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.

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.

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.