Обзор характеристик и особенностей поршневых компрессоров

Поршневые компрессоры являются наиболее продаваемым и доступным по цене оборудованием для сжатия воздуха и транспортировки его под давлением, например, к пневмоинструменту. Такая техника делится на несколько видов по различным категориям, поэтому при покупке аппарата важно знать, чем отличаются разные типы, и понимать, какой из них лучше подойдет для выполнения тех или иных задач. Обо всем этом – в материале далее.

Обзор компрессоров поршневой группы

Поршневые воздушные компрессоры были придуманы первыми среди аналогичного оборудования и с тех пор являются наиболее покупаемыми. Это связано с простотой конструкции, удобной эксплуатацией, не требующей специальных умений, а также легким обслуживанием.

Сферы применения

Техника этого типа используется в многочисленных сферах. Они актуальны в быту для аквариума и подкачки шин автомобилей, в машиностроении, химической и иных видах промышленности. Приборы не боятся эксплуатации в сложных условиях (аномальные температуры, пыльная среда). Их покупают для пруда с целью обогащения воздуха кислородом или для других задач.

Принцип действия

Самый простой одноступенчатый поршневой компрессор согласно схемам состоит из рабочей камеры (цилиндра), поршня, а также всасывающего и нагнетательного клапанов. При запуске оборудования двигатель вращает кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Последний через присоединенный шатун передает возвратное движение поршню, который опускается вниз, при этом в рабочем цилиндре увеличивается объем и создается разрежение. В результате этого всасывающий клапан идет вниз, и в систему заходит воздух. Достигнув нижнего предела, поршень направляется вверх, сжимает и нагревает воздух. Под воздействием давления всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный – открывается, в результате чего воздух уходит в трубопровод.

Важно! В компрессионном оборудовании регулирование производительности выполняется автоматически в соответствии с расходом сжатого газа. Это обеспечивает стабильное давление в магистрали.

Режимы работы

Рабочие режимы компрессоров характеризуются коэффициентом внутрисменного использования (КВИ). Он определяет, как долго аппарат будет работать без отключения в течение заданного промежутка времени. Различаются три режима работы:

• кратковременный (КВИ=0,15);
• непродолжительный (КВИ=0,5);
• продолжительный (КВИ=0,75).

Так, в течение часа компрессор с кратковременным КВИ может работать 60х0,15=9 минут, а во втором и третьем режимах – 30 и 45 минут соответственно.

На заметку! Возможны и более высокие показатели КВИ — у винтовых компрессоров, способных работать даже непрерывно.

Особенности разных видов поршневых агрегатов

Классификация поршневых компрессоров обширна. Они бывают одинарного или двойного действия, масляные или безмасляные и т.д. Наиболее распространенные разновидности рассмотрим ниже.

Оборудование двойного или одинарного действия

Компрессионное оборудование бывает одинарного или двойного действия. Принцип работы техники второго типа состоит в применении ползуна. Согласно чертежу, он устанавливается между шатуном и поршнем, движется по продольным направляющим и снимает с последнего перпендикулярные нагрузки. Тем самым повышается срок службы цилиндра и поршня. Тогда как в аппаратах одинарного действия шатун с поршнем соединен напрямую.

Масляные и безмасляные аппараты поршневой группы

При взаимодействии цилиндра и поршня возникает трение, влекущее нагрев и износ деталей, а также повышение температуры шатуна и коленчатого вала. Чтобы этого избежать, используется смазочное вещество – компрессорное масло. Оно покрывает подвижные механизмы компрессора и охлаждает нагревающиеся элементы. Такие аппараты называются масляными.

Тогда как безмасляные компрессоры не используют смазку, поэтому поршень движется в сухом цилиндре. Чтобы снизить негативный эффект при соприкасании деталей, цилиндр и поршень выполняются из материалов с низким коэффициентом трения.

На заметку! Безмасляное оборудование практически не требует обслуживания и контроля наличия и количества масла. Минус этих устройств — они греются и работают лишь в течение непродолжительного времени.

Угловые, горизонтальные и вертикальные компрессоры

В зависимости от расположения цилиндров компрессоры могут быть угловыми, вертикальными или горизонтальными. Так, при угловом размещении один цилиндр может находиться горизонтально, второй – вертикально, образуя, таким образом, прямой угол. Другое решение – цилиндры размещаются V- или W-образно.

В вертикальных приборах цилиндры располагают в плоскости, перпендикулярной земле. Их может быть несколько, все зависит от сферы использования оборудования и требуемого давления.

На горизонтальных компрессорных установках цилиндры находятся с одной или с двух сторон кривошипно-шатунного механизма. К ним же относятся и оппозитные агрегаты, имеющие высокую или среднюю производительность. Принцип действия данных конструкций немного другой: поршни, размещенные по разным сторонам кривошипа, совершают встречные движения.

Оборудование с различным количеством цилиндров

Приборы поршневого типа бывают одноступенчатыми, двухступенчатыми или многоступенчатыми в зависимости от числа установленных цилиндров.

Аппараты с одной ступенью самые простые — воздух сжимается в один этап поршнем, работающим на прямом или ременном приводе. Эта техника компактна, легко обслуживается и ремонтируется. Такие агрегаты могут быть запитаны даже от маломощного мотора.

Двухступенчатые аппараты экономичнее, работают в течение более продолжительного времени и имеют повышенный КПД за счет сбережения части мощности, затрачивающейся на сжатие. В их конструкцию входят два поршня, поэтому сжатие происходит в два этапа: на первом воздух уплотняется и охлаждается, чтобы его можно было сжать еще сильнее, а на втором – достигается максимальный уровень давления.

На заметку! Две ступени сжатия обеспечивают равномерное распределение нагрузки на рабочие элементы компрессора.

Многоступенчатые приборы применяются в промышленности и имеют большие размеры и вес. У них свыше двух ступеней сжатия, а для отвода тепла установлены соответствующие рубашки. Эта техника сжимает воздух или газ под большим давлением в значительных объемах без применения высоких мощностей.

Классификация по сжимаемому веществу

По виду сжимаемого вещества компрессоры делятся на:

• газовые — сжимают все или некоторые виды газа и газовые смеси;
• воздушные — для работы с воздухом;
• специальные многоцелевые — поочередная работа с несколькими разновидностями газов;
• специальные многослужебные — работа сразу с несколькими видами газов;
• циркуляционные — для постоянной циркуляции газа или смеси внутри закрытого контура.

Классификация по приводу

В компрессорах рассматриваемого типа поршень движется с помощью прямого или ременного привода. В первом случае мотор подключен к коленвалу с помощью соединительной муфты. Во втором случае вал двигателя и коленвал соединены ременной передачей, что обеспечивает высокую эффективность конструкции и длительную работу без остановки (устройство можно не выключать в течение нескольких часов).

Классификация по типу энергии

По виду используемой для работы энергии поршневые компрессоры могут быть дизельными или электрическими.

Классификация по степени сжатия

По создаваемому давлению (или степени сжатия) поршневые компрессоры бывают:

• низкого давления — до 1 МПа;
• среднего — до 10 МПа;
• высокого и сверхвысокого — до 100 МПа и свыше 100 МПа.

Преимущества и недостатки оборудования поршневой группы

Все компрессоры поршневой группы имеют ряд достоинств и недостатков. Так, к преимуществам относятся:

• доступная цена;
• возможность работы со сжатыми газами (например, аммиачные компрессоры в холодильниках и в вагонах-рефрижераторах);
• недорогой ремонт — починить можно практически любую деталь устройства, а стоимость новой запчасти для замены будет невысокой;
• возможность работы в течение короткого времени за счет повторно-кратковременного режима, исключающего необходимость непрерывного функционирования;
• простота настройки и управления;
• высокий КПД (60%-70%) — у винтовых компрессоров он выше, но если важна низкая производительность (менее 200 л/мин), поршневая техника более эффективна.

На заметку! К недостаткам оборудования поршневой группы относят шум, частые поломки и необходимость обслуживания. Также эти устройства неэкономичны, в отличие от винтовых.

Обслуживание поршневых компрессоров

Основное неудобство при использовании поршневых компрессоров связано с расходами на электричество, обслуживание и ремонт. Такие устройства (особенно промышленные) неэкономичны и потребляют большое количество электроэнергии. Так, под регулярным обслуживанием подразумевается постоянный контроль состояния прибора, количества и качества смазочного материала, проверка масляного и воздушного фильтров, а также других деталей. Если не соблюдать эти правила, аппарат выходит из строя.

Кроме того, при постоянном использовании потребуется периодически проводить капитальный ремонт компрессора. Данный процесс включает в себя полный разбор устройства, осмотр комплектующих, замену поврежденных деталей на новые для восстановления возможностей техники до изначальных. Это позволит эксплуатировать аппарат без серьезных поломок (при правильном обслуживании) до следующего капитального ремонта.

Критерии выбора

Основной критерий при выборе компрессора – это его производительность, но важны и другие параметры.

Производительность

Этот параметр измеряется в м³/мин или л/мин.

На заметку! При расчете производительности следует помнить, что данные компрессоры действуют в режиме включения-выключения и используют половину всего времени на отдых, а вторую – на функционирование. Значит, если для обеспечения правильной работы пневмоинструмента нужен расход воздуха 500 л/мин, то приобретать компрессор нужно с производительностью 1000 л/мин.

Мощность

Мощность (кВт) – это характеристика двигателя. Необходимости в расчете мощности компрессора нет, так как для покупки оборудования достаточно знать его производительность. Но эта информация может потребоваться для правильного выбора электрического кабеля при подключении компрессора.

Качество воздуха на выходе

Данная характеристика важна для промышленных сфер, где сжатый воздух должен быть чистым, без примесей смазки или влаги. Например, это актуально при проведении покрасочных работ. Для таких задач покупают безмасляный поршневой компрессор либо масляный, но с влагомаслоотделителем.

Рабочее давление

Данный параметр обычно измеряется в бар, Паскалях (Па), атмосферах (атм.). Это основная характеристика, определяющая работу компрессора. От нее зависит эффективность использования оборудования или инструмента, к которому подается сжатый воздух, так как любая пневматическая техника будет исправно функционировать только при условии поступления на нее подходящего давления. Найти искомое значение можно в руководстве к пневмооборудованию или инструменту.

Шумность

Данный параметр измеряется в дБ. Поршневые компрессоры являются самыми шумными среди аналогов. А именно:

• техника с прямым приводом – около 100 Дб;
• аппараты с ременным приводом – 80-90 Дб;
• безмасляные устройства – до 70 Дб.

На заметку! Некоторые компрессоры с ременным приводом продаются с кожухами, устанавливаемыми на поршневой блок и двигатель, чтобы снизить создаваемый шум.

Самые тихие поршневые компрессоры с уровнем шума 65 Дб производит компания Remeza.

ТОП-3 лучших моделей

Тройка лучших моделей компрессоров представлена отечественной техникой Бежецкого завода и продукцией белорусской компании Remeza.

«АСО» С-416М

Масляный компрессор С-416М Бежецкого завода имеет ременной привод, производительность на входе — 1000 л/мин и вместимость ресивера — 430 литров. Данный двухступенчатый аппарат оснащен 4 цилиндрами, обеспечивающими давление 10 бар и мощность – 11 кВт. Он работает от напряжения 380 В и имеет защиту от перегрева, а также манометр. Прибор хоть и входит в тройку лучших компрессоров поршневой группы, но  достаточно массивен и тяжел (более 450 кг).

Компрессор «АСО» С-416М на Яндекс Маркете

«АСО» К2

Еще одно изделие Бежецкого завода, признанное лучшим, — масляный компрессор К2 с ременным приводом, производительностью на входе и выходе 630 л/мин, горизонтальным ресивером объемом 150 литров и мощностью 5,5 кВт. Он работает от 380 В, имеет 2 цилиндра и 2 ступени сжатия, оснащен манометром. Для транспортировки аппарат установлен на три колеса. Его вес — 270 кг.

Компрессор «АСО» К2 на Яндекс Маркете

Remeza СБ4/Ф-500.LB75

Всеобщим признанием также пользуется данный поршневой масляный компрессор от известного белорусского производителя. Он оснащен ременным приводом и горизонтальным ресивером вместимостью 500 литров. Аппарат имеет производительность 950 л/мин на входе и 740 л/мин на выходе. Конструкция включает в себя 3 цилиндра, и 3 степени сжатия. Мощность устройства — 5,5 кВт, питание — 380 В. Есть манометр. Транспортировка не предусмотрена, вес конструкции — свыше 200 кг.

Компрессор Remeza СБ4/Ф-500.LB75 на Яндекс Маркете

Типичные поломки и ремонт своими руками

Поршневые компрессоры независимо от производителя имеют типичные поломки, для большинства из которых возможен ремонт своими руками. Самые распространенные неисправности выделены в таблицу.

Тип поломки	Причина и устранение
Не работает двигатель	Нужно проверить: наличие напряжения в электросети, подключение и целостность кабеля, предохранители, осмотреть прессостат (возможна неправильная настройка) и тепловое реле (техника перегревается и должна остыть).
Двигатель гудит и не запускается	Проблема может быть в пониженном напряжении, в завышенном давлении в ресивере (необходимо проверить прессостат и перенастроить или заменить его на новый) либо в клапане сброса. Если последний забит, его чистят, если сломан – меняют на целый.
Воздух выходит с частицами влаги	В помещении высокая влажность — нужна хорошая вентиляция или влагоотделитель. Также могла накопиться влага в ресивере, ее нужно слить. Если влагоотделитель установлен, он может быть сломан. Его следует отремонтировать или купить новый.
Снижение производительности	Причина — прогоревшие либо изношенные поршневые кольца или сломанные клапанные пластины. Требуется замена узлов. Если забился воздушный фильтр, необходима его замена или чистка.
Перегрев компрессорной головки	Причина — не проведена замена масла, или залит неподходящий смазочный материал. Нужно исправить. Возможно, сильно затянуты болты шатуна.
Перегрев компрессора	Причины — работа под значительными нагрузками или высокая температура в здании, засор воздушного фильтра.
Стук в цилиндре	Причины — образование нагара и последующий износ и выход из строя поршневых колец, а также неисправность втулки головки шатуна или поршневого пальца. Взамен сломанных деталей нужно купить новые. Изношенный цилиндр растачивают, поврежденный поршень меняют на исправный.
Стук в картере	Болты шатуна могли ослабнуть, их необходимо подтянуть. Также возможен износ подшипников коленвала. Их нужно заменить. Еще может быть износ шатунных шеек коленчатого вала и вкладышей шатуна. Требуется замена на работоспособные детали.
Течь масла из картеров	Необходима замена сальников.
Не проворачивается маховик	Нужно выставить верный зазор между поршнем и клапанной доской.
Компрессор гонит масло через сапун	Причины – износ колец поршня, попадание газа в картер и образование высокого давления, вытесняющего масло. Другие варианты – засор стока маслоотражателя, забившийся воздушный фильтр, неисправный клапан сапуна или перебои в его работе.

Итак, поршневые компрессоры – самое покупаемое и популярное оборудование для сжатия и транспортировки воздуха или газов. Чтобы правильно выбрать наиболее подходящую технику, нужно разбираться в ее видах и технических характеристиках, но главное – учитывать требования пневмоинструмента или оборудования, к которым планируется подключать компрессор.