Промышленные компрессоры: классификация и области применения

Разделение компрессоров

В настоящее время производственный процесс на промышленных предприятиях усложняется всё больше и больше, темпы производства постоянно увеличиваются, а используемое оборудование улучшается. В настоящее время практически невозможно вообразить технологию производства без использования компрессорной техники. В данной статье мы предлагаем вам рассмотреть наиболее важные характеристики компрессоров и классифицировать их.

В данный момент есть большой модельный ряд компрессоров, и множество различных вариаций их изготовления и дальнейшего использования. Различить компрессоры можно по таким параметрам как: максимальное давление, выработка, сжимаемое вещество и окружающие рабочие условия. Каждый компрессорный агрегат имеет собственные особенности конструкции, рабочих параметров и технических показателей. Бывает одноступенчатое и многоступенчатое компрессорное оборудование, много ступенчатые компрессоры как правило применяют там, где необходимо получить газы сверхвысокого давления.

И так, что же такое компрессорное оборудование? Компрессор –это промышленное устройство, сжимающее и подающее под давлением различные газы или воздух. Они нашли широчайшее применение в различных производственных технологиях, таких отраслей как: металлургия, нефтегазовая и другие добывающие отрасли, машиностроение, пищевые производства, химические предприятия и т.д.

Простейшим примером использования с древнейших времён сжатого воздуха человеком являются кузнечные меха. В настоящее время мы имеем много типов компрессорного оборудования, но принцип, по которому осуществляется сжатие воздуха остался неизменным. А вариативность компрессоров обеспечивается путём применения различных конструкций.

Изначально развивающаяся промышленность и новые технологии, применяемые на предприятиях, требовали использования сжатого воздуха с определёнными параметрами, позже появилась потребность в работе с прочими газами некоторые из которых были взрывоопасны и токсичны.

Классификация компрессоров

Компрессоры классифицируются по таким признакам как:

Принцип нагнетания газа в рабочую камеру (принцип действия):

Это разделение является самой обобщенной и производится по применяемому в компрессорном оборудовании принципу уплотнения и последующего нагнетания газа, соответственно выделяют две группы:

• Компрессоры которые работают при последовательном заполнении камеры используемым газообразным веществом и последующей его компрессией путём понудительного изменения в меньшую сторону имеющегося пространства в рабочей полости, такой вид компрессоров классифицируется как - объёмные.

Что бы предотвратить выпуск газов в обратную сторону применяются клапаны, эти устройства открываются и закрываются по очереди в момент, когда рабочая полость заполняется и опорожняется.

• Компрессоры, поднимающие давление газового потока отдавая ему энергию движения (кинетическую энергию), которая потом частично конвертируется, становясь энергией взаимодействия тел (потенциальная энергия давления), классифицируют как - динамические.

Реализовать один и тот же процесс сжатия в компрессорном оборудовании, можно различными путями, имеющими различие в итоговых параметрах газа подвергшегося компрессии (сжатия), времени и условиях компрессии и т.п. Это даёт возможность максимальной адаптации компрессоров для конкретных задач.

Подразделение объёмных компрессоров сводится к следующим ключевым категориям: поршневые компрессоры; винтовые компрессоры; шестеренчатые компрессоры; роторно-пластинчатые компрессоры; мембранные компрессоры; жидкостно-кольцевые компрессоры.

Поршневые компрессоры

Устройства, применяемые одними из первых для решения задач нагнетания воздуха, это – поршневые компрессоры, они же наиболее полно дают представление о механизме нагнетания газов в объёмных компрессорах. В их составе имеется вал, который приводит в действие КШМ (кривошипно-шатунный механизм), который в свою очередь двигает поршень, находящийся в цилиндре. Этот процесс создаёт последовательное изменение объёма рабочей камеры, которая ограничивается поршнями и цилиндрами, а односторонние клапаны не дают протекать газу обратно.

Особенности конструкции так же, дают возможность разделения данных устройств на несколько групп. Рабочая камера компрессора бывает простой (одинарной) или двойной (двойного действия), т.е. производящей двойное нагнетание и двойной забор воздуха. В случае с компрессором двойного действия, рабочий поршень более тонкий и разделяет камеру, в результате чего мы получаем две части. Его действие в одной из частей камеры приводит к сжатию газа и его подаче его на выход, и одновременному заполнению второй части всасываемым газом. Таким образом при одном обороте вала мы имеем двойную фазу компрессии. Поршневые компрессоры бывают 1-цилиндровыми, 2-цилиндровыми и так далее, в соответствии с числом работающих цилиндров. В случае последовательного сжатия газа в ряде цилиндров устройства, такой аппарат будет – многоступенчатым компрессором. Цилиндры поршневых компрессоров могут располагаться: горизонтально, вертикально, под определённым углом, V-образно, а также оппозитные компрессоры (ось цилиндра (цилиндров) располагается в противоположенном от вала направлении и лежит горизонтально).

Кроме того, компрессоры, относящиеся к поршневым могут быть классифицированы по четырём направлениям:

• Компрессоры для частного (бытового применения).

Эти компрессоры имеют малые размеры, мобильны, имеют малый объём сжимаемого газа, предполагают непродолжительное использование, отличаются малым уровнем шума и как правило не требуют серьёзного технического обслуживания. Данные компрессоры редко предназначены для создания давления более восьми атмосфер. Длительная и интенсивная эксплуатация данного вида оборудования может приводить к значительным поломкам, стоимость ремонта которых может быть сравнима с приобретением нового компрессора. Этот тип оборудования как правило применяют в различных мастерских занимающихся ремонтом, на станциях ТО, для автомобилей и не крупных строительных объектах.

• Компрессоры для полупрофессионального применения

Создают давление до 16 атмосфер и перекачивают до 2 м²/мин. Надёжны в процессе эксплуатации и неприхотливы в обслуживании. Имеют значительный уровень шума и периодически требуют технического обслуживания и ремонта. Не экономичны т.к. имеют значительное содержание масла в сжимаемом воздухе. Применение данный вид оборудования находит у частных лиц, а так же в предприятиях малого бизнеса.

• Компрессоры для промышленного применения

Данное компрессорное оборудование используется во многих циклах технологических участков различных отраслей: лёгкая и тяжелая промышленность, пищевые предприятия, автомастерские, различные крупные производители.

• Компрессоры для медицинского применения имеют адсорбирующий осушитель и корпус защищающий от шума, антикоррозийный ресивер.

Компрессорное оборудование, обеспечивающее высокое давление до 60 атмосфер, имеет в своём составе мощный электродвигатель.

Компрессоры, не требующие присутствия смазки в цилиндрах, используются для сжатия различных газов и применяются на производственных предприятиях, где не допускается загрязнение маслом сжимаемой среды. Уплотнением цилиндров в таких аппаратах служат кольца из специального (композитного) материала. Современные промышленные компрессоры «без смазки», работают надёжно и долгое время обходятся без ремонта.

Винтовые компрессоры

В винтовых компрессорах один или несколько винтов заключенных в одном корпусе находятся в зацеплении. Т.е. винтовой компрессор бывает: одновинтовым, двухвинтовым и так далее. Во время движения винта получается подвижный рабочий объём пространства, ограниченный самим винтом и стенкой корпуса. Данный вид компрессоров имеет меньшие габариты по сравнению с поршневыми компрессорами, имеет большую устойчивость и производительность. Во время работы винты испытывают на себе значительную силу трения, в следствие чего появляется необходимость применения смазывающих веществ (смазочных масел), для предотвращения преждевременного износа отдельных узлов аппарата. Однако применяя антифрикционные элементы возможно обходиться и без дополнительных смазок, в связи с этим выделяются винтовые компрессоры, использующие в своей работе масло т.е. масляные и обходящиеся без применения дополнительных смазывающих веществ т.е. безмасляные. Применение безмасляных винтовых компрессоров необходимо тогда, когда нужно исключить взаимодействие обрабатываемого газа и смазки.

Шестерёнчатые компрессоры

У шестерёнчатых компрессоров рабочим органом является пара шестерней, которые находятся в зацеплении и вращаются в разные стороны. Зачастую сами шестерни имеют значительное отличие в разных моделях компрессоров. Образование рабочей камеры в данном виде компрессоров происходит при отсекании шестернями, вращающимися в корпусе определённой рабочей зоны, при этом входя в зацепление шестерни уменьшают объём камеры в следствие чего происходит нагнетание газа на выходе. Данный вид компрессоров успешно используется в тех процессах, где нет необходимости иметь большое давление нагнетаемого газа.

Роторно-пластинчатые компрессоры

Нагнетатели воздуха (компрессоры) классифицируемые как роторно-пластинчатые отличаются наличием ротора имеющего отверстия, в которые вставляются полоски (пластины) имеющие возможность двигаться. В каркас имеющий цилиндрическую форму (статор) монтируется ротор, установка ротора происходит таким образом, чтобы обеспечивалось осевое несовпадение между осью ротора и осью корпуса, в следствии этого несовпадения получаются динамические рабочие камеры, которые ограничиваются близлежащими пластинами, а также поверхностью оболочки и ротора. Пространство рабочей камеры изменяется при сдвиге осей. Добавочное прижимание пластин к поверхности корпуса может обеспечиваться наличием прижимных пружин, в отверстиях, которые имеет ротор. Данный вид компрессоров способен выдавать большое давление выходящего газа, от компрессоров использующих для нагнетания газов поршни (поршневых) выгодно отличаются компактностью и меньшим уровнем шума.

Мембранные компрессоры

Наличие в конструкции эластичной мембраны, изготовленной из полимеров, является отличительной особенностью мембранных компрессоров. Конструктивно такие компрессоры походят на компрессоры с поршневым механизмом, с той лишь разницей, что роль поршня заменяется мембраной. Мембрана поочередно выпирает то в одну то другую сторону, это приводит к изменению объема камеры. Приводы у мембран бывают механические, пневматические, электрические, мембранно-поршневые. Независимо от типа привода в момент перекачивания рабочая среда (газ) имеет контакт только с мембраной и рабочей камерой. Поэтому данный вид компрессоров имеет высокую степень востребованности тогда, когда нужно сделать возможным высокий уровень чистоты подаваемого газа.

Жидкостно-кольцевые компрессоры

Компрессоры, в которых для осуществления работы применяется жидкость, имеющая вспомогательную функцию, называется – жидкостно-кольцевым. В оболочке (корпус) имеющем продолговато-цилиндрический вид – статоре, крепится ротор, на который помещены пластины, ротор обладает осевым смещением относительно статора. В пневмонагнетатель (компрессор) помещается жидкость, отбрасываемая к стенкам корпуса в момент кружения ротора и принимающая кольцевую форму. Рабочее пространство в этом случае ограничивается пластинами, закреплёнными на роторе, корпусом камеры и плоскостью жидкости. Так же как и в нагнетателях роторно-пластинчатого вида, при взаимном осевом смещении пары ротор/статор совершается преобразование пространства рабочего объёма камеры. Рабочая среда (газ) в данном виде компрессоров обязательно взаимодействует с жидкостью, которая отчасти уходит вместе с перекачиваемыми газами, следствием этого является наличие узла сепарирующего исходящий поток, и системы подпитывающей механизм компрессора жидкостью, с помощью которой осуществляется работа. Эти компрессоры находят своё применение в основном тогда, когда нет необходимости иметь чистую перекачиваемую среду и газ может содержать в себе рабочую жидкость в виде капель.

Динамические компрессоры

Основными группами, на которые можно разделить динамические компрессоры являются: радиальные, они же центробежные; осевые; струйные.

Радиальные компрессоры

Направление, по которому газ движется в нагнетателе дало название группе радиальных компрессоров. Простые компрессоры данного вида имеют корпус и рабочее колесо устанавливаемое на вал. Рабочее колесо имеет лопатки при вращении перемещающие газ от центра (оси) в радиальные направления, при этом сообщая газу энергию (кинетическую) в дальнейшем частично преобразуемую в энергию давления т.е. потенциальную. Воздух или другой газ, используемый для нагнетания, подаётся осевым ходом на колесо, потом подаётся на лопатки, затем радиально отбрасывается и далее идёт в сборник газа имеющий форму спирали и после этого по диффузору происходит вывод в рабочую зону. Рабочее колесо в разных моделях данных компрессоров зачастую имеет различную форму лопаток, так же могут иметь общие различия конструкции, например, иметь закрытое или открытое исполнение. Данные компрессоры бывают многоступенчатыми т.е. иметь более одного колеса расположенных на единственном валу, последовательно прогоняя газ через каждое колесо. Компрессоры данного типа имеют небольшие размеры, низкий уровень шума и вибрации и идеально подходят для подачи чистого газа в значительных количествах.

Осевые компрессоры

Движение газа относительно оси, дало название – осевым компрессорам. Основные элементы конструкции данных компрессоров это – ротор, который устанавливается на валу и корпус или говоря иначе – статор. Лопатки, располагающиеся на роторе, сообщают энергию потоку и закручивают его. На статоре имеются направляющие лопатки расположенные рядами служащие для выравнивания газового потока. Пространство, в котором поток изменяет свои характеристики ограничивается аппаратом на входе, задающем направление и аппаратом, на выходе, который выпрямляет поток. Данные компрессоры имеют большую степень сложности как в изготовлении, так и в работе, если сравнивать их с радиальными устройствами, но имеют КПД выше при одинаковых напорах.

Струйные компрессоры

Струйный компрессор – это эжектор, в котором применяют энергию активного газообразного вещества, что бы увеличивать давление пассивного газообразного вещества (газа). Т.е. данные устройства имеют поступление двух газовых потоков с различным давлением (высокого и низкого), при этом на выходе мы имеем поток имеющий давление более чем у первого (пассивного) газа, но меньше чем у второго (активного). Данные устройства крайне просты в своей конструкции, следствием чего является их высокая надёжность. Как правило им отдаётся предпочтение тогда, когда на объекте уже есть газ под высоким давлением, энергией которого можно дополнительно воспользоваться. Часто струйные компрессоры применяют при добыче газа, имея в наличии скважины высокого и низкого давления, применение данных устройств даёт возможность иметь общий поток с удовлетворительными характеристиками.

Области применения компрессоров

По областям в которых применяются:

Компрессорное оборудование по назначению и отраслевой принадлежности можно разделить на: оборудование общего применения; для энергетики; для химических производств; для нефтехимических; и т.п.

Давление, получаемое на выходе, позволяет провести разделение компрессоров на:

•  Вакуумные
•  низкого давления (от 0,16 до 1,3 Мпа)
•  среднего давления (1,3 до 9 Мпа)
•  высокого давления (от 9 до 90 Мпа)
•  сверхвысокого давления (свыше 90 Мпа)

Используемый в приводе механизм даёт деление на:

•  Компрессоры с электродвигателем
•  Компрессоры с ДВГ (двигатель внутреннего сгорания)
•  Турбинные компрессоры, использующие пар или газ

Тип охлаждения компрессоров даёт деление на:

•  воздушные
•  водяные

Производительность:

•  компрессоры имеющие большую производительность (более ста метров кубических в минуту);
•  компрессоры имеющие среднюю производительность (от десяти до ста метров кубических в минуту)
•  компрессоры имеющие малую производительность (до десяти метров кубических в минуту).