Промышленный компрессор - это высокотехнологичное оборудование, предназначенное для сжатия воздуха и перекачки газов в масштабах крупных технологических производств. Надежность и долговечность таких агрегатов обеспечивается за счет применения инновационных технологий, высоколегированных тугоплавких сплавов и антифрикционных покрытий, минимизирующих трение между механизмами. Компрессорное оборудование сегодня используется практически во всех отраслях народного хозяйства для решения самых разных задач: от рядового закручивания гаек до перекачки нефтепродуктов и шлифовки корпуса космических ракет перед нанесением на них защитных слоев.
Создателем компрессора считается немецкий физик Герике. Он представил свое изобретение еще в 1650 году. Примечательно, что речь шла о поршневом агрегате, который, в целом, практически ничем не отличался от современного оборудования. Несколько позднее, в 1756 году, выдающийся русский инженер Ползунов доработал немецкую модель, добавив в нее еще один цилиндр и объединив с паровым двигателем. Это позволило многократно увеличить производительность.
В последние годы компрессор постоянно совершенствовался и видоизменялся. Свой вклад в это непростое дело внесли десятки ученых - Фурье, Бойль, Джоуль, Менделеев и др. Мощность и функциональность оборудования росла. В 1857 году при строительстве туннелей впервые в мире использовался бурильный молот, который приводился в действие за счет поршневого компрессора.
Совершенствование и доработка компрессорного оборудования ведется и в наши дни. Сейчас перед производителями стоят следующие задачи:
Еще одним популярным направлением является поиск универсальных материалов, которые обладали бы достаточной прочностью, небольшим весом и устойчивостью к агрессивным средам.
Конструкция стандартной модели промышленного компрессора состоит из нескольких основных компонентов:
Обязательным компонентом всех компрессоров является блок управления. На самых простых моделях он представлен только кнопками включения-отключения. Работа более мощных, промышленных устройств выстроена на основе микропроцессорных систем с сенсорными экранами, релейной защитой, регуляторами мощности и т.д.
Независимо от конструктивных особенностей все компрессоры работают по схожему принципу: воздух поступает из окружающей среды в рабочую камеру, где выполняется его сжатие. Затем он подается под давлением в ресивер или непосредственно на рабочее место потребителя (производственный конвейер, уборочный инвентарь, пневмоинструмент).
Процесс нагнетания может иметь свои особенности в зависимости от вида компрессора.
По принципу действия компрессоры делятся на две большие группы - объемные и динамические.
Объемные. Все основные процессы протекают в объемных компрессорах в рабочих камерах, чей объем способен увеличиваться и уменьшаться, за счет чего изменяется давление. В частности, при уменьшении внутреннего объема камер давление повышается, а при увеличении - снижается. Функционируют объемные агрегаты с постоянной производительностью. Для предотвращения обратного выхода газа из устройства, в его конструкции имеется специальная система клапанов, которые открываются и закрываются, тем самым обеспечивая наполнение и опорожнение камер.
Компрессорное оборудование объемного типа широко применяется в технологических процессов, в которых необходимо сжатие воздуха, хладагентов и технологических газов. Эти устройство можно встретить на химическом производстве, металлургии, в пищевой и фармацевтической промышленности, сельском хозяйстве. Их также используют на газовых месторождениях.
Различают несколько видов объемных компрессоров
Поршневая компрессорная установка представляет собой одну из самых популярных разновидностей компрессоров объемного действия. Ее главная особенность - наличие поршневой системы сжатия. Гарантией надежной и долговечной работы оборудования является его простое устройство.
Производители выпускают одно и двух поршневые модели. Главные узлы агрегата:
Поршневый компрессор работает от вращения коленчатого вала. С него момент вращения передается на шатун. Он в свою очередь приводит в движение поршень, расположенный в камере сжатия. В итоге увеличивается объем воздуха между клапанами в верхней части камеры и поршнем. Воздух в камере разряжается и давление снижается. Далее при сжатии поршня объем камеры наоборот уменьшается, а давление повышается. Такое устройство поршневого компрессора способствует эффективному нагнетанию воздуха в режиме пульсации.
Сфера применения поршневых установок постоянно расширяется. Практически повсеместно они используются в автосервисах для накачки шин и раскручивания гаек. В строительстве в паре с ними функционируют перфораторы, дрели и гайковерты. В пищевой промышленности без них не обходитися процесс упаковки продуктов питания и напитков. В дорожном строительстве обычно задействуют мобильные агрегаты, с помощью которых в действие приводят отбойные молотки. На металлургических производствах, мебельных фабриках, машиностроительных заводах на линиях сборки и покраски устанавливают мощные компрессоры, обеспечивающие бесперебойную подачу сжатого воздуха.
Преимущества:
Среди недостатков поршневого оборудования обычно называют высокий уровень шума. Поэтому такие компрессоры рекомендуют устанавливать в отдельных, изолированных помещениях.
Винтовые компрессоры - современное и экономичное в эксплуатации промышленное оборудование, которое характеризуется умеренным потреблением электрической энергии, неприхотливостью в обслуживании, простым управлением и долгим сроком службы. Патент на первый вариант винтового компрессора был получен еще в 1934 году. В наши дни данный тип агрегатов является настоящим лидером своего сегмента.
Принцип работы на компрессоры винтового типа заключается в следующем. В рабочей камере установки находится ведущий и ведомый винтовые элементы. Вращаясь они захватывают воздух на входе, после чего проталкивают его по направлению к выходу, постепенно сжимая в сужающемся пространстве между зубьями. Ключевую роль в эффективности и производительности винтовых компрессоров играет профиль винтовой пары.
Благодаря превосходным эксплуатационным и техническим характеристикам винтовые компрессорные установки применяются в различных областях промышленности:
Винтовые компрессоры также используются в качестве привода на промышленном оборудовании и станках, которые работают на энергии сжатого воздуха.
В числе преимуществ этой категории компрессорных установок стоит отметить:
Говоря о недостатках винтовых компрессоров, специалисты отмечают инженерную сложность механизмов и высокую стоимость винтового блока, замена которого требует серьезного бюджета.
Спиральные компрессоры - высокотехнологичное оборудование, обеспечивающее подачу чистого воздуха или газовой среды в необходимую пользователю систему. В основе их конструкции находится две спиральные пластины, вставленные одна в другую с незначительным смещением. Как правило, одна спираль остается неподвижной, тогда как другая выполняет эксцентрические движения. В процессе работы компрессорной установки спирали не должны соприкасаться между собой.
Принцип работы спирального агрегата заключается в следующем:
Таким образом, цикл работы спирального компрессора повторяется многократно, так как число оборотов на валу привода способно достигать тысячи в минуту. Процесс сжатия является стабильным, без резких скачков давления, как в поршневых установках.
Высокая производительность компрессорного оборудования спирального типа в сочетании с отсутствием шума и вибраций обуславливают его широкое применение в промышленных сплит-системах, холодильных установках, автомобильных кондиционерах и многих других агрегатах.
К недостаткам спиральных компрессоров относят их высокую стоимость и сложность производства, которое требует точного проектирования и изготовления спиралей.
Зубчатые компрессоры также нередко называют шестеренчатыми, так как их главными деталями являются шестерни. В процессе работы оборудования они вращаются в противоположных направлениях, образуя между стенками корпуса и зубьями рабочую камеру. При вхождении зубьев шестерни на входе в зацепление объем камеры уменьшается, в связи с чем воздух выходит через патрубок выходного отверстия под давлением.
Если говорить о конкретных сферах применения, то зубчатые агрегаты применяются в основном для решения следующих задач:
Зубчатые компрессоры могут быть передвижными или стационарными. Их мощность способна достигать 1200 л.с. Работают такие установки с большим количеством сред: пары, газы, мультифазные смеси.
Основные преимущества зубчатых компрессоров:
К минусам зубчатого компрессорного оборудования относят их ограниченную мощность и невозможность применения там, где требуется подача воздуха под высоким давлением.
Роторно-пластинчатые компрессоры обеспечивают надежное и качественное сжатие пара и газа, широко применяется в вакуумных системах. Главным элементом конструкции таких агрегатов является ротор с прорезанными пазами, в которые вставляются подвижные пластины. Ось ротора не совпадает с осью корпуса. В процессе вращения ротора пластины под действием центробежной силы перемещаются от центра к периферии, прижимаясь к стенкам корпуса. В итоге происходит большого количества рабочих камер объем которых ограничен корпусами агрегата и ротора и соседними пластинами. Объем камер постоянно изменяется за счет смещенных осей, что приводит к непрерывному сжатию воздуха в них.
Сфера применения роторно-пластинчатых компрессоров весьма разнообразна:<
Как и любые другие компрессоры, роторно-пластинчатые установки имеют свои преимущества и недостатки. К плюсам относят:
Основные минусы роторно-пластинчатых моделей заключаются в их ограниченной пропускной способности и чувствительности к загрязнениям.
В отличие от других видов объемных компрессоров в жидкостно-кольцевых установках используется вспомогательная жидкость. Конструкционной особенностью этих агрегатов является смещение осей ротора и корпуса относительно друг друга. Внутрь корпуса устройства заливается рабочая жидкость. В процессе вращения лопастей ротора она принимает форму кольца, прижимающего к стенкам компрессора.
Вследствие этого рабочее пространство, наполненное газом, ограничено корпусом и лопастями ротора и жидкостью. Изменение объема данного пространства происходит за счет смещенной оси вращающегося ротора. Чтобы перекачиваемая газовая среда не уносила с собой микрочастицы жидкости, в жидкостно-кольцевых установках имеется узел сепарации, которые отделяет влагу и воздух.
Использование для производства данного типа компрессорного оборудования высококачественной нержавеющей стали и керамики обеспечивает его надежность и долгий срок эксплуатации. Сегодня такие аппараты применяются в следующих сферах:
Настолько высокая востребованность жидкостно-кольцевых нагнетателей обусловлена их преимуществами:
Не обошлось и минусом. В частности, необходимо постоянно контролировать уровень жидкости в рабочей камере и своевременно доливать ее.
Если производственное предприятие заинтересовано в покупке компактного оборудования с высокой мощностью и надежным сжатием воздуха, ему стоит рассмотреть возможность приобретения динамического компрессора (турбокомпрессора). В основе их конструкции находится лопаточная машина. Воздушная струя, которая подается непрерывным потоком без скачков и пульсации, перемещается через межлопаточные промежутки движущихся роторов и неподвижных направляющих, запускает рабочее колесо с лопатками. Одновременно с увеличением скорости газа повышается давление. Главное отличие динамических компрессоров от объемных заключается в том, что они работают при постоянном давлении и имеют открытую проточную часть. Это значит, что при зафиксированном вале его можно продуть в любом направлении.
Компрессорные установки динамического типа применяются в промышленных системах кондиционирования воздуха, на химических и нефтеперерабатывающих производствах, в судовых холодильных установках, пищевой промышленности, тепловых насосах, предназначенных для обогрева зданий и сооружений.
Преимущества динамических компрессоров:
Различают несколько видов динамичных компрессоров: осевые, центробежные, струйные.
По принципу действия осевые компрессоры можно сравнить с насосом - газ движется и сжимается преимущественно вдоль оси вращения через подвижные рабочие колеса и неподвижные направляющие. По мере перемещения внутри турбины воздушный поток набирает скорость, а преобразование энергии в давление происходит непосредственно в направляющих.
Осевые компрессоры применяется на металлургических предприятиях, в газотурбинных установках, в воздушно-реактивных двигателях для самолетов и вертолетов.
Преимущества осевых компрессоров:
К минусам относят склонность лопаток к загрязнению, высокий риск попадания в проточную часть воды, пыли и других посторонних предметов.
За счет особенностей конструкции центробежные компрессоры обеспечивают получение радиального выходного потока. Рабочая среда, на входе попадает на радиально расположенные крыльчатки вращающегося колеса. Далее за счет центробежных сил воздух прижимается к стенкам корпуса аппарата, откуда он перемещается в диффузор, где происходит его сжатие.
В силу целого ряда особенностей центробежные установки не могут применяться там, где необходимо сжатие газовых сред до высоких давлений. В настоящее время сфера применения данного типа оборудования включает пищевую промышленность, нефтеперерабатывающую отрасль. Их также нередко используют в системах кондиционирования и охлаждения, в воздухоразделительных агрегатах.
Преимущества центробежных компрессоров:
Среди недостатков оборудования выделяют более низкий КПД в сравнении с другими видами компрессоров и сложности при сжатии газов с низкой плотностью.
Струйные компрессоры - высокотехнологичные нагнетатели, в которые для увеличения пассивного газа или пара используется энергия активного газа или пара. То есть в установку одновременно подают два газовых потока с низким и высоким давлением, на выходе же получают один поток давление которого выше, чем у пассивного и ниже, чем у активного газа.
От большинства аналогов струйные агрегаты отличаются простой конструкцией, которая обеспечивает их надежность. Их применение предпочтительно в тех случаях, когда на объекте уже имеется газ с высоким давлением, который нужно куда-то использовать. Например, это могут быть газовые месторождения. Также устройства струйного типа используются в системах очистки воздуха в герметичных кабинах самолетов и вертолетов, для разрежения воздуха в барокамерах.
Преимущества струйных компрессоров:
Таким образом, как мы видим сегодня существует большое количество видов промышленных компрессоров, различающихся принципом работы, конструкцией, производимым давлением, производительностью, скоростью и рабочей средой. Все разновидности имеют свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе оптимального типа установки, предназначенной для решения конкретных задач в определенных условиях эксплуатации.
