Принцип работы поршневого компрессора

Поршневым называется компрессор, который использует для сжатия воздуха возможности цилиндропоршневой группы. Это самый распространенный вид компрессорного оборудования, прототип которого был построен физиком Герике еще в XVII веке. В России эта конструкция была использована изобретателем Ползуновым для постройки паровой машины. Действительно, принцип их работы схож, только в компрессоре поршни сжимают воздух, а в паровой машине энергия пара приводит их в движение. Каков принцип действия современных компрессоров поршневого типа рассмотрим в этой статье. А для начала выясним, из каких деталей построен агрегат и как они взаимодействуют друг с другом.

Устройство одноступенчатого поршневого компрессора

Схема поршневого компрессора:

Из рисунка мы видим, что обычный одноступенчатый компрессор состоит:

1. Цилиндр.
2. Поршень.
3. Водяная рубашка цилиндра.
4. Шатун.
5. Коленчатый вал.
6. Картер.
7. Всасывающий клапан.
8. Всасывающий патрубок.
9. Нагнетательный патрубок. 
10. Нагнетательный клапан.
11. Водяная рубашка головки цилиндра.

Компрессор не может работать сам по себе, ему помогает внешний источник энергии: электрический, либо двигатель внутреннего сгорания. При проворачивании коленчатого вала поршень начинает движение вверх, сжимая воздух в воздушной камере. Когда давление газа в цилиндре начинает превышать усилие пружины, нагнетательный клапан открывается и выпускает воздух в коллектор. Обратное движение кривошипно-шатунного механизма приводит в действие впускной клапан, и полость цилиндра вновь наполняется воздухом.

Устройство двухступенчатого поршневого компрессора

Схема двухступенчатого компрессора:

Рассмотрим, из каких частей состоит простейший двухступенчатый компрессор:

1. Поршень.
2. Цилиндр первой ступени.
3. Всасывающий клапан.
4. Холодильник.
5. Нагнетательный клапан.

Принцип работы двухступенчатого компрессора отличается от одноступенчатого. Воздух через всасывающий клапан(3) устремляется в цилиндр первой ступени. При движении поршня вверх сжатый воздух поступает в холодильник, где охлаждается и подается через клапан в цилиндр второй ступени. Далее охлажденный воздух дожимается до критического значения и поступает в ресивер, через открывшийся выпускной клапан.

Работа компрессора двойного действия более эффективна за счет охлаждения воздуха между ступенями. Следовательно, такое оборудование при тех же размерах выполняет большую работу. Для увеличения мощности в одноступенчатом компрессоре пришлось бы увеличивать его массу.

Принцип работы масляных и безмасляных компрессоров

Поршневые компрессоры разделяются не только по устройству, но и по наличию масла в рабочей полости. И хотя принцип работы их во многом схож, конструкция немного отличается друг от друга.

Как работает масляный компрессор

В картере таких агрегатов непрерывно циркулирует компрессорное масло. В результате этого тонкий слой масляной пленки постоянно покрывает трущиеся детали компрессора: коленчатый вал, поршни и цилиндры. Применение масла значительно снижает трение, уплотняет зазоры и отводит лишнее внутреннее тепло.

Масляные установки обладают большим КПД и длительным сроком службы. Такие комплексы могут работать в тяжелых условиях и применяются на большинстве промышленных предприятий. Компрессорные масла имеют свой срок службы, по окончании которого должны быть заменены. Меняются масла при техническом обслуживании строго в регламентированные сроки. Срыв сроков обслуживания может привести к проблемам в работу компрессора и его поломке. 

Как работает безмасляный компрессор

Безмасляные установки генерируют чистый поток сжатого воздуха без примесей масла, и этим они отличаются от масляных. Но к производству такого оборудования предъявляются особые требования. Ввиду того что для эффективного сжатия требуются минимальные зазоры, детали таких компрессоров изготавливаются на высокоточном оборудовании.

Тугоплавкие материалы и специальное антифрикционное покрытие снижают трение узлов агрегата, но для отвода тепла требуется мощная система охлаждения. Поэтому увеличить производительность таких машин крайне сложно без применения дополнительного охлаждающего оборудования.

Принцип работы холодильного компрессора

Компрессоры, которые применяются в промышленном холодильном оборудовании, тоже имеют поршневой принцип действия. Но в отличие от воздушных он сжимает и перекачивает хладагент, который циркулирует от испарителя к конденсатору. Холодильный агрегат – это сложная, замкнутая, герметичная система, основной характеристикой которой является степень сжатия и объем хладагента, нагнетаемый компрессором.

Оборудованию приходиться работать в тяжелых условиях, где максимальное давление паров фреона может достигать 15-20 атмосфер, а температура 70-90°С. Для смазки деталей компрессора применяется специальное фреоновое масло, которое свободно циркулирует по системе вместе с хладагентом. Также масло отводит часть тепла от трущихся поверхностей, а масляная пленка, образующаяся на деталях, служит дополнительной герметизацией.       

Принцип работы компрессора высокого давления

Кроме обычных воздушных компрессоров, которые применяются повсеместно, существуют компрессоры высокого давления. Это мощные поршневые агрегаты, которые используют принцип многоступенчатого сжатия. Воздух, сжимаясь в первой камере до определенной величины, дожимается во второй и так далее. Количество ступеней может быть разное и зависит от нужд предприятия.

Поскольку компрессор высокого давления работает на запредельных нагрузках, в его устройстве подшипники качения заменяются на бронзовые втулки. Высокие требования предъявляются к охлаждению и смазке. Эти системы представляют собой отдельный контур, который снабжается многочисленными датчиками для контроля всех необходимых параметров. 

Плюсы и минусы поршневых компрессоров

Несмотря на простоту конструкции и несложный принцип работы, поршневые компрессоры имеют свои преимущества и недостатки.

Преимуществами являются:

• Низкая стоимость.
• Простая конструкция.
• Хорошая ремонтопригодность.
• Экономичность.
• Высокая производительность.

Недостатки:

• Сильные шумы и вибрации.
• Высокие пульсации воздуха на выходе.
• Малые интервалы между обслуживанием.
• Наличие фундамента для установки.
• Высокий нагрев при сжатии.

Некоторые недостатки нивелируются дополнительным оборудованием. Например, высокие пульсации успешно сглаживаются за счет установленного ресивера, а температура снижается эффективными системами охлаждения. Шумы и вибрации гасятся установкой специальных кожухов и вибрационных подушек. 

Установка поршневого компрессора

Как уже говорилось выше, принцип работы поршневого компрессора имеет свои недостатки. Один из них – высокая вибрация. И если винтовой компрессор можно установить на любую ровную площадку, то для установки такого поршневого агрегата требуется надежный железобетонный фундамент. По прибытии компрессор распаковывается, ставиться на место вилочным погрузчиком или краном. Для этого в корпусе станины предусмотрены специальные транспортировочные проушины.

После установки оборудования его подключают к системе электропитания предприятия. Соответствующие кабели должны быть в комплекте. при подключении обязательно соблюдают фазность: вращение электродвигателя в обратную сторону недопустимо. Отдельное внимание уделяют защите от короткого замыкания и скачков напряжения. Для этого используют автоматические выключатели или специальные реле, которые реагируют на изменение тока в цепи и отключает оборудование. 

Обслуживание и ремонт

Обслуживание поршневых компрессоров проводится строго по техническому регламенту. Занимаются этим специалисты предприятия, прошедшие соответствующую подготовку, или сотрудники сервисного центра поставщика после заключения соответствующего договора. В мероприятия по обслуживанию входят: контроль уровня и замена масла, замена воздушных фильтров, проверка натяжения ремней, проверка пневмосистемы на герметичность.

Ремонтом компрессорной техники занимается сервисный центр. Но в зависимости от поломки, при наличии соответствующих знаний, можно обойтись своими силами. Так, например, долить масло в картер может любой квалифицированный мастер, а с заменой сгоревшего электродвигателя справится электрик с соответствующим допуском. Для более сложного ремонта потребуются запчасти и комплектующие, которые обязательно должны соответствовать оборудованию.