Виды компрессоров и их классификация

Сжатые газы давно используются в бытовых приборах и промышленных установках. Воздушный поток приводит в действие рабочие части пневмоинструмента, помогает прочищать трубы. Изменение температуры веществ при переходе из газообразного состояния в жидкое за счет смены давления применяется в холодильной технике, кондиционерах для авто и зданий. Эти процессы возможны благодаря компрессорам в виде функциональных узлов или самостоятельных установок. Устройство и принцип действия этих аппаратов, а также все возможные разновидности с характеристиками – в материале далее.

Компрессор и его устройство

Компрессор — это устройство для сжатия и передачи газов, которые могут поступать из внешней среды или циркулировать по замкнутому контуру. Рабочим веществом может быть атмосферный воздух, очищенные газы или их смеси: кислород, фреон, природный газ, водяные пары. В компрессор поступают газообразные соединения, давление которых не велико, а на выходе оно возрастает в разы. После сжатия вещество может направляться в другие узлы прибора и выполнять полезную работу или перемещаться дальше по системе труб, но может и выходить во внешнюю среду, как в случае компрессора для аквариума.

Компрессор для аквариума

Газ поступает в компрессор через входной клапан. Сжимается он за счет уменьшения объема рабочей камеры или ускорения потока благодаря вращению лопастей. Из камеры вещество под давлением проходит через выходной клапан. Утечек газа не происходит, так как рабочий отсек герметичен, а оба клапана могут открываться только в одном направлении: входной внутрь, выходной — наружу. Механизм запускается и работает от двигателя. Для отвода тепла от корпуса используется воздух или жидкость.

На заметку! Звук работы машины для сжатия газов может быть достаточно громким, поэтому некоторые модели оснащаются шумоизолирующим корпусом.

Принцип работы компрессора

Характеристика компрессорного оборудования

Прообразом компрессора были кузнечные меха, где воздух через входной клапан поступал в камеру переменного объема, а затем выходил наружу через сопло. Основной принцип работы компрессорного оборудования остался тем же: газ сжимается благодаря уменьшению объема камеры и механическому воздействию.

Материалы для изготовления компрессоров

Так как прибор должен выдерживать высокое давление, для его производства используются очень прочные материалы. Это чугун, литая и кованая сталь. Детали тщательно шлифуют, чтобы снизить трение, из-за которого происходит перегрев. Уплотнители (сальники), которые не дают газу просочиться в зазоры между подвижными частями, выполняются из фторопласта.

На заметку! В некоторых случаях металлические детали покрывают слоем цинка или наносят лакокрасочное покрытие, чтобы железо не подверглось коррозии при соприкосновении с газом.

Чугунный компрессор

Габариты и вес

Линейные размеры компрессоров можно оценить по фото. Они варьируют от нескольких десятков сантиметров до одного метра в длину и высоту, 30-50 см в ширину. Вес — от 200 г (устройство для аквариума) до 300 кг (промышленные установки).

Рабочие характеристики

Главные показатели — это мощность двигателя, давление газа и производительность.

Высокая мощность (кВт) говорит о возможностях сжатия с большей силой, но свидетельствует и о повышенном расходе топлива или электроэнергии.
Давление характеризует степень сжатия газа. Измеряется оно в атмосферах (атм), барах (бар), Паскалях (Па).
Производительность показывает, какой объем газа (в кубометрах, литрах) обрабатывается прибором в единицу времени (за минуту, час). Значение указывается как для забора газа, так и для подачи на выходе из компрессора. Эти данные сильно разнятся, ведь вещество сжимается, когда проходит через аппарат.

Тип двигателя

Чтобы привести детали компрессора в движение, его соединяют с мотором или турбиной. Электродвигатели работают от сети, двигатели внутреннего сгорания — на дизельном топливе или бензине (дизель обходится дешевле). Турбину вращает поток газа или пара. Компрессоры на электричестве и передвижные с двигателем внутреннего сгорания отличаются небольшими размерами, их можно встретить в быту. Турбины как источник механической энергии применяют на промышленных предприятиях.

Продолжительность работы

Как долго способен проработать аппарат без перерывов, зависит от конструкции.

Важно! Выключать компрессор нужно потому, что его детали нагреваются в результате трения, а перегрев приводит к поломкам.

Так, одни агрегаты могут работать не дольше 5-6 мин за один запуск, другие же — до 20 мин в час. Общий ресурс времени у разных моделей — десятки и сотни тысяч часов.

Компрессор на стройке

Насадки компрессоров

Агрегаты комплектуются разными приспособлениями для использования сжатого газа: штуцерами для надувания колес, матрасов, мячей, адаптерами для накачки лодок. Отдельно продаются фитинги, шланги, разветвители для разных целей. Все они рассчитаны на высокое давление, поэтому выполняются из прочного пластика, меди, латуни, стали, цинка.

Виды компрессоров по принципу действия

В зависимости от того, как именно повышается давление, различают компрессоры объемные и динамические. Такая классификация справедлива и для приборов, которые используются для перекачки жидкостей: основные типы насосов по принципу сжатия делятся на аналогичные категории.

Так, в объемных аппаратах газ попадает в цилиндр, размер которого может уменьшаться, поэтому давление повышается за счет сжатия. В таких компрессорах объем камеры ограничен, и газовая смесь подается порционно, так что процесс идет с перерывами.

В динамических аппаратах газ ускоряется, поэтому часть его энергии движения преобразуется в энергию давления. В этих приборах вещество подается не частями, а постоянным потоком.

Типы объемных компрессоров

Приборы этого типа бывают поршневыми, мембранными и роторными. У каждого подвида по-разному устроены рабочие камеры, объемы которых требуется уменьшать.

Поршневая группа

Поршневой компрессор — один из самых старых механизмов для сжатия газообразных соединений. В его камере вперед и назад перемещается поршень, который приводится в движение коленчатым валом. Когда поршень находится ближе к валу, объем камеры максимален, давление внутри падает, и газ втягивается в нее через входной клапан. Когда поршень движется по цилиндрической камере в сторону от коленвала, емкость уменьшается, а содержимое сжимается и проходит через выпускной клапан. Компрессоры этой группы делятся на несколько видов.

Приборы одинарного действия — с одним отделением камеры. За каждый оборот вала приходится один цикл сжатия.
Приборы двойного действия с более тонким поршнем и двумя отделениями камеры. Когда поршень движется в одну сторону, в половине камеры газ сжимается и выходит наружу, а другая половина заполняется газом с низким давлением. На каждый оборот вала приходится два цикла сжатия, а пары клапанов располагаются с двух сторон от поршня.
Масляные приборы, подвижные части которых нуждаются в смазке (масле).
Безмасляные приборы, которые работают без масла и других смазочных материалов. Они актуальны в тех случаях, когда газовая смесь должна получаться без посторонних примесей (например, в медицинской практике).
Горизонтальные приборы. В них цилиндры размещаются горизонтально по одну или обе стороны от коленвала.
Вертикальные приборы — камеры располагаются вертикально.
Угловые приборы, где цилиндры находятся под углом друг к другу и образуют фигуры в виде букв V или W.
Приборы с разным числом цилиндров — от одного до нескольких. Цилиндры могут располагаться в один или несколько рядов.

Компрессор 3 цилиндра

Мембранная группа

В мембранных компрессорах подвижная граница рабочей камеры — не металлический поршень, а прочная и гибкая мембрана. Ее край крепится к внутренней стенке камеры, при этом одна сторона соприкасается только с газом, а к другой присоединен шток, передающий движение от коленвала. Когда гибкое дно мембраны выгнуто по направлению к валу, в камеру поступает газ с низким давлением. Когда дно поднимается, объем камеры уменьшается, ее содержимое сжимается и выводится через клапан.

Роторная группа

В роторных компрессорах емкость камеры уменьшается благодаря вращению подвижных элементов. Приборы этого вида делятся на:

зубчатые;
спиральные;
винтовые;
роторно-пластинчатые;
жидкостно-кольцевые;
масляные или безмасляные.

Роторный компрессор

В камере зубчатого компрессора две шестерни с зубцами вращаются в противоположных направлениях. Газ проникает в пространство между зубцами, которое служит рабочей камерой, и уменьшается по мере вращения шестерней. Так происходит сжатие, а затем газ под давлением проталкивается к выпускному клапану.

В спиральном компрессоре газ проходит между двумя спиралями, одна из которых неподвижна (такой элемент называют статором), а другая вращается (ротор). Спирали расположены со смещением, так что пространство между их стенками сокращается, но поверхности не соприкасаются, а газ продвигается к центру конструкции.

На заметку! Бывают приборы, в которых вращаются обе спирали.

У винтовых компрессоров бывает от одного до нескольких винтов. Камерой сжатия служат промежутки между самими винтами и внутренними стенками корпуса. Виды винтовых агрегатов: одно-, двух-, трехвинтовые и т.д. (по количеству винтов).

Винтовой компрессор

Пластинчатый компрессор отличают пазы в роторе, куда вставляются пластины. Оси ротора и статора не совпадают, поэтому, когда ротор вращается, подвижные пластины под влиянием центробежной силы выдвигаются из пазов по направлению к стенкам статора. Между ротором, пластинами и корпусом возникают камеры, объемы которых изменяются из-за смещения роторной оси.

Пластинчатый компрессор

В жидкостно-кольцевых компрессорах ось вращения также располагается не по центру статора. К ротору крепятся пластины, в корпус заливается жидкость (часто вода). Когда ротор приходит в движение, на жидкую субстанцию действует центробежная сила. Вода прижимается к стенкам цилиндра и формирует кольцо. Рабочая камера ограничена лопастями ротора, его поверхностью, жидкостью и стенками корпуса, пластины делят ее на секции. Объем уменьшается из-за осевого смещения.

Часть роторных компрессоров нуждается в смазочных материалах — масляные аппараты, часть работает без них — безмасляные, например, зубчатые и жидкостно-кольцевые.

Типы динамических компрессоров

Эти устройства делятся на три подвида:

осевые;
центробежные;
струйные.

Осевой компрессор состоит из статора и ротора. На обоих находятся лопатки, которые не соприкасаются при вращении. Между ними вдоль оси прибора проходит поток газа, закручивается, ускоряется и выводится через выходной патрубок. Давление нагнетается за счет увеличения скорости потока.

Осевой компрессор

По корпусу центробежного (радиального) компрессора вращается колесо с лопастями, которые разгоняют газ в направлениях от центра по радиусам. Затем получивший ускорение газ попадает в газосборник спиральной формы и выводится через выходной патрубок.

Центробежный компрессор

Струйный компрессор для повышения давления одного газа (пассивного) использует другой газ (активный, с высоким давлением). Струи смешиваются, энергия второго потока частично переходит к первому, в итоге получается смесь с усредненным давлением. Этот метод используется в нефтегазовой отрасли, при добыче газа из скважин с разным давлением.

Другие способы классификации

Компрессоры делят на группы не только по способу сжатия газов. Основой классификации служат также конструктивные особенности приборов, виды газовых смесей, степени сжатия, области применения аппаратов.

Виды компрессоров по типу приводного двигателя

Привод бывает прямым или ременным.

Важно! В устройствах с прямой передачей вал компрессора одновременно является валом двигателя. В аппаратах с ременной передачей вал мотора соединяется с компрессором гибким и прочным ремнем.

Приборы с прямым приводом (коаксиальным) отличаются небольшими размерами и весом, а также невысокой ценой. Они реже ломаются и экономнее расходуют энергию, но громко шумят, быстро нагреваются и выходят из строя. Тогда как компрессоры с ременным приводом тяжелые и крупные, но более производительные. Они работают долго, тихо, без рывков и вибрации. Такие аппараты проще и дешевле ремонтировать.

компрессор с прямым приводом

Классификация по способу отвода тепла

Охлаждение бывает воздушным или жидкостным. В первом случае поток воздуха из окружающего аппарат пространства подается через решетку с помощью вентилятора. Во втором — жидкость (вода) циркулирует по открытому или закрытому контуру либо проходит через корпус и стекает в специальную шахту.

На заметку! Для воды, которая движется по системе труб, предусмотрено охлаждение.

Классификация по конечному давлению

В зависимости от давления газа на выходе аппараты делят на:

газодувки — вакуум-компрессоры для откачки газа с давлением выше или ниже атмосферного и создания разрежения;
приборы низкого давления — 0,15-1,2 МПа;
приборы среднего давления — 1,2-10 МПа;
аппараты высокого давления — 10-100 МПа;
аппараты сверхвысокого давления — от 100 МПа.

Классификация по сжимаемым газам

Компрессоры предназначены для работы с разными газами, поэтому их делят на воздушные, метановые, кислородные, фреоновые, азотные, углекислотные, хлорные, гелиевые и другие. Все они в своей работе используют свойства рабочего вещества.

Классификация по отрасли применения

Аппараты для повышения давления газов используются в разных сферах, поэтому различают следующие виды компрессоров:

бытовые — для домашнего применения в качестве отдельного устройства или компонента бытовой техники;
автомобильные — для надувания шин;

Автомобильный компрессор

холодильные — для климатического оборудования (бытовых и промышленных кондиционеров, автокондиционеров), для холодильников и другой техники, которая обеспечивает сохранность продуктов;

Автомобильный компрессор

строительные — для пневмоинструмента и перевозки сыпучих материалов, прочистки труб и отверстий, продувки, сушки, покраски всех видов поверхностей, для промывки системы отопления;

Строительный компрессор

медицинские — для проведения хирургических операций;

Медицинский компрессор

аэрационные — для очистки воды (аэрационная колонна с компрессором насыщает питьевую воду кислородом).

Аэрационный компрессор

Отраслей и способов применения газовых и воздушных компрессоров много. Без высокого давления невозможны процессы, которые упрощают жизнь современных людей.