Компрессоры — источники пневматической энергии

По физическому принципу работы (действия) различают компрессоры объемного и динамического типов. Классификация компрессоров по конструктивному исполнению гораздо шире (рис. 3.20).

В объемных компрессорах, работающих по принципу вытеснения, воздух замыкают в рабочей камере, затем уменьшают ее объем, после чего рабочая камера соединяется с отводящим (нагнетательным) трубопроводом.

В динамических компрессорах воздух поступает на рабочий орган, сообщающий ему кинетическую энергию, которая на выходе компрессора преобразуется в потенциальную.

Классификация компрессоров по принципу действия

Рис. 3.20. Классификация компрессоров по принципу действия

Для получения высоких давлений при небольшой производительности используют компрессоры объемного типа (исключая компрессоры Рутса).

Наиболее широкое применение находят объемные поршневые компрессоры.

Существует множество видов поршневых компрессоров. Они бывают простого и двойного действия, одноступенчатые и многоступенчатые, одноцилиндровые и многоцилиндровые, с воздушным и водяным охлаждением.

Основными деталями воздушного поршневого компрессора простого действия (рис. 3.21) являются цилиндр 2 с нагнетательным 7 и всасывающим 1 клапанами в крышке 6; поршень 3; кривошипно-шатунный механизм 5, преобразующий вращательное движение приводного вала 4 в возвратно-поступательное движение поршня.

Воздушный поршневой компрессор

Рис. 3.21. Воздушный поршневой компрессор:

а — обратный ход, б — прямой ход; 1 — всасывающий клапан;

2 — цилиндр; 3 — поршень; 4 — приводной вал; 5 — кривошипношатунный механизм; 6 — крышка; 7 — нагнетательный клапан

При движении поршня к нижней «мертвой точке» (обратный ход — см. рис. 3.21, а) рабочая камера компрессора, образованная замкнутым объемом между поршнем 3 и крышкой 6 цилиндра, увеличивается и в ней создается вакуум. Под действием атмосферного давления открывается всасывающий клапан 1, через который в цилиндр поступает воздух. В это время нагнетательный клапан 7 удерживается в закрытом положении под действием вакуума в рабочей камере и высокого давления в нагнетательном трубопроводе. После достижения поршнем 3 крайнего положения начинается процесс его движения к верхней «мертвой точке» (прямой ход — см. рис. 3.21, б). Объем рабочей камеры начинает уменьшаться, всасывающий клапан закрывается, и давление в ней возрастает. Нагнетательный клапан открывается тогда, когда давление в цилиндре превысит давление в линии нагнетания. Полный цикл такого компрессора совершается за два хода поршня — обратный и прямой, т. е. за один оборот приводного вала.

Производительность воздушного компрессора — подача (расход') производимого компрессором сжатого воздуха.

Для увеличения производительности иногда применяют поршневые компрессоры двойного действия.

Компрессор, выполненный по такой конструктивной схеме, имеет две рабочие камеры при одном поршне, а всасывающие и нагнетательные клапаны установлены в обеих крышках. При ходе поршня вниз в верхней рабочей камере происходит процесс всасывания, а в нижней — процесс нагнетания. При движении поршня вверх сжатый воздух подается в напорную линию из верхней рабочей камеры, в то время как процесс всасывания осуществляется в нижней. Производительность компрессора двойного действия практически в два раза выше производительности компрессора простого действия традиционной конструкции при одинаковых объемах рабочих камер.

Одноступенчатые воздушные компрессоры позволяют получить сжатый воздух с избыточным давлением до 0,7 МПа (7 бар), а развиваемая ими производительность достигает 20 000 м3/час и более.

Для достижения более высоких значений давления сжатого воздуха (до 100 МПа) используют поршневые компрессоры многоступенчатого исполнения (рис. 3.22).

Воздушный двухступенчатый поршневой компрессор

Рис. 3.22. Воздушный двухступенчатый поршневой компрессор:

  • 1 — полость первой ступени; 2 — охладитель воздуха;
  • 3 — полость второй ступени

Всасываемый воздух предварительно сжимается в первой ступени 1, проходит промежуточное охлаждение, а затем подвергается сжатию во второй ступени 3. Увеличение степени сжатия воздуха обеспечивается тем, что объем рабочей камеры второй ступени меньше, чем первой. Необходимость охлаждения сжатого воздуха возникает в связи с интенсивным нагревом воздуха в процессе сжатия (в соответствии с законом Гей-Люссака), особенно если степень сжатия значительна. Чтобы избежать этого, в конструкцию компрессора вводят охладитель воздуха 2.

Воздушные поршневые компрессоры подают воздух в нагнетательный трубопровод неравномерно, отдельными порциями. Степень неравномерности увеличивается еще и вследствие того, что скорость движения поршня не постоянна, а изменяется по синусоидальному закону. Для сглаживания неравномерности подачи воздуха, а следовательно, и пульсаций давления в линии нагнетания применяют многопоршневые компрессоры, ходы поршней которых сдвинуты по фазе.

Все рассмотренные конструкции имеют один существенный недостаток: в картер поршневых компрессоров заливают масло, предназначенное для смазки трущихся поверхностей. Высокие температуры в поршневом пространстве компрессоров и на начальном участке линии питания приводят к парообразованию и к частичному термическому разложению масла. В результате часть масла окисляется и в виде нагара и лакообразной пленки осаждается на внутренних полостях компрессоров и трубопроводов, а легкие фракции в виде паров и мелкодисперсной фазы уносятся воздухом в систему.

В мембранном компрессоре (рис. 3.23) процесс получения сжатого воздуха происходит в принципе так же, как и в поршневом, с той лишь разницей, что в нем подвижной поршень заменен жестко закрепленной гибкой мембраной 1. Замкнутый объем изменяется за счет деформации мембраны при возвратно-поступательном движении штока 2.

Воздушный мембранный компрессор

Рис. 3.23. Воздушный мембранный компрессор:

1 — гибкая мембрана; 2 — шток

Давление воздуха в мембранных компрессорах ограничено прочностными характеристиками мембраны и не превышает 0,3 МПа.

Основной недостаток мембранных компрессоров — необходимость периодической смены мембраны по причине выхода ее из строя.

Воздушные ротационные компрессоры, как и поршневые, работают с принудительным выталкиванием сжатого воздуха, однако в их конструкции отсутствуют клапаны и кривошипно-шатунный механизм. На рис. 3.24 изображен ротационный пластинчатый компрессор.

Пластичный (шиберный) компрессор

Рис. 3.24. Пластичный (шиберный) компрессор:

1 — статор; 2 — пластины; 3 — ротор

В машинах такого типа вследствие эксцентричного расположения ротора 3 в цилиндрическом статоре 1 между ними образуется серповидная полость. В радиальных пазах ротора 3 размещены подвижные пластины 2, которые под действием центробежной силы при вращении ротора выдвигаются из пазов и плотно прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности статора 1 (часто применяют еще и дополнительный принудительный поджим пластин при помощи пружин либо путем подведения к торцам пластин сжатого воздуха от линии нагнетания). Вращающиеся пластины делят пространство между ротором и статором на рабочие камеры, объем которых меняется по мере вращения ротора. За один оборот ротора объем рабочих камер вначале увеличивается (при этом пластины выдвигаются из пазов), а затем уменьшается (при этом пластины задвигаются в пазы). В том месте, где при вращении ротора объем рабочих камер увеличивается, расположен входной патрубок, а на участке, где их объем уменьшается, — выходной. Степень сжатия, а следовательно, и значение давления на выходе одноступенчатого пластинчатого компрессора значительно меньше, чем у поршневого, но его конструктивное исполнение гораздо проще.

Основные элементы типовой конструкции воздушного винтового компрессора — два находящихся в зацеплении винта (рис. 3.25): ведущий 1 и ведомый 2. При вращении винтов их винтовые линии, взаимно замыкаясь, отсекают некоторый объем воздуха в камере всасывания, перемещают его вдоль оси винтов и в конечном итоге вытесняют в камеру нагнетания. Воздух через компрессор двигается поступательно и плавно, без завихрения, как гайка по резьбе при вращении винта.

Винтовой компрессор

Рис. 3.25. Винтовой компрессор: 1 — ведущий вал; 2 — ведомый вал

Процесс перемещения воздуха происходит по всей длине винтов непрерывно, и при постоянной частоте вращения вала компрессора обеспечивается равномерная, без пульсаций, подача. Недостаток винтовых компрессоров — довольно сложная технология изготовления винтов; преимущество — равномерность подачи воздуха, а следовательно, отсутствие колебаний уровня давления в линии нагнетания.

На рис. 3.26 изображен компрессор Рутса, также относящийся к ротационным компрессорам.

Компрессор Рутса

Рис. 3.26. Компрессор Рутса:

1 — вытеснители; 2 — зубчатые колеса; 3 — корпус

Рабочими органами такого компрессора служат два синхронно вращающихся специально спрофилированных вытеснителя 1. Воздух, попадая в рабочие камеры, образованные между вытеснителями и корпусом 3, переносится из зоны всасывания в зону нагнетания. Рабочие органы не находятся в зацеплении друг с другом, а синхронизация их вращения осуществляется зубчатыми колесами 2, расположенными в специальном отделении корпуса и находящимися в зацеплении между собой. Между самими вытеснителями, а также между вытеснителями и корпусом имеются гарантированные зазоры, и эта особенность конструкции обусловливает относительно небольшие значения выходного давления. Практическое отсутствие трущихся поверхностей в рабочей камере обеспечивает возможность достижения большой производительности благодаря высокой частоте вращения роторов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >