У поршневих компресорів спостерігається більший зношування деталей через наявність кривошипно-шатунного механізму. Ресурс гвинтових компресорів вищий за рахунок відсутності тертя ковзання.

Рівень шуму

Поршневі компресори створюють вищий рівень шуму через поворотно-поступальних рухів поршня. У гвинтових компресорів обертання роторів відбувається плавно, за рахунок чого вони тихіше у роботі.

Вартість

Вартість гвинтових компресорів значно вища, ніж у поршневих, через більшу складність виробництва їх прецизійних деталей.

Поршневі компресори простіші в обслуговуванні, вимагають заміни витратних матеріалів. Гвинтові компресори потребують більш кваліфікованого сервісу.

Області застосування

Поршневі компресори найчастіше використовуються для невеликих обсягів повітря, гвинтові - на виробництвах із цілодобовим циклом роботи.

Таким чином, кожен тип компресорів має свої переваги та недоліки, які важливо враховувати при виборі для конкретних цілей.