Введение
Компрессор – это машина, которая забирает окружающий воздух и нагнетает его под более высоким давлением. Это разновидность газового компрессора и пневматического устройства, преобразующего механическую энергию (от электродвигателя, дизельного или бензинового двигателя и т.д.) в потенциальную энергию, накапливаемую в сжатом воздухе, который имеет множество применений. Распространенное применение – сжатие воздуха в ресивер для немедленного или последующего использования. Когда давление в ресивере достигает установленного верхнего предела, компрессор отключается, либо избыток воздуха выпускается через предохранительный клапан. Сжатый воздух хранится в ресивере до момента необходимости. Энергия сжатого воздуха может использоваться в различных областях, например, для питания пневматического инструмента, при его высвобождении. Когда давление в ресивере падает до нижнего предела, компрессор автоматически включается и повторно нагнетает воздух в ресивер. Компрессор отличается от насоса тем, что работает с газом, а насос – с жидкостью.
An air compressor is a machine that takes ambient air from the surroundings and discharges it at a higher pressure. It is an application of a gas compressor and a pneumatic device that converts mechanical power (from an electric motor, diesel or gasoline engine, etc.) into potential energy stored in compressed air, which has many uses. A common application is to compress air into a storage tank, for immediate or later use. When the delivery pressure reaches its set upper limit, the compressor is shut off, or the excess air is released through an overpressure valve. The compressed air is stored in the tank until it is needed. The pressure energy provided by the compressed air can be used for a variety of applications such as pneumatic tools as it is released. When tank pressure reaches its lower limit, the air compressor turns on again and re pressurizes the tank. A compressor is different from a pump because it works on a gas, while pumps work on a liquid.
Компрессоры с положительным перемещением
Компрессоры с положительным перемещением работают, заставляя воздух проходить через камеру, объем которой уменьшается для сжатия воздуха. Когда давление превышает давление за пределами выпускного клапана, открывается порт или клапан, и воздух из компрессионной камеры выпускается в выходную систему. Распространенными типами компрессоров с положительным перемещением являются воздушные компрессоры поршневого типа, которые сжимают воздух, прокачивая его через цилиндры с помощью возвратно-поступательных поршней. Они используют односторонние клапаны для впуска воздуха в цилиндр на такте всасывания и предотвращают его выход тем же путем, а из цилиндра через выпускной клапан на сторону высокого давления на такте сжатия, снова используя обратный клапан, чтобы предотвратить его утечку обратно на следующий такт всасывания. Поршневые компрессоры могут быть одно- или многоступенчатыми, а также могут иметь один или несколько параллельных комплектов цилиндров (при одинаковом давлении). Многоступенчатые компрессоры обеспечивают более высокую эффективность, чем их одноступенчатые аналоги при высоких степенях сжатия, и обычно используют межступенчатое охлаждение для повышения эффективности. Производительность как одноступенчатых, так и двухступенчатых компрессоров обычно указывается в стандартных кубических футах в минуту (SCFM) или литрах в минуту и фунтах на квадратный дюйм (PSI) или барах. В меньшей степени некоторые компрессоры оцениваются в фактических кубических футах в минуту (ACFM). Другие оцениваются в кубических футах в минуту (CFM). Использование только CFM для оценки компрессора является неоднозначным, поскольку оно представляет собой расход без указания давления, например, 20 CFM при 60 PSI. Одноступенчатые компрессоры обычно имеют мощность от долей до 5 лошадиных сил. Двухступенчатые компрессоры обычно имеют мощность от 5 до 30 лошадиных сил. Винтовые компрессоры обеспечивают сжатие с положительным смещением за счет согласования двух спиральных винтов, которые, вращаясь, направляют воздух в камеру, объем которой уменьшается по мере вращения винтов. Винтовые компрессоры могут быть одно- или двухступенчатыми. Компрессоры с лопатками: используют ротор с прорезями и различным расположением лопастей для направления воздуха в камеру и сжатия объема. Этот тип компрессора обеспечивает фиксированный объем воздуха при высоком давлении.
Piston type air compressors, which compress air by pumping it through cylinders by reciprocating pistons. They use one way valves to admit air into the cylinder on the induction stroke and prevent it from leaving by the same route, and out of the cylinder through the exhaust valve to the high pressure side on the compression stroke, again using a non return valve to prevent it leaking back on the next induction stroke. Piston compressors can be single or multi stage, and may also have one or more sets of cylinders in parallel (at the same pressure). Multi stage compressors provide greater efficiency than their single stage counterparts for high compression ratios, and generally use interstage cooling to improve efficiency. The capacities for both single stage and two stage compressors are generally specified in Standard Cubic feet per Minute (SCFM) or litres per minute and pounds per square Inch (PSI) or bar. To a lesser extent, some compressors are rated in actual cubic feet per minute (ACFM). Still others are rated in cubic feet per minute (CFM). Using CFM alone to rate a compressor is ambiguous because it represents a flow rate without a pressure reference. i. e. 20 CFM at 60 PSI. Single stage compressors usually fall into the fractional through 5 horsepower range. Two stage compressors normally fall into the 5 through 30 horsepower range. Rotary screw compressors provide positive displacement compression by matching two helical screws that, when turned, guide air into a chamber, whose volume is decreased as the screws turn. Rotary screw compressors can be single stage or two stage. Vane compressors: use a slotted rotor with varied blade placement to guide air into a chamber and compress the volume. This type of compressor delivers a fixed volume of air at high pressures.
Ротодинамические или турбокомпрессоры
Ротодинамические воздушные компрессоры включают в себя центробежные компрессоры, в которых вращающиеся лопатки сообщают газу кинетическую энергию, а неподвижные каналы преобразуют скорость в увеличение давления, и осевые компрессоры, в которых лопатки ротора сообщают кинетическую энергию, а лопатки статора преобразуют её в увеличение давления.
Охлаждение
Из-за адиабатического нагрева воздушные компрессоры нуждаются в способе отвода отработанного тепла. Обычно для этого используется воздушное или водяное охлаждение, хотя некоторые (особенно роторные) компрессоры могут охлаждаться маслом, которое затем, в свою очередь, охлаждается воздухом или водой. При охлаждении компрессоров также учитываются изменения в окружающей среде. Выбор типа охлаждения зависит от таких факторов, как температура на входе, температура окружающей среды, мощность компрессора и область его применения. Не существует универсального типа компрессора, подходящего для всех задач.
Приложения
Компрессоры воздуха имеют множество применений, включая подачу чистого воздуха высокого давления для наполнения газовых баллонов, обеспечение чистым воздухом умеренного давления водолазов, работающих с подводным аппаратом подачи воздуха, подачу чистого воздуха умеренного давления для привода клапанов пневматических систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК) в офисных и учебных зданиях, подачу большого объема воздуха умеренного давления для питания пневматического инструмента, такого как отбойные молотки, заполнение резервуаров сжатого воздуха высокого давления (HPA, воздушный резервуар) для накачки шин, а также для производства больших объемов воздуха умеренного давления для крупномасштабных промышленных процессов (например, окисления при коксовании нефти или продувки рукавов фильтров на цементных заводах). Компрессоры воздуха также широко используются в нефтегазовой промышленности, горнодобывающей отрасли и при бурении в качестве промывочной жидкости, для аэрации бурового раствора при бурении с пониженным давлением и для очистки трубопроводов с помощью воздушных пробок. Большинство компрессоров воздуха являются поршневыми, роторно-лопастными или роторно-винтовыми. Центробежные компрессоры обычно используются в очень крупных системах, а роторно-винтовые, спиральные и поршневые компрессоры – для малых и средних применений.
Источник питания
Компрессоры предназначены для работы от различных источников энергии. Хотя наиболее распространены компрессоры с непосредственным приводом от бензиновых или дизельных двигателей, а также электродвигатели, в мобильных установках также часто используются компрессоры, работающие от двигателей транспортных средств, отбора мощности или гидравлических портов. Мощность компрессора измеряется в л.с. (лошадиных силах) и CFM (кубических футах в минуту потребляемого воздуха). Объем ресивера и рабочее давление указывают на объем сжатого воздуха в запасе. Бензиновые и дизельные компрессоры широко используются в удаленных районах с затрудненным доступом к электроэнергии. Они шумные и требуют вентиляции для отвода выхлопных газов, особенно если сжатый воздух предназначен для дыхательной аппаратуры. Электрические компрессоры широко применяются в производстве, мастерских и гаражах с постоянным подключением к электросети. Типичные компрессоры для мастерских и гаражей рассчитаны на напряжение 110-120 Вольт или 230-240 Вольт. Формы ресиверов компрессоров бывают: "панкейк" (блин), "двухсекционный", "горизонтальный" и "вертикальный". В зависимости от размера и назначения компрессоры могут быть стационарными или переносными.
Содержание
Для обеспечения эффективной и бесперебойной работы всех типов компрессоров, а также предотвращения утечек, необходимо проводить регулярное техническое обслуживание. Затраты на техническое обслуживание составляют лишь 8% от общей стоимости владения компрессором за весь срок его службы.
Эффективность воздушного компрессора
Согласно данным верификации характеристик воздушных компрессоров CAGI, чем выше изоэнтропийный КПД, тем выше энергосбережение. Наилучший изоэнтропийный КПД воздушных компрессоров достигает 95%. Примерно 70–80% от общей стоимости жизненного цикла воздушного компрессора приходится на потребление энергии, поэтому использование высокоэффективного компрессора – один из способов экономии энергии.