Устройство поршневого компрессора: Воздушные компрессоры: устройство, принцип работы, назначение

Содержание

Воздушные компрессоры: устройство, принцип работы, назначение

Воздушный компрессор представляет собой установку, действие которой основано на сжатии воздуха и подачи его под определенным давлением в пневматическое оборудование. Выбирая компрессорное оборудование для выполнения различных видов работ, необходимо учитывать устройство компрессора, его конструктивные особенности, а также технические и рабочие характеристики установки.

Конструктивные особенности, принцип действия и устройство воздушного компрессора зависят от типа установки. Современные компрессоры имеют несколько классификаций, главной из которых является различие компрессоров по принципу действия. Сегодня производители компрессорного и пневматического оборудования предлагают большое количество данных установок различного типа, наиболее распространенными среди которых являются винтовые и поршневые установки.

Поршневые компрессоры

Винтовые компрессоры

Все виды компрессоров имеют, как общие элементы, так и различия в конструкции. Кроме того, в зависимости от типа оборудования могут быть использованы различные материалы при изготовлении тех или иных составляющих компрессоров.

Устройство компрессоров винтового типа

В промышленных отраслях наиболее распространено использование винтовых воздушных компрессоров, которым характерны высокие технические характеристики. Устройство компрессора воздушного винтового отличается от аналогичных установок наличием винтового блока, в состав которого входят два ротора с ведущим и ведомым типом. Винтовой блок является основным рабочим элементом данного оборудования.

В момент работы данного компрессора, воздух, который проходит через систему фильтрации и клапан, поступает блок с винтами, где происходит смешивание воздуха с маслом. Использование масла необходимо для устранения пузырей воздуха и уплотнения пространства.

Далее воздушно-масляная смесь нагнетается винтовым блоком в пневматическую систему. На следующем этапе смесь поступает в сепаратор, где воздух отделяется от масел и, через систему радиатора, подается в ресивер или же на пневматическое оборудование.

Так как блок, в котором расположены винты, является главным рабочим элементом компрессора, принцип его работы необходимо рассмотреть отдельно. Зубья роторов – ведущего и ведомого, находятся в зацепленном состоянии. Корпус винтового блока и открытые полости роторов создают объем, в который, при вращении винтов, поступает воздух. Вращение роторов имеет противоположные направления. При этом происходит закрытие открытых полостей, что приводит к уменьшению объема между ними и увеличению давления нагнетания.

Подобное устройство винтового компрессора и его принцип действия обеспечивает высокую эффективность работы всей установки, бесперебойную подачу сжатого воздуха на пневмооборудование и возможность интенсивной эксплуатации данной системы на протяжении длительного времени.

Устройство поршневого компрессора и принцип его действия

Другим видом компрессорных систем, широко используемых в быту и на небольших предприятиях, является оборудование поршневого типа. Главным отличием такой установки от винтового и других типов оборудование является достаточно простое устройство поршневого компрессора и принцип его работы.

Основные элементы данной установки можно разделить на группы в зависимости от выполняемых функций:

цилиндровая группа;
поршневая группа;
механизмы движения;
системы регулирования, представляющие собой элементы, регулирующие производительность оборудования – трубопроводы, вспомогательные клапаны;
системы смазки;
элементы охлаждения;
детали для установки оборудования.

Конструктивно поршневой компрессор представляет собой корпус, выполненный из чугуна, алюминия или же другого материала и оснащенный цилиндром, расположение которого может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Основную подвижную и рабочую часть компрессора составляет сам поршень и два клапана, выполняющие всасывающие и нагнетательные функции.

Основу работы данного оборудования составляет движение поршня – поступательные движения приводят к всасыванию воздуха в цилиндр, а при возвратном действии воздух сжимается. Данный процесс и приводит к увеличению силы давления. В этот момент происходит закрытие клапана всасывающего действия, а нагнетательный клапан подает в магистраль сжатый воздух. Данный цикл повторяется на протяжении всего периода работы оборудования, обеспечивая пневмоинструменты воздухом под давлением необходимого уровня. Устройство компрессора воздушного поршневого отличается своей сравнительной простотой в сочетании с высокими рабочими и эксплуатационными характеристиками.

Учитывая устройство компрессоров поршневых и винтовых, их конструктивные, технические и эксплуатационные особенности, можно легко выбрать наиболее подходящий тип оборудования в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями и для использования с различными пневмоинструментами при проведении как промышленных, так и бытовых работ.

Устройство и принцип работы поршневых компрессоров

К числу востребованных компрессорных установок относится активно используемый в настоящее время поршневой компрессор. Благодаря его рабочим характеристикам и возможности усиленной эксплуатации в любых условиях, его применяют для работы в промышленных масштабах и на небольших производственных участках.

Такие установки имеют разную конструкцию, различие может быть в принципе их действия, зависящего от их типа. Они делятся на одно-, двух- и многоцилиндровые модели, если в них соответственно 1, 2 или большее количество цилиндров. По тому, каким образом цилиндры расположены в компрессоре, их обозначают как V, W-образные или называют рядными.

В зависимости от того, сколько ступеней для сжатия воздуха имеет компрессорная установка, она бывает одноступенчатой или многоступенчатой. Несмотря на эти отличия, все типы установок имеют одинаковое базовое оснащение.

Устройство и работа поршневых компрессоров

Действие такого оборудования основано на получении сжатого воздуха в результате работы поршней. Самой простой считается одноцилиндровая установка. Она состоит из поршня, одного цилиндра и 2-х клапанов, находящихся в цилиндровой крышке. Один из клапанов предназначен для нагнетания воздуха, а другой служит для его всасывания.

Работает такая установка по принципу возвратно-поступательных движений своих элементов. С помощью шатуна, который соединён с коленчатым валом, поршню устройства передаётся поступательное движение по камере ступени сжатия. Это ведёт к тому, что увеличивается воздушный объём, который находится между клапанами и нижней частью поршня. Пружина, закрывающая клапан для всасывания, под действием воздуха ослабляет своё сопротивление, позволяет его открыть и дать атмосферному потоку проникнуть в цилиндр по всасывающему патрубку.

Во время возвратного движения поршня воздух сжимается, возрастает уровень его давления. Движущийся под высоким давлением сжатый воздух открывает клапан для нагнетания, также удерживаемый пружиной, что позволяет ему попасть в нагнетательный патрубок.

Устройство и принцип работы поршневых компрессоров таковы, что они не только предполагают положительный эффект от работы оборудования, но и обуславливают их основной недостаток — поступление сжатого воздуха из такой установки в виде импульсов вместо необходимого равномерного потока. Чтобы сгладить такую подачу воздуха, а его давление выровнять, в комплекте с этими компрессорами применяют ресиверы, не допускающие перебоев в их работе.

Питается такое поршневое оборудование от электрического двигателя. Возможна подпитка от бензинового или дизельного двигателя.

Особенности компрессоров поршневого типа

Установки с более сложным устройством, в составе которых свыше одного цилиндра и ступени сжатия воздуха, мощнее, их производительность значительно выше. Если рассматривать поршневой компрессор с 2-мя цилиндрами и одной ступенью, то в основе его действия лежит работа в противоположной фазе двух цилиндров, размеры которых одинаковы. За счёт такого действия воздух всасывается по очереди, происходит его сжатие с наибольшим давлением и выталкивание в ту часть компрессора, где он нагнетается.

Для двухцилиндровой установки, имеющей 2 ступени сжатия, предусматривается оснащение цилиндрами разного размера. Принцип её действия состоит в следующем. Сначала воздушный поток сжимается до определённой величины в цилиндре первой ступени, потом он оказывается в межступенчатом охладителе, где его температура снижается до нужного значения. Уже внутри цилиндра второй ступени он дожимается до максимальной величины давления воздуха.

Роль межступенчатого охладителя в компрессоре отведена медной трубке, охлаждающей воздух в области между цилиндрами, расположенными на двух ступенях, что позволяет оптимально сжать воздух, повысить качество работы установки.Преимущества поршневых компрессоров

Наибольшими плюсами из установок такого типа обладают двухступенчатые модели. По сравнению с теми, что имеют одну ступень, они затрачивают на сжатие воздушного потока одного объёма значительно меньше энергии, несмотря на одинаковую мощность двигателя в обеих системах. Благодаря этому они признаются более эффективными.

Другое преимущество двухступенчатых установок по сравнению с одноступенчатыми собратьями — более низкая температура в цилиндрах. Это способствует лучшему функционированию всего компрессора в целом и его поршней, в частности. В отличие от других установок этого типа, двухступенчатые устройства работают с более высокой, (примерно на 20%), производительностью.

Простота конструкции поршневых компрессоров, сочетающаяся с их эффективностью, надёжностью, возможностью использовать их интенсивно в течение долгого времени сделала их очень популярными для применения во многих областях жизни — как в быту, так и в промышленности.

Каталог поршневых компрессоров, реализуемых ООО «Торговый Дом АЭРО»:

Дизельные и бензиновые

Электрические

Поршневые компрессоры: особенности, устройство, принцип работы

Пневматическое оборудование применяют на производственных предприятиях, строительных площадках, станциях технического обслуживания. Для получения сжатого воздуха используют компрессоры. Широкое распространение получили поршневые модели. Это оборудование отличается высоким КПД, надежностью и низкой ценой. Поршневые компрессоры рекомендуют использовать при рабочем давлении не менее 1 МПа. Один из главных критериев современной техники высокая мощность, поэтому компрессоры, генерирующие сжатый воздух с давлением более 1 МПа пользуются широким спросом.

Устройство поршневого компрессора

Простое устройство воздушного поршневого компрессора – гарантия надежной работы оборудования. Выпускают однопоршневые и двухпоршневые модели. Конструктивные особенности наглядно можно рассмотреть на оборудовании с одним поршнем. Главные узлы:

поршень;

цилиндр;

нагнетающий клапан;

всасывающий клапан;

коленчатый вал;

шатун.

Выполняется работа поршневого компрессора при вращении коленчатого вала. Он передает момент вращения шатуну, который производит ограниченные движения поршня в камере сжатия. Объем воздуха между клапанами, расположенными в верхней части камере и поршнем увеличивается. В результате воздух в камере разряжается, это позволяет атмосферному воздуху преодолеть сопротивления пружины клапана. При сжатии поршня, объем камеры уменьшается, а давление увеличивается и воздух попадает в нагнетательный клапан.

Такое устройство воздушного поршневого компрессора позволяет эффективно нагнетать воздух в режиме пульсации. Чтобы исключить возможность перебоев, оборудование комплектуется ресиверами. Двухпоршневые модели в них не нуждаются, конструктивные особенности позволяют стабилизировать поток нагнетаемого воздуха. Два поршня работают поочередно: на противофазе воздух сжимается, после этого подается в нагнетающую часть оборудования.

Поршни располагаются в чугунном корпусе. В движение поршни приводятся электродвигателем или двигателем внутреннего сгорания. Двухпоршневые модели могут комплектоваться цилиндрами разного размера. При этом устройство и работа поршневого компрессора усложняется. Между камерами поршня устанавливается медная трубка, выполняющая роль охладителя. Из камеры поршня большего диаметра, воздух через охладитель попадает в цилиндр меньшего размера. Здесь воздух дожимается, что позволяет получить максимальное давление.

Виды поршневых компрессоров

Поршневые компрессоры классифицируют по типу привода, количеству поршней и ступеней сжатия, расположению цилиндров и установленному двигателю. По типу привода выделяют модели:

с прямым приводом – имеют высокий КПД, потребляют меньше энергии, отличаются низким показателем уровня шума;

с ременным приводом – характеризуются низким уровнем нагрузки на основные узлы при запуске, что увеличивает срок службы.

По уровню давления оборудование классифицируют на три группы:

компрессоры низкого давления – рабочий диапазон от 5 до 12 бар;

агрегаты среднего давления – работают в диапазоне от 2 до 100 бар;

компрессоры высокого давления – максимальный уровень достигает 1000 бар.

По расположению цилиндров агрегаты делят на три группы:

В угловых моделях цилиндры расположены под небольшим наклоном, имеют V-образную или W-образную компоновку.

По исполнению выделяют стационарные и передвижные компрессоры. Стационарные применяются на производственных предприятиях, модели с низким давлением – на строительных площадках. Мобильные агрегаты высокого и среднего давления используют в дорожном строительстве, на возведении промышленных и муниципальных объектов.

В зависимости от типа установленного силового агрегата компрессоры делят на три группы:

электрические – комплектуются однофазными или трехфазными электродвигателями. Преимущества – отсутствие вредных выбросов, минимальный уровень шума, регулировка рабочих параметров в широком диапазоне. Компрессоры используют при работе в помещениях;

дизельные – комплектуются экономичными двигателями, предназначенными для интенсивной эксплуатации на протяжении рабочего дня. Установка моторов большой мощности позволяет решать сложные производственные задачи, работать с любым пневматическим инструментом;

бензиновые – установленные двигатели отличаются пониженным уровнем шума, высокой мощностью, незначительным уровнем вредных выбросов. Агрегаты легко запускаются при отрицательной температуре воздуха.

В каждой категории выпускаются агрегаты разной мощности и комплектации. Это позволяет выбрать компрессор в зависимости от требований производства.

Где используются поршневые компрессоры

Сфера применения поршневых компрессоров постоянно расширяется. Оборудование используется в автосервисах для накачки шин, раскручивания гаек. В пищевой промышленности агрегаты применяют при упаковке продуктов питания, при производстве напитков. При строительных работах используют гайковерты, дрели и перфораторы. При отделочных работах краскопульты и пескоструйные аппараты, работающие на сжатом воздухе. В дорожном строительстве используют мобильные агрегаты, которые приводят в действие отбойные молотки.

Мощные поршневые компрессоры устанавливают на металлургических производствах для подачи сжатого воздуха. Здесь используют бесмасленные модели. Аналогичное оборудование применяют на предприятиях по производству электроники. Предприятия машиностроительной отрасли, мебельные производства используют агрегаты на линиях покраски, сборки.

Преимущества поршневых компрессоров

Оборудование этого класса используется в разных отраслях промышленности более 70 лет. Это объясняют преимущества поршневых компрессоров:

простая конструкция;

продолжительный срок службы при регулярном техобслуживании;

низкая цена;

широкий ассортимент моделей позволяет выбрать технику для любой отрасли;

возможность эксплуатации в сложных климатических условиях.

Поршневые компрессоры рассчитаны на интенсивную эксплуатацию. Это делает технику удачным выбором для производственных предприятий и строительных компаний.

Среди недостатков оборудования – повышенный уровень шума. Это компенсируется установкой мощных компрессоров в отдельных помещениях. При использовании на улице персонал использует индивидуальные средства защиты.

Производители поршневых компрессоров

При покупке оборудования для пневматической техники эксперты рекомендуют остановить выбор на поршневых компрессорах. Среди агрегатов этого класса можно подобрать модель для всех видов работ. Поршневые компрессоры используют в различных сферах – от аэрографии до металлургических производств. Везде это оборудование демонстрирует надежность и удобное обслуживание. Доступная стоимость техники и продолжительный срок эксплуатации сделали применение компрессоров рентабельным на производственных предприятиях.

Технику выпускают отечественные и зарубежные машиностроительные предприятия. Популярные производители поршневых компрессоров:

FUBAG – немецкая компания, предлагающая широкий выбор техники для небольших производственных предприятий, строительных компаний и частного использования. Оборудование используют для покраски стен, аэрографии, на станциях техобслуживания и в кузовных цехах;

FIAC – итальянская компания, выпускающая компрессоры разной конструкции и производительности. Продукция привлекает качеством сборки, продолжительным интервалом между плановыми техническими обслуживаниями;

KRONVUZ – чешская компания, предлагающая качественную технику по доступной цене;

REMEZA – белорусский бренд, привлекающий качеством оборудования, доступностью расходных материалов, легким обслуживанием моделей;

KRAFTMAN – немецкая компания, предлагающая компрессоры со сроком службы 20-25 лет. В модельном ряду техника для разных отраслей промышленности;

ABAC – итальянский производитель, имеющий 70-летний опыт выпуска компрессоров, признанных одними из лучших в мире с момента своего появления. Среди преимуществ – доступная цена, надежность, высокая производительность.

На вершине профессионального рейтинга машиностроительные компании Италии и Германии. Эти производители постоянно совершенствуют модельный ряд и тщательно следят за требованиями, пожеланиями потребителей.

«Пневматическое оборудование применяют на производственных предприятиях, строительных площадках, станциях технического обслуживания. Для получения сжатого воздуха используют компрессоры. Широкое распространение получили поршневые модели. Это оборудование отличается высоким КПД, надежностью и низкой ценой. Поршневые компрессоры рекомендуют использовать при рабочем давлении не менее 1 МПа. Один из главных критериев современной техники высокая мощность, поэтому компрессоры, генерирующие сжатый воздух с давлением более 1 МПа пользуются широким спросом.

Устройство поршневого компрессора

поршень;

цилиндр;

нагнетающий клапан;

всасывающий клапан;

коленчатый вал;

шатун.

Виды поршневых компрессоров

с прямым приводом – имеют высокий КПД, потребляют меньше энергии, отличаются низким показателем уровня шума;

с ременным приводом – характеризуются низким уровнем нагрузки на основные узлы при запуске, что увеличивает срок службы.

По уровню давления оборудование классифицируют на три группы:

компрессоры низкого давления – рабочий диапазон от 5 до 12 бар;

агрегаты среднего давления – работают в диапазоне от 2 до 100 бар;

компрессоры высокого давления – максимальный уровень достигает 1000 бар.

По расположению цилиндров агрегаты делят на три группы:

В угловых моделях цилиндры расположены под небольшим наклоном, имеют V-образную или W-образную компоновку.

В зависимости от типа установленного силового агрегата компрессоры делят на три группы:

электрические – комплектуются однофазными или трехфазными электродвигателями. Преимущества – отсутствие вредных выбросов, минимальный уровень шума, регулировка рабочих параметров в широком диапазоне. Компрессоры используют при работе в помещениях;

дизельные – комплектуются экономичными двигателями, предназначенными для интенсивной эксплуатации на протяжении рабочего дня. Установка моторов большой мощности позволяет решать сложные производственные задачи, работать с любым пневматическим инструментом;

бензиновые – установленные двигатели отличаются пониженным уровнем шума, высокой мощностью, незначительным уровнем вредных выбросов. Агрегаты легко запускаются при отрицательной температуре воздуха.

Где используются поршневые компрессоры

Преимущества поршневых компрессоров

простая конструкция;

продолжительный срок службы при регулярном техобслуживании;

низкая цена;

широкий ассортимент моделей позволяет выбрать технику для любой отрасли;

возможность эксплуатации в сложных климатических условиях.

Производители поршневых компрессоров

FUBAG – немецкая компания, предлагающая широкий выбор техники для небольших производственных предприятий, строительных компаний и частного использования. Оборудование используют для покраски стен, аэрографии, на станциях техобслуживания и в кузовных цехах;

FIAC – итальянская компания, выпускающая компрессоры разной конструкции и производительности. Продукция привлекает качеством сборки, продолжительным интервалом между плановыми техническими обслуживаниями;

KRONVUZ – чешская компания, предлагающая качественную технику по доступной цене;

REMEZA – белорусский бренд, привлекающий качеством оборудования, доступностью расходных материалов, легким обслуживанием моделей;

KRAFTMAN – немецкая компания, предлагающая компрессоры со сроком службы 20-25 лет. В модельном ряду техника для разных отраслей промышленности;

ABAC – итальянский производитель, имеющий 70-летний опыт выпуска компрессоров, признанных одними из лучших в мире с момента своего появления. Среди преимуществ – доступная цена, надежность, высокая производительность.

Поршневые компрессоры. Устройство, виды, характеристики поршневого компрессора.

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.

Как устроен механизм и его принцип работы

Отличительные черты подобного оборудования зависят от его разновидности. Именно с учетом вида устройства можно разбирать все тонкости его функционирования. Однако можно оговорить основной принцип работы в общем для всех исполнений.

Смотрим видео, устройство поршневого агрегата:

Так, если рассматривать одноцилиндровый вариант, то в данном случае конструкцией будут предусмотрены следующие элементы:

Конструкция оборудования
Цилиндр, головка цилиндра;
Поршень;
Поршневой палец;
Шатун;
Подшипники вала и непосредственно сам коленчатый вал;
Маховик;
Сальник.

Соответственно, если рассматривать компрессор двухпоршневой, то состав несколько расширится. Корпус такого устройства выполнен из чугуна. Поршень, расположенный в цилиндре, производит возвратно-поступательные движения. Доступ рабочей среды под пресс поршня осуществляется посредством специальных клапанов, которые находятся в верхней части цилиндра.

Смотрим видео, принцип работы компрессора:

Поршень приводится в движение посредством кривошипно-шатунного узла, который в свою очередь начинает движение после введения в работу привода, соединенного с валом. За каждый произведенный оборот вала выполняется два хода поршня. При непосредственном участии нагнетательного и всасывающего клапанов происходит разрежение и сжатие паров рабочей среды. Первый из названных процессов означает снижение давления, второй, наоборот, возрастание.

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.

Коаксиальное устройство

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.

Устройство, работа поршневого компрессора

Что же такое компрессор? – по своему устройству это машина, предназначенная для сжатия и транспортировки газов с повышением давления на соотношение более чем 1,1. В наше время область применения и работа поршневых компрессоров очень широка, они необходимы на всех предприятиях, где в качестве источника энергии используют сжатый воздух. Компрессор можно встретить на заводах, газозаправочных станциях, автосервисах, медицинских учреждениях и даже мастерских по ремонту обуви.

На сегодняшний день наиболее распространенными типами устройств являются поршневые и винтовые компрессоры. Так как винтовые компрессоры имеют более высокую стоимость, то на небольших предприятиях, в том числе и СТО, широко применяются в работе поршневые компрессоры. Потребителями сжатого воздуха в автосервисе служат пневмогайковерты, пневмодрели, краскопульты, шиномонтажные станки, установки вакуумного отбора масла и т. д.

Устройство поршневого компрессора

Основным элементом устройства поршневого компрессора является компрессорная головка

(поршневой узел). Ее конструкция напоминает двигатель внутреннего сгорания. Она состоит из цилиндра, поршня, поршневых колец компрессора, шатуна, коленчатого вала, а также впускного и нагнетательного клапанов. В отличие от ДВС, клапаны в компрессоре представляют собой пластинку с пружиной и при работе поршневого компрессора приводятся в действие не принудительно, а от перепада давлений. Для смазки устройства поршневого компрессора, в частности трущихся деталей, в компрессорную головку заливают масло.

В случае если необходимо получить сжатый воздух высокой чистоты и без примесей масла (например, в медицинских учреждениях) применяют безмасляные компрессоры. В таком устройстве поршневого компрессора кольца выполнены с полимерных материалов, а для надежной работы поршневого компрессора применяют графитовую смазку.

Для достижения более высокой производительности поршневого компрессора компрессорные головки изготавливают с несколькими цилиндрами, которые могут иметь рядное, V-образное или оппозитное устройство.

В движение коленчатый вал приводится от электродвигателя, что обеспечивает работу поршневого компрессора. В зависимости от способа соединения с электродвигателем различают компрессоры поршневые с ременным и прямым приводом.

При прямом приводе головка и двигатель расположены на одной оси и их валы в устройстве поршневого компрессора соединены напрямую.
В компрессорах поршневых ременного типа привод головки и мотор расположены параллельно друг другу, а движение предается через ременную передачу. На шкиве привода головки установлены лопасти, которые обеспечивают охлаждение поршневого узла.

Другим важным элементом в устройстве и работе поршневого компрессора является ресивер

, который представляет собой стальную емкость и предназначен для поддержания постоянного давления и равномерного расхода воздуха. В ресивере также установлен клапан для сброса давления в случае если будет превышено его допустимое значение.

Для обеспечения работы поршневого компрессора в автоматическом режиме в устройстве поршневого компрессора находится прессостат

(реле давления), который при достижении заданного давления размыкает контакты и останавливает двигатель, а при снижении давления ниже некоторого значения замыкает контакты и запускает компрессор.

Работа поршневого компрессора

Работа поршневого компрессора осуществляется по следующему принципу: при движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение, в результате чего открывается впускной клапан. Так как в цилиндре давление ниже атмосферного, то через клапан поступает воздух. Для очистки поступающего воздуха в устройстве поршневого компрессора применяют фильтры. Во время движения поршня вверх при работе поршневого компрессора оба клапана закрыты. При сжатии воздуха возрастает давление в цилиндре и открывается нагнетательный клапан, через который воздух поступает в ресивер. Работающие по такому принципу поршневые компрессоры носят название одноступенчатых.

Одним из недостатков устройств поршневых одноступенчатых компрессоров

является ограниченное рабочее давление. Работа поршневого компрессора данного типа возможна с повышением давления только до 10 атмосфер. Это объясняется тем, что при больших давлениях сильно возрастает температура в цилиндре и может загореться масло, которое используется для смазки деталей.

Для достижения более высоких давлений в работе поршневых компрессоров применяют многоступенчатый принцип,

в котором воздух поочередно сжимается в каждой ступени до определенного значения, после чего охлаждается в холодильнике и подается в цилиндр следующей ступени, где сжимается до более высокого давления. В качестве холодильника в устройстве поршневого компрессора используют медную трубку с ребрами охлаждения.

Работа поршневых компрессоров на небольших предприятиях наиболее часто основывается на двухступенчатой установке с двумя цилиндрами. Цилиндр первой ступени, как правило, имеет больший диаметр чем второй.

При выборе поршневого компрессора необходимо в первую очередь учитывать характеристики потребителей сжатого воздуха. Ведь работа поршневого компрессора не должна быть постоянной. При правильном подборе компрессорной головки и ресивера время работы компрессора должно быть равным времени отдыха.

Стоит учесть, что все производители указывают на своих компрессорах производительность в л/мин только на входе. Так как при повышении давления нагнетания производительность снижается, то для того чтобы узнать ее значение на выходе нужно от указанных данных отнять 30 %.

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.

Двухцилиндровый агрегат

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.

Промежуточное охлаждение воздуха необходимо, чтобы обеспечить максимальные КПД работы поршневой группы и давление компрессора. Ведь при сжатии газ нагревается. Вследствие этого он расширяется и начинает занимать больший объем в цилиндре 2-ой ступени. Охладившись в ресивере, воздух уменьшается в объеме, и при этом его давление падает.

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.

Типичные поломки и ремонт своими руками

Поршневые компрессоры независимо от производителя имеют типичные поломки, для большинства из которых возможен ремонт своими руками. Самые распространенные неисправности выделены в таблицу.

Тип поломки	Причина и устранение
Не работает двигатель	Нужно проверить: наличие напряжения в электросети, подключение и целостность кабеля, предохранители, осмотреть прессостат (возможна неправильная настройка) и тепловое реле (техника перегревается и должна остыть).
Двигатель гудит и не запускается	Проблема может быть в пониженном напряжении, в завышенном давлении в ресивере (необходимо проверить прессостат и перенастроить или заменить его на новый) либо в клапане сброса. Если последний забит, его чистят, если сломан – меняют на целый.
Воздух выходит с частицами влаги	В помещении высокая влажность — нужна хорошая вентиляция или влагоотделитель. Также могла накопиться влага в ресивере, ее нужно слить. Если влагоотделитель установлен, он может быть сломан. Его следует отремонтировать или купить новый.
Снижение производительности	Причина — прогоревшие либо изношенные поршневые кольца или сломанные клапанные пластины. Требуется замена узлов. Если забился воздушный фильтр, необходима его замена или чистка.
Перегрев компрессорной головки	Причина — не проведена замена масла, или залит неподходящий смазочный материал. Нужно исправить. Возможно, сильно затянуты болты шатуна.
Перегрев компрессора	Причины — работа под значительными нагрузками или высокая температура в здании, засор воздушного фильтра.
Стук в цилиндре	Причины — образование нагара и последующий износ и выход из строя поршневых колец, а также неисправность втулки головки шатуна или поршневого пальца. Взамен сломанных деталей нужно купить новые. Изношенный цилиндр растачивают, поврежденный поршень меняют на исправный.
Стук в картере	Болты шатуна могли ослабнуть, их необходимо подтянуть. Также возможен износ подшипников коленвала. Их нужно заменить. Еще может быть износ шатунных шеек коленчатого вала и вкладышей шатуна. Требуется замена на работоспособные детали.
Течь масла из картеров	Необходима замена сальников.
Не проворачивается маховик	Нужно выставить верный зазор между поршнем и клапанной доской.
Компрессор гонит масло через сапун	Причины – износ колец поршня, попадание газа в картер и образование высокого давления, вытесняющего масло. Другие варианты – засор стока маслоотражателя, забившийся воздушный фильтр, неисправный клапан сапуна или перебои в его работе.

Итак, поршневые компрессоры – самое покупаемое и популярное оборудование для сжатия и транспортировки воздуха или газов. Чтобы правильно выбрать наиболее подходящую технику, нужно разбираться в ее видах и технических характеристиках, но главное – учитывать требования пневмоинструмента или оборудования, к которым планируется подключать компрессор.

Поршневой холодильный компрессор. Принцип работы и устройство. —

Основным и наиболее ответственным компонентом любой холодильной установки, от бытового холодильника до промышленной машины, является компрессор. Он служит для создания разности давлений и обеспечения основных процессов в системе. Холодильный компрессор всасывает хладагент в виде пара с низким давлением и температурой, сжимает его и нагнетает с высоким давлением и температурой в конденсатор.

Наибольшее распространение в холодильной технике получили поршневые компрессоры. Принцип их работы основан на возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре.

Принцип работы поршневого холодильного компрессора.

В поршневом компрессоре возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре обеспечивается за счет вращения коленчатого вала. Вращение коленвала создается за счет работы электродвигателя. Поршневой компрессор может иметь один, два, три, четыре, шесть и восемь цилиндров. За один полный оборот коленчатого вала поршень совершает два хода между двумя крайними положениями и в каждом его цилиндре выполняется полный рабочий процесс.

Рассмотрим работу поршневого компрессора на примере простейшего варианта с одним цилиндром и соответственно одним поршнем. Весь рабочий процесс можно разделить на две части: фаза всасывания и фаза нагнетания.

clip_image001.jpg»
o:title=»Поршневой»/>

Рисунок 1. Принцип работы поршневого холодильного компрессора: а) – процесс всасывания, б) – процесс нагнетания

Процесс всасывания поршневого компрессора.

При движении поршня (3) вниз от крайней верхней точки, в рабочей зоне (8) создается разряжение за счет увеличения объема полости цилиндра. И как только давление в рабочей области цилиндра (8) станет ниже давления в полости всасывания (11), всасывающий клапан (12) открывается, и пары хладагента из испарителя попадают в цилиндр (4).

Процесс нагнетания поршневого компрессора.

При движении поршня (3) вверх от крайней нижней точки, в рабочей зоне (8) давление растет, за счет уменьшения объема полости цилиндра (8) и сжатия паров хладагента. При увеличении давления всасывающий клапан закрывается, и как только давление в рабочей зоне (8) становится выше, чем в области нагнетания (7), нагнетательный клапан (1) открывается и газ поступает в конденсатор. В рабочем процессе поршневого компрессора невозможно полностью использовать весь объем цилиндра. Остается минимальное расстояние между поршнем в крайней верхней точке и крышкой цилиндра (10). Это пространство является вредным, за счет него образуются лишние потери в работе компрессора.

Так, при обратном ходе поршня, оставшаяся часть паров хладагента расширяется до давления в области всасывания (9), только после этого открывается всасывающий клапан (12). Рабочий процесс повторяется.

Устройство поршневого холодильного компрессора

Рассмотрим устройство холодильного поршневого компрессора на примере шестицилиндрового полугерметичного компрессора фирмы Bitzer. Основные элементы конструкции поршневого компрессора показаны на рисунке 2.

clip_image002.jpg»
o:title=»устройство поршневого компрессора»/>

Рисунок 2. Устройство поршневого холодильного компрессора

Большое внимание при работе поршневого компрессора уделяется его системе смазки. Смазывание рабочих, трущихся частей компрессора необходимо чтобы уменьшить их износ и увеличить срок службы поршневого компрессора. В зависимости от конструкции, смазка поршневого компрессора осуществляется методом разбрызгивания и с помощью встроенного масленого насоса.

Конструкция поршневого холодильного компрессора.

Поршневые компрессоры могут быть герметичными и полугерметичными, конструктивно размещаясь в одном корпусе с электродвигателем, и полугерметичными открытого типа, зацепляясь с электродвигателем через муфту или другую передачу. Преимуществом полугерметичных поршневых компрессоров перед герметичными является возможность в случае поломки разобрать его и заменить поврежденные детали, не меняя целиком компрессор.

Производительность поршневых компрессоров может регулироваться с помощью частотных преобразователей, изменяя скорость вращения вала компрессора. Кроме этого полугерметичные компрессоры могут менять производительность с помощью системы электромагнитных клапанов, позволяющих закрывать часть всасывающих клапанов или перепускать газ.

На сегодняшний день на рынке холодильной техники в России, и в Челябинске в частности, представлены такие производители поршневых компрессоров, как Bock, Bitzer, Frascold, Copeland, Maneurop, Aspera, L’Unite Hermetique. К сожалению, среди них нет пока ни одного российского производителя.

Устройство поршневого компрессора

Компрессоры в промышленности стали использовать не так давно — всего каких-то 150 лет назад. В странах западной Европы они стали появляться на производстве примерно со середины девятнадцатого века. И только в начале двадцатого эти устройства стали использоваться в нашей стране. Сегодня невозможно представить себе мало-мальски серьезное производство без компрессоров. Устройства для сжатия и подачи газов используются не только на заводах, но и в автомастерских, гаражах. При строительных или окрасочных работах использование компрессоров и соответствующих инструментов в несколько раз увеличивает скорость проведения технологических процессов. Только представьте себе разницы по времени между покраской большого участка стены валиком и с помощью краскопульта.

В промышленности используется огромное количество видов компрессоров для разных целей. И все их конструкции принципиально различаются. Винтовые чем-то напоминают мясорубку, роторные — мотор, а поршневые — пресс, который «давит» воздух. Поэтому рассмотреть устройство всех видов компрессора на примере какого-то одного просто невозможно. Понять, как работает это устройство проще всего на примере поршневых моделей.

Схема работы поршневого компрессора

Поршневые компрессоры — самые старые. Именно они подавали сжатый воздух на заводах девятнадцатого века. Конструкция их состоит из двух частей: корпуса и поршня с кривошипно-шатунным механизмом. Поршень плотно прилегает к стенкам корпуса и может двигаться вверх-вниз. С боков или сверху компрессора располагаются два клапана: всасывающий и нагнетательный. Устройство компрессора может быть и более сложным: несколько цилиндров или ступеней, однако принцип работы его не будет отличаться от простейшей модели.

Работу агрегата можно условно разделить на два этапа: всасывание воздуха и собственно его сжатие.
Как уже говорилось ранее, в корпусе устройства находится поршень. Когда он начинает двигаться вверх, объем внутреннего пространства увеличивается, газ становится разреженным. Таким образом давление окружающего воздуха на клапан становится выше, чем внутреннее давление, и газ поступает внутрь. Когда значения давлений выравниваются-клапан закрывается. Поршень в этот момент проходит точку поворота и начинает двигаться вниз, тем самым сжимая воздух. Когда давление внутри устройства достигает определенного значения, открывается нагнетательный клапан, через который выходит сжатый газ. Поршень доходит до крайней нижней точки и вновь начинает двигаться вверх.

Преимущества поршневых устройств.

У такого устройства есть свои недостатки и достоинства. К несомненным плюсам можно отнести простоту конструкции. Если корпус цел — устройство можно отремонтировать. Поршневые компрессоры легки в изготовлении, поэтому их стоимость ниже, чем у прочих типов. Сегодня — это одни из самых распространенных устройств для нагнетания воздуха.

Есть у устройства компрессора поршневого и существенные изъяны. Пожалуй главный из них — маленький ресурс безотказной работы. Так как поршень прилегает к стенкам корпуса очень плотно, он быстро изнашивается. Поэтому общие затраты на техническое обслуживание и ремонт поршневых компрессоров получаются значительными. Еще один конструктивный недостаток, который имеет устройство компрессора, связан с нагревом от постоянного трения. Мощные поршневые компрессоры из-за этого приходится оснащать системой охлаждения.

В последнее время наметилась тенденция переоснащать компрессорные цеха. Старые поршневые устройства меняют на новые винтовые. Однако высокая стоимость последних зачастую отпугивает потенциальных покупателей. Поэтому можно с уверенностью сказать, что поршневые компрессоры еще долго останутся востребованными.

Поршневые компрессоры | Полезное своими руками

Поршневые компрессоры – это конструкции, которые представляют собой аппараты объёмного действия. Принцип работы компрессорных поршневых машин основан на изменении объёма газа за счёт прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня. Такие машины имеют разные конструктивные варианты и потому их условно можно разделить на:

одноступенчатые, двухступенчатые и компрессоры, имеющие несколько ступеней;
компрессоры одинарного или двойного действия;
крейцкопфные и без крейцкопфа;
одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые компрессоры;
компрессоры горизонтальные, вертикальные и угловые.

Горизонтальные поршневые компрессоры промышленность выпускает в основном в виде агрегатов средней и большой производительности. Такие компрессоры по расположению цилиндров разделяются на односторонние и оппозитные конструкции. В первых конструкциях цилиндры располагаются по одну сторону вала, тогда как во вторых конструкциях расположение цилиндров отмечается по обе стороны вала компрессора.

Вертикальные поршневые компрессоры мало чем отличаются от горизонтальных машин, за исключением того, что с точки зрения монтажа занимают площадь меньшую по размерам. В таких конструкциях преобладают вертикальные нагрузки на основание (фундамент), что позволяет сооружать основание меньшее по массивности.

Угловые поршневые компрессоры являются, пожалуй, наиболее распространёнными в народном хозяйстве. Этот тип машин получил признание благодаря целому ряду преимуществ перед машинами вертикального и горизонтального типа.

Угловые компрессоры отличаются в первую очередь тем, что имеют компактную конструкцию, небольшую массу. Плюс к этому данный тип машин хорошо уравновешен, что позволяет монтировать их на небольших по массе и объёму фундаментах. Исходя из расположения цилиндров относительно оси вала, угловые компрессоры делятся на прямоугольные, V-образные, W-образные. Последние два вида, как правило, относятся к машинам с малой холодопроизводительностью. Такие компрессоры обычно применяют для сжатия воздуха.

Фактически любой поршневой компрессор состоит из нескольких узлов. Это группа цилиндров, группа механизма движения и группа вспомогательных элементов.

В группу цилиндров входят узлы цилиндров, поршней и уплотнительных элементов.

Группа механизма движения включает в себя картер компрессора, вал коренной, крейцкопфы и шатуны.

Группа вспомогательных элементов – это смазочные узлы, фильтры, промежуточные холодильники, влагомаслоотделители, ресиверы, регулировочные и защитные системы.

Конструкция механизма движения поршневого компрессора, как правило, определяет базу этого агрегата.

База поршневого компрессора – это совокупность всех сборочных единиц, входящих в систему кривошипно-шатунного механизма. База компрессора характеризуется такими параметрами как ход поршня, поршневая сила и частота вращения вала компрессора.

Основы работы с поршневым компрессором

Поршневой компрессор представляет собой объемную машину, в которой используется поршень для сжатия газа и подачи его под высоким давлением.

Часто они являются одними из самых ответственных и дорогих систем на производстве и заслуживают особого внимания. Газопроводы, нефтехимические заводы, нефтеперерабатывающие заводы и многие другие отрасли зависят от этого типа оборудования.

Из-за многих факторов, включая, помимо прочего, качество исходной спецификации/проекта, адекватность методов технического обслуживания и эксплуатационные факторы, промышленные объекты могут ожидать сильно различающихся затрат на жизненный цикл и надежности своих собственных установок.

Различные компрессоры встречаются практически на каждом промышленном объекте. К типам сжатых газов относятся следующие:

Воздух для сжатого воздуха для инструментов и систем приборного воздуха
Водород, кислород и др. для химической обработки
Фракции легких углеводородов при переработке
Различные газы для хранения или транспортировки
Другие приложения

Существует две основные классификации промышленных компрессоров: с прерывистым потоком (прямого вытеснения), включая поршневые и роторные типы; и непрерывный поток, включая центробежные и осевые типы потока.

Поршневые компрессоры обычно используются там, где требуется высокая степень сжатия (отношение давления нагнетания к давлению всасывания) для каждой ступени без высоких скоростей потока, а технологическая среда относительно сухая.

Компрессоры влажного газа, как правило, относятся к центробежному типу. Для применений с высоким расходом и низкой степенью сжатия лучше всего подходят осевые компрессоры. Роторные типы в первую очередь предназначены для применения со сжатым воздухом, хотя другие типы компрессоров также используются для обслуживания воздуха.

Базовый проект

Основные компоненты типичной поршневой компрессорной системы можно увидеть на рисунках 1 и 2. Следует отметить, что автор никогда не видел «типичную» компрессорную установку, и признает существование многих исключений.

Цилиндры сжатия (рис. 1), также известные как ступени, которых в конкретной конструкции может быть от одной до шести и более, обеспечивают удержание технологического газа во время сжатия.

Поршень совершает возвратно-поступательное движение, сжимая газ.Устройства могут быть одно- и двухстороннего действия. (В конструкции двойного действия сжатие происходит с обеих сторон поршня как при движении вперед, так и при ходе назад.)

Некоторые цилиндры двойного действия в приложениях высокого давления будут иметь поршневой шток с обеих сторон поршня, чтобы обеспечить равную площадь поверхности и уравновесить нагрузки. Сдвоенные цилиндры помогают минимизировать динамические нагрузки за счет парного расположения цилиндров, соединенных с общим коленчатым валом, так что движения поршней противодействуют друг другу.

Давление газа герметизировано, а износ дорогостоящих компонентов сведен к минимуму за счет использования одноразовых поршневых колец и бандажей соответственно. Они изготавливаются из сравнительно мягких металлов по сравнению с металлургией поршня и цилиндра/гильзы или таких материалов, как политетрафторэтилен (ПТФЭ).

Рисунок 2 A. Двухрядная рама HSE и ходовая часть

Рисунок 2 B. Двухрядная рама HSE и ходовая часть

Большинство конструкций оборудования включают системы смазки блочного типа с принудительной подачей; однако при нулевом технологическом допуске на унос масла используются конструкции без смазки.

Цилиндры для более крупных применений (типичная отсечка составляет 300 л.с.) оснащены каналами для охлаждающей жидкости для термосифонных или циркуляционных систем жидкостного охлаждения, тогда как некоторые небольшие домашние и заводские компрессоры обычно имеют воздушное охлаждение. Большие прикладные цилиндры обычно оснащены сменными вкладышами, которые запрессовываются в отверстие и могут включать в себя стопорный штифт.

Технологический газ всасывается в цилиндр, сжимается, удерживается и затем выпускается механическими клапанами, которые обычно работают автоматически за счет перепада давления.В зависимости от конструкции системы баллоны могут иметь один или несколько всасывающих и нагнетательных клапанов.

Разгрузочные и зазорные карманы представляют собой специальные клапаны, которые регулируют процент полной нагрузки, переносимый компрессором при заданной частоте вращения его привода. Разгрузчики манипулируют работой всасывающих клапанов, чтобы обеспечить рециркуляцию газа.

Клапаны с зазором изменяют пространство головки блока цилиндров (объем зазора). Они могут иметь фиксированный или переменный объем. Эти устройства выходят за рамки данной статьи.

Распорка (иногда называемая собачьей будкой) представляет собой конструктивный элемент, соединяющий раму компрессора с цилиндром. Следует избегать смешивания жидкостей между цилиндром и вставкой. Уплотнительные кольца сдерживают давление газа внутри цилиндра и препятствуют попаданию масла в цилиндр, вытирая масло со штока поршня по ходу его движения.

Распорка обычно вентилируется в соответствии с наиболее опасным материалом в системе, которым часто является газ, сжатый в баллоне.Уплотнительные кольца предназначены для удерживания газа внутри цилиндра, но при высоком давлении возможна утечка некоторого количества сжатого газа через уплотнительные кольца.

Ходовая часть, расположенная внутри рамы компрессора (рис. 2), состоит из крейцкопфа и шатуна, которые соединяют шток поршня с коленчатым валом, преобразуя его вращательное движение в возвратно-поступательное линейное движение.

Коленчатый вал оснащен противовесами для уравновешивания динамических сил, создаваемых движением тяжелых поршней.Он поддерживается внутри рамы компрессора подшипниками скольжения на нескольких шейках. Также предусмотрен маховик для сохранения инерции вращения и обеспечения механического преимущества при ручном вращении узла.

Некоторые компрессоры смазывают ходовую часть рамы с помощью встроенного масляного насоса с приводом от вала, в то время как другие оснащены более обширными системами смазки, установленными на салазках. Все должным образом спроектированные системы будут обеспечивать не только циркуляцию масла к критическим трибоповерхностям оборудования, но и контроль температуры смазочного материала, фильтрацию и некоторую меру контрольно-измерительных приборов и резервирование.

Всасываемые газы обычно проходят через всасывающие фильтры и сепараторы для удаления захваченных твердых частиц, влаги и жидкой фазы технологической жидкости, которые могут вызвать серьезное повреждение клапанов компрессора и других важных компонентов и даже угрожать целостности цилиндра с катастрофическими последствиями.

Газ также может быть предварительно нагрет для превращения жидкого технологического газа в паровую фазу. Промежуточные охладители обеспечивают возможность отвода тепла от технологического газа между ступенями сжатия.(См. следующий раздел: Термодинамический цикл.) Эти теплообменники могут быть частью системы (систем) охлаждения масла и/или цилиндра компрессора или они могут быть подключены к системе охлаждающей воды установки.

Со стороны нагнетания сосуды под давлением служат демпферами пульсаций, обеспечивая емкость системы для выравнивания пульсаций потока и давления, соответствующих ходам сжатия поршня.

Как правило, поршневые компрессоры представляют собой относительно низкоскоростные устройства и приводятся в действие электродвигателем с прямым или ременным приводом, с регулятором привода с переменной скоростью или без него.

Часто двигатель изготавливается как единое целое с компрессором, а вал двигателя и коленчатый вал компрессора представляют собой одно целое, что устраняет необходимость в муфте. Редукторные редукторы используются в различных установках.

Иногда, хотя и реже, они приводятся в движение паровыми турбинами или другими источниками энергии, такими как природный газ или дизельные двигатели. Общая конструкция системы и тип выбранного привода будут влиять на смазку этих периферийных систем.

Термодинамический цикл

Объяснение нескольких основных термодинамических принципов необходимо для понимания науки о поршневых компрессорах. Сжатие происходит внутри цилиндра в виде цикла из четырех частей, который происходит при каждом движении вперед и назад поршня (два хода за цикл).

Четыре части цикла: сжатие, разрядка, расширение и всасывание. Они показаны графически с зависимостью давления от объема на так называемой диаграмме P-V (рис. 3).

Рис. 3. Впуск

По завершении предыдущего цикла поршень полностью возвращается внутрь цилиндра в точке V1, объем которого заполнен технологическим газом при условиях всасывания (давление P1 и температура T1), а всасывающий и выпускной клапаны закрыты. .

Это представлено точкой 1 (нулем) на диаграмме PV. По мере продвижения поршня объем внутри цилиндра уменьшается. Это вызывает повышение давления и температуры газа до тех пор, пока давление внутри цилиндра не достигнет давления в выпускном коллекторе.В это время начинают открываться выпускные клапаны, отмеченные на схеме точкой 2.

При открытии выпускных клапанов давление остается фиксированным на уровне P2 до конца хода подачи, поскольку объем продолжает уменьшаться в течение выпускной части цикла. Поршень мгновенно останавливается в точке V2, прежде чем изменить направление.

Обратите внимание, что остается некоторый минимальный объем, известный как объем зазора. Это пространство, остающееся внутри цилиндра, когда поршень находится в самом крайнем положении своего хода. Некоторый минимальный объем зазора необходим для предотвращения контакта поршня с головкой, и манипулирование этим объемом является основным параметром производительности компрессора. Цикл теперь находится в точке 3.

Расширение происходит затем, когда небольшой объем газа в зазоре расширяется до уровня чуть ниже давления всасывания, чему способствует закрытие выпускных клапанов и отведение поршня. Это точка 4.

Когда достигается P1, впускные клапаны открываются, позволяя свежему заряду поступать в цилиндр для впуска и последней стадии цикла.Опять же, давление поддерживается постоянным при изменении объема. Это означает возврат к точке 1.

Понимание этого цикла является ключом к диагностике проблем с компрессором, а также к пониманию эффективности компрессора, требований к мощности, работы клапана и т. д. Эти знания можно получить, анализируя информацию о процессе и отслеживая влияние этих элементов на цикл.

Что такое поршневой компрессор?

Энергетические Машины, Инк. | 7 января 2019 г.

Компрессоры представляют собой механические устройства, используемые для преднамеренного повышения давления воздуха. Они работают, «сжимая» воздух в меньший объем, тем самым вызывая накопление накопленной потенциальной энергии, которая используется при необходимости. Хотя существует много типов компрессоров, большинство из них обычно подпадают под две классификации: динамические и поршневые.

Поршневые компрессоры относятся к категории объемных компрессоров.Компрессоры этого типа работают путем всасывания жидкости в камеру фиксированного объема с помощью механического компонента, который физически вытесняет воздух. Другие типы компрессоров прямого вытеснения включают роликовые поршневые, винтовые, пластинчато-роторные и диафрагменные компрессоры.

Поршневые воздушные компрессоры

Воздушные поршневые компрессоры состоят из поршня, приводимого в движение коленчатым валом, заключенным в цилиндр. Типичный поршневой воздушный компрессор также состоит из всасывающего и нагнетательного клапанов.

Сжатие выполняется циклом операций. Во-первых, поршень получает мощность от главного вала через вращающийся коленчатый вал. Во время такта всасывания поршень объем внутри цилиндра увеличивается, а давление в нем уменьшается. Это позволяет внешнему воздуху с относительно более высоким давлением открывать впускное отверстие и поступать в цилиндрическую камеру.

На такте сжатия поршня объем внутри цилиндра уменьшается, повышая давление собранного воздуха. Это увеличение давления открывает выпускной клапан, в результате чего сжатый воздух под высоким давлением вытекает из цилиндра в резервуар для хранения.

Поршневые воздушные компрессоры отличаются от других типов компрессорных механизмов тем, что поток строго контролируется. Объемный расход — это просто объем цилиндрической камеры, умноженный на скорость хода поршня. Другими словами, производительность поршневого компрессора зависит исключительно от поршневого механизма (поршень, вал и коленчатый вал). Эта характеристика чрезвычайно полезна с точки зрения автоматизации и управления.

Общие вопросы о поршневых компрессорах

Может ли поршневой компрессор работать в обратном направлении?

Как правило, изменение направления вращения поршневого компрессора не оказывает неблагоприятного воздействия на коэффициент сжимаемости и производительность нагнетания/всасывания воздуха.Смазка, однако, может стать проблемой. Для насосов со смазкой разбрызгиванием на входном фильтре просто создается избыточное давление, а на выходе создается вакуум.

Можно ли заменить поршневой компрессор спиральным?

Спиральный компрессор, также известный как спиральный насос, использует две переплетающиеся спиралевидные лопасти для сжатия и повышения давления жидкостей. Один свиток остается неподвижным, в то время как другой эксцентрично вращается внутри него, захватывая и сжимая карманы жидкости между свитками.Как правило, спиральные и поршневые компрессоры взаимозаменяемы. Тем не менее, специальные трубки, монтаж и другие модификации должны выполняться профессионалом.

Какой компрессор лучше? Поворотный или возвратно-поступательный?

С точки зрения эффективности сжатия поршневые компрессоры незначительно более эффективны, чем ротационные компрессоры. Для того же количества воздуха поршневой насос может потреблять на 5-10% меньше энергии, чем его роторный аналог. С другой стороны, поршневые насосы могут быть более дорогими и требовать большего обслуживания.

Поршневые компрессоры от Energy Machinery

Поршневые компрессоры представляют собой простые, но высокоэффективные устройства. Их можно найти в нескольких отраслях, включая производство, производство продуктов питания, сельское хозяйство, фармацевтику и строительство.

Компания Energy Machinery предлагает широкий выбор поршневых компрессоров для широкого спектра применений. Если вы хотите узнать больше о нашем компрессорном оборудовании, запросите у нас предложение сегодня!

Поршневой компрессор — обзор

9.

1.2 Воздушные компрессоры

На рынке представлено множество воздушных компрессоров принципиально разных типов конструкции. В принципе, используются два основных средства сжатия воздуха: поршневые компрессоры или динамические компрессоры. В то время как поршневой компрессор работает, уменьшая объем воздуха в камере сжатия до фиксированного уровня давления, динамическое сжатие обеспечивается крыльчатками, которые увеличивают скорость воздуха, а затем превращаются в повышенное давление.

Поршневые компрессоры поршневого или роторного типа.

Кроме того, еще одно важное различие между компрессорами заключается в том, используют ли они масляную смазку или не используют масляную смазку. Безмасляные компрессоры предпочтительны для систем с высокими требованиями к качеству воздуха, где небольшие молекулы масла могут оказывать негативное влияние, например, на продукты или помещение. Безмасляные компрессоры часто используются, например, в пищевой промышленности. Недостатком является то, что безмасляные компрессоры потребляют больше энергии, чем компрессоры с впрыском масла.

В отчете «Повышение производительности системы сжатого воздуха: Справочник для промышленности» содержится хороший обзор различных типов компрессоров. Четыре наиболее распространенные виды воздушных компрессоров в промышленности:

•: поршня (возвратно-поступательный) компрессор
•: роторный лопастный компрессор
•: роторный винтовой компрессор
•: Центробежный компрессор

9.1.2.1 Поршневой компрессор

Поршневой компрессор, также называемый поршневым, представляет собой объемный компрессор, состоящий из движущегося поршня, который сжимает воздух. Он имеет высокий КПД как при полной, так и при частичной нагрузке, но менее положительными сторонами является то, что он шумный и, кроме того, требует больше места, чем другие типы компрессоров. Кроме того, из-за большого количества движущихся частей в этом типе компрессора, которые могут изнашиваться, стоимость обслуживания выше, чем для других типов компрессоров. Поршневые компрессоры могут быть как безмасляными, так и компрессорами с впрыском масла.

9.1.2.2 Ротационно-пластинчатый компрессор

Ротационно-пластинчатый воздушный компрессор представляет собой поршневой компрессор, который вращается вокруг вала. Он имеет средний КПД при полной нагрузке и более низкий КПД при частичной нагрузке. Роторно-пластинчатый компрессор является самым тихим типом воздушных компрессоров и имеет очень компактную конструкцию, что делает его пригодным для использования в местах с недостатком места для размещения воздушных компрессоров. Кроме того, из-за большого количества движущихся частей в этом типе компрессора, которые могут изнашиваться, стоимость обслуживания выше, чем у других типов компрессоров, но не так высока, как у поршневых компрессоров.Ротационно-пластинчатые компрессоры могут быть как безмасляными, так и компрессорами с впрыском масла.

9.1.2.3 Винтовой компрессор

Винтовой компрессор представляет собой объемный компрессор, в котором для сжатия воздуха используются вращающиеся винты. По сравнению с поршневым компрессором винтовой компрессор сжимает воздух непрерывно, без пульсаций. Он имеет высокий КПД при полной нагрузке и низкий КПД при частичной нагрузке. Он менее шумный, чем поршневой компрессор, и имеет очень компактную конструкцию, что делает его пригодным для использования в местах с недостатком места для размещения воздушных компрессоров.Ротационно-винтовой компрессор имеет очень мало деталей, которые могут изнашиваться, поэтому затраты на техническое обслуживание ниже, чем у поршневых и пластинчато-роторных компрессоров. Винтовые компрессоры могут быть как безмасляными, так и компрессорами с впрыском масла.

9.1.2.4 Центробежный компрессор

Центробежный компрессор относится к типу динамических компрессоров, в которых для сжатия воздуха используется вращающееся рабочее колесо. Он имеет высокий КПД при полной нагрузке и низкий КПД при частичной нагрузке.Он менее шумный, чем поршневой компрессор, и имеет очень компактную конструкцию, что делает его пригодным для использования в местах с недостатком места для размещения воздушных компрессоров. В центробежном компрессоре очень мало деталей, которые могут изнашиваться, поэтому затраты на техническое обслуживание низкие. Кроме того, центробежный компрессор не требует смазки.

9.1.2.5 Компрессоры под нагрузкой/без нагрузки

Традиционно воздушные компрессоры имеют функцию работы под нагрузкой и без нагрузки. Это означает, что когда компрессор не работает, он переходит в режим без нагрузки, при котором воздух не производится.В режиме без нагрузки используется около 40–50 % мощности компрессора по сравнению с потребляемой мощностью в условиях нагрузки. С появлением приводов с регулируемой скоростью (VSD) теперь можно приобрести компрессоры с регулируемой скоростью. Компрессор с частотным регулированием значительно более энергоэффективен, чем обычные компрессоры под нагрузкой/без нагрузки, при условии, что потребность в сжатом воздухе варьируется, или работает как так называемый компрессор с верхней загрузкой. Если это не так, а вместо этого компрессор состоит из базовой нагрузки в системе сжатого воздуха, или потребность в сжатом воздухе не меняется в значительной степени, обычный компрессор под нагрузкой/без нагрузки также работает.

Важной процедурой повышения эффективности воздушных компрессоров, помимо профилактического и эксплуатационного обслуживания, является отключение компрессоров в конце рабочего дня или при отсутствии спроса.

9.1.2.6 Компрессоры с частотно-регулируемым приводом

Во многих случаях, когда используются электродвигатели, приводы с регулируемой скоростью (ЧРП) позволили значительно повысить энергоэффективность. Воздушные компрессоры ничем не отличаются. Однако на компрессорной станции, состоящей из компрессоров как с базовой, так и с максимальной нагрузкой, важно оценить, нужен ли преобразователь частоты или нет.Для компрессора базовой нагрузки, который большую часть времени работает с полной нагрузкой, преобразователь частоты может быть не таким эффективным, как если бы он был установлен в качестве компрессора максимальной нагрузки.

9.1.2.7 Вакуумные насосы и бустеры

Воздушные компрессоры также часто могут использоваться в качестве вакуумных насосов, которые обычно работают при давлении 0,1–1 бар. В системе сжатого воздуха встречаются даже так называемые бустеры, то есть бустеры, размещенные локально в решетке сжатого воздуха, которые сжимают воздух до более высокого давления, чем в других частях системы сжатого воздуха.

Поршневой компрессор — обзор

Типы компрессоров

Как и гидравлические насосы, воздушные компрессоры можно разделить на объемные устройства (где фиксированный объем воздуха подается при каждом обороте вала компрессора) и динамические устройства, такие как центробежные или осевые воздуходувки. Подавляющее большинство воздушных компрессоров относятся к объемному типу.

Компрессор выбирается по давлению, при котором он должен работать, и объему газа, который он должен выдавать.Как объяснялось в предыдущем разделе, давление в ресивере обычно выше, чем требуется в рабочем положении, при этом используется местное регулирование давления. Давление на выходе из компрессора (которое для практических целей будет таким же, как и в ресивере) называется рабочим давлением и используется для характеристики компрессора. Неудивительно, что давление в рабочей точке называется рабочим давлением и используется для обозначения клапанов, приводов и других рабочих устройств.

Следует соблюдать осторожность при указании объема газа, который должен подавать компрессор. Выражение 3.1 показывает, что объем данной массы газа сильно зависит от давления и температуры. Объем подачи компрессора определяется по газу при нормальных атмосферных условиях. Обычно используются два стандарта, известные как стандарт по температуре и давлению (STP), хотя различия между ними для промышленных пользователей невелики.

Техническое нормальное состояние:

P=0.98 бар абс., T=20°C

и физическое нормальное состояние:

P=1,01 бар абсолют., T=0°C

Также используется термин нормальная температура и давление (NTP).

Требуемый объем подачи компрессора (в M ³ мин ⁻¹ или фут ³ мин ⁻¹ , в зависимости от используемых единиц измерения) может быть рассчитан для приводов в различных рабочих положениях (при исправном состоянии). пределы безопасности для учета утечек), но необходимо позаботиться о том, чтобы этот общий объем был переведен в состояние STP, прежде чем указывать требуемый объем подачи компрессора.

Производительность компрессора может быть указана в виде его теоретического объема (рабочий объем, умноженный на скорость вращения) или эффективного объема, который включает потери. Соотношение этих двух объемов и есть КПД. Очевидно, что при выборе компрессора следует использовать эффективный объем (опять же, с запасом прочности на утечку). Требуемая мощность двигателя, приводящего в действие компрессор, зависит от рабочего давления и объема подачи и может быть определена из выражений 2.2 и 2.5. Должна быть сделана поправка на циклическую работу компрессора вкл/выкл с двигателем, рассчитанным на работу под нагрузкой, а не на усреднение за определенный период времени.

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры на сегодняшний день являются наиболее распространенным типом компрессоров, и их базовая форма с одним цилиндром показана на рис. 3.3. Когда поршень опускается во время такта впуска (рис. 3.3а), впускной клапан открывается, и воздух всасывается в цилиндр. Когда поршень проходит нижнюю часть хода, впускной клапан закрывается, а выпускной открывается, позволяя воздуху вытесняться по мере подъема поршня (рис.3б).

Рисунок 3.3. Одноцилиндровый компрессор

Из рисунка 3.3 следует, что клапаны аналогичны клапанам в двигателе внутреннего сгорания. На практике применяют подпружиненные клапаны, открывающиеся и закрывающиеся под действием давления воздуха на них. В одном распространенном типе используется «перо» из пружинной стали, которое перемещается над входным или выходным портом, как показано на рис. 3.3c.

Одноцилиндровый компрессор дает значительные импульсы давления на выпускном отверстии. В некоторой степени это можно преодолеть за счет использования большого ресивера, но чаще используют многоцилиндровый компрессор.Они обычно классифицируются как вертикальные или горизонтальные линейные расположения и более компактные конструкции V, Y или W.

Компрессор, производящий один импульс воздуха за ход поршня (типичным для которого является пример на рис. 3.3), называется компрессором одностороннего действия. Более равномерная подача воздуха может быть обеспечена за счет компрессора двойного действия, показанного на рис. 3.4, в котором используются два набора клапанов и крейцкопф, чтобы шток поршня всегда оставался прямым. Компрессоры двойного действия можно найти во всех конфигурациях, описанных ранее.

Рисунок 3.4. Компрессор двойного действия

Описанные выше поршневые компрессоры напрямую переходят от атмосферного к требуемому давлению за одну операцию. Это известно как одноступенчатый компрессор. Общий газовый закон (выражение 1.19) показал, что сжатие газа сопровождается значительным повышением его температуры. Если выходное давление в компрессоре одностороннего действия превышает примерно 5 бар, температура сжатого воздуха может подняться до более чем 200 °C, и соответственно возрастет мощность двигателя, необходимая для привода компрессора.

При давлении выше нескольких бар гораздо экономичнее использовать многоступенчатый компрессор с охлаждением между ступенями. На рис. 3.5 показан пример. Поскольку охлаждение (осуществляемое устройством, называемым промежуточным охладителем) уменьшает объем газа, подлежащего сжатию на второй ступени, происходит большая экономия энергии. Обычно для пневматического давления 10–15 бар используются две ступени, но для давления до 50 бар доступны многоступенчатые компрессоры.

Рисунок 3.5. Двухступенчатый компрессор

Многоступенчатые компрессоры могут изготавливаться с многоцилиндровыми двигателями, как показано на рисунке 3.5 или, что более компактно, с одним цилиндром и поршнем двойного диаметра, как показано на рис. 3.6.

Рисунок 3.6. Комбинированный двухступенчатый компрессор

В стандартных поршневых компрессорах существует контакт между поршнями и воздухом, что может привести к попаданию небольшого количества смазочного масла со стенок поршня в воздух.

Это очень небольшое загрязнение может быть нежелательным в пищевой и химической промышленности. На рис. 3.7 показан распространенный способ обеспечения абсолютно чистой подачи путем включения гибкой диафрагмы между поршнем и воздухом.

Рисунок 3.7. Мембранный компрессор, используемый там, где воздух не должен быть загрязнен

Винтовые компрессоры

Поршневые компрессоры используются там, где требуется высокое давление (> 20 бар) и относительно небольшой объем (<10 000 м ³ ч ⁻¹ ), но они механически относительно сложный с большим количеством движущихся частей. Для многих применений требуется только среднее давление (<10 бар) и средний расход (около 10 000 м 90 260 3 90 261 ч 90 260 -1 90 261 ). Преимущество ротационных компрессоров в этих случаях заключается в простоте, меньшем количестве движущихся частей, вращающихся с постоянной скоростью, и в стабильной подаче воздуха без пульсаций давления.

Один роторный компрессор, известный как сухой винтовой компрессор, показан на Рисунке 3. 8 и состоит из двух вращающихся винтов с минимальным (около 0,05 мм) зазором. При вращении винтов воздух втягивается в корпус, захватывается между винтами и переносится к выпускному отверстию, куда он подается постоянным потоком без импульсов.

Рисунок 3.8. Сухой винтовой роторный компрессор

Винты этого компрессора могут быть синхронизированы с помощью внешних зубчатых передач.В качестве альтернативы один винт может приводиться в движение, а второй винт может вращаться за счет контакта с приводным винтом. Этот подход требует распыления масляной смазки во впускной воздух, чтобы уменьшить трение между винтами, и, следовательно, известен как мокрый винтовой компрессор. Однако конструкция мокрого шнека, очевидно, приводит к попаданию в воздух масляных загрязнений, которые должны быть удалены более поздними установками сепарации масла.

Роторные компрессоры

Пластинчатый компрессор, показанный на рис. 3.9, работает по тому же принципу, что и гидравлический лопастной насос, описанный в главе 2, хотя воздушные компрессоры, как правило, физически больше, чем гидравлические насосы. Показана несбалансированная конструкция; также могут быть построены сбалансированные версии. Лопасти могут быть вытеснены пружинами или, чаще, центробежной силой.

Рисунок 3.9. Лопастной компрессор

Одноступенчатый лопастной компрессор может подавать воздух под давлением до 3 бар, что намного ниже, чем у винтового или поршневого компрессора. Двухступенчатый пластинчатый компрессор с большими секциями низкого давления и меньшими секциями высокого давления, соединенными промежуточным охладителем, позволяет получить давление до 10 бар.

На рис. 3.10 показан вариант пластинчатого компрессора, называемый жидкостно-кольцевым компрессором. Устройство использует множество лопастей, вращающихся внутри эксцентрикового корпуса, и содержит жидкость (обычно воду), которая выбрасывается под действием центробежной силы, образуя жидкостное кольцо, повторяющее контур корпуса, обеспечивая уплотнение без утечек и с минимальным трением. Для создания кольца скорость вращения должна быть высокой (обычно 3000 об/мин). Давление подачи относительно низкое и составляет около 5 бар.

Рисунок 3.10. Жидкостно-кольцевой компрессор

Лопастной компрессор на рис. 3.11 (часто называемый нагнетателем Рутса) часто используется, когда требуется поршневой компрессор с большим объемом подачи, но низким давлением (обычно 1–2 бар). Рабочее давление в основном ограничивается утечкой между роторами и корпусом. Для эффективной работы зазоры должны быть очень маленькими, а износ приводит к быстрому падению эффективности.

Рисунок 3.11. Лопастной компрессор

Динамические компрессоры

Большой объем воздуха (до 5000 м ³ мин ⁻¹ ) часто требуется для таких применений, как пневматическая транспортировка (когда порошок переносится потоком воздуха), вентиляция или воздух сам по себе является одним из компонентов процесса (т.г. воздух для горения газовых/масляных горелок). Давление в этих приложениях низкое (максимум несколько бар), и нет необходимости в компрессоре прямого вытеснения.

Большой объем воздуха низкого давления обычно обеспечивается динамическими компрессорами, известными как воздуходувки. Их можно подразделить на центробежные и осевые, как показано на рис. 3.12. Центробежные вентиляторы (рис. 3.12а) всасывают воздух, а затем выбрасывают его под действием центробежной силы. Требуется высокая скорость вращения вала, а отношение объема к входной мощности ниже, чем у любого другого типа компрессора.

Рисунок 3.12. Компрессоры прямого вытеснения (воздуходувки)

Осевой компрессор состоит из набора вращающихся лопастей вентилятора, как показано на рис. 3.12b. Они производят очень большие объемы воздуха, но при низком давлении (менее одного бара). Они в основном используются для вентиляции, горения и технологического воздуха.

Давление на выходе обоих типов динамических компрессоров можно поднять с помощью многоступенчатых компрессоров с промежуточными охладителями между ступенями. Секции диффузора уменьшают скорость поступления воздуха на последующие ступени, тем самым преобразуя кинетическую энергию воздуха в энергию давления.

Компрессоры прямого вытеснения используют масло для смазывания деталей, подвергающихся механической обработке, и для поддержания герметичности. У динамических компрессоров такой необходимости нет, и, следовательно, они подают очень чистый воздух.

Четыре основных компонента поршневого компрессора

4 основных компонента поршневого компрессора

Компрессоры, которые используются в газовых, химических и нефтехимических промышленных процессах, состоят из нескольких компонентов, каждый из которых обеспечивает определенный уровень поддержки машины.

Эти компоненты играют определенную роль в управлении теплом, содействии вращению, повышении долговечности машины, сужении потока газа и даже в обеспечении эффективного выполнения другими частями своей задачи.

Хотя эти компоненты могут быть похожи в центробежных процессорах, их установка однозначно отличается от компонентов поршневых компрессоров.

Но тогда каковы основные компоненты поршневых компрессоров?

Читайте дальше, чтобы узнать!

Что такое поршневой компрессор?

Поршневой компрессор также известен как поршневой компрессор, поскольку в нем используются поршни, которым помогает коленчатый вал, повышающий уровень давления газов.

В этом случае газ сначала должен пройти через всасывающий коллектор, прежде чем попасть в компрессионный цилиндр, где он сжимается.

Сжатие происходит за счет возвратно-поступательного движения поршня перед выпуском газа.

Основные компоненты поршневого компрессора

Основные компоненты поршневого компрессора и их функции определяют уровень функциональности машины. Детали этой машины объемного типа включают:

Рама
Цилиндры
Распорка
Поршень
Поршневые кольца
Крестовина
Коленчатый вал
Шатун
Клапан
Подшипники

1.Рама

Первое, что вы заметите в компрессоре, это его тяжелая и прочная рама, в которой заключены все вращающиеся компоненты, такие как цилиндр и направляющая крейцкопфа.

Рама также называется картером и имеет форму квадрата или прямоугольника. Его роль заключается в поддержке коленчатого вала.

Несмотря на это, вы можете найти разъемные компрессоры или встроенные компрессоры, и в случае последних компрессор и силовые цилиндры двигателя установлены на одной раме и приводятся в движение одним и тем же коленчатым валом.

2. Цилиндры

Цилиндры представляют собой сосуды под давлением, содержащие сжимаемый газ, и поэтому они являются одним из наиболее важных компонентов поршневого компрессора.

В больших цилиндрах низкого давления эти детали изготовлены из чугуна и съемные с основной рамы.

Они также соединяются с рамой через посредника, известного как дистанционная вставка.

В качестве альтернативы небольшие компрессоры с цилиндрами высокого давления, изготовленные из стали, крепятся непосредственно к основному корпусу компрессора.

Цилиндры поддерживают пластины нагнетательного клапана и всасывания, а иногда имеют сменные вкладыши или втулки, которые придают изнашиваемой части цилиндра возобновляемую поверхность.

Вкладыши не соскальзывают с поверхности. Таким образом, они гарантируют, что если цилиндр изношен или поврежден, его можно будет легко заменить вместо того, чтобы покупать полностью новую систему, которая стоит дороже.

Функция цилиндров в поршневых компрессорах заключается в охлаждении машины во время цикла сжатия, который имеет тенденцию к выделению тепла.

Это стало возможным благодаря использованию водяной рубашки или ребер в цилиндре, которые обеспечивают подачу охлаждающего воздуха.

3. Распорка

Распорка отделяет цилиндр компрессора от рамы. Он может иметь одинарное, двойное или даже очень длинное отделение.

В одинарной конструкции используется конструкция, в которой расстояние между диафрагмой и уплотнением цилиндра увеличено, чтобы предотвратить попадание какой-либо части штока в картер и сальник цилиндра.
В двойной конструкции также используется та же конструкция, в которой часть штока не входит в отсек, а картер расположен рядом с газовым баллоном.

Длинная часть, с другой стороны, помогает отделить часть штока поршня, которая входит в картер. Другая часть штока, которая входит в цилиндр, посылает свою смазку на дальнюю часть.

Таким образом, смазка не может попасть в цилиндр и загрязнить сжатый газ.

Существует четыре основных классификации распорок: тип A, тип B, тип C, тип D.

4. Поршень

Принцип работы компрессора во многом зависит от поршня. Это потому, что поршень является компонентом, который фактически сжимает воздух.

Поршень должен иметь вес, прочность и быть совместимым со сжимаемым газом.

Он также передает энергию от картера к газу, содержащемуся в цилиндре, чтобы предотвратить утечку хладагента через зазор.Между поршнем и стенками цилиндра этот компонент обычно закрыт поршневыми кольцами.

Кроме того, поршень поршневого компрессора может быть изготовлен из алюминия или чугуна и перемещается в цилиндре вверх и вниз.

Его движение вызывает всасывание и сжатие хладагента.

5. Поршень

Кольца

Поршневые кольца намотаны на поршень, и когда поршень движется вверх и вниз по цилиндру, поршневые кольца соприкасаются со стенками цилиндра.

Из-за большого трения, создаваемого во время этого возвратно-поступательного движения, кольца необходимо часто заменять, чтобы поддерживать бесперебойную работу компрессора.

В некоторых случаях в качестве дополнительного поршневого кольца используется сменная лента или опорное кольцо.

Направляющее кольцо поршневого компрессора предназначено для снижения вероятности износа между цилиндром и поршнем.

Хотя кольца должны быть мягче стенки гильзы и цилиндра, для поршня могут использоваться различные типы колец: металлические кольца и неметаллические кольца.

Например, неметаллические кольца, изготовленные из фторуглеродных соединений, в основном используются без смазки. Они также весят меньше, чем металлические кольца, и поэтому получили более широкое распространение, чем последние.
Металлические кольца из бронзы или чугуна, как вариант, используются для смазки.

6. Крестовина

Крестовина позволяет вставлять поршень в отверстие цилиндра.

Использование крейцкопфа позволяет компрессору использовать узкий поршень, что обеспечивает более длинный ход и более высокую эффективность.

7. Коленчатый вал

Коленчатый вал — это главный вал компрессора, второй — вал двигателя.

Вал вращается вокруг оси рамы и приводит в движение поршень, шток и шатун.

Этот компонент представляет собой коленчатый вал из кованой стали. Это в больших компрессорах, которые работают выше 150 кВт (200 л.с.).
Для машин, которые работают с машинами мощностью менее или равной 150 кВт, используется коленчатый вал из ковкого чугуна.

Кроме того, коленчатый вал поршневого компрессора соединяется с электродвигателем прямо или косвенно с помощью системы ремней и шкивов.

При вращении вала двигателя коленчатый вал также совершает вращательное движение, что дает поршню возможность совершать возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.

Но сначала к коленчатому валу и шатуну должен быть присоединен шток, чтобы поршень мог двигаться вверх и вниз.

8. Шатун

Что касается коленчатого вала и поршня, то между ними соединен шатун.

В зависимости от мощности, с которой работает машина, может использоваться шатун из кованой стали или ковкий чугун.

Первый используется в компрессорах мощностью более 150 кВт (200 л.с.), а второй применяется в компрессорах мощностью около 150 кВт или меньше.

В физическом соединении одна сторона штока соединена с поршнем с помощью поршневого пальца.

В качестве альтернативы другая сторона шатуна соединяется с коленчатым валом с помощью соединительной крышки шатуна.

Хотя соединение может показаться простым, оно необходимо для придания коленчатому валу вращательного движения, которое также помогает поршню перемещаться внутри цилиндра.

Таким образом, шатун меняет вращательное движение на возвратно-поступательное.

9. Клапан

Функция клапана компрессора состоит в том, чтобы позволить газу течь в правильном направлении, блокируя те газы, которые могут течь в нежелательном направлении.

Соответственно, эти клапаны размещаются на каждом рабочем конце цилиндра. На одном конце будет набор впускных клапанов для подачи газа в цилиндр, а на другом конце — два выпускных клапана.

Клапаны в поршневых компрессорах также бывают различной конфигурации. К ним относятся:

Кольцевой клапан
Тарельчатый клапан
Пластинчатый клапан

– Клапан кольцевого типа

В клапанах этого типа используется одно или несколько круглых колец, в которые встроен узкий канал. Затем их можно разместить на центральной линии седла клапана через шпильку.

Их преимущество в том, что они имеют низкий уровень напряжения, так как нет точек концентрации напряжения.

С другой стороны, сложность поддержания равномерного управления потоком в каждом из колец имеет и обратную сторону.

Клапаны кольцевого типа

также имеют рекомендуемый перепад давления нагнетания 30 МПа или 60 МПа и скорость вращения 600 об/мин.

– Клапан тарельчатого типа

Клапан этого типа состоит из нескольких уплотнительных элементов и портов одинакового размера и используется в поршневых компрессорах, работающих в диапазоне средних давлений.

Преимущество в высокой эффективности потока. Это связано с обтекаемой формой уплотнительного элемента и высоким подъемом.

Его недостатком, напротив, является неспособность противостоять неравномерному распределению потока.

Поэтому они рекомендуются для перепада давления до 15 МПа или давления нагнетания до 30 МПа и 600 об/мин.

– Клапан пластинчатого типа

Пластинчатые клапаны

имеют ту же концентрическую конструкцию, что и кольцевой клапан, хотя на этот раз кольца соединены вместе.

Рекомендуемый перепад 20 МПа и давление нагнетания 40 МПа.

10. Подшипники

Подшипники не являются последним компонентом, учитывая, что их можно найти по всему корпусу компрессора.

Они обеспечивают правильное расположение других компонентов компрессора в радиальном и осевом направлениях.

Примером являются коренные подшипники, которые закреплены в раме для обеспечения правильной посадки коленчатого вала.

Имеется также подшипник шатунной шейки, который расположен между шатуном и коленчатым валом.

Другие подшипники, которые можно найти, это подшипники крейцкопфа и подшипники поршневого пальца.

Заключение

Это основные компоненты поршневого компрессора, и каждый из них работает рука об руку, чтобы обеспечить высокий уровень производительности.

Также стоит отметить, что хотя эти машины могут быть изготовлены разными производителями, их компоненты схожи.

Тем не менее, качество материала на этот раз будет определять уровень функциональности, который он может обеспечить.

Описание поршневых воздушных компрессоров

— О Air Compressors.com

Привет! Этот сайт поддерживается читателями, и мы получаем комиссионные, если вы покупаете товары у розничных продавцов после перехода по ссылке с нашего сайта.

Поршневые воздушные компрессоры представляют собой объемные поршневые воздушные компрессоры, которые всасывают воздух в камеру и сжимают его. Они делают это за счет уменьшения площади камеры и увеличения давления в воздухе с помощью возвратно-поступательного движения поршня.

Эта страница будет служить обзором поршневых воздушных компрессоров, предоставляя вам всю необходимую информацию, которая поможет лучше понять их!

Содержание

Что такое поршневой воздушный компрессор?

Словарь определяет слово «взаимно» как «движение чего-либо попеременно вперед и назад». Типичный поршневой компрессор для домашнего или промышленного использования будет содержать один или несколько поршней в одном или нескольких цилиндрах.

Поршневые компрессоры содержат цилиндры с одним закрытым концом и поршень, который перемещается внутри них.Цилиндры соединены с клапанами, которые могут быть расположены под карманами клапанов компрессора. На начальном этапе сжатия воздуха создается своего рода вакуум, это делается за счет воздуха, поступающего в цилиндры через всасывающий клапан, который инициируется движением поршня.

Затем поршень внутри цилиндра меняет направление своего движения, поэтому для их описания используется термин возвратно-поступательное движение. Это возвратно-поступательное движение запускает процесс сжатия воздуха, увеличивая давление внутри цилиндра.Когда давление увеличивается до расчетного предела, он открывает выпускной клапан и позволяет воздуху вытекать из цилиндра в резервуар для хранения.

Поршневой воздушный компрессор

Основные части поршневого воздушного компрессора

Цилиндр: Камера, в которой поршень движется вперед и назад, позволяя сжимать воздух.
Поршень: Возвратно-поступательные поршни создают давление воздуха в системе за счет своего возвратно-поступательного движения внутри цилиндра и полностью отвечают за сжатие воздуха.Эти части воздушного компрессора находятся под значительным давлением во время движения и поэтому требуют смазочного материала очень высокого качества, не содержащего примесей.
Соединительный стержень: Используется для перемещения поршня вверх и вниз внутри цилиндра и способен выдерживать большие нагрузки. Это соединение между поршнем и коленчатым валом, и они часто очень долговечны и поэтому не нуждаются в замене, если надлежащее техническое обслуживание вашего воздушного компрессора не проводится часто.
Коленчатый вал: Коленчатый вал играет важную роль в передаче вращательного движения от электродвигателя или дизельного/газового двигателя к соединению.
Всасывающий клапан: Всасывающий клапан обеспечивает место в воздушном компрессоре, через которое воздух поступает в устройство из атмосферы. Эти клапаны требуют регулярной проверки и обслуживания.
Выпускной клапан: Выпускной клапан позволяет сжатому воздуху вытекать из цилиндра в резервуар для хранения

Как работает поршневой компрессор?

Существует 5 ключевых аспектов процессора сжатия воздуха в поршневом компрессоре, которые необходимо понимать.Как уже упоминалось, эти компрессоры, как правило, получают мощность от дизельного или газового двигателя через ременную передачу или систему прямого привода. Эти системы будут работать непрерывно, пока работает двигатель. Мы кратко рассмотрим их, чтобы лучше понять процесс в целом.

Процесс поршневого воздушного компрессора

Цикл впуска

Первым процессом сжатия воздуха является цикл впуска. Здесь поршень проталкивается вниз через цилиндр и совершает возвратно-поступательное движение.Само движение обеспечивает вакуум в верхней части поршня и цилиндра, что позволяет воздуху с более низким давлением поступать в цилиндр через ряд впускных клапанов, расположенных над головкой поршня, когда он движется вниз. Впускные клапаны остаются открытыми на протяжении всей этой части цикла, в то время как выпускные клапаны закрыты.

Когда поршень движется обратно вверх по цилиндру в своем возвратно-поступательном движении, впускные клапаны закрываются, так что весь воздух остается внутри цилиндра.Чем дальше поршень подходит к головке цилиндра, тем меньшую площадь занимает воздух, что приводит к образованию сжатого воздуха. Затем это давление воздуха будет превышать давление воздуха в выпускном клапане, заставляя его открываться и позволяя сжатому воздуху выходить из цилиндра в ресивер для сглаживания любых пульсаций, возникающих в процессе сжатия. Затем этот цикл повторяется снова и снова. Если выпускной клапан закрыт, воздух не может вернуться в секцию низкого давления цилиндра после того, как в нем образовалось давление.

Процесс разгрузки

Регулятор/реле давления или иногда называемый регулятором определяет, что воздух в приемном резервуаре достиг порога отключения, и, следовательно, инициирует разгрузку воздушного компрессора. Регулятор обычно монтируется на компрессоре и является непосредственным механизмом разгрузки, обеспечивающим определенное давление на входе и выходе.

Эта выгрузка воздуха может быть полной или даже частичной, все зависит от конструкции каждого поршневого компрессора.Теперь, когда воздух в системе сжат, уровень давления постепенно снижается, и когда он упадет до заданной точки нагрузки, устройство управления подаст сигнал для повторного запуска всего цикла сжатия.

Рабочий цикл

Рабочий цикл является очень важным базовым параметром воздушных компрессоров, чтобы вы могли его понять. Рабочий цикл — это, по сути, то, сколько определенного периода времени машина полностью загружена / работает. Например, рабочий цикл 100% за 8-часовой период будет означать, что машина будет работать в течение 8 часов, в то время как рабочий цикл 50% приведет к 4-часовому рабочему периоду.Поршневые компрессоры рассчитаны только на рабочий цикл от 20 до 30%, а в остальное время работают без нагрузки или без нагрузки. По сравнению с винтовыми воздушными компрессорами, которые работают со 100% рабочим циклом.

Очень важно следить за тем, чтобы ваш компрессор не выходил за пределы рабочего цикла, в противном случае вам потребуется преждевременное техническое обслуживание. Стремление максимально увеличить срок службы очень важно, вы не хотите, чтобы ваш компрессор выходил за его пределы, так как это может быть дорогостоящим. Безусловно, преждевременного износа и поломки компонентов можно избежать.

Смазка

Существует вероятность того, что в некоторых, но не во всех поршневых воздушных компрессорах насос приводного двигателя будет смазывать компрессор вместе с компрессором, чтобы обеспечить нормальное функционирование всей системы. Это потребует ручных регулировок по сравнению с теми, что рекомендованы поставщиком, если вам нужны точные измерения предполагаемого срока службы смазочного материала, поскольку он используется не только в двигателе, но и в компрессоре.

Охлаждение

Методы охлаждения поршневых компрессоров очень важны для обеспечения долговечности системы и ее компонентов. Без методов охлаждения детали с большей вероятностью изнашиваются, и опасность превышения температурных пределов, конечно же, очевидна.

Смазка также выступает в качестве основного источника охлаждения для большинства систем воздушных компрессоров. Это достигается за счет охлаждения в масляном радиаторе двигателя, а затем рециркуляции через компрессор. Этот охладитель моторного масла также может отводить небольшое количество тепла от корпуса компрессора, выводя его из системы вместе с отработанным выхлопным воздухом.

Типы поршневых компрессоров

В зависимости от области применения вашего воздушного компрессора у вас есть несколько возможных типов.

Одностороннего действия

В поршневых воздушных компрессорах одностороннего действия только одна сторона поршня используется для сжатия воздуха, а другая сторона соединена с коленчатым валом и не используется для сжатия. Это очень простая установка с односторонними и подпружиненными впускным и выпускным клапанами. На каждый оборот коленчатого вала приходится один цикл сжатия, потому что клапаны имеются только на одном конце цилиндра.

Двухстороннего действия

В этой форме поршневого воздушного компрессора обе стороны поршня используются для сжатия воздуха.Всасывание и сжатие происходят одновременно при каждом ходе поршня. Эти типы компрессоров имеют выпускной и впускной клапаны и оба конца цилиндра, что приводит к двум циклам сжатия на каждый оборот коленчатого вала.

Воздушные компрессоры двойного действия, как правило, чрезвычайно эффективны, поэтому они широко распространены в обрабатывающей промышленности. Они должны работать на высокой мощности, что сопряжено со значительно большим углеродным следом, что, конечно, не всегда может быть настолько практичным.Может быть трудно найти тот, который работает с мощностью менее 100 лошадиных сил, и это, как правило, приводит к высокому уровню вибрации. Поэтому необходимо тщательно продумать размещение машины, поскольку это может привести к ограничениям.

Мембранный

Мембранные компрессоры, также известные как мембранные компрессоры, используют вращающуюся мембрану как таковую для подачи воздуха в систему сжатия. Мембранный поршневой компрессор использует гидравлическую и воздушную системы давления, между которыми находится защитная гибкая металлическая мембранная перегородка.Они чаще всего используются для сжатия токсичных или взрывоопасных газов, а не только воздуха.

Одноступенчатый

Одноступенчатый поршневой воздушный компрессор использует только один цилиндр. При первом ходе поршня воздух всасывается из атмосферы, а затем при втором ходе воздух сжимается и подается в накопительный бак компрессора. Они чаще всего подходят для питания ручных пневматических инструментов, требующих давления менее 100 фунтов на квадратный дюйм.

Двухступенчатый

Двухступенчатый компрессор работает так же, как и одноступенчатый, однако после первого сжатия он не попадает в накопительный бак компрессора. Вместо этого он проходит второй ход поршня меньшего размера, чтобы снова сжаться. После того, как воздух дважды сжат и сжат, он проходит через систему охлаждения и направляется в накопительный бак компрессора. Двухступенчатые компрессоры обычно используются в крупных промышленных предприятиях, поскольку они могут производить значительно большую мощность воздуха, чем другие типы.

Поршневой воздушный компрессор Применение

Поршневые воздушные компрессоры используются в предприятиях и отраслях любого размера.Мало того, они очень популярны в повседневных приложениях, о чем большинство людей могут не знать. В вашем доме холодильник и морозильник используют воздушный компрессор для охлаждения воздуха внутри своих устройств, а если у вас есть кондиционер, они также используют его в качестве основного источника энергии для охлаждения ваших комнат.

Наиболее распространенными отраслями промышленности, использующими сжатие воздуха, являются строительство, производство, сельское хозяйство, энергетика и ОВиК (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха). В повседневной жизни можно найти несколько неожиданных применений сжатого воздуха, о которых вы, возможно, и не догадывались. Это столярные и мебельные работы, мойка под давлением, ремесленные работы, накачка надувных изделий и работа во дворе.

В некоторых развлекательных мероприятиях также используется сжатие воздуха, например, в пейнтболе, подводном плавании и даже на днях рождения для надувных замков. Но чтобы переключить внимание на более деловое и промышленное использование, мы сначала рассмотрим малый бизнес.

Малый бизнес

Воздушные компрессоры используются в малом бизнесе:

Стоматологические инструменты
Медицинские инструменты
Пескоструйные аппараты на фабриках или заводах
Производство снега для катания на лыжах/сноуборде

дрели, гвоздевые пистолеты и молотки

Пневматические пистолеты для очистки оборудования на фабриках или заводах
Окраска распылением для транспортных средств
Шлифовка дерева или автомобильного кузова

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве воздушные компрессоры обычно используются для различных нужд, некоторые из них:

Конвейеры, перемещающие зерно между силосами и другими пунктами назначения
Опрыскивание сельскохозяйственных культур пестицидами или удобрениями
Привод различных типов погрузочно-разгрузочного оборудования дойка на транспорт

Крупные производственные предприятия

Воздушные компрессоры можно найти на крупных производственных предприятиях, будь то производство, сборка деталей, нефтепереработка и другие предприятия. Это важный источник для питания этих масштабных операций. Некоторые заметные используются:

Оборудование для резки
Сварочное оборудование
Сварочное оборудование
Воздушные инструменты и автоматизированные машины
Компонент выброс из форм
Литьевые газовые баки и пластиковые бутылки
Устройства мониторинга производства
Пневматические отделочные и упаковочные устройства
, воздушные ножи, зажимы и патроны
Подходит ли вам поршневой воздушный компрессор?
Если вы ищете воздушный компрессор любого типа, трата времени на изучение огромного разнообразия и стилей компрессоров может быть непродуктивной, если вы не знаете ответов на следующие вопросы:
Какова скорость потока вам нужно для ваших пневматических инструментов или для управления вашим заводом сейчас и для потенциального расширения в будущем?
При каком давлении воздуха вам нужен этот поток?
Предварительные ответы на эти вопросы помогут сузить диапазон воздушных компрессоров, на которые вам нужно обратить внимание. Затем вы будете искать агрегаты со следующими характеристиками:
Компрессор, который соответствует вашему бюджету
Компрессор, который подходит для области, где вы хотите его установить
Возможно, компрессор с наименьшими первоначальными затратами
Или модель с минимальными затратами на техническое обслуживание/эксплуатацию
Вам может понадобиться очень тихий компрессор
Или такой, который обеспечивает сверхчистый или пригодный для дыхания воздух
После того, как вы определили параметры, необходимые вашему компрессору, вы будете указал в правильном направлении для правильного типа воздушного компрессора.
Поршневые компрессоры доступны на Amazon.
Цены взяты из Amazon Product Advertising API по адресу:
Цены и доступность товаров указаны на указанную дату/время и могут быть изменены. Любая информация о цене и доступности, отображаемая на [соответствующих сайтах Amazon, если применимо] во время покупки, будет применяться к покупке этого продукта.
Воздушные компрессоры других типов
Если вы хотите получить дополнительную информацию о других типах воздушных компрессоров, посетите наши специальные страницы:
Если у вас есть какие-либо вопросы относительно поршневых воздушных компрессоров, оставьте комментарий ниже. с любыми фотографиями, если применимо, так что кто-то может вам помочь!
Поршневой компрессор — PetroWiki
Поршневые компрессоры представляют собой объемные машины, в которых сжимающим и перемещающим элементом является поршень, совершающий возвратно-поступательное движение внутри цилиндра.Обсуждение поршневых компрессоров на этой странице включает описание конфигурации процесса для многоступенчатых агрегатов, а также объяснение концепций:
Регулятор скорости
Дросселирование на входе
Переработка
Сброс давления
Продувка
Вставка для вентиляции и слива
Типы поршневых компрессоров
Существует два типа поршневых компрессоров:
Высокоскоростной (разборный)
Низкоскоростная (интегральная)
Высокоскоростная категория также называется «отдельной», а низкоскоростная категория также известна как «интегральная». ”
Американский институт нефти (API) разработал два отраслевых стандарта: стандарт API 11P и стандарт API 618 , которые часто используются для управления проектированием и производством поршневых компрессоров.
Съемные компрессоры
Термин «отдельный» используется потому, что эта категория поршневых компрессоров отделена от своего привода. Либо двигатель, либо электродвигатель обычно приводит в движение отделяемый компрессор. Часто редуктор требуется в поезде сжатия.Рабочая скорость обычно составляет от 900 до 1800 об/мин.
Съемные блоки монтируются на салазках и являются автономными. Они просты в установке, имеют относительно небольшую первоначальную стоимость, легко перемещаются в другие места и доступны в размерах, подходящих для сбора в полевых условиях — как на суше, так и на море. Однако раздельные компрессоры требуют более высоких затрат на техническое обслуживание, чем встроенные компрессоры.
Рис. 1 представляет собой поперечное сечение типичного разъемного компрессора. На рис. 2 показан отделяемый компрессорный агрегат с приводом от двигателя.
Рис. 1—Поперечное сечение разъемного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).
Рис. 2 — Съемный компрессорный агрегат двигателя (предоставлено компанией Dresser-Rand).
Встроенные компрессоры
Термин «интегральный» используется потому, что силовые цилиндры, приводящие в действие компрессор, смонтированы заодно с рамой, содержащей цилиндры компрессора. Интегральные агрегаты работают со скоростью от 200 до 600 об/мин.Они обычно используются на газовых заводах и трубопроводах, где эффективность использования топлива и длительный срок службы имеют решающее значение. Интегральные компрессоры могут быть оснащены от двух до десяти компрессорных цилиндров мощностью от 140 до 12 000 л.с.
Встроенные компрессоры обеспечивают высокую эффективность в широком диапазоне условий эксплуатации и требуют меньшего обслуживания, чем отдельные агрегаты. Однако интегральные блоки обычно должны монтироваться на месте и требуют тяжелого фундамента и высокой степени подавления вибрации и пульсации.У них самая высокая начальная стоимость установки.
Рис. 3 представляет собой поперечное сечение типичного интегрального компрессора. На рис. 4 показан составной компрессорный агрегат.
Рис. 3—Поперечное сечение встроенного компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).
Рис. 4 — Встроенный поршневой компрессорный агрегат (предоставлено компанией Dresser-Rand).
Основные компоненты

Поршневые компрессоры доступны в различных конструкциях и компоновках.Основные компоненты типичного поршневого компрессора показаны на рис. 5 .

Рис. 5 — Компоненты поршневого компрессора (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Рама

Рама представляет собой тяжелый, прочный корпус, содержащий все вращающиеся части, на котором установлены цилиндр и направляющая крейцкопфа. Производители компрессоров оценивают рамы по максимальной непрерывной мощности и нагрузке на раму (см. раздел о нагрузке на шток ниже).

Съемные компрессоры обычно располагаются в сбалансированно-оппозитной конфигурации, характеризующейся соседней парой кривошипов, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов и разделены только шейкой кривошипа. Шатуны устроены так, что движение каждого поршня уравновешивается движением противоположного поршня.

Встроенные компрессоры обычно имеют силовые цилиндры компрессора и двигателя, установленные на одной раме и приводимые в движение одним и тем же коленчатым валом. Цилиндры встроенных компрессоров обычно располагаются только на одной стороне рамы (т.е., не уравновешенно-противоположное).

Цилиндр

Баллон – это сосуд высокого давления, в котором содержится газ в цикле сжатия. Цилиндры одностороннего действия сжимают газ только в одном направлении движения поршня. Они могут быть как головными, так и кривошипными. Цилиндры двустороннего действия сжимают газ в обоих направлениях движения поршня (см. рис. 6 ). В большинстве поршневых компрессоров используются цилиндры двойного действия.

Рис. 6—Цилиндры двустороннего действия (предоставлено Dresser-Rand).

Выбор материала цилиндра определяется рабочим давлением. Чугун обычно используется для давления до 1000 фунтов на квадратный дюйм. Чугун с шаровидным графитом используется для давления до 1500 фунтов на квадратный дюйм. Литая сталь обычно используется для давления от 1500 до 2500 фунтов на квадратный дюйм. Кованая сталь выбирается для рабочих давлений цилиндров более 2500 фунтов на квадратный дюйм.

Максимально допустимое рабочее давление (МДРД) баллона должно быть как минимум на 10 % выше расчетного давления нагнетания (минимум 25 фунтов на кв. дюйм).Дополнительное номинальное давление позволяет настроить предохранительный датчик высокого давления (PSH) выше расчетного давления нагнетания, а предохранительный клапан (PSV) настроить на давление выше PSH.

Износоустойчивость трущихся деталей (поршневых колец и цилиндра, штока и уплотнительных колец и т. д.) также является критерием выбора материалов. Цилиндры испытывают износ в месте контакта с поршневыми кольцами. В горизонтальном расположении из-за веса поршня износ цилиндра больше всего в нижней части.В большинстве поршневых компрессоров используются термопластичные кольца и натяжные ленты для уменьшения такого износа.

Цилиндры часто поставляются с гильзами для снижения затрат на восстановление. Вкладыши прижимаются или сжимаются на месте, чтобы гарантировать, что они не скользят. Замена гильзы цилиндра намного дешевле, чем замена всего цилиндра. Кроме того, производительность может быть адаптирована к новым требованиям путем изменения внутреннего диаметра гильзы. Однако гильзы цилиндров увеличивают зазор между клапаном и поршнем, снижают эффективность охлаждения рубашки и снижают производительность компрессора при заданном диаметре.

Распорка

Распорка обеспечивает разделение между цилиндром компрессора и рамой компрессора. На рис. 7 показаны распорки стандарта API 11P и стандарта API 618. Распорки могут содержаться как в одно-, так и в двухсекционном исполнении. В однокамерной конструкции пространство между набивкой цилиндра и диафрагмой удлиняется таким образом, что ни одна часть штока не попадает одновременно в картер и сальник цилиндра.Масло мигрирует между цилиндром и картером. Если загрязнение маслом вызывает беспокойство, можно предусмотреть маслоотражатель, чтобы предотвратить попадание сальникового смазочного масла в раму компрессора. Для работы с токсичными веществами может использоваться двухкамерная конструкция. Никакая часть штока не попадает ни в картер, ни в отсек, примыкающий к газовому баллону.

Рис. 7—Двухсекционная вставка, показывающая набивку и расположение буферного газа (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Упаковочный ящик должен вентилироваться через всасывание первой ступени или через систему отвода газов.Распорки имеют вентиляционное отверстие для отвода дополнительной утечки технологического газа из набивки. Диафрагма и набивка предназначены для предотвращения попадания газа в картер. Требуется эффективная вентиляция, чтобы технологический газ не загрязнял картерное масло.

Каждый компрессор должен быть оборудован отдельной системой вентиляции и слива для распорок и набивки. Прокладка и вентиляционные отверстия сальника должны быть подключены к открытой вентиляционной системе, которая заканчивается снаружи и над корпусом компрессора на расстоянии не менее 25 футов по горизонтали от выхлопного отверстия двигателя.Дренажная вставка должна быть отведена в отдельный отстойник, который можно опорожнять вручную. Отстойник должен вентилироваться снаружи и над кожухом компрессора. Смазочное масло из поддона можно смешивать с сырой нефтью или, при определенных обстоятельствах, его необходимо транспортировать для утилизации или переработки.

Коленчатый вал

Коленчатый вал вращается вокруг оси рамы и приводит в движение шатун, шток поршня и поршень (см. рис. 8 ).

Шатун, соединяющий коленчатый вал с пальцем крейцкопфа
Крейцкопф преобразует вращательное движение шатуна в линейное колебательное движение, приводящее в движение поршень
Шток поршня соединяет крейцкопф с поршнем.

Рис. 8 — Коленчатый вал в сборе (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Поршень

Поршень расположен на конце штока поршня и действует как подвижная перегородка в цилиндре компрессора. Выбор материала зависит от прочности, веса и совместимости со сжимаемым газом. Поршень обычно изготавливается из легкого материала, такого как алюминий, чугун или сталь, с полым центром для снижения веса.Термопластичные изнашиваемые (или накладные) кольца часто устанавливаются на поршни для увеличения срока службы колец и снижения риска контакта поршня с цилиндром. Чугун обычно обеспечивает удовлетворительно низкие характеристики трения, что устраняет необходимость в отдельных износостойких лентах.

Изнашиваемые ленты распределяют вес поршня вдоль нижней части цилиндра или стенки гильзы. Поршневые кольца минимизируют утечку газа между поршнем и цилиндром или отверстием гильзы. Поршневые кольца изготовлены из более мягкого материала, чем стенка цилиндра или гильзы, и заменяются через регулярные интервалы технического обслуживания.По мере того, как поршень проходит через отверстие подачи лубрикатора в стенке цилиндра, поршневое кольцо собирает масло и распределяет его по длине хода.

Подшипники

Подшипники, расположенные по всей раме компрессора, обеспечивают правильное радиальное и осевое расположение компонентов компрессора. Коренные подшипники установлены в раме для правильного положения коленчатого вала. Подшипники шатунной шейки расположены между коленчатым валом и каждым шатуном. Подшипники поршневого пальца расположены между каждым шатуном и пальцем крейцкопфа.Подшипники крейцкопфа расположены вверху и внизу каждой крейцкопфа.

Большинство подшипников поршневых компрессоров представляют собой подшипники с гидродинамической смазкой. Масло под давлением подается к каждому подшипнику через канавки подачи масла на поверхности подшипника. Размер канавок обеспечивает достаточный поток масла для предотвращения перегрева.

Сальник штока поршня обеспечивает динамическое уплотнение между цилиндром и штоком поршня. Набивка состоит из ряда неметаллических колец, установленных в корпусе и прикрученных к цилиндру болтами.Уплотнительные кольца работают попарно и предназначены для автоматической компенсации износа. Поскольку каждая пара колец выдерживает ограниченный перепад давления, требуется несколько пар в зависимости от давления, требуемого приложением. Для безопасного отвода утечки газа через набивку вентиляционное отверстие обычно располагается между двумя узлами наружных колец (см. раздел о распорке выше).

Вспомогательные соединения с набивкой могут потребоваться для:

Охлаждающая вода
Смазочное масло
Продувка азотом
Вентиляция
Измерение температуры

Смазка должна быть тонко отфильтрована, чтобы избежать повреждений, которые могут возникнуть в результате попадания в корпус мелких твердых частиц. Смазочное масло обычно впрыскивается во второе кольцо в сборе, при этом масло перемещается вдоль вала под давлением.

Клапаны компрессора

Основной функцией клапанов компрессора является обеспечение потока газа в желаемом направлении и блокирование всего потока в противоположном (нежелательном) направлении. Каждый рабочий конец цилиндра компрессора должен иметь два комплекта клапанов. Набор впускных (всасывающих) клапанов впускает газ в баллон. Набор выпускных клапанов используется для откачки сжатого газа из баллона.Производитель компрессора обычно указывает тип и размер клапана.

Пластинчатые клапаны, состоящие из колец, соединенных перемычками в единую пластину, являются распространенным типом клапанов. В зависимости от материала уплотнительной пластины пластинчатые клапаны способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, перепад давления до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F. Пластинчатые клапаны плохо работают в присутствии жидкостей.

Клапаны с концентрическими кольцами способны выдерживать давление до 15 000 фунтов на квадратный дюйм, дифференциальное давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм, скорость до 2000 об/мин и температуру до 500°F.К преимуществам концентрических кольцевых клапанов относятся:

Умеренная стоимость запчастей
Низкая стоимость ремонта
Способность работать с жидкостями лучше, чем у тарельчатых клапанов

Тарельчатые клапаны обычно обеспечивают более высокие характеристики, чем у тарельчатых клапанов и клапанов с концентрическими кольцами. В тарельчатом стиле используются отдельные круглые тарелки, которые прилегают к отверстиям в седле клапана. Этот тип клапана обеспечивает высокий подъем и низкий перепад давления, что приводит к более высокой эффективности использования топлива. Тарельчатые клапаны широко используются в трубопроводах, газоочистных и перерабатывающих установках.Металлические тарелки хорошо работают при:

Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
Перепад давления до 1400 фунтов на кв. дюйм
Скорость до 450 об/мин
Температуры до 500°F

Тарелки из термопласта могут применяться в следующих случаях:

Давление до 3000 фунтов на кв. дюйм
Перепад давления до 1500 фунтов на кв. дюйм
Скорость до 720 об/мин
Температура до 400°F

Большинство компрессоров имеют клапаны, установленные в цилиндрах.Относительно новая концепция конструкции помещает клапаны в поршень. Конструкция «клапан в поршне» ( рис. 9 ) работает с низкими скоростями клапана и обеспечивает более длительный срок службы и сокращение времени обслуживания.

Рис. 9 — Конструкция «клапан в поршне» (предоставлено Dresser-Rand).

Производительность компрессора

Производительность и мощность компрессора зависят от смещения поршня и зазора цилиндра. Пропускная способность данного цилиндра является функцией смещения поршня и объемного КПД. Объемный КПД зависит от зазора цилиндра, степени сжатия и свойств сжимаемого газа. Производительность компрессора можно рассчитать с помощью любого из следующих трех уравнений.

…………….(1)

…………….(2)

…………….(3)

где

q _а	=	впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е _в	=	объемный КПД,
ПД	=	объем поршня, акф/мин,
q _г	=	пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
и
Q _г	=	пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. куб. футов/сут.

Смещение поршня

Рабочий объем поршня определяется как фактический объем цилиндра, охватываемый поршнем в единицу времени. Рабочий объем обычно выражается в фактических кубических футах в минуту (Acf/min). Расчет рабочего объема поршня представляет собой простую процедуру, которая зависит от типа конфигурации компрессора. Цилиндры одностороннего действия могут иметь смещение головки или кривошипа. Уравнения. 4 и 5 используются для расчета рабочего объема цилиндров одностороннего действия.уравнение 4 для смещения головной части и уравнение. 5 — для смещения конца кривошипа.

…………….(4)

…………….(5)

где

ПД	=	объем поршня, акф/мин,
С	=	ход поршня, дюйм,
Н	=	частота вращения компрессора, об/мин,
д _в	=	диаметр цилиндра, дюйм,
д _р	=	диаметр штока, дюйм

Объем цилиндра двустороннего действия рассчитывается по уравнению . 6 .

…………….(6)

где

ПД	=	объем поршня, акф/мин,
С	=	ход поршня, дюйм,
Н	=	частота вращения компрессора, об/мин,
д _в	=	диаметр цилиндра, дюйм,
и
д _р	=	диаметр штока, дюйм

Методы, используемые для изменения рабочего объема поршня, включают изменение скорости компрессора, удаление или отключение всасывающих клапанов в цилиндре двустороннего действия и изменение диаметра гильзы цилиндра и поршня.

Разгрузка одного конца может значительно снизить производительность цилиндра двустороннего действия. Лучший способ разгрузить баллон — отключить или снять всасывающие клапаны с одного конца, чтобы предотвратить сжатие газа на этом конце. В зависимости от частоты разгрузки и молекулярной массы газа разгрузочное устройство с портом или заглушкой является следующим лучшим методом разгрузки баллона. Кольцевая заглушка заменяет один всасывающий клапан из трех или более клапанов на угол, а на каждый конец цилиндра требуется только одно разгрузочное устройство. В концентрических кольцевых клапанах можно разместить пробку для разгрузки в центре всасывающего клапана для разгрузки. В зависимости от молекулярной массы газа портовые и пробковые разгрузочные устройства снижают BHP/MMscf/D и значительно повышают надежность разгрузочной системы.

Если всасывающий клапан удерживается открытым с помощью пальцевых депрессоров во время такта сжатия, газ будет течь через открытый клапан обратно во всасывающий канал, и газ не будет выходить из конца цилиндра, содержащего ненагруженный всасывающий клапан. Деактивация клапанов может выполняться вручную при выключенном компрессоре или с помощью разгрузочного клапана или подъемника во время работы компрессора. Управление разгрузочным клапаном может быть ручным или автоматическим с помощью диафрагмы, которая разгружает компрессор с помощью датчика давления всасывания.Мембранные приводы более надежны, чем ручные подъемники или разгрузчики.

Разгрузка обоих концов одного и того же цилиндра может привести к перегреву цилиндра; таким образом, лучше всего разгружать только один конец цилиндра компрессора двойного действия. В большинстве случаев предпочтительно снимать всасывающий клапан при разгрузке головной части цилиндра, чтобы обеспечить изменение направления нагрузки в штоках. (См. раздел о нагрузке на стержень ниже)

Объем клиренса

Рабочий объем — это пространство, остающееся в цилиндре компрессора в конце хода.Зазор состоит из пространств в канавках клапанов и пространства между поршнем и торцом цилиндра. По завершении каждого такта сжатия сжатый газ, попавший в зазор, расширяется против поршня и увеличивает усилие обратного хода. Рис. 10 представляет собой диаграмму зависимости давления от объема ( P-V ), иллюстрирующую влияние зазора.

Рис. 10—Поршневой компрессор модели PV (предоставлено Dresser-Rand).

Расширение газа, попавшего в зазор, происходит до того, как всасывающий клапан откроется, чтобы впустить новый газ в цилиндр. В результате часть смещения поршня происходит до открытия всасывающего клапана. Процесс сжатия в поршневых компрессорах почти изоэнтропический, поэтому энергия, необходимая для сжатия газа в воздушном пространстве, рекуперируется, когда газ расширяется в конце такта сжатия. По этой причине изменение зазора не влияет на мощность компрессора.

Объем зазора выражается в процентах от рабочего объема поршня с использованием одного из следующих уравнений, зависящих от конфигурации:

Цилиндр одностороннего действия (зазор в головке) [ Ур. 7 ]
Цилиндр одностороннего действия (зазор кривошипа) [ Ур. 8 ]
Цилиндр двустороннего действия (зазор в головной и кривошипной частях) [ Ур. 9 ]

…………….(7)

…………….(8)

…………….(9)

где

% С	=	зазор цилиндра, %,
С _НЕ	=	зазор головной части, дюйм ³ ,
С _СЕ	=	зазор коленчатого вала, дюймы ³ ,
д _в	=	Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д _р	=	диаметр штока, дюйм,
С	=	длина хода, дюйм.

Применение

Зазор может быть добавлен к цилиндру как:

Зазорные карманы фиксированного объема
Карманы с переменным зазором
Хомуты раздельных клапанов

Зазоры фиксированного объема

Зазорный карман фиксированного объема обычно представляет собой бутылку, постоянно прикрепленную к цилиндру. Фиксированный объем также можно добавить за счет заглушки бокового прохода, состоящей из фланца с заглушкой переменной длины, вставляемой в проход, встроенный в боковую часть цилиндра. Зазорный карман фиксированного объема может быть постоянно открыт, или его можно контролировать, открывая или закрывая его. Управление может осуществляться ручным маховиком или автоматическим приводом. Управление приводом позволяет открывать или закрывать зазор снаружи цилиндра во время работы компрессора.

Карманы с переменным зазором

Карманы с переменным зазором позволяют добавить к цилиндру переменный зазор и могут быть прикреплены либо к головке, либо к кривошипу цилиндра.Чаще всего к головному концу крепятся карманы с переменным зазором, как показано на рис. 11 .

Рис. 11 — Ручной зазор с регулируемым объемом кармана (любезно предоставлено Dresser-Rand).

Хомуты раздельных клапанов

Чрезмерный зазор в цилиндре компрессора может привести к захлопыванию нагнетательных клапанов. При наличии слишком большого зазора газ не будет выходить. Может произойти быстрый перегрев из-за того, что в цилиндр не поступает холодный всасываемый газ.

Объемный КПД

Объемный КПД – это отношение фактического объема газа (куб. фут/мин), всасываемого в цилиндр, к объему поршня (куб. фут/мин). Это отношение меньше единицы из-за трех фундаментальных эффектов. Во-первых, газ нагревается при поступлении в баллон. Во-вторых, происходит утечка через клапаны и поршневые кольца. И в-третьих, происходит повторное расширение газа, попавшего в зазорный объем от предыдущего такта. Из этих трех, повторное расширение, безусловно, оказывает наибольшее влияние на объемную эффективность.

Производители компрессоров не пришли к единому мнению в отношении подходящего метода расчета, поскольку измерение этих эффектов чрезвычайно сложно. Учитывая это, для оценки объемной эффективности можно использовать следующее приближенное уравнение.

…………….(10)

где

степень сжатия

Е _в	=	объемный КПД,
Р	=	,
С	=	зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z _с	=	Коэффициент сжимаемости на входе,
З _д	=	Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д _р	=	диаметр штока, дюйм,
к	=	отношение удельных теплоемкостей, C _p / C _v ,
Л	=	проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
и
96	=	допуск на потери из-за перепада давления в клапанах.

Нагрузка на штангу

Нагрузки на шток состоят из газовых нагрузок, вызванных нагрузками от давления и инерции, возникающими в результате ускорения и замедления поршня, штока поршня, крейцкопфа и приблизительно одной трети веса шатуна. Производители указывают максимальную нагрузку на шток для защиты компрессора, поскольку перегрузка штоков может серьезно повредить компрессор. Нагрузки должны быть оценены для нормальных условий эксплуатации, а также в аварийных условиях. Нагрузку на шток следует проверять при минимальном давлении всасывания и давлении предохранительного клапана, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Изменение направления нагрузки на шток должно иметь достаточную величину, чтобы обеспечить смазку втулки пальца крейцкопфа. Втулки смазываются насосным действием открытия и закрытия зазора подшипника, которое происходит, когда нагрузка на шток меняется от растяжения к сжатию. Эксплуатация без реверсирования штока также может серьезно повредить компрессор.

Нагрузки на шток для различных конфигураций компрессора рассчитываются по следующим уравнениям:

Цилиндр одностороннего действия (головка)
Цилиндр одностороннего действия (со стороны кривошипа)
Цилиндр двустороннего действия

Цилиндр одностороннего действия (головка)

…………….(11)

…………….(12)

Нагрузка на стержень

РЛ _с	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ _т	=	при растяжении, фунт-сила,
а _р	=	площадь поперечного сечения поршня, дюйм ² ,
а _р	=	Площадь поперечного сечения стержня, дюйм² ,
П _д	=	давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П _с	=	давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П _у	=	давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Цилиндр одностороннего действия (кривошип)

…………….(13)

…………….(14)

Нагрузка на стержень

РЛ _с	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ _т	=	при растяжении, фунт-сила,
а _р	=	площадь поперечного сечения поршня, дюйм ² ,
а _р	=	Площадь поперечного сечения стержня, дюйм² ,
П _д	=	давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П _с	=	давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П _у	=	давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Цилиндр двустороннего действия

…………….(15)

…………….(16)

Нагрузка на стержень

РЛ _с	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ _т	=	при растяжении, фунт-сила,
а _р	=	площадь поперечного сечения поршня, дюйм ² ,
а _р	=	Площадь поперечного сечения стержня, дюйм² ,
П _д	=	давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П _с	=	давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
и
П _у	=	давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм.

Прочие эксплуатационные характеристики

Дополнительные соображения по производительности включают:

Давление всасывания .При постоянном давлении нагнетания со степенью сжатия более 2,0 степень сжатия уменьшается по мере увеличения давления всасывания. Снижение степени сжатия снижает потребность в мощности на единицу потока. Однако емкость цилиндра увеличивается с давлением всасывания более быстрыми темпами, что приводит к общему увеличению мощности. Чтобы не перегружать водителя, необходимо добавить дополнительный зазор, чтобы уменьшить объем цилиндра.
Температура всасывания . Объем цилиндра обратно пропорционален абсолютной температуре всасывания.По мере снижения температуры баллон заполняет больше стандартных кубических футов. Таким образом, снижение температуры всасывания на 10°F увеличивает массовый расход компрессора почти на 2%. Предварительное охлаждение газа может быть эффективным способом увеличения емкости цилиндров.
Давление нагнетания . Изменения давления нагнетания мало влияют на рабочий объем цилиндра. Объемный КПД незначительно зависит от степени сжатия, а требуемая мощность прямо пропорциональна изменению степени сжатия.
Отношение удельных теплоемкостей (k) .Увеличение значения k приводит к увеличению объемной эффективности, как определено уравнением . 10 . Таким образом, данный цилиндр компрессора имеет большую фактическую производительность при сжатии природного газа ( к = 1,25), по сравнению с его производительностью при сжатии пропана ( к = 1,15). Более высокая производительность при сжатии природного газа по сравнению с пропаном также приводит к большему энергопотреблению.
Скорость . Объем цилиндра прямо пропорционален скорости компрессора.Обычной практикой является регулирование скорости компрессора (в разумных пределах) для поддержания желаемого давления всасывания. Снижение скорости водителя снижает расход топлива и эксплуатационные расходы.

Карты производительности

Карты производительности могут быть разработаны для конкретного компрессора с постоянными базовыми условиями. На рис. 12 показано, что по мере увеличения давления всасывания увеличиваются как скорость потока на входе, так и мощность при постоянном давлении и температуре нагнетания. При очень низких соотношениях мощность может фактически уменьшаться с увеличением давления всасывания.

Рис. 12—Карта поршневого компрессора с восемью ступенями разгрузки (предоставлено Dresser-Rand).

Технологическая установка

Компрессор является составной частью полной компрессорной системы. На рис. 13 представлена типовая технологическая схема установки поршневого компрессора.

Рис. 13 — Технологическая схема компрессора со встроенным (пульсационный сосуд) сепаратором (любезно предоставлена компанией Dresser-Rand).

Рециркуляционный клапан

Давление всасывания компрессора уменьшается по мере уменьшения расхода до тех пор, пока газ не расширится, чтобы удовлетворить расход, необходимый для цилиндра. Увеличение степени сжатия, вызванное снижением давления всасывания, приводит к увеличению температуры нагнетания. Таким образом, рециркуляционный клапан в системе должен быть настроен таким образом, чтобы низкое давление всасывания не создавало чрезмерной температуры нагнетания. Кроме того, пределы нагрузки на шток могут определять минимально допустимое давление всасывания для компрессорной установки.Там, где это возможно, клапан рециркуляции должен располагаться после газоохладителей.

Продувочный клапан

Продувочный клапан сбрасывает оставшееся давление, когда компрессор останавливается на техническое обслуживание. Управление клапаном обычно автоматическое, но иногда оно осуществляется вручную на некоторых небольших береговых компрессорных установках.

Всасывающий скруббер

Попадание жидкостей в компрессор через входной газовый поток может привести к повреждению внутренних компонентов компрессора. По этой причине требуется всасывающий скруббер подходящего размера с приспособлениями для слива. При правильном планировании скруббер может быть частью системы контроля пульсации (см. раздел о пульсации ниже). Если входящий поток близок к насыщению, рекомендуются горизонтально ориентированные цилиндры и выпускные патрубки с нижним соединением.

Предохранительные клапаны

Клапаны сброса давления

, установленные с запасом на 10 % выше максимального давления нагнетания ступени или минимум на 15–25 фунтов на кв. дюйм, обеспечивают защиту трубопроводов и охладителей от статического давления. Настройка предохранительного клапана никогда не должна превышать максимально допустимое рабочее давление в баллоне (см. раздел о баллонах выше).Следует соблюдать осторожность, чтобы убедиться, что все газовые трубопроводы, баллоны и предохранительные клапаны на стороне всасывания рассчитаны на давление осаждения в системах охлаждения с замкнутым контуром или при низких температурах газа.

Пульсация

Поток газа через поршневой компрессор по своей сути вызывает пульсацию, поскольку всасывающий и выпускной клапаны не открыты на протяжении всего такта сжатия. Демпфирование пульсаций необходимо для создания более равномерного потока через компрессор, чтобы обеспечить равномерную нагрузку и снизить уровень вибрации трубопровода.

Устройства контроля пульсации

Если могут быть обеспечены длинные прямые участки трубопровода того же диаметра, что и соединение с линией цилиндра компрессора, а мощность ступени составляет менее 150 л.с., отдельные баллоны или пульсационные сосуды могут не потребоваться. Для большинства применений объемные баллоны или пульсационные сосуды с внутренними перегородками и/или дроссельными трубками должны располагаться как можно ближе к цилиндру для обеспечения оптимальной надежности клапана. Добавление отверстий в ключевых местах трубопровода также может уменьшить пульсации трубопровода.Доступно несколько различных формул для определения размеров бутылок. Типичные размеры бутылок в пять-десять раз превышают рабочий объем цилиндра.

Конструкция с пульсацией

Цифровой анализ пульсации трубопровода — это относительно недорогой метод, позволяющий убедиться, что трубопроводная система спроектирована с учетом допустимых уровней пульсации (обычно от 2 до 7% от пика к пику). Схема системы трубопроводов должна определять расположение и объемы выбивных барабанов, бутылок, охладителей и предохранительных клапанов. Анализ должен включать первый крупный сосуд или объем до и после компрессора.Рабочие условия двойного и одинарного действия (если применимо) должны быть проанализированы.

Вибрация

Дисбаланс вращающихся элементов в компрессоре вызывает механическую вибрацию. Противовесы на коленчатом валу и расположение цилиндров попарно с обеих сторон коленчатого вала (на виду) могут минимизировать, но не устранить силы дисбаланса. Таким образом, всегда будут механические вибраторы, которые необходимо учитывать при проектировании фундамента.

Вибрация трубопроводов

Трубопровод технологического газа компрессора должен быть правильно спроектирован и установлен, чтобы избежать проблем, связанных с чрезмерной вибрацией.Важно, чтобы собственная частота всех пролетов труб была больше частоты пульсаций компрессора. Частота пульсаций компрессора рассчитывается по формуле . 17 .

…………….(17)

где

ф _р	=	частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н	=	частота вращения компрессора, об/мин,
нет	=	коэффициент цилиндра,
	=	1 для цилиндра одностороннего действия
и
	=	2 (для цилиндра двустороннего действия).

Трубопроводы должны быть надежно закреплены с использованием коротких отрезков труб, неодинаковых по длине. Адекватное демпфирование пульсаций помогает предотвратить проблемы с вибрацией, связанные с трубопроводом.

Проект фундамента

Для больших встроенных компрессоров или для компрессоров, установленных на сложных конструкциях или мягких грунтах, лучше всего выполнить динамическую конструкцию с использованием сил дисбаланса, предусмотренных производителем.

Для высокоскоростных компрессоров, установленных в местах с почвой, способной выдержать пикап, полезны следующие правила.

Вес бетонного фундамента должен как минимум в три-пять раз превышать вес оборудования.
Используйте грунтовую опору для конструкции, которая составляет менее 50% от допустимой для статических условий.
Обычно лучше увеличить длину и/или ширину, а не глубину, чтобы удовлетворить требования по весу.
Для прямоугольного блока не менее 40% высоты (но не менее 18 дюймов) должны быть заглублены в ненарушенный грунт.
Бетон следует заливать в «аккуратную» выемку без сформированных боковых граней.

Цилиндр охлаждения

Теплота сжатия и трения между поршневыми кольцами и цилиндром нагревает цилиндр. Отвод части этого тепла благотворно влияет на производительность и надежность компрессора по нескольким причинам. Охлаждение цилиндров снижает потери мощности и мощности, связанные с подогревом всасываемого газа. Он также отводит тепло от газа, тем самым снижая температуру газа нагнетания. Охлаждение цилиндра также способствует лучшему смазыванию, что продлевает срок службы и снижает потребность в техническом обслуживании.Когда в качестве охлаждающей среды используется вода, поддерживается одинаковая температура по всей окружности цилиндра, что снижает вероятность тепловой деформации цилиндра.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать образования конденсата, который может возникнуть в результате чрезмерного охлаждения. Этого можно добиться, поддерживая температуру охлаждающей жидкости в рубашке цилиндра не менее чем на 10°F выше температуры всасываемого газа.

Недостаточное охлаждение может привести к снижению производительности и загрязнению цилиндров. По этой причине рекомендуется, чтобы температура баллона не превышала температуру всасываемого газа более чем на 30°F.

Системы охлаждения

Типы систем охлаждения включают:

С воздушным охлаждением . Системы с воздушным охлаждением используются для небольших мощностей и низких тепловых нагрузок. Охлаждающие ребра обеспечивают достаточную площадь поверхности для охлаждения цилиндра.
Статический . Статические системы иногда используются на небольших компрессорах для поддержки систем с воздушным охлаждением. Охлаждающая жидкость действует как статический поглотитель тепла и действует скорее как термостабилизатор, чем как система охлаждения. Некоторое количество тепла передается от системы теплопроводностью в атмосферу.
Термосифон . Движущей силой термосифона является изменение плотности охлаждающей жидкости от горячих участков системы к холодным. Стандарт API 618 разрешает использование этой системы, когда температура нагнетаемого газа ниже 210°F или когда повышение температуры в цилиндре составляет менее 150°F.
Под давлением . Системы охлаждения под давлением являются наиболее распространенными. В местах, где охлаждающая вода недоступна, может использоваться автономная закрытая система охлаждающей жидкости. Система состоит из циркуляционного насоса, расширительного бака и радиатора с вентиляторным охлаждением или теплообменника воздух-жидкость. Радиатор может иметь несколько секций: одну для охлаждающей жидкости цилиндра, одну для охлаждения смазочного масла и одну (или несколько) для охлаждения нагнетаемого газа. В качестве охлаждающей жидкости используется вода или смесь воды и этиленгликоля. Коленчатый вал обычно приводит в движение циркуляционный насос.

Смазка

Смазка рамы

Система смазки рамы подает масло к подшипникам рамы, шатунным подшипникам и башмакам крейцкопфа.Некоторые системы смазки рамы также подают масло на сальник и цилиндры. Для большинства поршневых компрессоров система смазки встроена в раму.

Смазка разбрызгиванием

Системы смазки разбрызгиванием распределяют смазочное масло путем разбрызгивания кривошипа через поверхность смазки в насосе. Ковши могут быть прикреплены к коленчатому валу для усиления эффекта. Системы разбрызгивания используются на небольших горизонтальных одноступенчатых компрессорах мощностью до 100 л. с.

Двумя основными преимуществами систем разбрызгивания являются:

Низкая начальная стоимость
Минимальное присутствие оператора

Основными недостатками являются то, что системы разбрызгивания ограничены:

Маленькие размеры корпуса
Масло нельзя фильтровать

Смазка под давлением

Наиболее распространенным типом смазки рамы является система под давлением. Масло поступает в каналы, просверленные в коленчатом валу, и течет через коренной вал и подшипники шатунной шейки.Система смазки под давлением состоит из следующих компонентов.

Главный масляный насос

Главный масляный насос приводится в действие коленчатым валом или может иметь отдельный привод. Обычно он рассчитан на подачу 110% от максимально ожидаемого расхода. Когда для управления производительностью используется снижение скорости, необходимо позаботиться о том, чтобы этот насос обеспечивал достаточную смазку при минимальной рабочей скорости.

Вспомогательный насос (дополнительно)

Вспомогательный насос предназначен для дублирования основного насоса.Вспомогательный насос обычно приводится в действие электродвигателем и предназначен для автоматического запуска, когда давление подачи масла падает ниже заданного уровня.

Насос предварительной смазки (дополнительно)

Насос предварительной смазки подает масло к подшипникам перед запуском компрессора. Это гарантирует, что подшипники не будут сухими при запуске. Поскольку эту функцию выполняет вспомогательный насос, насос предварительной смазки требуется только в том случае, если в системе нет вспомогательного насоса.

Масляный радиатор

Масляный радиатор следит за тем, чтобы температура масла, подаваемого к подшипникам, не превышала максимальное значение, необходимое для защиты подшипников от износа.Типичная максимальная температура подачи масла составляет 120°F. Вода для охлаждения рубашки кожухотрубного теплообменника часто используется для охлаждения смазочного масла.

Масляные фильтры

Масляные фильтры

защищают подшипники, удаляя твердые частицы из смазочного масла. Некоторые системы оснащены двойными полнопоточными масляными фильтрами с перепускными клапанами. Перепускные клапаны позволяют переключаться с одного фильтра на другой, что позволяет очищать фильтры без отключения компрессора.

Верхний бак

Верхний бак обеспечивает подачу масла к подшипникам в случае отказа насоса.Масло из верхнего резервуара самотеком подается к подшипникам. Размер бака должен обеспечивать подачу масла до полного отключения компрессора. Резервуар обычно оборудован индикатором уровня.

Трубопровод

Компоненты системы смазки соединяются трубопроводом. Важными факторами являются чистота и коррозионная стойкость. Следует избегать использования оцинкованных труб из-за возможной коррозии. Трубопроводы из углеродистой стали должны быть протравлены или механически очищены и покрыты ингибитором ржавчины.После фильтров следует использовать трубопровод из нержавеющей стали. Система трубопроводов должна быть спроектирована так, чтобы не было карманов, в которых может скапливаться грязь или мусор. По этой причине следует избегать сварки труб в раструб. Перед первоначальным запуском систему смазки следует промыть смазочным маслом при температуре приблизительно 170°F. В систему следует добавить сито 200 меш, и промывку следует продолжать до тех пор, пока сетка не станет чистой. Средства безопасности должны включать датчик низкого уровня масла в картере, датчик отключения при низком давлении масла и датчик высокой температуры масла.

Для компрессоров со встроенным приводом двигателя рекомендуется, чтобы компрессор и привод смазывались отдельными системами, чтобы выхлопные газы двигателя не загрязняли смазочное масло. В этом случае смазка набивки и цилиндра обеспечивается системой смазки компрессора. Для установок в очень холодных условиях следует рассмотреть возможность использования погружных или встроенных нагревателей и специальных смазочных масел.

Смазка цилиндра и набивки

Количество масла, необходимое для смазки набивки и цилиндров, невелико по сравнению с потребностью в масле подшипников. В то время как количество невелико, давление масла, необходимое для подачи масла на сальник и цилиндры, высокое. Небольшой плунжерный насос (лубрикатор принудительной подачи) используется на каждой ступени сжатия. Разделительные блоки служат для распределения потока масла между цилиндрами и набивкой. Масло может подаваться либо из системы смазки рамы, либо из верхнего резервуара. Для защиты от загрязнения необходимо проверить совместимость масла с технологическим газом.

Номенклатура

степень сжатия

Нагрузка на стержень

q _а	=	впускная способность цилиндра при фактических входных условиях, акф/мин,
Е _в	=	объемный КПД,
ПД	=	объем поршня, акф/мин,
q _г	=	пропускная способность цилиндра на входе, станд. куб. фут/мин,
Q _г	=	пропускная способность цилиндра на входе, млн станд. фут./сут.
ПД	=	объем поршня, акф/мин,
С	=	ход поршня, дюйм,
Н	=	частота вращения компрессора, об/мин,
д _в	=	диаметр цилиндра, дюйм,
д _р	=	диаметр штока, дюйм
% С	=	зазор цилиндра, %,
С _НЕ	=	зазор в головной части, дюйм³ ,
С _СЕ	=	зазор коленчатого вала, дюймы ³ ,
д _в	=	Внутренний диаметр цилиндра, дюйм,
д _р	=	диаметр штока, дюйм,
С	=	длина хода, дюйм.
Е _в	=	объемный КПД,
Р	=	,
С	=	зазор цилиндра, % рабочего объема поршня,
Z _с	=	Коэффициент сжимаемости на входе,
З _д	=	Коэффициент сжимаемости нагнетания,
д _р	=	диаметр штока, дюйм,
к	=	отношение удельных теплоемкостей, C _p / C _v ,
Л	=	проскальзывание газа через поршневые кольца, % (1% для быстроходных разъемных, 5% для несмазываемых компрессоров и 4% для работы на пропане),
96	=	допуск на потери из-за падения давления в клапанах
РЛ _с	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ _т	=	при растяжении, фунт-сила,
а _р	=	Площадь поперечного сечения поршня, дюйм² ,
а _р	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм ² ,
П _д	=	давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П _с	=	давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П _у	=	давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
РЛ _с	=	нагрузка на шток при сжатии, фунт-сила,
РЛ _т	=	при растяжении, фунт-сила,
а _р	=	Площадь поперечного сечения поршня, дюйм² ,
а _р	=	площадь поперечного сечения стержня, дюйм ² ,
П _д	=	давление нагнетания, фунтов на квадратный дюйм,
П _с	=	давление всасывания, фунтов на квадратный дюйм,
П _у	=	давление в разгруженном конце, фунтов на квадратный дюйм
ф _р	=	частота пульсаций компрессора, цикл/с,
Н	=	частота вращения компрессора, об/мин,
нет	=	коэффициент цилиндра,
	=	1 для цилиндра одностороннего действия
и
	=	2 (для цилиндра двустороннего действия)

Каталожные номера

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники. [Источники должны быть доступны читателю, т. е. не являются внутренним документом компании.]

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел для размещения ссылок на соответствующие материалы на веб-сайтах, отличных от PetroWiki и OnePetro.

См. также

Компрессоры

Центробежный компрессор

Компрессоры объемные ротационные

PEH:Компрессоры