Кіріспе
Газдың көлемін азайту арқылы қысымын арттыратын машина. Компрессор – газдың көлемін азайту арқылы қысымын арттыратын механикалық құрылғы. Ауа компрессоры – газ компрессорларының нақты бір түрі. Компрессорлар сорғыларға ұқсас: екеуі де сұйықтыққа қысым түсіреді және екеуі де сұйықтықты құбыр арқылы тасымалдай алады. Басты айырмашылық – компрессордың негізгі міндеті сұйықтықтың тығыздығын немесе көлемін өзгерту болып табылады, бұл көбінесе тек газдар үшін ғана мүмкін. Газдар сығымдалады, ал сұйықтықтар салыстырмалы түрде сығылмайды, сондықтан компрессорлар сұйықтықтар үшін көбінесе қолданылмайды. Сорғының негізгі қызметі – сұйықтықты қысыммен ұстап, тасымалдау. Көптеген компрессорлар каскадты болып келеді, яғни сұйықтық бірнеше рет кезеңдер арқылы қысылып, шығарылатын қысымды арттырады. Көбінесе екінші кезең бірінші кезеңнен физикалық өлшемдері бойынша кішірек болады, бұл қысымды төмендетпей, бұрын қысылған газды сыйыруға мүмкіндік береді. Әрбір кезең газды одан әрі қысып, оның қысымын және температурасын арттырады (егер кезеңдер арасында салқындату жүргізілмесе).
A compressor is a mechanical device that increases the pressure of a gas by reducing its volume. An air compressor is a specific type of gas compressor. Compressors are similar to pumps: both increase the pressure on a fluid and both can transport the fluid through a pipe. The main distinction is that the focus of a compressor is to change the density or volume of the fluid, which is mostly only achievable on gases. Gases are compressible, while liquids are relatively incompressible, so compressors are rarely used for liquids. The main action of a pump is to pressurize and transport liquids. Many compressors can be staged, that is, the fluid is compressed several times in steps or stages, to increase discharge pressure. Often, the second stage is physically smaller than the primary stage, to accommodate the already compressed gas without reducing its pressure. Each stage further compresses the gas and increases its pressure and also temperature (if inter cooling between stages is not used).
Оң ығыстыру
Көлденең ығысулы компрессор – механикалық байланыстың қозғалысы арқылы ауаны қысатын жүйе, көлемді азайту арқылы (термодинамикада поршеньнің қозғалысынан туындаған көлемнің азаюы поршеньнің оң ығысуы ретінде қарастырылады). Басқаша айтқанда, көлденең ығысулы компрессор – кіреберісінен белгілі бір көлемдегі газды тартып алып, содан кейін сол газды компрессордың шығысы арқылы итеру арқылы жұмыс істейтін компрессор. Газ қысымының артуы, кем дегенде, компрессордың кіреберістегі төмен қысым мен тығыздықтан шығуға мүмкін емес массалық ағынмен сорғылауына байланысты.
Қалқымалы компрессорлар
Реципрокативті компрессорлар коленвалмен қоздырылатын поршеньдерді пайдаланады. Олар стационарлық немесе портативті болуы мүмкін, бір немесе көп сатылы болуы мүмкін, сондай-ақ электрмоторлармен немесе ішкі жану қозғалтқыштарымен жұмыс істеуі мүмкін. 5-30 ат күші (а.к.) аралығындағы кішкентай компрессорлар көбінесе автокөлік саласында қолданылады және әдетте үзіліс-үзіліс жұмысына арналған. Ірі компрессорлар өнеркәсіптік және мұнай өңдеу салаларында кеңінен таралған. Шығарылатын қысым төмен қысымнан өте жоғары қысымға дейін (>18000 psi немесе 124 МПа) дейін өзгеруі мүмкін. Ауа сығымдау сияқты кейбір қолданымдарда көп сатылы, екі жақты әрекет ететін компрессорлар ең тиімді компрессорлар болып саналады және олар әдетте салыстырмалы роторлық құрылғылардан үлкен және қымбат болады. Автокөліктің кабинасындағы ауаны кондициялау жүйелерінде қолданылатын реципрокативті компрессордың тағы бір түрі – шваштық немесе тербелісті тақта компрессор, ол оське орнатылған шваштық тақтамен қоздырылатын поршеньдерді пайдаланады (аксиалды поршенді сорғыны қараңыз). Үй шаруашылығында, үй шеберханасында және кішкентай құрылыс алаңдарында қолданылатын компрессорлар әдетте 1½ а.к. немесе одан аз қуатты және қосымша газ жинағыш резервуары бар реципрокативті компрессорлар болып табылады. Сызықтық компрессор – поршені сызықтық мотордың роторы болып табылатын реципрокативті компрессор. Бұл типтегі компрессор салқындатқыш, сутек және табиғи газды қоса алғанда, кең ауқымдағы газдарды сығымдай алады. Осы себепті ол көптеген салаларда кең қолданылады және өлшемдерін, цилиндрлер санын және цилиндрлерді босату арқылы әртүрлі сыйымдылықтарға бейімделе алады. Алайда, ол кеңістік көлемдеріне байланысты жоғары шығындарға, шығару және сору клапандарының кедергісіне ұшырайды, ауыр, көптеген жылжымалы бөліктері болғандықтан күтімі қиын және өзіне тән дірілдерге бейім.
Ионикалық сұйық поршенді компрессор
Ионды сұйық поршеньді компрессор, ионды компрессор немесе ионды сұйық поршеньді сорғы – металл поршеньнің орнына ионды сұйық поршеньді пайдаланатын сутек компрессоры. Бұл металл поршеньді диафрагмалық компрессордан өзгеше.
Ротациялық бұрандалы компрессорлар
Ротариялық бұрандалы компрессорлар газды кішірек кеңістікке итеру үшін бірін-бірімен байланысқан екі бұрандалы спиральды бұранданы қолданады. Олар көбінесе коммерциялық және өнеркәсіптік қолданыстарда үздіксіз жұмыс істеу үшін пайдаланылады және стационарлық немесе портативті болуы мүмкін. Олардың қолданылу аймағы төмен қысымнан аса жоғары қысымға дейін (>) және төмен қысымнан орташа жоғары қысымға дейін жетеді. Ротариялық бұрандалы компрессорлардың жіктелуі сатыларына, салқындату әдістеріне және басқа да факторларға, соның ішінде жетек түрлеріне байланысты әртүрлі болады. Ротариялық бұрандалы компрессорлар майлы, сулы және құрғақ типтерде коммерциялық түрде өндіріледі. Ротариялық компрессорлардың тиімділігі ауа кептіргішіне байланысты, ал ауа кептіргішін таңдау компрессордың көлемдік өнімділігінен 1,5 есе артық болуы керек. Екі бұранданың орнына бір немесе үш бұрандалы конструкциялар да бар. Бұрандалы компрессорлардың аз қозғалмалы бөліктері, үлкен сыйымдылығы, аз дірілдеуі және импульсталуы, айнымалы жылдамдықпен жұмыс істеу мүмкіндігі және әдетте жоғары тиімділіктері бар. Компрессор қуыстары немесе бұрандалары мен компрессор корпусы арасындағы бос орыннан туындаған кездейсоқ ағындарға байланысты кішкентай өлшемдері немесе ротордың төмен айналу жылдамдықтары тиімді емес.
Қозғалтқыш
Роликлі поршеньді компрессордағы роликлі поршень, лопасть пен ротор арасындағы бөлігіш рөлін атқарады. Роликлі поршень газды тұрақты лопастьқа қарсы қысады. Осы компрессорлардың 2-еуін бір білішке орнатуға болады, бұл қуатты арттырып, діріл мен шуды азайтады. Серіппесіз конструкция тербелістік компрессор деп аталады. Тоңазыту және кондиционерлеу жүйелерінде компрессордың бұл түрі роторлық компрессор деп те аталады, ал роторлық бұрандалы компрессорлар жай ғана бұрандалы компрессорлар деп аталады. Поршень мен компрессор корпусы арасындағы бос көлемнен туындайтын шығын аз болғандықтан, ол поршеньдік компрессорларға қарағанда тиімділігі жоғары, берілген қуат үшін 40%-дан 50%-ға дейін кішірек және жеңіл (бұл өнімде қолданылған кезде материал мен тасымалдау шығындарына әсер етуі мүмкін), дірілді азайтады, компоненттері аз және сенімділігі жоғары. Бірақ оның құрылымы 5 тоннадан астам тоңазыту қуатына мүмкіндік бермейді, басқа компрессор түрлеріне қарағанда сенімділігі төмен және бос көлемнен туындайтын шығындарға байланысты басқа компрессор түрлеріне қарағанда тиімділігі төмен. Олар төменгі көлемдік диапазонда басқа типтегі компрессорларға қарағанда тегіс, тыныш және сенімді жұмыс істейді. Көбінесе спиральдердің біреуі бекітілген, ал екіншісі айналмалы қозғалыс жасап, спиральдер арасындағы сұйықтықтың қалталарын тұтқындап, сору немесе қысу арқылы айдайды. Бекітілген спираль мен айналмалы спираль арасындағы ең аз бос көлемге байланысты бұл компрессорлар өте жоғары көлемдік тиімділікке ие. Бұл компрессорлар кондиционерлеу және тоңазыту жүйелерінде кеңінен қолданылады, өйткені олар поршеньдік компрессорларға қарағанда жеңіл, кішірек және аз қозғалмалы бөліктері бар, сонымен қатар олар сенімдірек. Олардың құны жоғарырақ, сондықтан тоңазыту немесе кондиционерлеу жүйесін жобалау кезінде ең маңызды немесе маңызды факторлардың бірі болып табылатын жағдайларда Пельтье салқындатқыштары немесе роторлық және поршеньдік компрессорлар қолданылуы мүмкін. Бұл типтегі компрессор 1990-шы жылдардың басында Volkswagen G60 және G40 қозғалтқыштарында турбокомпрессор ретінде қолданылған. Поршеньдік және роликлі поршеньді компрессорлармен салыстырғанда, спиральдік компрессорлар аз компоненттері мен қарапайым құрылымына байланысты сенімдірек, бос көлем мен клапандары болмағандықтан тиімдірек және аз толқуға және дірілге бейім. Бірақ бұрандалы және центрифугалық компрессорлармен салыстырғанда, спиральдік компрессорлардың тиімділігі төмен және қуаты аз. Бұл прототиптік баламалы отын құю станциясы Финикс қаласында қолданыстағы қауіпсіздік, экологиялық және құрылыс нормаларына сәйкес салынды, мұндай отын құю станцияларын қалалық аймақтарда салуға болатынын көрсету мақсатында.
Ауалы көпіршік компрессор
Сондай-ақ, тромп деп те аталады. Турбуленттілік арқылы пайда болған ауа мен судың қоспасы жер асты камерасына құйылады, онда ауа судан ажыратылады. Төмен құлайтын судың салмағы камераның үстіңгі бөлігіндегі ауаны қысымдайды. Камерадан су астынан шығатын тетік судың кіріс деңгейінен төменірек биіктікте судың бетке ағуына мүмкіндік береді. Камера төбесіндегі шығыс қысылған ауаны жер бетіне жеткізеді. Осы принцип бойынша 1910 жылы Онтарио провинциясының Кобальт қаласының жанындағы Монреаль өзенінде Ragged Shutes жерінде бір нысан салынды және жақын жердегі кендерге 5000 ат күшімен қамтамасыз етілді.
Орталықтан тыс компрессорлар
Орталықтан тепкіш компрессорлар газды дөңгелектің шетіне итеру үшін арнайы пішінді корпуста айналатын диск немесе дөңгелек қолданады, бұл газдың жылдамдығын арттырады. Диффузор (жайлағыш канал) бөлімі жылдамдық энергиясын қысым энергиясына түрлендіреді. Олар негізінен мұнай өңдеу зауыттары, химия және мұнайхимия зауыттары, сондай-ақ табиғи газды өңдеу орналастырулары сияқты салаларда үздіксіз, стационарлық жұмыс істеу үшін қолданылады. Олардың қуаты бірнешеден мыңдаған ат күшіне жете алады. Көп сатылы конструкциясы арқасында олар жоғары шығыс қысымын қамтамасыз етеді. Осы типтегі компрессорлар, бұрандалы компрессорлармен бірге, ірі тоңазыту және кондиционерлеу жүйелерінде кеңінен қолданылады. Магниттік (магниттік левитациямен) және ауалық орталықтан тепкіш компрессорлар бар. Көптеген ірі қар жасау операциялары (мысалы, шаңғы курорттары) осы типтегі компрессорларды пайдаланады. Олар сондай-ақ ішкі жану қозғалтқыштарында турбонаддув және турбокомпрессорлар ретінде қолданылады. Орталықтан тепкіш компрессорлар кішкентай газ турбиналық қозғалтқыштарда немесе орташа өлшемді газ турбиналарының соңғы сығылу сатысында қолданылады. Орталықтан тепкіш компрессорлар – қол жетімді ең ірі компрессорлар, жартылай жүктеме кезінде жоғары тиімділік көрсетеді, ауа немесе магниттік подшипниктерді пайдаланғанда майсыз жұмыс істеуге мүмкіндік береді, бұл буландырғыштар мен конденсаторлардағы жылу алмасу коэффициентін арттырады, салмағы 90%-ға дейін жеңіл және поршеньді компрессорларға қарағанда 50%-ға аз орын алады, сенімді және күтіп ұстауға арзан, себебі аз компоненттер тозуға ұшырайды және минималды діріл тудырады. Бірақ олардың бастапқы құны жоғары, өте дәл CNC өңдеуді қажет етеді, дөңгелектің жоғары жылдамдықпен айналуы кішкентай компрессорларды тиімсіз етеді және пульсация қаупі артады. Дәл сол сатыдағы қысым қатынасы бар стандартты орталықтан тепкіш компрессормен салыстырғанда, аралас ағынды компрессордың жылдамдығы 1,5 есе жоғары болады.
This type of compressor, along with screw compressors, are extensively used in large refrigeration and air conditioning systems. Magnetic bearing (magnetically levitated) and air bearing centrifugal compressors exist. Many large snowmaking operations (like ski resorts) use this type of compressor. They are also used in internal combustion engines as superchargers and turbochargers. Centrifugal compressors are used in small gas turbine engines or as the final compression stage of medium sized gas turbines. Centrifugal compressors are the largest available compressors, offer higher efficiencies under partial loads, may be oil free when using air or magnetic bearings which increases the heat transfer coefficient in evaporators and condensers, weigh up to 90% less and occupy 50% less space than reciprocating compressors, are reliable and cost less to maintain since less components are exposed to wear, and only generate minimal vibration. But, their initial cost is higher, require highly precise CNC machining, the impeller needs to rotate at high speeds making small compressors impractical, and surging becomes more likely. Comparative to the conventional centrifugal compressor (of the same stage pressure ratio), the value of the speed of the mixed flow compressor is 1.5 times larger.
Сүрлеуді кезең-кезеңмен
Орталықтан тепкіш компрессорлар жағдайында, қазіргі уақытта коммерциялық конструкциялардың кез келген бір сатыдағы қысылу қатынасы (типикалық газ үшін) 3,5:1-ден аспайды. Қысылу температураны көтереді, сондықтан қысылған газды сатылар арасында салқындату қажет, бұл қысылу процесін адиабатикалық емес, изотермиялыққа жақындатады. Сатылар аралық салқындатқыштар (интеркулерлер) көбінесе бу-сұйық ажыратылатын құрылғыларда алынып тасталатын ішінара конденсация тудырады. Кішкентай поршеньді компрессорларда компрессордың инерциялық дөңгелегі салқындату желдеткішін іске қосуы мүмкін, ол қоршаған ауаны екі немесе одан көп сатылы компрессордың интеркулері арқылы бағыттайды. Бұрандалы компрессорлар қысылудан туындаған температураның өсуін төмендету үшін салқындатқыш майды пайдалана алады, сондықтан олар көбінесе 9:1 қысылу қатынасын асып түседі. Мысалы, әдеттегі суға бату компрессорларында ауа үш сатыда қысылады. Егер әрбір сатының қысылу қатынасы 7:1 болса, компрессор 343 атмосфералық қысымды бере алады (7 × 7 × 7 = 343 атмосфера).
Сымдау
Электр қозғалтқышымен жұмыс істейтін компрессорларды VFD немесе қуат инверторы арқылы басқаруға болады, бірақ көптеген герметикалық және жартылай герметикалық компрессорлар кіріктірілген май сорғысы болғандықтан, тек белгілі бір диапазонда немесе белгілі бір жылдамдықтарда ғана жұмыс істей алады. Кіріктірілген май сорғысы компрессорды қозғалтатын бір оқпанға қосылып, майды компрессор мен мотордың подшипниктеріне жібереді. Төмен жылдамдықтарда подшипниктерге жеткілікті май жетпейді, нәтижесінде подшипниктер бұзылады, ал жоғары жылдамдықтарда подшипниктерден және компрессордан шашырап, ықтимал түсірілім құбырына артық май шығындалуы мүмкін. Соңында май бітіп, подшипниктер майсызда қалады, бұл олардың бұзылуына әкеледі, сондай-ақ май тоңазытқыш, ауа немесе басқа жұмыс газын ластауы мүмкін.