Ремонт и обслуживание воздушного компрессора своими руками. Что такое компрессор? Роль компрессора в работе двигателя автотомобиля

Главная / Отопление и водоснабжение

В последнее время все больше людей пользуются компрессорами. Этот инструмент существенным образом упрощает каждодневные бытовые или профессиональные задачи. Без этого оборудования не обходится ни одно промышленное или любое другое производство. В быту также многие задачи очень удобно решать с помощью данных агрегатов. Давайте рассмотрим основные виды компрессоров, их устройство и сферу применения.

Задачи, которые помогает решать компрессор

Данное оборудование позволяет быстро и очень легко накачать мяч для игры в волейбол или же надуть самые разные воздушные конструкции (к примеру, бассейн). Компрессор помогает поливать и опрыскивать растения, очищать засорившиеся трубы. Художники используют эти агрегаты для выполнения аэрографии. Специалисты по реставрации и перетяжке мебели используют некоторые виды компрессоров в восстановительных работах. необходим для функционирования мебельного степлера.

Преимущества компрессоров по сравнению с электроинструментом

Компрессоры более безопасны. В пневматическом инструменте отсутствует мотор.

Также оборудование максимально универсально - это комбайн, позволяющий подключать к нему массу различного инструмента. Также имеют самую широкую область использования и практически безальтернативны для решения некоторых задач компрессоры.

Виды компрессоров, назначение и принцип работы

Существует несколько типов данных агрегатов. Все они имеют различное устройство, принцип работы и сферу применения.

А начать обзор оборудования стоит с истории этих механизмов.

Как он создавался

Главная задача, которую решает компрессорное оборудование - сжатие воздуха. Машины, предназначенные для этого, производительность которых до 100 к/м в минуту, разделяют на две группы. Это ротационные (винтовые) и поршневые. Можно увидеть все виды компрессоров с фото в данной статье.

Один из самых первых поршневых компрессоров был создан около 300 лет назад.

Над его разработкой трудился немец Отто Фон Герике. Оборудование скорее было экспериментальным, нежели промышленным. Данный образец имел механический привод, а в качестве энергии использовалась физическая сила человека. В 1800 году англичанин Джордж Медхерст презентовал оборудование, которое работало на энергии пара. Затем на базе этого агрегата создали перфоратор, работающий от воздуха. Но этот инструмент имел серьезный недостаток - частые взрывы. Рабочие, которые использовали его, получали серьезные ожоги.

Первый образец винтового агрегата был изготовлен лишь в 1878 году. Его собрал немецкий инженер Генрих Кригар. Более современный аналог разработали в 1932 году. В этом оборудовании был немного другой принцип работы.

Винтовой компрессор: особенности

Говоря о промышленных агрегатах, нужно отметить, что они имеют внушительную стоимость. Но если необходимо продолжительное и значительно потребление объемов сжатого воздуха, винтовые виды компрессоров - это отличный выбор и экономичное решение.

Устройство винтового компрессора

В качестве главного элемента оборудования данного типа используется специальная винтовая пара. Чтобы снизить трение и увеличить долговечность работы, пара помещена в масляную ванну. Это главная часть установки. Среди основных элементов всасывающий клапан, система фильтров, винтовая пара, сепаратор, ресивер, электромотор.

Принцип работы

Через всасывающий клапан, серию воздушных фильтров воздух попадает в винтовую пару, а затем происходит образование смеси воздуха с маслом. Два ротора или винта сжимают и отправляют эту смесь в пневматическую систему. Далее воздух с маслом попадает в сепаратор, где второе отделяется от первого. Масло уходит обратно. Воздух попадает на выход.

Масло в агрегатах подобного типа играет очень важную роль. Так, главная функция - это охлаждение. Кроме того, масло образует зазор между винтовой парой. Также с помощью масла транспортируется воздух, смазываются рабочие элементы механизма.

Преимущества винтовых компрессоров

Данный агрегат отличается низким уровнем шума в процессе работы. Его можно без каких-либо проблем установить с оборудованием, которое и является потребителем сжатого воздуха. Процесс замены деталей при необходимости выполняется очень быстро и просто.

Различают устройства с прямым приводом и ременным. Ресурс работы механизмов очень большой. Эти компрессоры необычайно универсальны и практичны.

Современные промышленные модели имеют надежную систему автоматики, которая обеспечивает бесперебойную работу. Если необходимо много сжатого воздуха, а потребление будет постоянным, то такие виды компрессоров прекрасно подойдут для этих целей.

Поршневой компрессор: особенности и преимущества

Эти решения - наиболее распространенный тип оборудования для работы с воздухом, даже несмотря на то, что появляются все более технологичные устройства. Эти агрегаты очень просты в использовании, любые неполадки можно устранить практически сразу. Данные решения отличаются показателями энергосбережения, хотя и немного проигрывают винтовым агрегатам. Некоторые, если не все виды - поршневого типа.

Кроме простой конструкции и доступных цен, это оборудование хорошо подходит для применения в тяжелых условиях. Однако при всех преимуществах есть и некоторые недостатки. Это высокая температура (из-за того, что поршень слишком плотно прилегает к цилиндру). Для охлаждения применяют самые разные радиаторы, однако для решения задач, когда требуется приготовить много сжатого воздуха, никакой радиатор не поможет.

Поршневые компрессоры: устройство и принцип работы

В основе этих агрегатов лежит очень простой, если даже не примитивный механизм из двух частей. Это цилиндр и поршень. В свою очередь, последний соединен с кривошипно-шатунным механизмом.

Поршень очень плотно подогнан по отношению к стенкам цилиндра. Процесс сжатия воздуха обеспечивают возвратно-поступательные движения В нижней точке воздух сжимается. Для свободного выхода оборудование оснащено впускным и выпускным клапаном.

Другие типы компрессорного оборудования

Кроме этих популярных решений, для сжатия воздуха в промышленности применяют и другие компрессоры. Виды и назначение их зависят от того, с какими газами придется работать. Если в качестве рабочего вещества будут использоваться хлор, аммиак, водород, кислород и другие газы, необходимо применять газовые агрегаты, которые могут работать с любыми типами газов. Так, различают поршневые, мембранные, винтовые, струйные, центробежные и осевые компрессоры.

Холодильное компрессорное оборудование

Компрессорная агрегата используется для сжатия газов, а затем для перекачки их непосредственно в холодильник. По принципу работы можно разделить на три группы: и поршневые системы.

С поршневыми компрессорами удается получить серьезную экономию на приобретении и затем обслуживании. Поршневое оборудование для холодильников, в свою очередь, делится на герметичные агрегаты, открытые и полугерметичные. Эта степень герметизации непосредственным образом влияет на то, как надежно хладагент будет храниться в системе.

В полугерметичных решениях двигатель и компрессор закрытые. Они соединены между собой и имеют единый корпус с возможностью разборки для обслуживания. Открытые модели оснащены электрическим мотором, который располагается вне корпуса агрегата. Привод осуществляется через муфту. Это оборудование применяется в особенно мощных охладительных системах.

Виды автомобильных компрессоров

Автомобильные компрессоры - это незаменимый атрибут любого автомобилиста. Он помогает легко справиться с большинством неприятностей на дороге. Существует несколько видов таких агрегатов. Типовой состоит из цилиндра, манометра и электрического мотора. От того, как качественно изготовлены эти детали, зависит долговечность изделия.

Зачастую компрессорное оборудование применяется для подкачки шин, а значит, главный рабочий материал - воздух. Для этого подходят поршневые устройства и мембранные. О поршневых сказано уже достаточно, но существуют и другие компрессоры. Виды и типы их для применения в автомобиле не слишком разнообразны. Кроме поршневых, применяют еще и мембранное оборудование.

В качестве рабочего узла, который отвечает за подкачку воздуха, используют специальное полотно. Эта мембрана в процессе работы совершает возвратно-поступательные движения. За счет них происходит нагнетание воздуха. Зачастую эти устройства отличаются более высокой долговечностью, так как в них нет трущихся между собой деталей. А вот мощность существенно ниже. Из недостатков - полная невозможность использования во время сильных морозов.

Теперь понятно, какие виды компрессоров бывают, где их можно использовать, как они устроены и как функционируют.

Этот тип компрессора берет за основу своей работы использование механического прибора поршневого типа с целью увеличения давления газа или жидкости посредством компрессии, то есть – уменьшения объема. Такие компрессоры используются чуть ли не во всех сферах жизни: химическая промышленность, медицина, а также для бытовых и полупрофессиональных нужд.

Иногда при помощи поршневых компрессоров осушают воздух . Это связано с технологическими особенностями сжатия воздуха. Они отличаются:

Недорогой ценой по сравнению с остальными типами компрессоров;
Простым технологическим процессом их производства;
Легкостью в ремонте и доступностью деталей.

Поршневые компрессоры бывают нескольких типов, опишем их ниже.

Едва ли не номер один в мире компрессорных установок, которые начал использовать человек – поршневой воздушный компрессор. Его популярность обусловлена простотой строения как механизма, так и принципа действия. Работа с ним также проста и не требует особых навыков. Его официальное название – компрессорная установка объемного сжатия.

За многие десятилетия его базовая конструкция не претерпела особых изменений. Это корпус из чугуна, а внутри него находится цилиндр. В механизме также есть собственно поршень, сделанный таким образом, чтобы оставался маленький зазор и два клапана. Каждый из них имеет свое назначение: один из них всасывающий, второй предназначен для питания.

Компрессоры с поршневой системой нередко применяются на больших двухтактных дизелях на судах. Их используют для наддува и продувки. Дело в том, что двухтактный дизель сам по себе не способен завестись и функционировать. Для полноценной работы ему нужна дополнительная подача воздуха, под давлением больше, чем атмосфера.

Присоединенный к мотору и работающий в такт с ним, поршневой компрессор подает дополнительные объемы воздуха.

Этот вид компрессора используют там, где необходима подача чистого, без примеси смазочных материалов, воздуха или другого газа. Этот воздух будет без следов масляной эмульсии. Это не означает, что устройство поршневого компрессора работает совсем без смазки, просто масло не пересекается с воздушными потоками. Под них обычно берут двигатель мощностью 1,1 кВт. Он имеет дополнительные позитивные характеристики:

Малый размер;
Не нуждается в частом обслуживании;
Возможна транспортировка и перемещение в любом положении.

Компрессор (от латинского слова compressio - сжатие) - энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения газообразных веществ.

Компрессорная установка - это совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования (газоохладителя, осушителя сжатого воздуха и т. д.).

Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия, под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора. По принципу действия все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные.

Объёмные компрессоры

В компрессорах объёмного принципа действия рабочий процесс осуществляется в результате изменения объёма рабочей камеры. Номенклатура компрессоров данного типа разнообразна (более десятка видов), основные из которых: поршневые, винтовые, роторно-шесте-рён- чатые, мембранные, жидкостно-кольцевые, воздуходувки Рутса, спиральные, компрессор с катящимся ротором.

Рис. 1. Классификация объемных компрессоров

Поршневые компрессоры (рис. 2-3) могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные , смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия), при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные.

Роторные компрессоры - это машины с вращающим сжимающим элементом, конструктивно подразделяются на винтовые, ротационнопластинчатые, жидкостно-кольцевые, бывают и другие конструкции.

Рис. 2.

Рис. 3. : 1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3 - поршень; 4 - рабочий цилиндр; 5 - крышка цилиндра; 6 - нагнетательный трубопровод; 7 - нагнетательный клапан; 8 - воздухозаборник; 9 - всасывающий клапан; 10 - труба для подвода охлаждающей воды

Рис. 4.

В основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессорах имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые компрессоры бывают одно и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V или W - образным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.

Действие одноступенчатого воздушного поршневого компрессора (рис. 3) заключается в следующем. При вращении коленчатого вала 1 соединённый с ним шатун 2 сообщает поршню 3 возвратные движения. При этом в рабочем цилиндре 4 из-за, увеличения объёма, заключённого между днищем поршня и крышкой цилиндра 5, возникает разрежение и атмосферный воздух, преодолев своим давлением сопротивление пружины, удерживающей всасывающий клапан 9, открывает его и через воздухозаборник (с фильтром) 8 поступает в рабочий цилиндр. При обратном ходе поршня воздух будет сжиматься, а затем, когда его давление станет больше давления в нагнетательном патрубке на величину, способную преодолеть сопротивление пружины, прижимающей к седлу нагнетательный клапан 7, воздух открывает последний и поступает в трубопровод 6. При сжатии газа в компрессоре его температура значительно повышается.

Для предотвращения самовозгорания смазки компрессоры оборудуются водяным (труба 10 для подвода воды) или воздушным охлаждением. При этом процесс сжатия воздуха будет приближаться к изотермическому (с постоянной температурой), который является теоретически самым выгодным. Одноступенчатый компрессор, исходя из условий безопасности и экономичности его работы, целесообразно применять со степенью повышения давления при сжатии до b = 7 - 8. При больших сжатиях применяются многоступенчатые компрессоры, в которых, чередуя сжатие с промежуточным охлаждением, можно получать газ очень высоких давлений - выше 10 Мн/м2. В поршневых компрессорах обычно предусматривается автоматическое регулирование производительности в зависимости от расхода сжатого газа для обеспечения постоянного давления в нагнетательном трубопроводе. Существует несколько способов регулирования. Простейший из них - регулирование изменением частоты вращения вала.

Принципы действия ротационного и поршневого компрессора в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном компрессоре всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора. Известны другие конструкции ротационного компрессора, в том числе винтовые, с двумя роторами в виде винтов. Для удаления воздуха с целью создания разрежения в каком-либо пространстве применяют роторные водокольцевые вакуумнасосы. Регулирование производительности ротационного компрессора осуществляется обычно изменением частоты вращения их ротора.

Ротационные компрессоры имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры (рис. 5), имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3, ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра возрастать корпуса, в левой части компрессора будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части компрессора объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из компрессора в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного компрессора охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6.

Рис. 5. : 1 - отверстие для всасывания воздуха; 2 - ротор; 3 - пластина; 4 - корпус; 5 - холодильник; 6 и 7 - трубы для отвода и подвода охлаждающей воды

Винтовые компрессоры

Конструкция винтового блока состоит из двух массивных винтов и корпуса. При этом винты во время работы находятся на некотором расстоянии друг от друга, и этот зазор уплотняется масляной пленкой. Трущихся элементов нет.

Таким образом, ресурс винтового блока практически неограничен и достигает более чем 200-300 тысяч часов. Регламентной замене подлежат лишь подшипники винтового блока.

Пластинчато-роторные компрессоры

Конструкция пластинчато-роторного блока состоит из одного ротора, статора и минимум восьми пластин, масса которых, а соответственно и толщина ограничены. На пластину в процессе работы действуют силы: центробежная и трения/упругости масляной пленки.

Так как масляная пленка нормализуется и становится равномерной и достаточной лишь после нескольких минут работы компрессора, то во время стартов и остановов идет трение пластин о статор и соответственно повышенный их износ и выработка.

Чем большее давление должен нагнетать такой блок, тем большая разницы давлений в соседних камерах сжатия, и тем большая должна быть центробежная сила для недопущения перетоков сжимаемого воздуха из камеры с большим давлением в камеру с меньшим. В свою очередь, чем больше центробежная сила, тем больше и сила трения в моменты пуска и остановки и тем тоньше масляная пленка во время работы - это является основной причиной, почему данная технология получила широкое распространение в области вакуума (то есть давление до 1 бара) и в области нагнетания давления до 0,3-0,4 МПа.

Так как масляная пленка между пластинами и статором имеет толщину всего несколько микрон, то любая пыль, тем более твердые частички крупнее размеров, выступают как абразив, который царапает статор и делает выработку по пластинам. Это приводит к тому, что возникают перепуски сжимаемого воздуха из одной камеры сжатия в другую и производительность заметно падает.

В отличие от небольших вакуумных насосов, где широко применяется пластинчато-роторная технология, в компрессорах большой производительности и давлением выше 0,5 МПа со временем необходимо будет менять весь блок в сборе, так как замена отдельно пластин эффективна лишь в случае восстановления геометрии статора, а такие большие статоры восстановлению (шлифовке) не подлежат.

Производители обычно не дают никаких данных по ресурсу пластинчато-роторного блока, так как он очень сильно зависит от качества воздуха и режима работы компрессора. Для газовых компрессоров, качающих газ практически не останавливаясь круглый год, ресурс может действительно достигать и более 100 тысяч часов потому, что масляная пленка равномерна и достаточна все время работы без остановок.

А при промышленном использовании, где разбор воздуха крайне неравномерен и компрессор запускают и останавливают десятки раз в день, большую часть времени нормальной для работы масляной пленки внутри блока нет, что является причиной агрессивного износа пластин. В таком случае ресурс блока не более 25 тысяч часов.

Динамические компрессоры

В компрессорах динамического принципа действия газ сжимается в результате подвода механической энергии от вала, и дальнейшего взаимодействия рабочего вещества с лопатками ротора. В зависимости от направления движения потока и типа рабочего колеса такие компрессоры бывают центробежные (рис. 6) и осевые (рис. 7).

Рис. 6. : 1 - вал; 2, 6, 8, 9, 10 и 11 - рабочие колёса; 3 и 7 - кольцевые диффузоры; 4 - обратный направляющий канал; 5 - направляющий аппарат; 12 и 13 - каналы для подвода газа из холодильников; 14 - канал для всасывания газа

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 12 и 13. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессор и т.д.

Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25-30, а у промышленных компрессоров - 8-12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости до 280-500 м/сек. Важная особенность центробежных компрессоров (а также осевых) - зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также КПД от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессоров отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляет различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и другими.

Рис. 7. : 1 - канал для подачи сжатого газа; 2 - корпус; 3 - канал для всасывания газа; 4 - ротор; 5 - направляющие лопатки; 6 - рабочие лопатки

Осевой компрессор (рис. 7) имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6, на внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5, всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых компрессорах между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого компрессора обычно равна 1,2-1,3, то есть значительно ниже, чем у центробежных компрессоров, но КПД у них достигнут самый высокий из всех разновидностей компрессоров.

Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же, как и центробежных. Осевые компрессоры применяют в составе газотурбинных установок.

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых компрессоров оценивают по их механическому КПД и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически самому выгодному в данных условиях.

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессоры обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

Турбокомпрессоры - это динамические машины, в которых сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решётками лопастей.

Прочие классификации

По назначению компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которых они предназначены (химические, холодильные, энергетические, общего назначения и т. д.). По роду сжимаемого газа (воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый, фреоновый, углекислотный и т. д.). По способу отвода теплоты - с жидкостным или воздушным охлаждением.

По типу приводного двигателя они бывают с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины. Дизельные газовые компрессоры широко используются в отдаленных районах с проблемами подачи электроэнергии. Они шумные и требуют вентиляции для выхлопных газов. С электрическим приводом компрессоры широко используются в производстве, мастерских и гаражах с постоянным доступом к электричеству. Такие изделия требуют наличия электрического тока, напряжением 110-120 Вольт (или 230-240 Вольт). В зависимости от размера и назначения, компрессоры могут быть стационарными или портативными. По устройству компрессоры могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

По конечному давлению различают:

Вакуум-компрессоры, газодувки - машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше. Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивая возможность достижения избыточного давления от 10 до 100 кПа (0,01-0,1 МПа), в некоторых специальных исполнениях - до 200 кПа (0,2 МПа). В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение, как правило, 10-50 кПа, а в отдельных случаях - до 90 кПа и работать как вакуумный насос низкого вакуума;

Компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;

Компрессоры среднего давления - от 1,2 до 10 МПа;

Компрессоры высокого давления - от 10 до 100 МПа.

Компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.

Рис. 8.

Производительность компрессоров

Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа сжатого в единицу времени (м3/мин, м3/час). Производительность обычно считают по показателям, приведённым к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу, эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом, но при большой разнице, например, у поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в 2 раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом. Компрессоры называются дожимающими, если давление всасываемого газа заметно превышает атмосферное.

Агрегатирование компрессоров

Агрегатирование представляет собой процесс установки компрессора и двигателя на раму. В связи с тем, что компрессоры поршневого типа характеризуются неравномерной тряской, результатом которой при отсутствии соответствующего основания или опоры становится чрезмерная вибрация, агрегатирование должно выполняться с учетом качественно спроектированного фундамента.

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.

Воздушный компрессор является универсальным и экономичным аппаратом, без которого невозможна работа различного пневматического оборудования, применяемого на производстве и в быту. Компрессоры могут быть как стационарными, так и передвижными, благодаря чему расширяется сфера использования данных агрегатов.

Воздушные компрессоры широко используются во многих областях деятельности человека. Данные аппараты незаменимы при проведении монтажных, столярных, строительных и ремонтных работ. Также воздушные аппараты с успехом применяются и в быту . Например, бытовой агрегат может использоваться для подкачки шин, проведения покрасочных работ, аэрографии и т.д. Как правило, это компрессор, имеющий электрический двигатель, работающий от сети 220 В. Для профессионального использования лучше подойдет роторный масляный агрегат, имеющий повышенный срок службы и не требовательный к частому обслуживанию.

Высока востребованность воздушных компрессоров и в промышленной сфере , в отраслях, где требуется использование сжатого воздуха.

Существуют аппараты с высокой степенью очистки воздуха. Их применяют на “чистых” производствах, например, в химической, фармацевтической и пищевой промышленности, а также в сфере производства электроники.

Кроме всего, воздушные компрессоры нашли применение в нефте- и газодобывающих отраслях, в горнодобывающей промышленности, при добыче угля и камня.

Как устроен и работает воздушный компрессор

Устройство агрегата для сжатия воздуха определяется типом конструкции. Компрессоры бывают поршневые, роторные и мембранные. Наиболее широко распространены поршневые воздушные агрегаты, в которых воздух сжимается в цилиндре благодаря возвратно-поступательным движениям поршня внутри него.

Устройство воздушного поршневого компрессора достаточно простое. Основной его элемент – это компрессорная головка. По своей конструкции она схожа с цилиндром двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Ниже приведена схема поршневого агрегата, на которой хорошо показано устройство последнего.

В состав компрессорного узла входят следующие элементы.

Цилиндр . Это объем, в котором сжимается воздух.
Поршень . Возвратно-поступательными движениями всасывает воздух в цилиндр либо сжимает его.
Поршневые кольца . Устанавливаются на поршне и предназначены для повышения компрессии.
Шатун . Связывает поршень с коленчатым валом, передавая ему возвратно-поступательные движения.
Коленчатый вал . Благодаря своей конструкции обеспечивает ход шатуна вверх и вниз.
Впускной и нагнетательный клапаны . Предназначены для впуска и выпуска воздуха из цилиндра. Но компрессорные клапаны отличаются от клапанов ДВС. Они изготовлены в виде пластин, прижимаемых пружиной. Открытие клапанов происходит не принудительно, как в ДВС, а вследствие перепада давлений в цилиндре.

Для уменьшения силы трения между кольцами поршня и цилиндром в компрессорную головку поступает масло . Но в таком случае на выходе из компрессора воздух имеет примеси смазки. Для их устранения на поршневом аппарате устанавливают сепаратор , в котором происходит разделение смеси на масло и воздух.

Если требуется особая чистота сжатого воздуха, например, в медицине или на производстве электроники, то конструкция поршневого агрегата не подразумевает использование масла . В таких аппаратах поршневые кольца выполнены из полимеров, а для уменьшения силы трения применяется графитовая смазка.

Поршневые агрегаты могут иметь 2 или больше цилиндров, расположенных V-образно. За счет этого повышается производительность оборудования.

Коленчатый вал приводится в движение от электродвигателя посредством ременного или прямого привода. При ременном приводе в конструкцию аппарата входят 2 шкива, один из которых устанавливается на валу двигателя, а второй — на валу поршневого блока. Второй шкив оснащается лопастями для охлаждения агрегата. В случае прямого привода валы двигателя и поршневого блока соединяются напрямую и находятся на одной оси.

Также в конструкцию поршневого компрессора входит еще один очень важный элемент – ресивер, представляющий собой металлическую емкость. Предназначен он для устранения пульсаций воздуха, выходящего из поршневого блока, и работает как накопительная емкость.

Благодаря ресиверу можно поддерживать давление на одном уровне и равномерно расходовать воздух. Для безопасности на ресивере устанавливают аварийный клапан сброса , срабатывающий при повышении давления в емкости до критических значений.

Чтобы компрессор мог работать в автоматическом режиме, на нем устанавливается реле давления (прессостат). Когда давление в ресивере достигает требуемых значений, реле размыкает контакт, и двигатель останавливается. И наоборот, при снижении давления в ресивере до установленного нижнего предела, прессостат замыкает контакты, и агрегат возобновляет работу.

Принцип действия

Принцип работы поршневого компрессора можно описать следующим образом.

Распространенные неисправности и их устранение

Основные неисправности в работе воздушного компрессора, которые можно устранить своими руками, следующие:

двигатель не запускается;
двигатель гудит, но не запускается;
воздух (на выходе) имеет частицы воды;
падение производительности агрегата;
перегрев компрессорной головки;
перегрев агрегата;
стук в цилиндре;
стук в картере;
вытекание масла из картера;
заклинивание маховика;
ресивер не держит давление;
агрегат не развивает обороты.

Двигатель агрегата не запускается

Прежде всего, при отказе двигателя агрегата следует убедиться в наличии напряжения в сети. Также не лишним будет проверить кабель питания на предмет повреждений. Далее, проверяются предохранители, которые могут перегорать при скачке напряжения в сети. При обнаружении неисправности кабеля или предохранителей их следует заменить.

Также на запуск двигателя влияет реле давления . Если оно неправильно настроено, то агрегат перестает включаться. Чтобы проверить работу реле, необходимо выпустить воздух из ресивера и снова включить аппарат. Если двигатель заработал, то проведите правильную (согласно инструкции) регулировку реле давления.

В некоторых случаях, двигатель может не запускаться по причине срабатывания теплового реле . Обычно это происходит, если агрегат работает в интенсивном режиме, практически без остановок. Чтобы оборудование снова начало работать, необходимо дать ему немного времени для остывания.

Двигатель гудит, но не запускается

Гудение двигателя без вращения его ротора может быть по причине низкого напряжения в сети, из -за чего ему не хватает мощности для запуска. В таком случае проблему можно решить установкой стабилизатора напряжения.

Совет! Если сеть “проседает” по причине работы какого-либо аппарата, например, сварочного, то его следует отключить на время пользования компрессором.

Также двигатель не в силах провернуть коленчатый вал, если давление в ресивере слишком велико , и происходит сопротивление нагнетанию. Если это так, то необходимо немного стравить воздух из ресивера, после чего настроить или заменить реле давления. Повышенное давление в ресивере может возникать и при неисправном клапане сброса. Его нужно снять и прочистить, а в случае его разрушения – заменить.

Воздух на выходе имеет частицы воды

Если в выходящем из ресивера воздухе содержится влага, то качественно произвести покраску какой-либо поверхности не получится. Частицы воды могут присутствовать в сжатом воздухе в следующих случаях.

Падение производительности агрегата

Производительность аппарата может снижаться, если прогорают или изнашиваются поршневые кольца . В результате снижается уровень компрессии, и аппарат не может работать в стандартном режиме. Если этот факт подтвердится при разборке цилиндра, то изношенные кольца следует заменить.

Падение производительности могут вызвать и клапанные пластины , если они сломались или зависли. Неисправные пластины следует заменить, а засорившиеся – промыть. Но самая частая причина, вызывающая потерю мощности агрегата – это засорение воздушного фильтра , который следует промывать регулярно.

Перегрев компрессорной головки

Поршневая головка может перегреваться при несвоевременной замене масла или при использовании смазочного материала, который не соответствует указанному в паспорте. В обоих случаях масло следует заменить на специальное компрессорное, с вязкостью, значение которой указано в паспорте к агрегату.

Также перегрев поршневой головки может вызываться чрезмерной затяжкой болтов шатуна , из-за чего масло плохо поступает на вкладыши. Неисправность устраняется ослаблением болтов шатуна.

Перегрев агрегата

В норме, агрегат может перегреваться при работе в интенсивном режиме или при повышенной температуре окружающего воздуха в помещении. Если при стандартном режиме работы и нормальной температуре в помещении агрегат все равно перегревается, то виновником неисправности может служить засорившийся воздушный фильтр . Его следует снять и промыть, после чего хорошо высушить.

Стук в цилиндре

Вызывается поломкой или износом поршневых колец по причине образования нагара. Обычно он появляется, если использовать некачественное масло.

Также стук в цилиндре может вызываться износом втулки головки шатуна или поршневого пальца . Чтобы устранить проблему, данные детали следует заменить на новые. При износе цилиндра и поршня ремонт воздушного компрессора заключается в растачивании цилиндра и замене поршня.

Стук в картере

Появление стука в картере при работе агрегата вызывается следующими поломками.

Ослабли шатунные болты . Необходимо подтянуть болты с требуемым усилием.
Вышли из строя подшипники коленчатого вала . Требуется поменять подшипники.
Износились шатунные шейки коленвала и вкладышей шатуна . Устранение данных неисправностей заключается в обработке шатунных шеек до ремонтного размера. Вкладыши также меняются на аналогичные детали ремонтного размера.

Прочие неисправности

Если обнаружена течь масла из картера, то в первую очередь следует проверить и, при необходимости, заменить сальники . Если маховик не проворачивается, значит, поршень уперся в клапанную доску. Необходимо обеспечить зазор (0,2-0,6 мм) между поршнем и клапанной доской. При падении давления в ресивере, если агрегат выключен, следует прочистить или заменить обратный клапан.

Если компрессор плохо развивает обороты, то причина может крыться в ослаблении приводных ремней , натяжение которых следует усилить. Также мешать развить обороты двигателю может неисправный обратный клапан . Его следует заменить на новый.

Как заменить масло в воздушном компрессоре

Просчитать отработанные агрегатом моточасы достаточно сложно. Но все же рекомендуется, хотя бы приблизительно, вести их учет, поскольку своевременная замена масла в аппарате значительно продлевает срок его службы. В среднем, для нового устройства первая замена масла должна быть не позже, чем через 50 моточасов. Следующее обслуживание компрессора по замене смазки уже проводят через количество моточасов, указанное в инструкции к компрессору. В каждом случае, в зависимости от модели устройства, этот показатель будет отличаться.

Масло для воздушного компрессора лучше использовать фирменное , предназначенное именно для данного оборудования. Если фирменное масло найти сложно, то можно его заменить любым компрессорным маслом необходимой вязкости.

Важно! Простое машинное масло заливать в агрегат запрещается!

Итак, замена масла в аппарате для сжатия воздуха происходит следующим образом.

В дальнейшем, следует постоянно контролировать уровень масла в картере, и, при необходимости, доливать его.