Что такое компрессор и где они применяются
Статья рассказывает о том, что такое компрессор , для чего и где их используют и какова их роль в промышленном мире в целом.
Итак, приступим!
Сразу стоит написать что, компрессор - это такое устройство, предназначенное главным образом для сжатия и передачи сжатого газа под давлением, и для лучшего осознания функции компрессоров, могу сказать, что ближайший "брат" компрессора - насос. Датой изобретения первого компрессора считают конец 19 века. Некоторые патриотические нотки начинают играют, когда узнаешь, что основные теории подобных машин были сформулированы российскими учеными - Эйлером, Чаплыгином, Жуковским.
За тот век, что они существуют, появилось большое количество разновидностей компрессоров, и для их классифицикации уже приходится использовать несколько категорий. Например, классификация по конструктивным особенностям и по принципу действия: поршневые компрессоры, ротационные, струйные, осевые, центробежные. Также компрессоры классифицирует и по уровню создаваемого давления: низкого(0.3 - 1 Мн/м2), среднего(1 - 10 Мн/м2), высокого(свыше 10 Мн/м2); по роду сжимаемого газа (воздушные компрессоры, кислородные, азотные и др.) и по некоторым другим параметрам.
Нет особого смысла описывать принцип действия каждого типа компрессора - это долго и, возможно, окажется не всем интересным - гораздо интереснее посмотреть, где сами компрессоры могут использоваться.
Первое что приходит на ум - использование компрессоров в различных сферах промышленности. Действительно, такая функция компрессоров, как возможность подачи воздуха или другого газа на привод пневматического оборудования, очень востребована на любом предприятии! А ведь они также используются ещё и для других нужд, например, в холодильных установках (их особенность в том, что они работают с парами холодильных агентов и в основном это винтовые компрессоры); для дутья в некоторых металлургических печах (для этого используют так называемый ротационный тип компрессора); в доменных и сталелитейных заводах; и даже в авиационных реактивных двигателях (в них используются многоступенчатые осевые компрессоры, увеличивающие эффективность процесса сжатия воздуха).
Что уж говорить об их применении в нефтяном секторе промышленности, где на компрессоры ложатся обязанности по транспортировке природного газа, его закачки в резервуары и хранилища, перегонке нефти и так далее.
Чтобы оценить всю необходимость компрессоров в современной промышленности, на мой взгляд, достаточно привести всего лишь одну цифру из статистики - современные предприятия, занимающиеся машиностроением тратят до 30%(!!) расходуемой мощности на выработку сжатого воздуха, т.Е. Около 30% всей потребляемой энергии идет на компрессоры!
Стоить заметить, справедливости ради, что кроме промышленного применения, они также используются и в быту - как правило это недорогие и небольшие компрессоры, которые неплохо было бы иметь в гараже и использовать для покраски, поддувке, подкачке шин и так далее. Иметь его в хозяйстве - очень практично и совсем недорого, да и к тому же хорошая продукция практически не требует ремонт компрессоров.
Не все видели компрессоры и не все знают их предназначение. Поэтому стоит дать четкое определение этому оборудованию. Компрессор — это специальная система для сжатия воздушных масс или газов под давлением, используемая в промышленности.
Такие устройства уменьшают объем воздушных или газообразных масс путем их сжимания. После процесса сжатия воздух аккумулируется в специальных резервуарах компрессора и полностью готов к дальнейшей промышленной деятельности.
В современном производстве устройства сжатия воздуха широко используются. Например, в энергетических системах. Они позволяют снабжать сжатыми воздушными молекулами системы, контролирующие температуру и системы заслонок, полученные посредством сжатия воздушных масс. Также компрессоры широко используются в газовой промышленности для обеспечения деятельности бензиновых насосов. Примечательно, что устройства не обошли стороной и строительство, где тоже используются для передачи энергии и приведения в действие строительных агрегатов.
Как же выбрать подходящий компрессор?
Разновидность устройств, сжимающих воздух
Сейчас существует большое разнообразие компрессорных установок. Это и устройства, приводимые в действие с помощью поршней и винтов, дизелей, спиралей и зубчиков без обязательного потребления масла.
К примеру, поршневая установка бывает как масляная, так и не требующая его. Еще компрессоры делятся на бензиновые (дизельные) и электрические. А винтовое компрессорное оборудование может быть как базовым, так и находящимся на ресивере со встроенным охладителем.
Стоит помнить, что для каждой определенной цели необходима установка, наиболее подходящая для нее.
Как выбрать подходящий компрессор?
Как уже упоминалось, каждая компрессорная установка предназначена для определенных целей. Помочь в выборе оборудования вам могут специалисты центров по продаже вышеуказанных установок. К тому же, сейчас существует возможность взятия компрессоров в аренду или же лизинг, что существенно отразится на бюджете вашей компании или же собственном, если оборудование необходимо вам для строительства собственных жилых или промышленных объектов. В любом случае, к выбору компрессорного оборудования нужно подходить ответственно, чтобы не испортить проект и не переплачивать при вынужденной смене установки.
По материалам сайта http://compressor.dukon.ru/.
Для чего нужен автомобильный компрессор?
Давление в колесах определяет многие характеристики автомобиля - проходимость, уровень шума, комфорт при движении по различным типам дорожных покрытий и, наконец, интенсивность износа шин. Со временем давление в колесах падает вследствие недостаточной герметичности, либо его приходится изменять вручную, а чтобы вернуть его в норму следует использовать насос.
Сегодня широко используются механические насосы с ручным или ножным приводом, однако все более широкое применение находят и насосы с электрическим приводом - компрессоры.
Автомобильный компрессор - это электромеханическое устройство, предназначенное для повышения давления воздуха в покрышках (или камерах) колес автомобильного транспорта. Этот прибор значительно облегчает и ускоряет процесс накачки шин любого объема, и освобождает автовладельца от необходимости выполнять физическую работу.
Чтобы верно выбрать компрессор для своей машины, сначала следует разобраться в типах и особенностях приборов, которые предлагает рынок.
Типы, конструкция и характеристики компрессоров
В настоящее время существует два принципиально разных конструктивных типа компрессоров:
- Поршневые (одно- и двухцилиндровые);
- Мембранные.
Поршневой компрессор - это классическое и наиболее распространенное решение. В данном типе компрессоров сжатие и нагнетание воздуха осуществляется поршнем, совершающим возвратно-поступательные движения в цилиндре.
Основу компрессора составляет цилиндро-поршневая группа (ЦПГ) небольшого объема (десятки кубических сантиметров), поршень приводится в движение через кривошипно-шатунный механизм от электрического двигателя.
ЦПГ может быть выполнена цельной или составной - иметь раздельный блок (с картером или без) и головку. В головке устанавливается клапанный механизм (впускной и выпускной клапаны), а также штуцеры для подключения воздушного шланга и манометра.
В большинстве своем поршневые компрессоры не имеют ресивера, так как для накачки колес в нем нет необходимости. Однако на рынке можно встретить и модели с ресиверами - такие компрессоры можно использовать не только в качестве насоса, но и для решения других задач.
Мембранный компрессор имеет более простую конструкцию - его основу составляет емкость, закрытую гибкой мембраной, которая может совершать возвратно-поступательные движения. Привод мембраны - через кривошипно-шатунный механизм от электрического двигателя. В емкости предусмотрен клапанный механизм и штуцеры для подключения воздушного шланга и манометра.
Оба типа компрессора, несмотря на разницу в конструкции, имеют одинаковый принцип действия. Работа любого компрессора происходит в два такта:
- Первый такт - впуск. Впускной клапан в открытом состоянии, выпускной - в закрытом. При движении поршня или мембраны от верхней мертвой точки к нижней мертвой точки в цилиндр за счет падения давления поступает порция воздуха из атмосферы;
- Второй такт - выпуск. Впускной клапан закрыт, впускной клапан открыт. При движении поршня или мембраны от нижней мертвой точки к верхней мертвой точки воздух частично сжимается и под давлением поступает в колесо.
Тип компрессора легко определить по его внешнему виду. В поршневом компрессоре можно выделить две отдельных детали - цилиндр (или головку) и корпус электрического двигателя. Цилиндр обычно имеет оребрение, которое обеспечивает охлаждение (нагрев происходит за счет сжатия воздуха и вследствие трения поршня о стенки цилиндра).
Мембранные компрессоры обычно имеют круглый корпус (в виде цилиндра небольшой высоты), а по размерам они могут быть значительно меньше поршневых.
Сегодня наибольшее распространение получили поршневые компрессоры, мембранные же встречаются довольно редко. Причина тому проста: поршневые устройства могут нагнетать воздух под давлением 7-10 атмосфер (серьезные аппараты развивают и более значительное давление), а мембранные едва обеспечивает давление 3-4 атмосферы.
Также мембранные компрессоры имеют меньшую производительность - не более 15-18 л/мин, в то же время самые простые поршневые компрессоры имеют производительность 20-40 л/мин, а более серьезные устройства могут нагнетать до 70-100 и более литров воздуха в минуту. Поэтому мембранные компрессоры выигрывают у поршневых лишь в габаритах, но с поршневым накачать колесо можно в два-три раза быстрее.
Независимо от типа, все компрессоры оснащаются манометром для контроля давления в колесе. Также обязательно предусмотрен воздушный шланг (обычный или удлиненный и свернутый в пружину). Питание компрессоров может быть двух типов:
- От прикуривателя;
- Непосредственно от клемм аккумулятора.
Также возможны различные дополнительные функции и возможности: наличие плавкого предохранителя, встроенный фонарь, различные переходники, наличие на штуцере клапана дефлятора (он предлагает возможность быстрого выпуска воздуха из колеса), электронная или механическая защита от перегрева и другие. В большинстве своем компрессоры имеют сумки или кейсы для переноски и хранения.
Эксплуатация и обслуживание компрессоров
Прежде всего следует сделать верную покупку компрессора. Здесь необходимо учитывать тип автомобиля, размер колес и частоту накачки/дефляции колес. Так, для большинства компактных легковых автомобилей достаточно простого компрессора с максимально развиваемым давлением 7 атмосфер и производительностью до 20 л/мин.
Для внедорожников нужен более мощный аппарат с производительностью до 35-40 и более л/мин. А для автомобилей, активно эксплуатируемых по внедорожью, требуются серьезные компрессоры с производительностью до 100 и более л/мин и с максимальным давлением до 10 атмосфер. Что касается дополнительных функций, то здесь все зависит лишь от ваших личных предпочтений.
Эксплуатировать компрессор необходимо по приложенной инструкции, при этом следует соблюдать несколько простых рекомендаций:
- Во время работы выполнять контроль показаний манометра, так как закачка воздуха происходит постоянно, и легко упустить момент достижения оптимального давления в колесе;
- Не превышать рекомендуемое производителем время непрерывной работы компрессора (обычно 10-30 минут) - поршень и цилиндр нагреваются, и при слишком долгой работе компрессор может выйти из строя;
- Следить, чтобы компрессор работал в том положении, которое рекомендовано производителем (при наклонах или в перевернутом положении его работа может быть нарушена);
- Не подвергать компрессор ударам и другим механическим воздействиям.
Среднестатистический компрессор доводит давление в колесе до 2-х атмосфер за одну-три минуты, что экономит время и силы автовладельца. А уровень шума современных компрессоров лежит в разумных пределах и не доставляет неудобств окружающим (обычно не более 75 дБ).
Поэтому сделав верный выбор и соблюдая инструкцию по эксплуатации, автовладелец на многие годы получит надежного и верного помощника.
В настоящее время существуют много видов компрессоров, применяемых в различных сферах. Однако два основных типа - это поршневые и винтовые, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо их знать.
Поршневые компрессоры появились первыми и до сих пор остаются самыми распространенными из всех компрессоров. Их механизм сжатия позволяет достигать давлений до 20-30 бар, что недоступно для других типов компрессоров. Основными достоинствами этого вида компрессоров являются низкая стоимость, простота изготовления и ремонтопригодность. При соответствующем обслуживании поршневой компрессор будет практически <неубиваемым>.
Основной особенностью этого типа компрессоров является наличие быстроизнашиваемых деталей - клапанов, поршневых колец и сальников. Это обуславливает необходимость достаточно частого техосмотра, поэтому для бесперебойной работы на предприятии нужно иметь до трех компрессоров: один в работе, один в ремонте и еще один - в резерве. Из-за этого поршневые компрессоры не используются на производствах, где имеется постоянная потребность больших количеств сжатого воздуха.
Кроме того, поршневые компрессоры производительностью болеe 5 м3/мин устанавливают на специальный бетонный фундамент в отдельном помещении. Эта необходимость вызвана высокими уровнями вибраций и шума.
Учитывая все вышеперечисленные особенности, выбирать поршневой компрессор можно в том случае, если:
- на производстве требуется невысокая производительность;
- необходим воздух с высоким коэффициентом сжатия;
- присутствуют большие перепады в потреблении воздуха;
- оборудование используется в достаточно тяжелых условиях, когда окружающий воздух содержит большой объем пыли и мелкодисперсных веществ (например, на цементовозах или муковозах).
При таких условиях в пользу выбора поршневого компрессора говорят все его положительные стороны - неприхотливость, простота обслуживания, хорошее качество сжатого воздуха.
Винтовые компрессоры разрабатывались с 30-х годов ХХ века (конструкция запатентована в 1934г.), когда возникла необходимость в стабильно работающих, высокопроизводительных компрессорах. И в настоящее время на производствах, требующих больших объемов качественного сжатого воздуха, винтовые компрессоры вытесняют поршневые аналоги.
Винтовые компрессоры не содержат быстро выходящих из строя элементов. Основной элемент такого компрессора - винтовой блок - является весьма надежным и может функционировать без капитального ремонта в течение 15-20 лет, в конструкции отсутствуют клапаны и детали, совершающие возвратно-поступательное движение, поэтому винтовые компрессоры долговечны и приспособлены к длительным периодам работы.
Винтовой блок большинства моделей дает возможность работы с переменной скоростью, при этом замедление скорости винтов влияет только на количество сжатого воздуха. В то время как в поршневых компрессорах при замедлении скорости хода поршня становятся заметны скачки давления в пневмосети.
В состав винтового компрессора не входят шатуны, поршни и другие массивные элементы, что значительно снижает уровень шума и вибрации, особенно при установке дополнительных шумопоглощающих кожухов. Поэтому устанавливать его можно непосредственно в производственном помещении, что уменьшает потери из-за протяженных пневмосетей; а тепло, выделяющееся в процессе сжатия воздуха, можно использовать для обогрева в холодное время года.
Исходя из этого, винтовые компрессоры используются в случаях, если существует необходимость в больших количествах сжатого воздуха при долгих периодах бесперебойной работы компрессора.
Винтовой компрессор на 40-50% дороже поршневого из-за сложности в производстве, но является более экономичным и быстрее окупается за счет меньшего расхода электроэнергии.
Компрессором называют любое приспособление, которое предназначено для сжатия и подачи воздуха, а также других газов под давлением. Где используется это устройство?
Автомобильные инженеры, создатели гоночных авто и просто любители скорости все время работают над увеличением мощности двигателей. Одним из способов ее увеличения есть строительство мотора большого внутреннего объема, но большие двигатели много весят и кроме того затраты на их производство и содержание очень высоки.
Фото. ProCharger D1SC – центробежный компрессор
Второй способ увеличения интенсивности двигателя — это создание агрегата стандартного размера, но более эффективного в использовании. Более эффективной отдачи можно добиться при нагнетании большего объема воздуха в камеру сгорания, которое позволяет подать в цилиндр больше топлива, а значит достичь большей мощности за счет высокого давления и соответственно сильного выброса газа. Именно компрессор, который также называют нагнетателем, позволяет усилить подачу воздуха и увеличить мощность двигателя.
Кроме компрессора существует еще турбокомпрессор. Отличия между этими двумя устройствами состоят в способе извлечения энергии. Обычный компрессор приводится в действие энергией, которая передается от коленчатого вала мотора через ременный или цепной привод механическим путем. Что касается турбокомпрессора, то она работает благодаря сжатому потоку выхлопных газов, вращающих турбину.
Как работает компрессор
Для того чтобы понять как работает данный механизм, рассмотрим схему работы обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. С движением вниз поршня создается разрежение воздуха, который под действием атмосферного давления поступает в камеру сгорания. После поступления воздуха в двигатель он объединяется с топливной смесью и создает заряд, который можно трансформировать в полезную кинетическую энергию в результате горения. Горение создает свеча зажигания. Как только происходит реакция окисления топлива, выбрасывается большой объем энергии. Сила этого взрыва приводит в движение поршень, а сила этого движения поступает на колеса, заставляя их вращаться.
Более плотный поток топливно-воздушной смеси в заряд будет создавать более сильные взрывы. Но стоит понимать, что для сжигания конкретного количества топлива требуется определенное количество кислорода. Правильным считается соотношение: 14 частей воздуха к 1 части атмосферного воздуха. Эта пропорция имеет очень большое значение для эффективной работы силового агрегата автомобиля и выражает собой правило: «для того чтобы сжечь больше топлива нужно подать больше воздуха».
В этом и состоит работа компрессора. Он сжимает воздух на входе в двигатель, позволяя наполнять двигатель большому его количеству и создавать повышение давления. Вместе с этим в двигатель может поступать большее количество топлива, вызывая увеличение мощности. В среднем компрессор прибавляет 46% мощности и 31% крутящего момента.
Механический нагнетатель запускается с помощью приводного ремня, обернутого вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня привод в движение шестерню нагнетателя. Ротор компрессора впускает воздух, сжимает его и вбрасывает во впускной коллектор. Скорость вращения компрессора составляет 50 — 60 тысяч оборотов в минуту. В результате нагнетатель увеличивает подачу воздуха в двигатель машины примерно на 50%.
Так как горячий воздух сжимается, он теряет свою плотность и не может сильно расшириться во время взрыва. В этом случае он не может отдать столько же энергии, сколько производится при возгорании свечой зажигания более прохладной топливно-воздушной смеси. Можно сделать вывод, что для того чтобы нагнетатель работал с максимальной отдачей сжатый воздух на выходе из устройства должен быть охлажден. Процессом охлаждения воздуха занимается интеркулер. Горячий воздух охлаждается в трубках интеркулера с помощью холодного воздуха или холодной жидкости, в зависимости от вида механизма. Снижение температуры воздуха, увеличивая его плотность, делает сильнее заряд, который поступает в камеру сгорания.
Виды компрессоров
Компрессоры бывают трех видов: двухвинтовые, роторные и центробежные. Основное отличие между ними состоит в способе подачи воздуха во впускной коллектор автомобильного двигателя.
Двухвинтовый нагнетатель состоит из двух роторов, внутри которых циркулирует воздух. Эта конструкция создает много шума в виде свиста сжатого воздуха, который приглушают специальными методами шумоизоляции двигателя.
Фото. Двухвинтовой компрессор
Роторный нагнетатель расположен, как правило, в верхней части автомобильного двигателя и состоит из вращающихся кулачковых валов, которые перемещают атмосферный воздух во впускной коллектор. Он имеет большой вес и значительно утяжеляет вес транспортного средства. Кроме того, воздушный поток в данном виде компрессора имеет прерывистую структуру, что делает его наименее эффективным по сравнению с другими видами компрессоров.
Фото. Роторный компрессор
Центробежный нагнетатель — наиболее эффективен для принудительного повышения давления внутри двигателя машины. Он представляет собой крыльчатку, вращающуюся с огромной силой и нагнетающую воздух в небольшой корпус компрессора. Центробежная сила выталкивает воздух к краю крыльчатки, заставляя его с огромной скоростью покидать ее полость. Маленькие лопатки, расположенные вокруг крыльчатки преобразуют высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в низкоскоростной поток с высоким давлением.
Фото. Центробежный компрессор
Достоинства компрессора
Основным достоинством компрессора является, естественно, увеличение мощности двигателя транспортного средства. Эксперты считают механические нагнетатели несколько лучше турбированных, потому что двигатели, оборудованные ими, не имеют задержки реакции в ответ на нажатие водителем педали газа, потому что механические компрессоры приводятся в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя. Турбокомпрессоры в свою очередь подвержены отставанию, так как выхлопные газы набирают скорость нужную для раскручивания турбин лишь после истечения некоторого времени.
Недостатки двигателей
Так как компрессор запускается с помощью коленчатого вала мотора, это немного уменьшает мощность силового агрегата. Компрессор увеличивает нагрузку двигателя, поэтому последний должен быть крепким настолько, чтобы выдерживать сильные взрывы в камере сгорания. Современные автопроизводители учитывают это условие и создают более сильные узлы для моторов, предназначенных для работы в паре с компрессором, что повышает стоимость автомобиля, а также стоимость его технического обслуживания.
В целом нагнетатели — это наиболее эффективный способ добавить двигателю транспортного средства лошадиных сил или мощности другими словами. Компрессор может добавить от 50 до 100% мощности, поэтому его часто устанавливают на свои авто гонщики и приверженцы высокоскоростной езды.
