Компрессоры сжатого воздуха

Воздушный компрессор – это агрегат, необходимый для осуществления процесса сжатия воздуха и подачи его в пневмопотребитель под давлением. Любой пневмоинструмент, работающий со сжатым воздухом, нуждается в компрессоре. Компрессоры бывают различных типов, но основными типами для использования на производстве и в бытовых целях являются винтовые и поршневые. Некоторые виды компрессоров имеют как схожие элементы, так и конструктивные отличия. Существуют компактные и достаточно большие агрегаты, переносные и стационарные. Для определенных областей применения существуют варианты исполнения из различных материалов. 

Особенности подбора компрессоров

При расчете компрессора важными параметрами являются степень сжатия, давление, производительность и прочие технические данные. Но одним из важнейших моментов такого расчета является определение необходимого типа компрессора и его технических параметров. Также следует учитывать конструктивные особенности пневмоинструмента, например, если инструмент должен работать при давлении 5-7 бар, то компрессор должен быть рассчитан как минимум на 7-9 бар. Необходимо учитывать также перепады давления, реальные особенности и структуру пневмосети. Как правило, в прилагаемом техническом описании компрессора указываются данные по потреблению воздуха и производительности без учета перепадов на магистрали, это тоже следует учесть.

Компрессоры винтового типа

Винтовой компрессор - это достаточно простое и надежное оборудование, которое при должном техническом обслуживании будет экономить средства и электроэнергию, а также обеспечивать долговечную и качественную работу.
Исходя из практики, для промышленного применения характерно использование воздушных компрессоров винтового типа, так как они имеют достаточно высокую производительность. Кроме того, они имеют множество технологических особенностей и опций, подходящих для использования в промышленных отраслях. Основной особенностью конструкции винтовых компрессоров является винтовая пара, состоящая из ведущего и ведомого ротора. Она служит непосредственно для процесса сжатия и является одним из главных элементов компрессора.

Принцип работы:

Корпус компрессора и роторы образуют камеру сжатия. Винтовая пара, состоящая из ведущего и ведомого роторов, находится в сцепленном состоянии. По мере вращения винтов в противоположном направлении, объем камеры увеличивается и начинается процесс всасывания воздуха. При достижении максимального объема всасываемого воздуха, камера изолируется от патрубка всасывания, и теперь пара роторов начинает сокращать объем и направлять сжатый воздух в камеру нагнетания.

Если компрессор маслозаполенный, то масло отводит тепло, возникающее при сжатии, и далее отделяется в сепараторе, а из компрессора выходит чистый сжатый воздух. Как правило, маслозаполненные компрессоры имеют чуть больший КПД , чем безмасляные. Особенностью таких компрессоров является плавная, равномерная работа с низким уровнем шума. В случае безмасляного компрессора масло не охлаждает агрегат, поэтому сжатие происходит в несколько этапов, как правило, в две ступени. Результатом этого является чистый воздух без примесей масла, но сам агрегат, как правило, стоит дороже и более сложен в техобслуживании. Такие компрессоры незаменимы в тех процессах, у которых необходим чистый воздух, например, в химических или фармацевтических отраслях. Для охлаждения такого типа компрессоров используется впрыск воды.

Преимущества и недостатки:

Преимуществами винтовых агрегатов является простота конструкции, небольшой уровень шума, надежные и долговечные составные элементы конструкции, достаточно небольшая стоимость эксплуатации, малое содержание масла в воздухе, небольшие габариты и т.д. В винтовых компрессорах возможна частичная разгрузка с понижением мощности и изменением объема всасываемого воздуха. Также такие компрессоры можно устанавливать в параллель, образуя агрегаты повышенной мощности.
Из существенных недостатков можно отметить лишь достаточно высокую стоимость.

Компрессоры поршневого типа

Поршневые компрессорные агрегаты повсеместно используются в быту и на малых и средних предприятиях. В отличие от других типов компрессоров, у данного типа оборудования основной рабочей системой является поршневая группа.

Основные элементы:

• группа цилиндров;
• группа поршней;
• элементы обеспечения движения;
• клапаны и трубопроводы регулировки производительности;
• система смазки;
• охлаждающая система;
• установочные элементы.

Конструкция поршневого воздушного компрессора представляет собой чугунный (или из иного материала) корпус с горизонтально или вертикально установленным цилиндром.
Рабочая группа включает в себя поршень, клапан нагнетания и клапан всасывания. Движение обеспечивается двигателем посредством КШМ. Перемещение поршня определяет процесс всасывания и сжатия воздуха в камере цилиндра. Воздух поступает в цилиндр через открытый клапан всасывания, так как при движении поршня возникает разряжение, открывается клапан всасывания и впускает воздух. Во время обратного перемещения объем поршневой камеры уменьшается и происходит сжатие воздуха и увеличение его давления. Клапан всасывания закрывается и открывается клапан нагнетания, через который сжатый воздух подается в магистраль. Поскольку при таком принципе работы существует достаточно большой риск износа механизмов, в воздух добавляются частички масла, благодаря чему происходит смазывание и снижение трения. Данный цикл является повторяющимся, и в процессе работы воздух поступает в пневмоооборудование под необходимым давлением.

Поршневой воздушный компрессор имеет достаточно простую и эффективную конструкцию, при этом сохраняя достаточно высокую производительность и качественные эксплуатационные характеристики. Как правило, на большинстве производств используемые компрессоры дублируют, поскольку в случае выхода из строя или при необходимости технического обслуживания рабочего компрессора, его заменяет второй и обеспечивается непрерывность рабочего процесса. 

Представленные выше типы агрегатов применяются во множестве отраслей промышленности, имеют высокие рабочие характеристики, являются надежными и долговечными при условии соответствующего техобслуживания и грамотной эксплуатации. Они могут использоваться для работы с большинством пневматических инструментов.

Преимущества и недостатки:

Преимуществом поршневого компрессора является простота конструкции и достаточно несложное техобслуживание. Также компрессоры такого типа имеют достаточно небольшую стоимость в сравнении с другими типами компрессоров. 
Недостатком является достаточно частое техобслуживание и затраты на него, большой износ трущихся частей, нагрев в процессе работы, и, как следствие, необходимость дополнительного охлаждения.

Расчет объема ресивера

Одним из важных параметров, которые должны быть учтены при расчете компрессора, является объем ресивера.
Если компрессор используется для бытовых целей, то объема в 30-50 литров вполне должно хватить.
В промышленных компрессорах объем ресивера может составлять более 200 литров. Ресивер необходим для предотвращения перепадов давления при запуске двигателя и защищает компрессор путем снижения количества пусков-остановов, что ведет к более долговечной работе. Объем ресивера следует выбирать исходя из поставленной задачи и из числа активных потребителей воздуха.

Область применения поршневых компрессоров

Компрессоры указанных выше типов используются повсеместно – в энергетике и медицине, на строительных объектах, в системах охлаждения и в машиностроении, на военных объектах, в сталелитейной и текстильной промышленности. Особенно важным является применение в пищевой промышленности. Множество переключающих, запорных и противосмесительных клапанов имеют воздушный пневмопривод. Как правило, клапаны объединены в кластеры, к которым также необходимо обеспечить постоянную подачу чистого сжатого воздуха. В случае возникновения проблем с компрессором, возможно нарушение функционала таких клапанов и, как следствие, дорогостоящие ошибки и неисправности при производстве продуктов питания.

Компрессорное оборудование также является неотъемлемой частью множества технологических процессов, таких, как:

• работа с пылесборниками и пневматическими муфтами при производстве цемента,
• постоянная подача сжатого воздуха для электростанций, пескоструйная обработка,
• покраска надувка шин в автомобильной промышленности,
• подача воздуха для нагрева или охлаждения стали в сталелитейной промышленности,
• сжатый воздух необходим для перемещения жидкостей и создания давления в резервуарах в химической промышленности,
• процесс упаковки, работа с продуктом, управление пневматикой в пищеовй промышленности,
• охлаждающий воздух для роботов в машиностроении,
• воздух для процесса упаковки и производства лекарственных средств в фармацевтической отрасли,
• подача воздуха в пневматический инструмент на строительных объектах,
• перемещение угля и руды, подача воздуха в шахты, обеспечение работоспособности для машин в горнодобывающей промышлености,
• распыление порошковых сред и прочие технологические процессы в целлюлозно-бумажной промышленности.

Управление компрессорным оборудованием

Управление компрессором, а именно регулирование его функционала необходимо для обеспечения стабильной работы и обеспечения соответствия необходимым рабочим условиям. В основном, регулирование осуществляется путем использования реле давления и определенной системы настройки. Данные настройки обеспечивают постоянное давление в ресивере. Автоматика отключает компрессор при достижении давлением установленного максимума, и включает, как только активируется автоматика защиты по нижнему допустимому давлению. 
Кроме автоматики, срабатывающей по давлению, необходимо еще множество предохранительных элементов – запорные клапаны на линиях всасывания и нагнетания, индикаторы контроля уровня масла, датчики давления масла, соленоидные клапаны и т.д.
Для корректной работы компрессора часто используются дополнительные опции: частотный преобразователь, рекуперационный теплообменник (экономайзер), лренажные и охладительные линии.