Объёмные компрессоры
Для объемных компрессоров характерно создание определенного замкнутого объема газа или воздуха и последующее повышение давления, которое достигается за счет уменьшения этого замкнутого объема. Поршневые компрессоры Поршневые компрессоры были изобретены первыми и являются самыми распространенными из всех компрессоров. Поршневые компрессоры очень разнообразны; одинарного или двойного действия, со смазкой или бессмазочные, с разным числом цилиндров и самых различных конфигураций. За исключением самых малых компрессоров с вертикальными цилиндрами, для небольших компрессоров наиболее часто применяется V-образное расположение цилиндров. В крупных компрессорах двойного действия наибольшими преимуществами обладает L-образная конфигурация с вертикальным цилиндром низкого давления и горизонтальным цилиндром высокого давления. Поэтому такая конструкция наиболее распространена. В маслосмазываемых компрессорах обычно применяют систему естественной подачи масла или систему подачи масла под давлением. В большинстве компрессоров используются самодействующие клапаны, которые открываются и закрываются в результате разности давлений по обе стороны пластины клапана. Безмасляные поршневые компрессоры Безмасляные поршневые компрессоры могут оснащаться поршневыми кольцами, изготовленными из политетрафторэтелена (ПТФЭ) или графита. В другом варианте исполнения в поршне и стенке цилиндра могут быть пазы, как в лабиринтных компрессорах. Более крупные машины оснащаются крейцкопфом и уплотнениями на штоке поршня, а также вентилируемым "фонарем" (промежуточным отсеком), предотвращающим перенос масла из картера коленчатого вала в камеру сжатия. Небольшие компрессоры зачастую оснащаются картером коленчатого вала с подшипниками, смазка которых рассчитана на весь срок службы. Мембранные компрессоры Мембранные компрессоры образуют другую группу компрессоров. Мембрана приводится в движение механическим или гидравлическим способом. Механические мембранные компрессоры используются при малых производительностях и низких давлениях или в качестве вакуумных насосов. Гидравлические мембранные компрессоры используются для получения высоких давлений. Винтовые компрессоры Принцип действия ротационных компрессоров объемного действия с поршнем в форме винта был разработан в 30-е годы, когда потребовались высокопроизводительные компрессоры, способные стабильно работать в различных условиях. Основными частями винтового компрессора являются ведущий и ведомый роторы, которые вращаются навстречу друг другу, в то время как пространство между ними и корпусом уменьшается. Каждый из винтовых элементов имеет постоянную, присущую ему степень повышения давления, которая зависит от их длины, шага пинта и формы выпускного отверстия. Для получения наибольшего кпд степень повышения давления должна соответствовать требуемому рабочему давлению. Винтовой компрессор не оснащен клапанами, и в нем отсутствуют механические силы, вызывающие разбалансировку. Это значит, что он может работать при высокой скорости вращения вала, и его конструкция позволяет получить высокую величину потока при малых габаритных размерах. Осевое усилие, зависящее от разности давлений между входом и выходом компрессора, должно приниматься подшипниками. Винт, который первоначально был симметричным, в дальнейшем видоизменился и приобрел различные асимметричные геликоидальные (спиральные) профили. Безмасляные винтовые компрессоры В первых винтовых компрессорах, так называемых безмасляных компрессорах, или компрессорах с сухим сжатием, винт имел симметричный профиль и в камере сжатия не использовалась жидкость. В конце 1960-х годов были внедрены высокоскоростные безмасляные винтовые компрессоры с асимметричным профилем винта. Новый профиль винта, благодаря уменьшению внутренних утечек, позволил значительно повысить кпд. В компрессорах с сухим сжатием для синхронизации вращающихся навстречу друг другу роторов используется внешняя зубчатая передача. Так как роторы не соприкасаются ни друг с другом, ни с корпусом компрессора, в камере сжатия отдельной смазки не требуется. Поэтому в сжатом воздухе совершенно отсутствует масло. Роторы и корпус изготавливаются с высокой точностью, чтобы уменьшить утечку воздуха со стороны нагнетания в сторону всасывания. Полная степень повышения давления ограничивается разностью температур на впуске и выпуске. Поэтому безмасляные винтовые компрессоры зачастую изготавливаются с несколькими ступенями. Безмасляные винтовые компрессоры с нагнетанием жидкости Винтовые компрессоры с нагнетанием жидкости охлаждаются и смазываются жидкостью, которая нагнетается в камеру сжатия, а также зачастую и в подшипники компрессора. Жидкость предназначена для охлаждения и смазки компрессорного элемента, а также для уменьшения обратной утечки воздуха в сторону воздухозабора. В настоящее время для этих целей чаще всего используется масло из-за его хороших смазочных свойств, но могут применяться и другие жидкости, например вода. Винтовые компрессорные элементы с нагнетанием жидкости могут изготавливаться с большой степенью повышения давления, и поэтому для давлений до 13 бар обычно достаточно одной ступени сжатия. Малые обратные утечки в элементе означает также, что эффективно работают даже относительно небольшие компрессоры. Зубчатый компрессор Компрессорный элемент зубчатого компрессора состоит из двух роторов, которые вращаются в камере сжатия навстречу друг другу. Процесс сжатия состоит из этапов впуска, сжатия и выпуска. На этапе впуска воздух всасывается в камеру сжатия до тех пор, пока роторы не перекроют впускной канал. На этапе сжатия поступивший воздух находится в камере сжатия, объем которой по мере вращения роторов постепенно уменьшается. Во время сжатия выпускной капал закрыт одним из роторов, в то время как впускной канал открывается для впуска новой порции воздуха в противоположную секцию камеры сжатия. Выпуск происходит, когда один из роторов открывает выпускной капал и сжатый воздух вытесняется из камеры сжатия. Впуск и выпуск происходят в радиальном направлении через камеру сжатия, что позволяет упростить конструкцию подшипников и улучшить заполнение. Вращение обоих роторов синхронизируется зубчатым колесом. Максимальная степень повышения давления, которую можно получить в безмасляном зубчатом компрессоре, составляет 4,5. Следовательно, для более высоких давлений потребуется несколько ступеней. Спиральный компрессор Спиральный компрессор является разновидностью безмасляного ротационного объемного компрессора, т.е. он сжимает определенное количество воздуха в постепенно уменьшающемся объеме. Компрессорный элемент состоит из неподвижной спирали в корпусе элемента и подвижной эксцентрической спирали с приводом от двигателя. Спирали установлены со сдвигом по фазе на 180° так, чтобы они образовывали воздушные полости с изменяющимся объемом. Такая конструкция обеспечивает спиральным элементам радиальную стабильность. Утечки в спиральном элементе минимальны, так как разность давлений между воздушными полостями меньше разности давлений во впускных и выпускных каналах. Подвижная спираль приводится в движение короткоходным коленчатым валом и эксцентрически перемещается вокруг центра неподвижной спирали. Впускной канал находится и верхней части корпуса элемента. Когда подвижная спираль движется против часовой стрелки, воздух всасывается, захватывается одной из воздушных полостей и сжимается, по мере продвижения к центру, где расположены выпускной капал и обратный клапан. Цикл сжатия продолжается в течение 2,5 оборота, что фактически обеспечивает постоянный воздушный поток без пульсаций. Этот процесс относительно безшумный и почти беи вибрации, так как не возникает переменного вращающего момента, как, например в поршневом компрессоре. Роторно-пластинчатый компрессор Принцип действия роторно-пластинчатого компрессора тот же, что и у большинства пневмодвигателей. Пластины обычно изготавливаются из специиальных литейных сплавов. В большинстве компрессоров в качестве смазки применяется специальное масло. Ротор с пластинами, которые могут перемещаться в радиальном направлении, эксцентрично установлен в корпусе статора. При вращении ротора центробежная сила прижимает пластины к стенкам статора. При увеличении расстояния между ротором и статором воздух всасывается. Он захватывается различными полостями компрессора, которые при вращении уменьшаются в объеме. Когда пластины проходят мимо выпускного канала, происходит выпуск воздуха. Жидкостно-кольцевой компрессор Жидкостно-кольцевой компрессор представляет собой объемный компрессор с заданной степенью повышения давления. Ротор с фиксированными лопатками эксцентрично установлен в корпусе, который частично заполнен жидкостью. Рабочее колесо с лопатками перемещает жидкость относительно корпуса компрессора, и за счет центробежной силы у стенок корпуса образуется кольцо жидкости. Благодаря овальной форме корпуса компрессора кольцо жидкости располагается эксцентрично относительно ротора. Объемы между лопатками рабочего колеса циклично изменяются. Конструкция компрессора обычно предполагает установку двух камер сжатия на противоположных сторонах рабочего вала, позволяя тем самым устранить радиальную нагрузку на подшипники. Благодаря контакту воздуха с жидкостью охлаждение в жидкостно-кольцевом компрессоре является непосредственным. Это означает, что повышение температуры сжатого воздуха окажется незначительным. Однако потери на вязкое трение между корпусом и лопатками будут велики. Воздух насыщается парами компрессорной жидкости, в качестве которой обычно используется вода. Могут также использоваться и другие жидкости, например, для поглощения определенной составной части сжимаемого газа или для защиты компрессора от коррозии, которая происходит при сжатии агрессивных газов. Воздуходувки Воздуховики не являются объемными компрессорами, так как работают без внутреннего сжатия. Там, где камера сжатия входит в контакт с выпускным каналом, сжатый воздух течет со стороны более высокого давления. Именно там происходит сжатие: объем камеры сжатия уменьшается по мере вращения. Соответственно, компрессия происходит в условиях полного противодавления, что приводит к низкой эффективности и высокому уровню шума. Два одинаковых, обычно симметриичных ротора, вращающихся в противоположных направлениях, работают в цилиндрическом корпусе с плоскими торцами. Роторы синхронизированы посредством зубчатой передачи. Воздуходувки бывают чаще всего безмасляные и с воздушным охлаждением. Низкая эффективность ограничивает применение воздуходувок теми случаями, где используется низкое давление при сжатии в одну ступень, хотя возможны версии и в две-три ступени. Воздуходувки чаще всего используются как вакуумные насосы и для пневматической подачи материалов.
