Из каких частей состоит компрессор. Комплектация поршневых компрессоров. Поршневой компрессор: особенности и преимущества

Редко какое предприятие обходится без использования сжатого воздуха. На одних предприятиях его применяют для нанесения покрытий на различные поверхности, на других для обеспечения работы штамповочного оборудования. Для получения сжатого воздуха используют компрессор.

Назначение и принцип действия

Что такое компрессор? Официальное определение звучит следующим образом — устройство, предназначенное для сжатия газов и перекачивания их к потребителям, называют воздушным компрессором. Как он работает? Принцип действия устройства довольно прост, атмосферный воздух поступает в механизм, который выполняет его сжатие. Для этого могут быть использованы разные методы, о них речь пойдёт ниже. Механизм, сжимающий воздух, определяет устройство и принципы работы компрессора. Для эффективной работы оборудования его необходимо подключить к электрической сети и воздушной сети, по которой будет передаваться сжатый воздух. Схема подключения электродвигателя, как правило, указывается в инструкции по эксплуатации.

Виды компрессоров

На рынке промышленного оборудования существует множество предложений по поставкам этих устройств. Его можно разделить на те, которые применяют в промышленности, и которые используют в быту, например, для накачивания автомобильных колес. Все эти устройства могут работать от разных типов привода. Компрессор воздушный электрический 220 В, как понятно из названия работает от электрического силового агрегата с напряжением 220 В. Но, существуют и устройства, работающие от напряжения 380 В.

Дизельный компрессор, работает от двигателя внутреннего сгорания, работающего на дизельном топливе. Использование такого оборудования довольно популярно среди строителей, оно используется тогда, когда отсутствует возможность подключения установок на электроприводе. Установки, работающие на дизельном топливе, обеспечивают эксплуатацию на удаленных строительных площадках.

Атмосферный воздух подается в головку блока цилиндров, в котором установлены поршни. Силовая установка, в свою очередь передаёт крутящий момента на вал, обеспечивающий движение поршней в цилиндре. Именно там и происходит сжатие воздуха до необходимых параметров. После сжатия он направляется в воздушную систему предприятия. Поршневые компрессоры различают на масляные и безмасляные. Масляный отличается тем, что для его эффективной работы в него заливают специальное масло, снижающее силу трения между трущимися деталями и узлами устройства. Это повышает его эксплуатационный ресурс.

Существует множество способов передачи крутящего момента от двигателя на исполнительный механизм. При изготовлении компрессоров чаще все применяют муфты или ременные передачи. Устройство, на котором установлен последний тип, называют ременный компрессор.

Перечисленные виды оборудования, применяют практически во всех отраслях промышленности, они отличаются друг от друга производительностью, размерами и рядом других параметров. Но, конечно, главная характеристика - это размер давления, которое может создать компрессор.

Компрессоры воздушные различают по принципу работы, об этом ниже.

Поршневые агрегаты

Поршневые компрессоры - это один из самых распространённых типов этого оборудования. Как уже отмечалось выше сжатие воздуха, происходит под действием поршней, перемещающихся внутри гильз. Для обеспечения нужд промышленности применяют поршневые компрессоры высокого давления. Они могут работать как от двигателя внутреннего сгорания, так и от электрического двигателя. Промышленный компрессор высокого давления создаёт от 40 до 500 бар. Компрессоры этого типа отличаются высоким КПД и моторесурсом до 2000 часов. Поршневые компрессоры производят как в стационарном, так и в мобильном исполнениях. Для их перемещения используют шасси на колесном или гусеничном ходу.

Это довольно сложное устройство, в его конструкции предусмотрены маслосъемные кольца, фильтры для очистки масла и воздуха, управляющая автоматика и это обуславливает то, что для поддержания этого устройства в работоспособном состоянии требуется квалифицированный персонал и специальный инструмент и приспособления.

Мембранный компрессор

Газ сжимается в таком устройстве под действием мембраны, которая выполняет возвратно — поступательное движение. Мембрану приводит в движение шток, который закреплён на коленвале.

Мембранная пластина фиксируется к рабочей камере и таким образом отпадает необходимость использования дополнительных деталей, например, поршневых колец, уплотнительных устройств и пр.

Воздушный компрессор мембранного типа отличается следующими параметрами:

• герметичностью;
• стойкостью к действию коррозии;
• высоким уровнем компрессии;
• надежностью конструкция;
• безопасностью в эксплуатации и простотой обслуживания.

Компрессор с ременным приводом мембранного типа отличается тем, что рабочая среда вступает в контакт только с мембраной и внутренними полостями камеры. При этом она не вступает в контакт с атмосферой. Такое устройство применяют для перекачки вредных и токсичных веществ.

Еще одно достоинство мембранного изделия заключается в том, его нет необходимости смазывать, это снижает риск загрязнения транспортируемой рабочей среды.

Объемные компрессоры

Устройство, в котором процесс получения сжатого воздуха происходит путем уменьшения его объема, называют объемным компрессором. К ним относят следующие типы оборудования:

• безмасляные винтовые компрессоры;
• дизельные поршневые компрессоры;
• воздушные компрессоры бытовые.

Винтовые компрессоры

История этого оборудования началась в 1934 году. Винтовые компрессоры отличает высокая надежность, небольшие габариты, низкая металлоемкость обусловили высокий потребительский спрос на оборудование этого класса. Применение этого оборудования позволяет снизить расходы на электрическую энергию до 30%. Установки этого типа устанавливают на мобильных компрессорных станциях, судовых и других холодильных установках.

В качестве рабочего органа использованы винтовые роторы, на которых нанесены впадины. Их устанавливают в корпус, который может быть разобран по нескольким плоскостям. В нем проделаны отверстия и выточки для установки и подшипников. Кроме того, в корпусе сформированы камеры всасывания и нагнетания воздуха. Насосы этого типа отличаются производительностью.

Эти изделия могут развивать давление от 8 и до 13 атм., при этом расход воздуха может быть от 220 до 12400 литров в минуту.

Довольно часто одна единица такого оборудования, может заменить собой несколько единиц компрессоров, устанавливаемых в производственных цехах.

При установке и запуске в промышленную эксплуатацию подобных компрессоров целесообразно на входе установить устройство для очистки воздуха от излишней влаги. Некоторые производители комплектуют свои изделия такими фильтрами.

Пластинчато-роторные компрессоры

Компрессоры этого класса работают на том же, что и поршневые, то есть, на вытеснении. Передача энергии осуществляется во время сжатия. Рабочая среда во время засасывания попадает в рабочую камеру, ею объем уменьшается при перемещении ротора. Это сжатие и приводит к увеличению давления и уходу сжатого воздуха через патрубок.

Компрессоры этого типа могут создавать давление до 0,3 МПа, носят название воздуходувками, и те, которые нагнетают более высокое давление, называют компрессорами.

Устройства этого типа отличают следующие достоинства:

Более стабильный, уравновешенный ход, обеспечивает отсутствие возвратно — поступательного движения. Конструкция этого оборудование предусматривает возможность прямого соединения в электрическим силовым агрегатом. Вес ротационного компрессора будет ниже, чем поршневого с аналогичными характеристиками. В конструкции не предусмотрено использование клапанов. То есть уменьшается количество деталей трущихся друг о друга.

Динамические компрессоры

Компрессоры этой группы подразделяют на два типа — центробежные и осевые. У первых, воздух под воздействие центробежной силы отбрасывается к внешней части рабочего колеса. Таким образом, с всасывающей стороны образуется разреженное пространство. Газ постоянно попадает в рабочую камеру, после прохождения колеса, воздух направляется в диффузор (устройство гашения скорости потока), где, собственно, и повышается его давление.

У оборудования осевого типа воздух продвигается вдоль ротора, а сжатие осуществляется в результате изменения скорости его продвижения между лопатками ротора и направляющего устройства.

Эти компрессоры можно классифицировать по следующим свойствам:

1. Давлению на выходе, те, которые обеспечивают давление в пределах 0,015 МПа, называют вентиляторами или воздуходувками.
2. По количеству ступеней сжатия.
3. По ходу движения воздуха. Если он двигается вдоль оси ротора, то это центробежные, если поперёк, то осевые. Существуют устройства, где воздух движется по диагонали.
4. По типу привода — он может быть электрическим, паровым или газотурбинным.

Роторные компрессоры применяют в авиационных двигателях. С его помощью нагнетают воздух для подачи в камеру сгорания.

Производительность компрессоров

Под этим термином подразумевается тот объем газа, который нагнетается за определенную единицу времени. Единица измерения производительности — м 3 в минуту. Этот параметр может быть указан или на входе, или на выходе, разумеется, это будут разные числа. Все дело в том, что при изменении давления, происходит изменение объема. Эта характеристика говорит о производительности при температуре рабочей среды равной 20 градусам Цельсия.

В зависимости от величины этой характеристики различают следующие группы — большой производительности (свыше 100 кубометров воздуха в минуту), средней (до 100 кубометров воздуха в минуту) и малой до (10 кубометров).

Динамические устройства обладают некоторыми преимуществами в сравнении с поршневыми. Они отличаются простотой конструкции и эксплуатации. Они обладают малыми габаритно-весовыми параметрами. Плавностью подачи воздуха и они не требуют дополнительной смазки. Для их установки не требуется изготовление массивных фундаментов. Но, вместе с этим, у них КПД, несколько ниже, чем у поршневых.

Эти компрессоры нашли свое применение во многих отраслях. Например, химической и нефтегазовой промышленности, в металлургии, горнодобывающей и многих других отраслях. Одна из разновидностей динамических компрессоров — турбокомпрессорные, устанавливают в газоперекачивающие трубопроводы.

За многие годы эксплуатации подобного оборудования спроектировано и введено в эксплуатацию множество устройств с различными характеристиками, в частности современные машины способны обеспечить производительность до 200 м 3 в минуту, при скорости вращения колеса 250 оборотов в секунду. И все это при малых габаритно-весовых параметрах.

Агрегатирование компрессоров

Процесс монтажа компрессора и силовой установки на раму, называют агрегатирование. В связи с тем, что устройства поршневого типа обладают вибрацией, необходимо проектировать и изготавливать фундамент с учетом этих характеристик.

Особенность безмасляных приборов

Эти устройства нашли свое применения там, где необходимо обеспечить высокие требования к чистоте воздуха. Их устанавливают в медицинских учреждениях, предприятиях фармацевтической и химической промышленности. Справедливости ради надо сказать, что эти устройства относят к наиболее доступным устройствам в части их стоимости. Эти компрессоры отличаются простотой в эксплуатации и обслуживании. Это говорит о том, что нет необходимости в подготовленном персонале, и при установке их на рабочее место не предъявляются какие-то особые требования.

Но безмасляные компрессоры обладают некоторыми недостатками, например, излишним шумом, который возникает во время работы. Но, производители смогли решить эту проблему, устанавливая на эти изделия звукозащитные кожухи.

Выбирая безмаслянный компрессор необходимо обратить внимание на мощность устройства, их производительность и параметры рабочего давления, которые показывают приборы, устанавливаемые на компрессор. Нельзя забывать и об объеме ресивера. Как правило, в устройство компрессора устанавливают емкости объемом 50 литров.

Преимущества масляных агрегатов

Самый распространенный метод снижения трения, возникающего при работе различных деталей и узлов, является их смазывание. Это позволяет снизить нагрузку на изделие в целом, в частности, на его ключевую деталь — двигатель.

Для решения, этой задачи применяют специальные, компрессорные масла, которые можно использовать в различных условиях эксплуатации.

Компрессоры такого типа в производстве обходятся дешевле. Поэтому, стоимость такого оборудования существенно дешевле, чем безмасляные аналоги. Но в эксплуатации, они обходятся дороже. Это вызвано тем, что в процессе эксплуатации вместе удалением воздуха из рабочей зоны, происходит выброс масла. Кстати, его необходимо заменять через каждые 2 000–3 000 часов эксплуатации.

Так как в сжатом воздухе присутствуют микрочастицы масла, в систему приходится устанавливать маслоулавливающие элементы, например, фильтры. Через определенное количество времени их так же необходимо заменять, а это усложняет обслуживание, и требует дополнительных расходов на приобретение заменяемых фильтров.

Тем не менее, несмотря на принимаемые меры, воздух, прошедший через масляный компрессор полностью очистить не представляется возможным. Например, после обработки воздуха на винтовом устройстве его загрязнение равно 3 мг на один кубометр. Чистота воздуха после его обработки на поршневом компрессоре, напрямую зависит от уровня износа его деталей и узлов.

Это привело к тому, что в отдельных технологических процессах использование масляных компрессоров запрещено.

Особенности эксплуатации

Штатная работа компрессора прежде зависит от работы всех его узлов и деталей. В частности, впускных и выпускных клапанов. Внутри компрессора, где происходит распределение воздуха, устанавливается определенное количество золотников, распределителей и клапанов. В компрессорах устанавливают клапана следующих типов — тарельчатые, пластинчатые, шпиндельные и пр.

Для того чтобы оборудование не снижало показатели мощности и не расходовал лишнюю мощность, клапаны, которые установлены в компрессоре, должны быть притерты и не должны пропускать воздух. При их выработке клапанов их необходимо срочно заменить. Повышенный расход воздуха может рано или поздно привести к сокращению срока эксплуатации оборудования.

Запаздывание срабатывания клапана приводит к появлению стуков, стук говорит о том, что происходит износ посадочного места. Ко всему прочему, стук может говорить о том, что произошло защемление верхней его части в корпусе.

Бесшумность работы компрессора — это, своего рода показатель качества настройки и соответственно работы устройства в целом.

Правила безопасности

На строительных площадках и производстве широко применяют компрессорные установки различного принципа действия и назначения. Компрессоры могут быть стационарно установлены на бетонные фундаменты или мобильными, то есть, установленными на шасси.

Штатное использование компрессорного оборудование допустимо при соблюдении ряда условий:

1. На компрессоре должны быть установлены устройства, работающие в автоматическом режиме, которые предотвращают превышение допустимого рабочего предела.
2. Предусмотрено наличие разгрузочного клапана, предназначенного для быстрого стравливания излишнего давления.
3. На этом оборудовании должны быть установлены на вход и выход, фильтрационные устройства, которые обеспечивают чистоту воздуха, направляемый на обработку в компрессор и создающих препятствие его поступление в помещение.
4. Наличие установленных манометров обеспечивают контроль над параметрами давления, создаваемые компрессором.
5. Между компрессорной установкой и ресивером должен быть установлен маслоотделительный фильтр.
6. Кроме этого, в компрессорную остановку нельзя подавать воздух, который содержит в себе токсичные или вредные вещества.

За установленным оборудованием, должен быть установлен соответствующий надзор и техническое обслуживание. При этом надо помнить, что обслуживание и регламентные работы должен проводить подготовленный персонал. То оборудование, которое стоит на гарантии поставщика, должны обслуживать специалисты из соответствующих сервисных центров.

В частности, при промывке узлов и деталей компрессора, должны быть использованы только те жидкости и составы, которые рекомендованы производителем этого оборудования. Емкости для хранения, сжатого воздуха должны быть установлены предохранительные клапаны, сливной кран, манометр. В соответствии с требованиями эксплуатационной документацией, эти емкости (ресиверы) должны проходить регламентное обслуживание и испытания. Об их результатах должны быть сделаны записи в журнале обслуживания.

При организации эксплуатации компрессорного и сопутствующего оборудования необходимо пользоваться руководящими и другими нормативными документами, обнародованными контрольными органами, например, Ростехнадзора.

Критерии выбора компрессорного оборудования

Чем должен руководствоваться потребитель, выбирая воздушный компрессор. Самое главное он должен понимать, для каких целей будет использовано приобретаемое оборудование. Сразу надо оговориться, что существуют отдельные отрасли, и технологические операции могут быть использованы только компрессоры, работающие без масла.

Ключевыми параметрами компрессорного оборудования являются:

1. Расход воздуха (производительность).
2. Рабочее давление.
3. Требования к чистоте воздуха.

Как правило, эти параметры должны быть определены инженерами — технологами, которые разрабатывают технологические процессы с участием компрессорного оборудования.

Например, расход воздуха, может быть рассчитан по следующей схеме:

1. Расчёт количества воздуха при непрерывной эксплуатации.
2. Внесение коррективов в полученное значение с учетом времени работы оборудования в смену или сутки.

При подборе оборудования необходимо учитывать рост числа потребителей сжатого воздуха.

Системы управления компрессорного оборудования

Для обеспечения того, чтобы воздух находился под постоянным давлением в компрессорных системах, устанавливают регулирующее оборудование. Самая простая система состоит из датчика давления и простейшей системы настройки. Она позволяет поддерживать в ресивере постоянное давление. При превышении заданных параметров происходит отключение компрессора, а после того, как давление упало до определенного минимума, срабатывает автоматика и включает компрессор. Такие, или почти такие системы, устанавливают практически на всех компрессорных установках. Их наличие обеспечивает безопасную эксплуатацию оборудования.

Бытовые устройства

Для выполнения определенных работ, которые выполняют дома или в гараже применяют бытовые компрессоры. Как правило, это небольшие по размеру поршневые компрессоры с электроприводом. Мощность такого изделия составляет 2,2 кВт. Такие компрессоры в состоянии нагнетать воздух до 8 атм.

По большей части они могут спокойно обеспечивать давление 10 атм. Для хранения сжатого воздуха используют ресиверы емкостью до 100 литров.

Как правило, их используют при выполнении окрасочных работ, внутренних и наружных.

Вам понадобится:

• законы технической термодинамики
• компрессоры поршневые, винтовые и роторно-пластинчатые
• знания о принципе действия поршневых машин
• знание технических требований к системам сжатого воздуха пневмомеханизмов
• трубопровод, реле давления воздуха
• соблюдение норм и правил техники безопасности

Много промышленного оборудования работает с использование сжатого воздуха, создаваемого различными типами компрессоров. При комплектовании механизмов систем сжатого воздуха для различного производства требуется знать, как работает компрессор. Для выбора оборудования при создании рабочего процесса с применением сжатого воздуха, необходимо знать, как работает компрессор, способный удовлетворить заданным требованиям. Принцип действия компрессора основан на законах технической термодинамики. Используются основные термодинамические параметры газа: давление, температура и удельный вес или плотность. Закономерности протекания тепловых процессов в компрессоре рассматриваются на упрощенной модели идеального компрессора. В нем различают три рабочие фазы: всасывание, сжатие и нагнетание. По конструктивному исполнению компрессоры могут быть поршневыми, винтовыми и роторно-пластинчатыми.

Наибольшее распространение получили поршневые компрессоры. Они надежные и удобные в эксплуатации, компактные, обладают стабильными рабочими характеристиками. Благодаря широким техническим возможностям и универсальности, поршневые компрессоры удовлетворяют требованиям различных сфер хозяйственной деятельности. В них объем воздуха изменяется от перемещения поршня из верхней мёртвой точки до нижней мёртвой точки. Создаваемая разность давлений вне цилиндра и внутри него автоматически открывает всасывающий клапан и воздух входит в цилиндр. При движении поршня в обратном направлении, воздух сжимается и давление в цилиндре повышается. Всасывающий клапан закрывается, нагнетательный – открывается. Сжатый воздух перемещается из цилиндра в ресивер или трубопровод. Конструктивно компрессор включает: поршень, цилиндр, двигатель, приводной вал, впускной и нагнетательный клапаны, фильтр и ресивер.

В процессе работы компрессора двигатель вращает кривошипно-коленчатый или эксцентриковый приводной вал. За счет преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение поршня, происходит наполнение воздухом полости ресивера. С помощью специального фильтра поступающий в компрессор воздух очищается и высушивается. Поступление воздуха в цилиндр компрессора обеспечивается синхронной работой клапанов. В ресивере сжатый воздух накапливается и далее по трубопроводам передается исполнительным механизмам. Ресивер уменьшает колебания сжатого воздуха в системе и создает необходимый объем для длительной работы исполнительных механизмов. За счет этого достигается надежная работа всей пневматической системы. Используются поршневые компрессорные установки простого и двойного действия.

Для обеспечения эффективной и безопасной работы, компрессорные установки оснащаются дополнительными системами автоматического контроля функционирования. Реле давления воздуха управляет производительностью компрессора при изменении количества расходуемого сжатого воздуха. Автоматика обеспечивает включение компрессора при снижении давления в ресивере и выключение – при достижении максимального допустимого. Такая система снижает износ поршней и увеличивает срок службы компрессора. В зависимости от создаваемого давления, поршневые компрессоры делятся на типы: низкого давления - до 1,2, среднего – 10, высокого – 100 , сверхвысокого – более 100 МПа. По количеству ступеней они делятся на одноступенчатые, двухступенчатые и многоступенчатые.

Принцип действия винтового компрессора основан на вращении двух роторов, смонтированных в корпусе. Ротор выполнен в виде винтовой нарезки специального профиля. Воздух всасывается порциями с последовательным перемещением по винтовой нарезке впадин при вращении роторов. В отличие от поршневого компрессора здесь сжатие воздуха происходит непрерывно. Для обеспечения нормального функционирования, профиль винтов ротора должен иметь непрерывную линию контакта. На роторе ротационно-пластинчатого компрессора выполнены пазы с установленными в них пластинами. При вращении ротора воздух сжимается в ячейках между рабочими пластинами. Объем рабочих полостей в процессе вращения ротора уменьшается, обеспечивая сжатие воздуха между пластинами и статором компрессора. Сжатый воздух очищается в маслоотделителе, затем подается в воздухосборник и через запорную аппаратуру к потребителям.

При выборе компрессора необходимо провести оценку его качеств с учетом требований производства сжатого воздуха. Поршневые компрессоры имеют следующие недостатки: относительно ограниченная производительность; требуется тщательная очистка воздуха; относительно большой уровень шума и вибраций; повышенная частота технического обслуживания и ремонта. Применение поршневых компрессоров рационально для воздушных систем с небольшими и средними давлениями и расходами. Для производств с большими давлениями и потребностями сжатого воздуха целесообразнее применять винтовые компрессоры. Их преимущества: высокая производительность при непрерывной работе, что повышает КПД компрессора; большая долговечность эксплуатации; малый шум в процессе работы; небольшая потребность в техническом обслуживании и ремонте. К недостатку можно отнести высокую стоимость в сравнении с поршневыми компрессорами.

Компрессором называют любое приспособление, которое предназначено для сжатия и подачи воздуха, а также других газов под давлением. Где используется это устройство?

Автомобильные инженеры, создатели гоночных авто и просто любители скорости все время работают над увеличением мощности двигателей. Одним из способов ее увеличения есть строительство мотора большого внутреннего объема, но большие двигатели много весят и кроме того затраты на их производство и содержание очень высоки.

Фото. ProCharger D1SC – центробежный компрессор

Второй способ увеличения интенсивности двигателя — это создание агрегата стандартного размера, но более эффективного в использовании. Более эффективной отдачи можно добиться при нагнетании большего объема воздуха в камеру сгорания, которое позволяет подать в цилиндр больше топлива, а значит достичь большей мощности за счет высокого давления и соответственно сильного выброса газа. Именно компрессор, который также называют нагнетателем, позволяет усилить подачу воздуха и увеличить мощность двигателя.

Кроме компрессора существует еще турбокомпрессор. Отличия между этими двумя устройствами состоят в способе извлечения энергии. Обычный компрессор приводится в действие энергией, которая передается от коленчатого вала мотора через ременный или цепной привод механическим путем. Что касается турбокомпрессора, то она работает благодаря сжатому потоку выхлопных газов, вращающих турбину.

Как работает компрессор

Для того чтобы понять как работает данный механизм, рассмотрим схему работы обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. С движением вниз поршня создается разрежение воздуха, который под действием атмосферного давления поступает в камеру сгорания. После поступления воздуха в двигатель он объединяется с топливной смесью и создает заряд, который можно трансформировать в полезную кинетическую энергию в результате горения. Горение создает свеча зажигания. Как только происходит реакция окисления топлива, выбрасывается большой объем энергии. Сила этого взрыва приводит в движение поршень, а сила этого движения поступает на колеса, заставляя их вращаться.

Более плотный поток топливно-воздушной смеси в заряд будет создавать более сильные взрывы. Но стоит понимать, что для сжигания конкретного количества топлива требуется определенное количество кислорода. Правильным считается соотношение: 14 частей воздуха к 1 части атмосферного воздуха. Эта пропорция имеет очень большое значение для эффективной работы силового агрегата автомобиля и выражает собой правило: «для того чтобы сжечь больше топлива нужно подать больше воздуха».

В этом и состоит работа компрессора. Он сжимает воздух на входе в двигатель, позволяя наполнять двигатель большому его количеству и создавать повышение давления. Вместе с этим в двигатель может поступать большее количество топлива, вызывая увеличение мощности. В среднем компрессор прибавляет 46% мощности и 31% крутящего момента.

Механический нагнетатель запускается с помощью приводного ремня, обернутого вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня привод в движение шестерню нагнетателя. Ротор компрессора впускает воздух, сжимает его и вбрасывает во впускной коллектор. Скорость вращения компрессора составляет 50 — 60 тысяч оборотов в минуту. В результате нагнетатель увеличивает подачу воздуха в двигатель машины примерно на 50%.

Так как горячий воздух сжимается, он теряет свою плотность и не может сильно расшириться во время взрыва. В этом случае он не может отдать столько же энергии, сколько производится при возгорании свечой зажигания более прохладной топливно-воздушной смеси. Можно сделать вывод, что для того чтобы нагнетатель работал с максимальной отдачей сжатый воздух на выходе из устройства должен быть охлажден. Процессом охлаждения воздуха занимается интеркулер. Горячий воздух охлаждается в трубках интеркулера с помощью холодного воздуха или холодной жидкости, в зависимости от вида механизма. Снижение температуры воздуха, увеличивая его плотность, делает сильнее заряд, который поступает в камеру сгорания.

Виды компрессоров

Компрессоры бывают трех видов: двухвинтовые, роторные и центробежные. Основное отличие между ними состоит в способе подачи воздуха во впускной коллектор автомобильного двигателя.

Двухвинтовый нагнетатель состоит из двух роторов, внутри которых циркулирует воздух. Эта конструкция создает много шума в виде свиста сжатого воздуха, который приглушают специальными методами шумоизоляции двигателя.

Фото. Двухвинтовой компрессор

Роторный нагнетатель расположен, как правило, в верхней части автомобильного двигателя и состоит из вращающихся кулачковых валов, которые перемещают атмосферный воздух во впускной коллектор. Он имеет большой вес и значительно утяжеляет вес транспортного средства. Кроме того, воздушный поток в данном виде компрессора имеет прерывистую структуру, что делает его наименее эффективным по сравнению с другими видами компрессоров.

Фото. Роторный компрессор

Центробежный нагнетатель — наиболее эффективен для принудительного повышения давления внутри двигателя машины. Он представляет собой крыльчатку, вращающуюся с огромной силой и нагнетающую воздух в небольшой корпус компрессора. Центробежная сила выталкивает воздух к краю крыльчатки, заставляя его с огромной скоростью покидать ее полость. Маленькие лопатки, расположенные вокруг крыльчатки преобразуют высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в низкоскоростной поток с высоким давлением.

Фото. Центробежный компрессор

Достоинства компрессора

Основным достоинством компрессора является, естественно, увеличение мощности двигателя транспортного средства. Эксперты считают механические нагнетатели несколько лучше турбированных, потому что двигатели, оборудованные ими, не имеют задержки реакции в ответ на нажатие водителем педали газа, потому что механические компрессоры приводятся в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя. Турбокомпрессоры в свою очередь подвержены отставанию, так как выхлопные газы набирают скорость нужную для раскручивания турбин лишь после истечения некоторого времени.

Недостатки двигателей

Так как компрессор запускается с помощью коленчатого вала мотора, это немного уменьшает мощность силового агрегата. Компрессор увеличивает нагрузку двигателя, поэтому последний должен быть крепким настолько, чтобы выдерживать сильные взрывы в камере сгорания. Современные автопроизводители учитывают это условие и создают более сильные узлы для моторов, предназначенных для работы в паре с компрессором, что повышает стоимость автомобиля, а также стоимость его технического обслуживания.

В целом нагнетатели — это наиболее эффективный способ добавить двигателю транспортного средства лошадиных сил или мощности другими словами. Компрессор может добавить от 50 до 100% мощности, поэтому его часто устанавливают на свои авто гонщики и приверженцы высокоскоростной езды.

Компрессоры пользуются большим спросом в промышленности и строительстве. Их используют в медицине и стоматологии. В каждом бытовом холодильнике и кондиционере компрессор играет роль главного движущего механизма. Выпуск компрессорной техники считается обособленной отраслью, которая быстро развивается, впитывая в себя достижения электроники и новые технологии. Знания об устройстве, правилах эксплуатации и технического сервиса помогут сделать правильный выбор при покупке компрессора, а также решить задачи, связанные с починкой вышедшего из строя агрегата.

Что такое компрессор и как он работает

Название «компрессор» происходит от латинского слова compressio, что означает сжатие. Это устройство для создания повышенного давления газа и подачи его в нужном направлении. В зависимости от того, каким образом достигается поставленная задача, компрессоры подразделяют на группы. Отличительной чертой каждого вида этих приборов является конструктивное решение процесса сжатия и подачи воздуха. В целом все агрегаты делятся на две большие категории - объёмные и динамические. Каждая группа, в свою очередь, имеет свои разветвления.

Многообразие компрессорных машин обусловлено широким диапазоном их применения

Динамические компрессоры основаны на принципе сжатия газов посредством механической энергии. Различают осевые и центробежные машины в зависимости от направления движения воздуха, а также от вида вращающегося колеса. Один из ярких представителей этой группы - турбокомпрессор. Его конструкция основана на взаимодействии движущегося воздуха с неподвижной решёткой и вращающимися лопастями привода.

В компрессорах динамического действия газ сжимается в за счёт механической энергии, которая подводится от вращающегося вала

Объёмные компрессоры используют в работе свойство газов сжиматься при изменении размеров замкнутого пространства, в который он помещён. Уменьшение габаритов рабочей камеры ведёт к повышению давления. К этой группе относятся большинство бытовых и промышленных агрегатов, их насчитывается более 10 различных типов:

1. Поршневые. Самый распространённый тип нагнетательных машин, которые служат для подачи газа или пара под давлением. Конструктивных решений великое множество, однако основным признаком поршневого насоса считается сжатие рабочей среды за счёт уменьшения объёма внутри цилиндра, производимое поступательно-возвратным движением поршня. Такие компрессоры нашли применение в тяжёлом машиностроении, в химическом, текстильном и холодильном производстве. По конструктивным признакам поршневые устройства классифицируют на вертикальные, горизонтальные, угловые. Существуют многоступенчатые поршневые компрессорные станции - при сжатии газа до высокого давления существует опасность взрыва или воспламенения нагара масла, скапливающегося в трубопроводе и поверхности выпускных клапанов, поэтому эта процедура проводится в несколько этапов.

   Поршневой компрессор увеличивает давление газа за счёт уменьшения его объёма при рабочем ходе поршня

2. Винтовые. Специалисты считают этот вид машин самым экономным. Именно поэтому винтовые компрессоры используются на передвижных компрессорных станциях, в мобильной военной технике, судовом холодильном оборудовании. По сравнению с другими видами нагнетательных аппаратов экономия электроэнергии может доходить до 25–30%. Кроме того, отмечаются малые габариты, надёжность и невысокая себестоимость. Суть конструкции состоит в двух соосно-вращающихся роторах, выполненных в виде спирали Архимеда. Винты двигаются синхронно, не контактируют между собой, и не нуждаются в смазке. Внутри корпуса ротора расположены каналы всасывания и нагнетания газа, а также уплотнители и подшипники скольжения. Газ сжимается порциями по мере заполнения камер и выдаётся в накопительный резервуар. Благодаря этому агрегат обладает высокой производительностью. В последнее время получили распространение не только двухвинтовые, но и четырёхвинтовые компрессоры, продуктивность которых ещё выше. По оценкам специалистов, при такой конструкции достигается дополнительная экономия от 10 до 15%.

   Винтовой компрессор нагнетает воздух под давлением за счёт синхронного вращения двух валов с винтовыми лопастями

3. Роторно-шестерёнчатые. Характеризуются длительным сроком эксплуатации, относительно простой конструкцией, сбалансированностью и высоким уровнем чистоты нагнетаемого газа. Используются для подачи воздуха в двигатели внутреннего сгорания, вытеснив пластинчатые модели. Роторно-шестерёнчатый компрессор отличается оптимальной зависимостью давления на выходе от скорости вращающихся роторов, что благоприятно сказывается при изменении режимов работы двигателя. В процессе перенесения воздуха от всасывающего клапана к выпускному давление практически не изменяется, поэтому такие устройства называют компрессорами с наружным сжатием. Как следствие, этот вид функционирует эффективно лишь для небольшого уровня изменения рабочего давления. Другие недостатки заключаются в наличии пульсаций нагнетаемого потока воздуха и высоком шуме при работе. При нарушении зазоров между деталями наблюдается резкое падение КПД агрегата.

   Роторно-шестерёнчатые компрессоры могут конструироваться по схеме с водяным или воздушным охлаждением

4. Мембранные. Это разновидность объёмных приборов, которая очень хорошо подходит для поднятия давления малого количества паров или газов до невысокого уровня. Как видно из названия, основным рабочим механизмом в этом типе компрессоров служит гибкая мембрана, сделанная из резины, прорезиненой ткани или металла. Колебания вызываются искусственно, при помощи механического воздействия. Его может оказывать шток, приводимый в движение шатуном или гидравликой - столбом жидкости, упирающимся в нижнюю часть подвижной мембраны. Приборы такого типа используются в промышленности и в лабораторных исследованиях. Длительность эксплуатации напрямую зависит от качества материала, из которого изготовлена мембрана. Часто применяются многослойные композитные материалы, способные выдержать многократные колебания и деформацию.

   Мембранный компрессор сжимает воздух за счёт гибкой мембраны, которая вибрирует от механического воздействия штока, совершающего возвратно-поступательные движения

5. Жидкостно-кольцевые. Применяются в сельском хозяйстве и пищевой промышленности (для производства сахара, дрожжей, безалкогольных напитков и хлеба). Благодаря конструктивным особенностям хорошо защищают воздух от загрязнения масляными парами. Несмотря на низкий КПД и увеличенные габариты, водокольцевые компрессоры отличаются надёжностью в эксплуатации, не производят много шума и, главное, сжимают газ практически без выделения тепла, т. е. изотермически. Принцип действия основан на сжимании воздушной массы более вязкой жидкостью. Конструктивно этого добиваются при помощи цилиндра, наполненного жидкостью (водой), в котором вращается ротор с лопастями. Серповидное пространство, разделённое на сегменты лопастями, является функциональным объёмом аппарата. Всасываемый воздух сжимается и вытесняется через нагнетательный патрубок компрессора.

   В промышленных компрессионных установках используется принцип сжатия воздуха при помощи воды

6. Воздуходувки Рутса. Низконапорные компрессоры, запатентованные братьями Рутс в 1860 г. в США. Простая и эффективная конструкция, которая с течением времени совершенствовалась и многократно видоизменялась. Тем не менее эти агрегаты используются в технике до сегодняшнего дня. Их выходные показатели достигают 16 000 м 3 /час и добавочного давления 1 000 Мбар. Отличительным свойством воздуходувок Рутса является отсутствие смазки в рабочем механизме. Минимум трущихся деталей делает механизм очень надёжным в эксплуатации. Низкий уровень вибрации и компактность позволяют использовать агрегат для закачивания агрессивных и взрывоопасных газов. Приводится в действие, как правило, асинхронным электродвигателем.

   В воздуходувке Рутса работу по перемещению и сжатию воздуха выполняет пара роторов с винтовыми лопастями

7. Спиральные. Сжатие рабочей газовой среды происходит за счёт взаимодействия двух спиралей, которые эксцентрично движутся друг возле друга. Так как спирали не соприкасаются и между ними постоянно остаются зазоры, моторесурс этого вида компрессоров достаточно большой. Однако при сборке и наладке к производителю предъявляются жёсткие требования. Нарушение технологических зазоров в несколько долей миллиметра может привести к функциональной непригодности конструкции. Частота, с которой движется спираль, исчисляется несколькими десятками тысяч оборотов в минуту. Недостатком спиральной конструкции считается необходимость приработки внутренней «улитки» на начальном этапе эксплуатации. Необходима обкатка компрессора для сглаживания технологических зазоров. Это сказывается на общем износе рабочей пары.

   В спиральном компрессоре рабочие зазоры измеряются долями миллиметра, поэтому такие устройства требуют тщательной приработки

8. Ротационные. Разновидность объёмных агрегатов, в которой нет всасывающих клапанов, а используются только нагнетательные. Ось ротора (поршня) вращается вокруг оси цилиндра, который неподвижен. В результате образуется так называемое серповидное пространство, в котором происходит сжатие газов или пара.

   В компрессоре с катящимся ротором рабочий цилиндр закреплён неподвижно, а вокруг него вращается поршень

Создание спирального компрессора датировано 1905 годом. Идея принадлежит инженеру из Франции Леону Круа. Но внедрение в промышленность оказалось возможным лишь в середине XX века, когда уровень технологий сделал серьёзный шаг в сфере обработки материалов. Массовое применение конструкция получила в конце столетия, когда спиральные компрессоры начали использовать в климатическом и холодильном оборудовании. Оказалось, что КПД и уровень создаваемого давления у этого вида агрегатов превосходят все другие известные на тот момент приборы.

Кроме приведённой классификации существуют и другие способы разделения компрессоров:

• по типам приводящего механизма (электропривод, ДВС, турбинный);
• по выходному давлению воздуха (компрессоры низкого, среднего, высокого и сверхвысокого давления);
• по производительности, выраженной в количестве объёма сжимаемого газа (в м 3) за определённое время (мин., час).

Как выбрать компрессор

Очевидно, что выбор компрессора зависит от целевого назначения. Никто не станет применять автомобильный компрессор, к примеру, в холодильнике или наоборот.

Основными потребителями атмосферных нагнетательных машин являются автолюбители, мастера-строители, слесари, мебельщики. Как показала практика, для их нужд наиболее приемлемы винтовые и поршневые компрессоры. Причём безмасляные используют для небольших объёмов работ - подкачки шин, покраски мелких деталей кузова и т. д., а для пневмоинструмента применяются более мощные - масляные поршневые и винтовые компрессоры.

Поршневые нагнетательные машины появились раньше других и поныне являются самыми распространёнными.

Рабочее давление таких агрегатов достигает 25–30 атмосфер, чем не могут похвастаться другие компрессоры. Главные достоинства - невысокая себестоимость, простота конструкции и лёгкость в ремонте. К тому же приборы нечувствительны к составу воздушной среды - пыль, влага и перепады температуры практически не влияют на качество работы. Срок службы при правильной эксплуатации и своевременном обслуживании очень продолжительный. К недостаткам поршневых компрессоров относится необходимость регулярной замены деталей, которые быстро изнашиваются - компрессионных колец поршня, сальников и клапанов, а также высокий уровень шумового давления, который достигает 95 dB (это сопоставимо с грохотом локомотива, идущего по железной дороге). На производствах, которые интенсивно используют такие компрессоры, выделяются специальные комнаты для размещения «шумного» оборудования. Исходя из перечисленных особенностей, поршневые машины применяют в следующих случаях:

Винтовые компрессоры выгодно отличаются от поршневых тем, что в конструкции нет быстроизнашиваемых деталей. Блок винтов, являющийся основным рабочим механизмом, рассчитан на срок службы в 15–20 лет без капитального ремонта. Отсутствие деталей с поступательно-возвратным движением и клапанов делает винтовые компрессоры весьма надёжными и долговечными. Динамика подачи сжатого воздуха в меньшей степени зависит от скорости вращения приводного вала, в то время как в поршневом компрессоре замедление хода поршня приводит к провалам давления. Благодаря тому, что в конструкции отсутствуют поршни и шатуны, снижается вибрация и шум. Поэтому такие агрегаты не требуют отдельного помещения для установки. Кроме того, компрессор излучает большое количество тепла, которое образуется во время сжатия газов. Его можно использовать для обогрева рабочего пространства в холодное время года. Стоимость винтовых компрессоров на порядок выше, чем поршневых устройств. Это связано с более сложным производством. Но окупается такое оборудование быстрее, так как оно является более производительным и экономным. Применение «винтовиков» оправдано в тех случаях, когда необходимы большие количества спрессованного воздуха в бесперебойном режиме.

Основные параметры, на которые следует обращать внимание при выборе рабочего инструмента:

1. Давление, создаваемое компрессором. Один из самых важных параметров, по которому можно судить о рабочих характеристиках изделия. Давление измеряется в атмосферах (атм.) или в барах. Чтобы не путаться в единицах измерения, нужно знать, что одна атмосфера примерно равна одному бару. Зная максимальное значение давления компрессора, можно определить к какому инструменту он подойдёт. На практике всегда приобретают компрессор с запасом. Если, к примеру, пневматический гайковёрт приводится в движение давлением воздуха в 6–7 Бар, рекомендуется выбирать компрессор, сжимающий воздух до 10 Бар.

   Гайковёрт приводится в действие сжатым воздухом, подаваемым из компрессора

2. Уровень производительности. Выражается в количестве литров воздуха, перекачиваемого за минуту. Следует обращать внимание на то, что в поршневых машинах присутствует явление «воздушного провала» - понижения производительности во время работы, связанного с изменениями внешней воздушной среды. Поэтому такой компрессор выбирают с запасом производительности до 20% от номинальной.
3. Мощность. Величина, обозначающая рабочий потенциал оборудования. Говоря простым языком, мощность отображает скорость, с которой машина может справиться с работой. Она измеряется в ваттах и отображается в техническом паспорте устройства. Как и в первых двух случаях, расчётная величина мощности должна включать в себя погрешность на различие между номинальным и реальным значением. С течением времени, в силу износа деталей и выработки двигателя, мощность понижается, что может привести к несовместимости с рабочим инструментом. Исходя из этого, рекомендуется приобретать компрессоры с мощностью, превышающей заданную на 20–25%.
4. Объём ресивера. Сразу после сжатия воздух попадает в накопительный металлический бак, который служит для стабилизации подачи воздуха. В технической терминологии он называется ресивером. Чем больше объём ресивера, тем меньше перепадов давления будет во время работы. Но следует также учитывать, что компрессору понадобится больше времени, чтобы закачать в герметичную ёмкость необходимое количество воздуха.

   В зависимости от мощности и производительности компрессоры могут оснащаться ресиверами объёмом от 25 до 250 литров

5. Номинальное рабочее напряжение и сила тока. В бытовых условиях - там, где нет подключения трёхфазного тока - используется однофазное оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В и силу тока 6 А. В отечественных сетях частота тока равна 50 Гц. Приобретая импортный компрессор, необходимо убедиться, что он совместим с этими параметрами. В противном случае возможен перегрев и преждевременный выход инструмента из строя.
6. Вес. Как правило, он напрямую связан с мощностью и производительностью компрессора. Бытовые модели, рассчитанные для домашнего и «гаражного» применения, имеют массу до 5 кг. Такой компрессор более мобилен, легко перемещается и транспортируется. Профессиональные модели, устанавливаемые стационарно, весят 20 кг и более.
7. Габариты. Этот показатель напрямую связан с весом компрессора. От того, каких размеров будет устройство, зависит удобство в работе. Если необходимо часто перемещаться, целесообразно выбрать небольшой компрессор с рукояткой для переноса. Мощные и тяжёлые устройства с ресиверами большого объёма устанавливаются на передвижные платформы, которые перекатываются на колёсах.
8. Показатель шумового давления. Считается, что комфортный и безвредный для здоровья уровень шума - до 70 dB. Многие производители, решая эту проблему, используют дополнительные шумопонижающие и антивибрационные конструкции. Сведения об уровне шуме отражаются в техническом паспорте изделия.

Видео: как выбрать компрессор для дома и гаража

Таблица: параметры пневматического инструмента

Видео: как выбрать компрессор для подкачки автомобильных шин

Как пользоваться компрессором

Подготовка компрессора к работе - важный этап, соблюдение которого связано с долгосрочной и исправной эксплуатацией. Состоит она из следующих последовательных этапов:

1. Внимательное изучение инструкции, прилагаемой к изделию изготовителем. Данные, приведённые в техническом паспорте, должны совпадать с данными, отражёнными на металлических табличках. Они располагаются в нижней части корпуса компрессора.
2. Проверка комплектации и отсутствия механических повреждений на корпусе. При обнаружении дефектов корпуса, ресивера или соединительных шлангов их необходимо устранить.
3. Установка в рабочее положение. На передвижные модели надеваются колёса и амортизаторы в соответствии с комплектацией. Агрегат располагается таким образом, чтобы управление осуществлялось беспрепятственно и легко. Никакие посторонние предметы на корпусе не допускаются. Если компрессор имеет ременную передачу, необходимо ставить его на расстоянии не менее 1 м от стен. Поверхность пола в помещении, где производятся работы, должна быть ровной.
4. Проверка уровня масла в картере двигателя. Красная метка указывает на предельно допустимое количество смазки. Если масла недостаточно, необходимо аккуратно долить его, не переливая через край и не допуская попадания на ремень и другие детали.

   Масло должно быть залито до уровня, обозначаемого красной меткой

5. Подключение аппарата к сетевому питанию. В некоторых устройствах важно не перепутать подключение фазного и нулевого проводов.
6. Соединение патрубка ресивера со штуцером пневматического инструмента. При правильном подключении стравливание воздуха запускает реле включения двигателя автоматически. Самостоятельная регулировка реле недопустима и прекращает гарантийные обязательства со стороны производителя.
7. Приборы, оборудованные функцией защиты двигателя от перегрузки, отключаются при слишком продолжительной работе или перепадах напряжения в сети. Следует об этом помнить и не искать причину остановки в механической части аппарата.
8. После окончания работы силовой агрегат нужно полностью отключить и выпустить избыточный воздух из накопительного бака (ресивера). Для этого служит специальный клапан, установленный на корпусе бачка.

   После окончания работы необходимо стравить избыточный воздух из ресивера, открыв обратный клапан

В некоторых компрессорах вместо указателя уровня масла применяется щуп. Для определения наличия смазки щуп опускается в специальное отверстие, закрытое пластмассовой крышкой.

Если нет возможности подключить автомобильный компрессор от штатного прикуривателя или нужно сэкономить заряд батареи, возможно (а в некоторых случаях - рекомендовано) подключение клемм напрямую к аккумулятору. Для этого используются специальные зажимы, входящие в комплектацию компрессора для подкачки шин.

Техника безопасности

Перед началом работы следует:

• надеть рабочую одежду, обувь и собрать волосы под головным убором;
• проверить комплектность и устойчивость аппарата;
• убедиться в исправности манометра и выключателя предохранителя давления;
• оборудовать рабочее место в соответствии с нормами личной безопасности.

Во время работы с компрессионным оборудованием запрещается:

• подключаться к электрической сети без заземления;
• оставлять работающий компрессор без надзора;
• направлять воздушную струю в сторону людей;
• допускать к управлению компрессором детей и несовершеннолетних;
• пользоваться заведомо неисправным агрегатом.

После окончания работ необходимо:

Уход за компрессором

Техническое обслуживание компрессора состоит из следующих регламентных работ:

Видео: как поменять масло в поршневом компрессоре и ТО

Наиболее распространённые поломки и ремонт своими руками

Если компрессор приобретён недавно и срок гарантийного обслуживания ещё не закончился, все поломки обязаны устранить работники сервисной организации. Но если гарантия закончилась и ремонтировать оборудование приходится самостоятельно, изучите таблицу, приведённую ниже.

Таблица: неполадки в работе компрессора и способы их устранения

Как сделать компрессор своими руками

Народные умельцы давно научились делать компрессоры своими руками. Некоторые самостоятельно изготовленные приборы способны выполнять работу не хуже заводских. Как правило, в качестве ресиверов используются газовые баллоны или огнетушители. А роль нагнетательной машины исполняет компрессор от отслужившего холодильника.

Простейший аппарат для производства сжатого воздуха состоит из компрессора от старого холодильника, газового баллона и манометра

Производительность такого устройства будет невелика, но с его помощью можно нанести равномерный слой краски на любую поверхность. Для этого используются либо краскопульт, либо аэрограф.

Видео: как сделать компрессор из старого холодильника

Пользуясь пневматическим инструментом, а также пескоструйными устройствами, помните о том, что при небрежном обращении компрессор из помощника в хозяйстве может превратиться в опасное устройство, способное причинить травму или стать угрозой для здоровья. Только соблюдение норм техники безопасности и осторожное отношение к работе гарантирует личную безопасность.