Поршневой компрессор – принцип работы и устройство различных типов агрегатов. Компрессоры поршневые
Поршневой компрессор – принцип работы одно- и многоцилиндровых + Видео
Предисловие
Устройство поршневого компрессора в зависимости от назначения и исполнения может быть разным. Отличия между типами и моделями этого вида нагнетательного оборудования порой просто колоссальны. Однако принцип работы всех поршневых компрессоров одинаков и похож на схему функционирования двигателя внутреннего сгорания.
Как работает основной узел компрессора?
Основной узел поршневого нагнетательного оборудования – это непосредственно сам компрессор. В нем, собственно, и происходит сжатие среды, на работу с которой рассчитан агрегат. В компрессорах холодильников, например, это хладагент, а в различных нагнетателях воздуха – какой-либо газ (чаще всего воздух). Ниже и далее пойдет речь именно о последнем типе поршневого оборудования – о воздушных компрессорах.
Основной узел поршневого нагнетательного оборудования
Самый простой по конструкции компрессор – одноцилиндровый. В нем те же основные узлы, что и в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Это рабочий цилиндр, находящийся в нем поршень, закрепленный на шатуне, и клапаны, которые называются всасывающим и нагнетательным, в отличие от впускного и выпускного ДВС. Также есть коленчатый вал, к которому подсоединен шатун. В некоторых компрессорах, например, маломощных автомобильных для подкачки шин вместо кривошипно-коленчатого привода поршня стоит эксцентриковый.
Однако в ДВС поршень приводит через шатун во вращение коленвал. В компрессоре все наоборот. Вращающийся коленвал через шатун приводит в движение поршень. Последний, двигаясь возвратно-поступательно, сначала втягивает воздух в цилиндр, а затем сжимает и выталкивает из него.
Устройство поршневого компрессора
Первый цикл работы компрессора происходит при движении поршня в направлении от крышки цилиндра, в которой расположены клапаны. При этом внутренний объем цилиндра в этой его части (между стенками, крышкой с клапанами и поршнем) увеличивается. За счет этого происходит разряжение, преодолевающее жесткость пружины всасывающего клапана и открывающее его. Через него в цилиндр втягивается воздух. Нагнетательный клапан все это время плотно закрыт.
Когда поршень начинает двигаться в направлении крышки с клапанами, воздух начинает сжиматься, так как объем цилиндра в этой его части уменьшается. Под действием создаваемого при этом давления, превышающего атмосферное, и собственной пружины всасывающий клапан закрывается. Когда давление превысит значение, на которое рассчитана жесткость пружины нагнетательного клапана, тот открывается и выпускает из цилиндра воздух. Последний выходит под давлением, которое называется рабочим. Оно, как видно из описания работы компрессора, задается жесткостью пружины нагнетательного клапана.
Рекомендуем ознакомиться
Коаксиальные и аксиальные устройства
Кривошипно-коленчатому валу или эксцентриковому приводу компрессора сообщает вращение двигатель агрегата – электрический или внутреннего сгорания (дизельный либо бензиновый). По взаимному расположению мотора и компрессорной головки агрегаты делятся на 2 типа:
- коаксиальные – двигатель и головка расположены на одной оси, а их валы соединены напрямую;
- аксиальные – двигатель и головка установлены параллельно друг другу, и вал последней приводится во вращение через ременную передачу.
Коаксиальное устройство
Компрессорные агрегаты, от которых требуется поддержание на их выходе постоянного давления и равномерного расхода воздуха, оснащаются накопителем сжатого газа – ресивером. Он представляет собой прочную толстостенную стальную емкость. В таких агрегатах воздух с компрессорной головки сначала подается в ресивер, где накапливается, а уже из него расходуется по назначению.
О различных типах поршневых компрессоров
Поршневые агрегаты выпускают одно-, два- и многоцилиндровыми. Последние 2 типа по расположению цилиндров делят на V-, W-образные и рядные. Исполнение двух- и многоцилиндровых по осуществлению процесса сжатия бывает одноступенчатое и многоступенчатое (чаще всего 2-ступенчатое). Выбор нужного компрессора делают, исходя из предполагаемых работ с ним.
Как работает 1-цилиндровый, описано выше. Чтобы понять принцип функционирование остальных типов, достаточно рассмотреть 2-цилиндровый агрегат. В одноступенчатом компрессоре цилиндры (поршни) одинакового размера. Работают они в противофазе, поочередно всасывая, сжимая, а затем вытесняя воздух в линию нагнетания.
Двухцилиндровый агрегат
В 2-ступенчатом агрегате цилиндры разного размера. Наружный воздух всасывается имеющим больший диаметр. Он называется цилиндром 1-ой ступени или, по-другому, низкого давления. В нем воздух сжимается до какого-то промежуточного значения. Затем газ подается в межступенчатый охладитель (обычно медная трубка в специальном исполнении), где охлаждается, а потом в цилиндр высокого давления или, по-другому, 2-ой ступени (с поршнем меньшего диаметра). В нем воздух сжимается до максимального рабочего значения давления компрессора.
Размеры обоих цилиндров так подобраны, чтобы в каждом производилась примерно равнозначная работа по сжатию.
Промежуточное охлаждение воздуха необходимо, чтобы обеспечить максимальные КПД работы поршневой группы и давление компрессора. Ведь при сжатии газ нагревается. Вследствие этого он расширяется и начинает занимать больший объем в цилиндре 2-ой ступени. Охладившись в ресивере, воздух уменьшается в объеме, и при этом его давление падает.
Прессостат и манометр как дополнительное оснащение
Чтобы электрические агрегаты могли работать в автоматическом режиме – сами включаться и выключаться по мере необходимости, на них устанавливают прессостат (реле давления). Он размыкает электрическую цепь питания двигателя при достижении давления в ресивере максимального рабочего компрессора, и последний прекращает нагнетать воздух.
Как только давление в резервуаре снизится до предусмотренной производителем агрегата минимальной величины, прессостат обратно замыкает цепь, запуская электродвигатель. Все компрессоры оснащаются манометрами – для контроля давления на выходе агрегата и/или в ресивере. Последний обязательно оснащается предохранительным клапаном – для сброса избыточного воздуха.
Большинство профессиональных и промышленных агрегатов оборудованы:
- фильтрами для очистки воздуха от масла, если компрессор масляный (со смазочной системой поршневой группы), и влаги;
- клапаном для слива конденсата из ресивера.
На некоторых могут быть осушители воздуха, вентилятор для охлаждения компрессорной головки и другое дополнительное оснащение. Чем сложнее устройство, тем более трудным может оказаться ремонт компрессора.
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!nasotke.ru
разновидности, конструкция, принцип работы и выбор устройства
Поршневой компрессор - это достаточно используемое и распространенное устройство, которое применяется для производства сжатого воздуха. Устанавливается он на производствах, где сжатый воздух необходим в большом количестве.
Состоит устройство из поршня, рабочего цилиндра, а также двух клапанов (нагнетательного и всасывающего), которые размещены на крышке аппарата. Для работы в компрессоре должен вращаться коленчатый вал, который соединяется с шатуном. При этом поршень начинает совершать поступательно-вращательные движения. Воздух преодолевает напряжение пружины всасывающего клапана и поступает внутрь устройства по всасывающему патрубку.
Далее поршневой компрессор выпускает сжатый воздух под давлением через нагнетательный клапан. Вращается коленчатый вал посредством автономного или электрического двигателя.
Поршневой компрессор может быть нескольких видов, их можно классифицировать на:
- одноцилиндровые или многоцилиндровые;
- рядные, W-образные или V-образные;
- многоступенчатые и одноступенчатые.
Поршневой компрессор имеет разную производительность, которая зависит в основном от условий всасывания воздуха и является скорее теоретической. Она представляет собой объем воздуха, который может прокачать устройство за определенную единицу времени. Естественно, что реальная производительность в этом случае будет сильно отличаться.
Такое устройство, как поршневой компрессор, необходимо правильно подобрать. От этого зависит его долговечность и качество выполнения функций. Прежде всего, при выборе желательно обратить внимание на самое большое давление и производительность устройства. В агрегате давление не должно иметь меньшее значение, чем у потребителя. Для того чтобы выбрать правильную производительность, необходимо определиться с тем объемом воздуха, который вам понадобится, и высчитать собственную потребность устройства в воздухе. Исходя из этих факторов, можно подбирать модель устройства, например, хорошим вариантом может стать компрессор поршневой Fubag. Подобные модели могут эффективно использоваться как в быту, так и в промышленности, ведь они предназначены для эксплуатации в сложных условиях.
Еще необходимо обратить внимание на количество энергии, которое потребляет аппарат, а также высоту напряжения, при котором он может нормально эксплуатироваться. Естественно, нужно определиться, как именно будет использоваться устройство. Например, если оно будет работать недолго и не часто, то стоить выбрать более простой вариант. В противном случае следует остановить свое внимание на профессиональных моделях. Естественно, выбор зависит и от стоимости аппарата.
Популярными являются поршневые компрессоры Remeza, которые можно применять в бытовых условиях, на станциях технического обслуживания автомобилей, в обслуживающей сфере. Они имеют приемлемую стоимость, а также длительный срок эксплуатации. При этом представленные устройства могут отлично работать даже в условиях высоких нагрузок.
fb.ru
Устройство, работа поршневого компрессора
В этой статье мы рассмотрим устройство и работу поршневого компрессора, который чаще всего применяется в пневматической системе автосервисов и шиномонтажей.
Что же такое компрессор? – по своему устройству это машина, предназначенная для сжатия и транспортировки газов с повышением давления на соотношение более чем 1,1. В наше время область применения и работа поршневых компрессоров очень широка, они необходимы на всех предприятиях, где в качестве источника энергии используют сжатый воздух. Компрессор можно встретить на заводах, газозаправочных станциях, автосервисах, медицинских учреждениях и даже мастерских по ремонту обуви.
На сегодняшний день наиболее распространенными типами устройств являются поршневые и винтовые компрессоры. Так как винтовые компрессоры имеют более высокую стоимость, то на небольших предприятиях, в том числе и СТО, широко применяются в работе поршневые компрессоры. Потребителями сжатого воздуха в автосервисе служат пневмогайковерты, пневмодрели, краскопульты, шиномонтажные станки, установки вакуумного отбора масла и т. д.
Устройство поршневого компрессора
Основным элементом устройства поршневого компрессора является компрессорная головка (поршневой узел). Ее конструкция напоминает двигатель внутреннего сгорания. Она состоит из цилиндра, поршня, поршневых колец компрессора, шатуна, коленчатого вала, а также впускного и нагнетательного клапанов. В отличие от ДВС, клапаны в компрессоре представляют собой пластинку с пружиной и при работе поршневого компрессора приводятся в действие не принудительно, а от перепада давлений. Для смазки устройства поршневого компрессора, в частности трущихся деталей, в компрессорную головку заливают масло.
В случае если необходимо получить сжатый воздух высокой чистоты и без примесей масла (например, в медицинских учреждениях) применяют безмасляные компрессоры. В таком устройстве поршневого компрессора кольца выполнены с полимерных материалов, а для надежной работы поршневого компрессора применяют графитовую смазку.
Для достижения более высокой производительности поршневого компрессора компрессорные головки изготавливают с несколькими цилиндрами, которые могут иметь рядное, V-образное или оппозитное устройство.
В движение коленчатый вал приводится от электродвигателя, что обеспечивает работу поршневого компрессора. В зависимости от способа соединения с электродвигателем различают компрессоры поршневые с ременным и прямым приводом.
- При прямом приводе головка и двигатель расположены на одной оси и их валы в устройстве поршневого компрессора соединены напрямую.
- В компрессорах поршневых ременного типа привод головки и мотор расположены параллельно друг другу, а движение предается через ременную передачу. На шкиве привода головки установлены лопасти, которые обеспечивают охлаждение поршневого узла.
Другим важным элементом в устройстве и работе поршневого компрессора является ресивер, который представляет собой стальную емкость и предназначен для поддержания постоянного давления и равномерного расхода воздуха. В ресивере также установлен клапан для сброса давления в случае если будет превышено его допустимое значение.
Для обеспечения работы поршневого компрессора в автоматическом режиме в устройстве поршневого компрессора находится прессостат (реле давления), который при достижении заданного давления размыкает контакты и останавливает двигатель, а при снижении давления ниже некоторого значения замыкает контакты и запускает компрессор.
Работа поршневого компрессора
Работа поршневого компрессора осуществляется по следующему принципу: при движении поршня вниз в цилиндре создается разрежение, в результате чего открывается впускной клапан. Так как в цилиндре давление ниже атмосферного, то через клапан поступает воздух. Для очистки поступающего воздуха в устройстве поршневого компрессора применяют фильтры. Во время движения поршня вверх при работе поршневого компрессора оба клапана закрыты. При сжатии воздуха возрастает давление в цилиндре и открывается нагнетательный клапан, через который воздух поступает в ресивер. Работающие по такому принципу поршневые компрессоры носят название одноступенчатых.
Одним из недостатков устройств поршневых одноступенчатых компрессоров является ограниченное рабочее давление. Работа поршневого компрессора данного типа возможна с повышением давления только до 10 атмосфер. Это объясняется тем, что при больших давлениях сильно возрастает температура в цилиндре и может загореться масло, которое используется для смазки деталей.
Для достижения более высоких давлений в работе поршневых компрессоров применяют многоступенчатый принцип, в котором воздух поочередно сжимается в каждой ступени до определенного значения, после чего охлаждается в холодильнике и подается в цилиндр следующей ступени, где сжимается до более высокого давления. В качестве холодильника в устройстве поршневого компрессора используют медную трубку с ребрами охлаждения.
Работа поршневых компрессоров на небольших предприятиях наиболее часто основывается на двухступенчатой установке с двумя цилиндрами. Цилиндр первой ступени, как правило, имеет больший диаметр чем второй.
При выборе поршневого компрессора необходимо в первую очередь учитывать характеристики потребителей сжатого воздуха. Ведь работа поршневого компрессора не должна быть постоянной. При правильном подборе компрессорной головки и ресивера время работы компрессора должно быть равным времени отдыха.
Стоит учесть, что все производители указывают на своих компрессорах производительность в л/мин только на входе. Так как при повышении давления нагнетания производительность снижается, то для того чтобы узнать ее значение на выходе нужно от указанных данных отнять 30 %.
info-parts.ru
Поршневые компрессоры | Полезное своими руками
Поршневые компрессоры – это конструкции, которые представляют собой аппараты объёмного действия. Принцип работы компрессорных поршневых машин основан на изменении объёма газа за счёт прямолинейного возвратно-поступательного движения поршня. Такие машины имеют разные конструктивные варианты и потому их условно можно разделить на:
- одноступенчатые, двухступенчатые и компрессоры, имеющие несколько ступеней;
- компрессоры одинарного или двойного действия;
- крейцкопфные и без крейцкопфа;
- одноцилиндровые, двухцилиндровые и многоцилиндровые компрессоры;
- компрессоры горизонтальные, вертикальные и угловые.
Горизонтальные поршневые компрессоры промышленность выпускает в основном в виде агрегатов средней и большой производительности. Такие компрессоры по расположению цилиндров разделяются на односторонние и оппозитные конструкции. В первых конструкциях цилиндры располагаются по одну сторону вала, тогда как во вторых конструкциях расположение цилиндров отмечается по обе стороны вала компрессора.
Вертикальные поршневые компрессоры мало чем отличаются от горизонтальных машин, за исключением того, что с точки зрения монтажа занимают площадь меньшую по размерам. В таких конструкциях преобладают вертикальные нагрузки на основание (фундамент), что позволяет сооружать основание меньшее по массивности.
Угловые поршневые компрессоры являются, пожалуй, наиболее распространёнными в народном хозяйстве. Этот тип машин получил признание благодаря целому ряду преимуществ перед машинами вертикального и горизонтального типа.
Угловые компрессоры отличаются в первую очередь тем, что имеют компактную конструкцию, небольшую массу. Плюс к этому данный тип машин хорошо уравновешен, что позволяет монтировать их на небольших по массе и объёму фундаментах. Исходя из расположения цилиндров относительно оси вала, угловые компрессоры делятся на прямоугольные, V-образные, W-образные. Последние два вида, как правило, относятся к машинам с малой холодопроизводительностью. Такие компрессоры обычно применяют для сжатия воздуха.
Фактически любой поршневой компрессор состоит из нескольких узлов. Это группа цилиндров, группа механизма движения и группа вспомогательных элементов.
В группу цилиндров входят узлы цилиндров, поршней и уплотнительных элементов.
Группа механизма движения включает в себя картер компрессора, вал коренной, крейцкопфы и шатуны.
Группа вспомогательных элементов – это смазочные узлы, фильтры, промежуточные холодильники, влагомаслоотделители, ресиверы, регулировочные и защитные системы.
Конструкция механизма движения поршневого компрессора, как правило, определяет базу этого агрегата.
База поршневого компрессора – это совокупность всех сборочных единиц, входящих в систему кривошипно-шатунного механизма. База компрессора характеризуется такими параметрами как ход поршня, поршневая сила и частота вращения вала компрессора.
electro-shema.ru
14. Поршневые компрессоры
Устройство и работа поршневого компрессора. Поршневые компрессоры по конструктивным признакам сходны с поршневыми насосами. Конструктивная схема одноступенчатого компрессора с цилиндром двойного действия и индикаторная диаграмма представлены на рис. 64. Цилиндр компрессора, закрытый с обеих сторон крышками, имеет две полости. В стенках цилиндра в специальных коробах расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, которые открываются л закрываются автоматически под действием перепада давлений между рабочей, полостью и соответствующей камерой (всасывающей либо нагнетательной).
Цилиндры поршневых компрессоров чаще всего охлаждаются водой. Для этого в них предусмотрена специальная водяная рубашка. Небольшие компрессоры выполняют с воздушным охлаждением, а их поршень соединен непосредственно с шатуном (бескрейцкопфные компрессоры). В месте прохода штока через крышку цилиндра помещается уплотнение, называемое сальником.
Перепад давлений, обеспечивающий открытие клапанов и преодоление их гидравлических сопротивлений, определяет дополнительные затраты работы по сравнению с идеальным компрессорным циклом (см. заштрихованные площадки на индикаторной диаграмме рис. 64).
Рис. 64. Одноступенчатый поршневой компрессор двустороннего действия:
а — общая схема: / — цилиндр; 2 — поршень; 3 — шток; 4 — крейцкопф; 5 — шатун; 6 — кривошип; 7, 8 — всасывающий и нагнетательный клапаны; б — индикаторная диаграмма: 1...5— точки процесса
В рабочей полости цилиндра в конце нагнетания всегда остается газ объемом VM, который называется мертвым объемом. Его величина определяется в основном размерами зазора между поршнем, находящимся в крайнем положении, и крышкой цилиндра. Зазор необходим для исключения удара поршня о крышку.
Отношение объема мертвого пространства VH к рабочему объему Vh называется относительным объемом мертвого пространства:
a=VM/Vh
В большинстве цилиндров компрессоров а < 0,05. Остаток газа в мертвом пространстве расширяется по линии 3—4 (см. рис. 64 noэтому всасывание газа начинается не в начале хода поршня, а в конце процесса расширения, т. е. в точке 4. Следовательно, объем VB фактически поступившего в цилиндр газа оказывается меньше рабочего объема цилиндра.
Отношение объема всасываемого газа VB к рабочему объему Vh называется объемным коэффициентом:
λυ=Vв/Vh
Считая процесс расширения (линия 3— 4) политропным, можно записать
VB/VM=(p2/p1)1/n = ε1/тр
Отношение этих объемов может быть также представлено в следующем виде;
VB/VM=(VM - Vh -VB)/Vm =1+(1/a)(1-λv)
откуда получаем объемный коэффициент
λv= 1-a(εp1/n – 1) (8.20)
Для современных компрессоров λv = 0,7 ...0,9.
Из формулы (20) видно, что увеличение степени повышения давления εр при а = const приводит к снижению λv т.е. подач компрессора. В пределе при критическом значении εрпред=(1+1/а)т подача становится равной нулю (λv = 0). Если принять, например, а = 0,1; п= 1,2, то компрессор будет работать вхолостую εр = 17,8. Таким образом, в одной ступени компрессора можно достичь только определенных значений ер .
Снижение подачи компрессора связано также с отсутствием герметичности цилиндра (возможны утечки газа через клапаны, сальники), подогревом газа в процессе всасывания и другими причинами и в целом характеризуется коэффициентом подачи λ =Vд/Vт , где Vд — действительная, Vт - теоретическая подачи компрессора.
Для компрессоров, имеющих цилиндры простого действия
VT = FSn0 = Vhn0 (8-21)
где F— площадь поршня; S— ход поршня; n0 - частот вала.
Коэффициент подачи λ определяется при испытаниях машины и обычно составляет 0,6…0,85
Для увеличения подачи поршневых компрессоров необходимо увеличивать размеры цилиндров и поршней, в результате чего возрастает сила инерции возвратно-поступательных масс машины. Поэтому поршневые компрессоры проектируют с довольно низкими частотами вращения вала. С технико-экономических позиций подачу поршневого компрессора, равную 3,5 м3/с, следует считать предельной, хотя имеются и более мощные машины.
Мощность и КПД компрессора. Ранее отмечалось, что компрессоры выполняют обычно с водяным охлаждением цилиндра и его крышки. При этом обеспечивается довольно интенсивный теплообмен и процессы сжатия и расширения являются политропными со средними значениями показателей п = 1,35 и n = 1,2 (для двухатомных газов).
Точный расчет работы цикла компрессора производится по уравнениям термодинамики реальных газов.
Расчет компрессоров с конечным давлением сжатия до 10 МПа по уравнениям термодинамики идеального газа дает результаты, весьма близкие к действительным, поэтому последующее изложение материала основано на теории компрессора идеального газа.
При высоких давлениях, применяющихся, например, при синтезе химических продуктов, учет свойств реальных газов при расчете компрессора совершенно необходим.
Вычисляя работу, затрачиваемую на валу компрессора, можно пренебрегать влиянием мертвого пространства. Последнее не оказывает заметного влияния на потребление энергии компрессором, потому что работа, затрачиваемая на сжатие газа в объеме мертвого пространства, в значительной мере возвращается на вал в процессе расширения.
Для вычисления мощности компрессора воспользуемся относительным изотермическим КПД, откуда получим: N = Nиз/ηизηм
Используя выражение удельной энергии изотермического компрессорного процесса Lиз (Дж/кг) и значение массовой подачи компрессора М(кг/с), окончательно получим
N = MLиз/1000ηизηм = p1V1ln(p2/p1)/ 1000ηизηм
где pt и p2 — давления на всасывающей и нагнетательной сторонах, Па; V1— объемная производительность компрессора (подача) по условиям всасывания, м3/с; ηиз — изотермический КПД, который зависит от интенсивности охлаждения и находится в пределах 0,65...0,85; пм — механический КПД (для компрессоров в крейцкопфном исполнении ηм = 0,9...0,93, для малых бескрейцкопфных ηм = 0,8...0,85).
Характеристики и регулирование подачи. Компрессор обычно подключается к системе трубопроводов, на которых установленs запорные регулирующие и другие устройства. Совокупность этих устройств и трубопроводов называется сетью. Гидравлические свойства сети определяются ее характеристикой, т. е. зависимостью между расходом Vc и давлением рс в сети. Характеристика большинства газовых сетей имеет вид параболы.
Одной из важных характеристик компрессора является зависимость между его подачей Vо и рабочим давлением . В расчетном режиме подача поршневого компрессора практически не зависит от развиваемого давления и характеристики для различных значений n0 , близки к вертикальным линиям (рис. 65).
Пересечение характеристик компрессора и сети определяют рабочую точку А и рабочие параметры машин — подачу и давление. Расход газа в сети по условиям работы потребителей обычно непостоянен. Во избежание резких колебаний давления газа в сети необходимо изменять подачу компрессоров так, чтобы он всегда соответствовала потреблению. Регулирование подачи компрессоров в настоящее время осуществляется следующими способами:
отключением одной или нескольких машин при их параллельной работе на сеть;
изменением частоты вращения вала компрессора;
изменением объема мертвого пространства;
дросселирование потока на всасывании;
отжатием пластин всасывающего клапана.
Периодические остановки компрессора (отключение машины от сети) возможны лишь при значительном и, главное, длительном снижении потребления газа. Очень часто отключение машины приводит к чрезмерному перегреву электропривода и выход из строя.
Рис. 65. Характеристики работы поршневого компрессора на различные сети и
при различной частоте вращения вала (л;,, «о)
И зменение частоты вращения вала,как это видно из формулы (21) пропорционально изменяет подачу и индикаторную мощность машины. Такое регулирование может быть осуществлено в установках с приводом от турбины, ДВС и электродвигателя переменного или постоянного тока.Рис. 66. Индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора при регулировании подключением дополнительного мертвого объема (а) и дросселированием на всасывании (б)
Изменение объема мертвого пространства достигается подключением к цилиндру отдельной полости постоянного или переменного объема. Подключение дополнительного мертвого объема VMдоп уменьшает объем всасываемого газа (V'B < VB), так как политропа расширения 3—4' становится более пологой (рис. 66, о). Для удобства сравнения процесс расширения с VMдоп изображен в сдвинутой системе координат. Новая политропа сжатия (линия 1—2') будет соответствовать меньшему объему подаваемого в сеть газа (V2′ < V2). B пределе объем мертвого пространства может быть таким, что политропы расширения и сжатия совпадут с линией 1—3, а подача станет равной нулю. Такой способ регулирования применяется на новейших компрессорах со средней и большой
подачей.
Дросселирование газа на всасывании осуществляется шибером или задвижкой. В результате падения давления перед компрессором объем всасываемого газа уменьшается с VB до VBрег (рис. 66, б), а объем подачи уменьшается с V2 до V2′ но при этом растут степень повышения давления в цилиндре ер и связанная с ней температура. Во избежание воспламенения смазки, применяемой в цилиндрах, температура газа на нагнетании не должна превышать
Рис. 67. Автоматическое устройство для регулирования
подачи дросселированием на всасывании: I — компрессор; 2 — трубка;
3 — баллон; 4 — поршневой механизм; 5 — дроссельная заслонка
160.., 170 *С. Схема автоматического регулирования такого типа показана на рис. 67. Если расход из баллона 3 в сеть уменьшается то при данной подаче компрессора 1 давление в баллоне 3 возрастает и, передаваясь по рубке 2 в полость поршневого механизма 4 воздействует на поршень, который, сжимая пружину, прикрывает дроссельную заслонку 5 и подача компрессора уменьшается, сравниваясь с расходом газа из баллона. Регулирующее устройство может быть настроено на требующуюся подачу натяжением пружины поршневого механизма 4. Благодаря простоте и автоматичности действия этот способ регулирования широко применяется при высоких степенях сжатия, но энергетическая эффективна его невысока.
Отжимание пластин всасывающего клапана, как способ регулирования подачи, осуществляется по схеме, показанной на рис. 68. Если вследствие уменьшения расхода в сети давление в баллоне повысится, то повышенное давление, передаваясь по импульсной трубке 1 к поршневому механизму 4, преодолеет натяжение пружины и подвинет вниз поршень 5. Шток поршня имеет на конце вилку 3, рожки которой будут препятствовать пластине всасывающего клапана садиться на седло. при этом сжатие и подача газа не произойдут, потому что всасывающий клапан будет открыт и газ из цилиндра будет выталкиваться во всасывающий трубопровод. Вследствие этого произойдет пропуск сжатия и подачи. Это будет продолжаться до тех пор, пока давление в баллоне 2 не понизится и поршень 5 не приведет вилку З в нормальное положение, не препятствующее пластине клапана А плотно садиться на место. Таким образом, уменьшение подачи компрессора достигается здесь пропусками подачи. Это очень простой способ регулирования, но энергетическая эффективность его мала, так как на холостой ход при пропуске подачи затрачивается не менее 15 % полной мощности
Рис. 68. Регулирование подачи отжиманием пластин всасываюшего клапана:
/ — импульсная трубка; 2 — баллон; 3 — вилка; 4 — поршневой механизм; 5 – поршень
Такой способ регулирования применяется для компрессоров с любыми степенями сжатия и подачами.
Отжим клапанов линии всасывания в течение всего хода поршня приводит, как указывалось, к пропускам подачи, т.е. к снижению подачи компрессора до нуля.
В настоящее время применяют отжим клапанов на части хода поршня, получая возможность плавного изменения подачи от номинальной до 0,1 номинальной.
Многоступенчатые компрессоры. Одноступенчатые поршневые компрессоры с водяным охлаждением цилиндра применяются в основном для сжатия газов до давления менее 0,6 МПа. Более высокое давление получают в многоступенчатых компрессорах с охлаждением газа в холодильнике после каждой ступени.
При сжатии газа температура его повышается. В табл. 4 приведены конечные температуры воздуха, сжимаемого при различных условиях в компрессоре с D = 0,7 м, от начальной температуры t1 = 293 К. Так как компрессорные смазочные масла имеют температуру вспышки 493... 533 К, то конечная температура сжатия 493... 443 К, получаемая при εр = 8, является опасной, Электрические разряды невысокого потенциала, возникающие в проточной части компрессоров, могут вызвать возгорание нагара и затем при достаточной концентрации масляных паров в воздухе взрыв компрессора. Это ограничивает степень повышения давления в одном цилиндре компрессора.
В современных компрессорах с водяным охлаждением степень повышения давления в одном цилиндре выше семи встречаются редко. В отечественных конструкциях большой подачи εр ≤ 4. Если степень повышения давления компрессора превышает семь, то процесс сжатия ведут в нескольких последовательно включенных полостях — ступенях давления — и при переходе из одной ступени в другую газ охлаждают в промежуточных охладителях.
Для достижения заданной степени повышения давления ( εр )принимают следующее количество ступеней (z)
εp …………….. до 6 6…30 30…100 100…150 свыше 150
я ……………… 1 2 4 5 6 и более
Табл. 4. Температура сжатия при адиабатном и политропном процессах
| εр= р2/р1 | Конечная температура воздуха, К | ||
| Адиабатное сжатие | Политропное сжатие с охлаждением цилиндра | Политропное сжатие с охлаждением цилиндра и крышки | |
| 2 | 358 | 337 | 325 |
| 4 | 428 | 402 | 372 |
| 6 | 493 | 454 | 409 |
| 8 | 536 | 493 | 443 |
Увеличение количества ступеней усложняет конструкцию и увеличивает стоимость компрессора. Это обстоятельство обусловливает предел увеличения количества ступеней современных компрессоров.
Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением приближает рабочий процесс компрессора к изотермическому, поэтому при заданной степени повышения давления компрессора применение ступенчатого сжатия обеспечивает существенную номинальную мощности приводного двигателя.
Мощность многоступенчатого компрессора. В многоступенчатых компрессорах с числом ступеней Z при одинаковых работах отдельных ступеней изотермическая мощность компрессора определяется по формуле
Nиз = p1Q1*ln(p2/p1)*z/1000
Мощность на валу компрессора при указанном условии
Nиз=p1Q1*ln(p2/p1)*z/1000ηизηм
Если работа отдельных ступеней неодинакова, то мощность на валу компрессора определяется как сумма мощностей отдельных ступеней.
Конструктивные типы компрессоров. Многоступенчатые компрессоры выполняются в двух основных вариантах: с дифференциальными поршнями и несколькими ступенями сжатия; со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах. Рассмотрим некоторые из них.
В двухступенчатом компрессоре с дифференциальным поршнем двустороннего действия (рис. 69) ступени сжататия разнесены по обе стороны дифференциального поршня. При движении поршня вправо происходит всасывание в первую ступень, сжатие и выталкивание во второй ступени. Когда поршень начинает двигаться влево, в первой ступени происходит сжатие, а во второй — всасывание газа.
Компрессоры общего назначения со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах выполняются с вертикальным, горизонтальными и угловым расположением осей цилиндров (рис. 70).
Рис. 69. Схема двухступенчатого компрессора с дифференциальным поршнем
Вертикальные компрессоры занимают небольшую площадь и имеют хорошую устойчивость. Они выпускаются многорядными (до шести рядов цилиндров) и многоступенчатыми (до шести ступеней сжатия) на подачу до 1,67 м3/с и широкий диапазон давлений (до 85 МПа).
Горизонтальные компрессоры более тихоходны, чем вертикальные, и занимают больше места, но их обслуживание более удобно. Трубопроводы и аппаратуру горизонтальных компрессоров можно размещать в подвале, освобождая тем самым площадку для обслуживания. Горизонтальные компрессоры строятся на среднюю и большую (от 0,83 до 6 м3/с) подачи и широкий диапазон давлений (до 85 МПа).
Угловые компрессоры выпускаются с вертикально-горизонтальным и наклонным V- и W-образным расположением осей цилиндров на подачу до 3 м3/с и давление до 40 МПа. Характерные особенности угловых компрессоров — хорошая уравновешенность, небольшая масса, компактность и высокая частота вращения вала (до 16,7 1/с) предопределили их широкое применение в промышленности.
Согласно ГОСТ 18985—73 воздушные поршневые компрессоры на избыточное давление 0,78 МПа бывают (табл. 5):
бескрейцкопфные с V-образным расположением осей цилиндров (обозначаются ВУ) на подачу 0,05 и 0,1 м3/с;
крейцкопфные с прямоугольным расположением осей цилиндров (ВП) на подачу 0,166; 0,332 и 0,5 м3/с;
Рис. 70. Схемы двухступенчатых компрессоров с вертикальным (а), горизонтальным (б) и угловым (в) расположением осей цилиндров
крейцкопфные оппозитные с горизонтальным расположением осей цилиндров (ВМ) на подачу 0,83 и 1,66 м3/с.
Компрессоры типа ВМ, называемые оппозитными, получили в последнее время широкое распространение. Это объясняется многими причинами и главным образом тем, что благодаря противоположному движению поршней (при угле между коленами вала 180*) они легко балансируются динамически и допускают частоту вращения, в 2... 3 раза большую, чем компрессоры других типов. Компрессоры ВМ являются горизонтальными и требуют малых высот при относительно больших площадях помещений.
Табл. 5. Характеристики компрессоров общего назначения
| Тип компрессора | Номинальная подача при заданных услониях всасывания (предельное отклпение 5 %), mj/c (м'/мин) | Удельный расход МОЩНОСТИ, кВт/(м'/мин), не более | Масса, кг, не более | |
| ВУ | С воздушным охлаждением | 0,050 (3) 0,100 (6) | 6,5 | 540 690 |
| С водяным охлаждением | 0,100 (6) 0,050 (3) | 6,2 | 690 540 | |
| ВП | 0,166(10) 0,332 (20) 0,500 (30) | 5,7 5,6 5,3 | 1350 2800 4000 | |
| ВМ | — | 0,830 (50) 1,660 (100) | 5,4 5,4 | 7900 14 500 |
Рис. 71. Схема двухступенчатого оппозитного компрессора типа ВМ:
/ — воздухоохладитель; 2 — электродвигатель; 3 — цилиндр первой i всасывающий патрубок; 5— нагнетательный патрубок; 6 — цили
пени
При большом количестве ступеней давления или высокой подаче с разделением ее на два цилиндра оппозитный компрессор может быть выполнен многорядным.
В условных обозначениях угловых и горизонтальных компрессоров имеются особенности. Например, марка компрессора ВУ-3/8 в соответствии с ГОСТ 18985—73 означает: V-образный компрессор с подачей 0,5 мэ/с (30 м3/мин) и конечным избыточным давлением 0,78 МПа, а марка компрессора 2BM-I0-50/8 — двухрядный оппозитный компрессор с поршневым усилием 100 кН, конечным давлением 0,78 МПа и подачей 0,83 м3/с (50 м3/мин).
На рис. 71 показан оппозитный компрессор типа ВМ с двумя ступенями сжатия. Воздух через всасывающий патрубок 4 поступает в цилиндр первой ступени сжатия 3, где сжимается до давления около 0,3 МПа, и затем направляется в промежуточный воздухоохладитель 1. После охлаждения там до температуры 30...40 °С воздух дожимается в цилиндре второй ступени 6 и подается в нагнетательный патрубок 5. Приводной электродвигатель 2 расположен на конце коленчатого вала.
Литература:
Быстрицкий Г.Ф. Энергосиловое оборудование промышленных предприятий. Уч. пособие.М.,»Академия», 2003
Лыков А.Н. Автоматизация технологических процессов и производств.Уч. пособие. Эл. вид.Пермь – 2007
studfiles.net
Поршневые компрессоры - оборудование
Поршневые компрессоры относятся к компрессорам с объемным принципом сжатия воздуха, в которых изменение объемов рабочих камер осуществляется поршнем или поршнями, совершающими возвратно-поступательные движения.
Поршневые компрессоры являются самыми распространенными из всех видов компрессоров, т.к. нашли свое применение, как в бытовых нуждах так и в промышленности. По количеству ступеней сжатия различают одноступенчатые и многоступенчатые компрессоры. Как маслосмазываемые так и безмасляные. С различным числом цилиндров и самых разнообразных конфигураций.
В характеристиках поршневого компрессора производительность указывается на входе. Чтобы узнать производительность на выходе, необходимо производительность на входе умножить на коэффициент ~ 0,65 для коаксиальных компрессоров и ~0,75 для поршневых с ременным приводом. Для справки у винтовых компрессоров данный коэффициент ~0,95. При выборе поршневого компрессора необходимо подсчитать суммарный расход сжатого воздуха у потребителей. И прибавить к полученному значению 20% запас. Как правило, в данном виде компрессоров применяется релейная система управления и работа происходит в режиме "старт-стоп". Регулировка давления производится ручным способом. При этом, разница давлений (min-max) составляет 2 бара.
Бытовые поршневые компрессоры, зачастую, имеют ресивер объемом от 24 до 100 л.
Более мощные компрессоры используемые на производстве имеют ресивер до 500л.
Предпочтительнее выбрать больший объем ресивера, т.к. ресивер увеличенного объема лучше сглаживает пульсацию воздуха и способствует снижению частоты запуска компрессора, что дает время на охлаждение поршневой головки.
В нашем ассортименте представлены наиболее популярные модели компрессоров таких как Fubag, ABAC, Ремеза, компрессоры Бежецкого завода ACO и других производителей.
Характерные конструкции и функционирования компрессоров поршневого типа
Поршневой компрессор считается одним из видов максимально эффективных установок на компрессорной основе, которому удалось за рекордно короткий срок завоевать репутацию надежного и эффективного средства, широко используемого в настоящее время. Отличаясь высоким уровнем рабочих показателей и предоставляя возможность интенсивно применяться в случае значительных объемов производственной деятельности, такая установка идеально подходит для эксплуатации на предприятиях промышленной специализации, а также на небольших заводах.
Тип данной поршневой установки определяет не только конструкцию системы, но также и особенности функционирования оборудования. Так, если рассматривать эти установки с точки зрения количества используемых цилиндров, то устройства бывают:
- одноцилиндровые;
- двухцилиндровые;
- многоцилиндровые.
В тоже время расположение цилиндров в системе предлагает следующие виды компрессоров поршневого типа:
- W-образные;
- V-образные;
- рядные.
Если говорить о количественной характеристике ступеней, предназначенных для того, чтобы сжимать воздух в оборудовании, то идет речь о таких вариантах устройств:
- многоступенчатых;
- одноступенчатых.
Хотя на современном технологическом рынке предлагаются различные виды компрессорного оборудования, все варианты обладают идентичным базовым оснащением, которое и обеспечивает эффективность их эксплуатации в промышленных и производственных целях.
Конструкция компрессорных машин
Установки одноцилиндрового типа отличаются наиболее простой конструкцией компрессоров. Состав таких машин — это наличие поршня, цилиндра и двух клапанов: они отвечают за осуществление нагнетания и всасывания воздуха, располагаясь в крышке цилиндра. Функционирование устройства заключается в передаче шатуном движений ограниченного объема на поршень при помощи камеры сжатия. Следует обратить внимание на то, что шатун соединяется с коленчатым валом, который вращается во время работы компрессора. Таким образом, увеличивается объем, который располагается между нижней частью поршня и двумя клапанами — это и является разрежением.
Поскольку атмосферный воздух превышает уровень сопротивления пружины, закрывающей клапан, гарантирующим всасывание, он способен без проблем попадать в цилиндр, самостоятельно открывая его и направляясь посредством всасывающего патрубка.
Возвратное действие поршня позволяет воздуху сжиматься, провоцируя тем самым способствуя возрастанию давления. В тоже время удерживаемый при помощи пружины нагнетательный клапан подвергается воздействию со стороны потока воздуха, что находится под высоким давлением, вследствие чего последний транспортируется в нагнетательный патрубок. Следует обратить внимание на то, что питание машины возможно обеспечивать не только с помощью электродвигателя, но также и благодаря автономному двигателю, работающему на основе дизельного или бензинового топлива.
На сегодняшний день в промышленной деятельности применение поршневых устройств с данным принципом функционирования обеспечивает максимально эффективной работой оборудования. Единственным незначительным недостатком работы считается сжатый воздух, который подается этой машиной, поскольку идет речь не о ровном потоке, а о нерегулярных импульсных движениях. Для того, чтобы выровнять давление сжимающегося воздуха и урегулировать его пульсацию, поршневые устройства рекомендуется применять с ресиверами, что отвечают за предотвращение возникновения перебоев давления подаваемого потока воздуха и функционирования всей установки.
Если же говорить о характеристиках конструкции и особенностях работы двухцилиндровых вариантах поршневых аппаратов, то в данном случае установка одноступенчатая, но оснащена с помощью двух одинаковых по размеру цилиндров. В двухцилиндровых поршневых устройствах цилиндры работают в противофазе, что позволяет осуществлять всасывание воздуха поочередно. После этого воздух поддается еще большему сжатию (до максимального давления), а затем попадает в нагнетающую часть устройства при помощи вытеснения.
В тоже время двухцилиндровые установки двухступенчатого типа отличаются наличием цилиндров различного размера. Цилиндр первой ступени отвечает за сжатие воздуха до определенного уровня, после чего он поступает в межступенчатый охладитель для нужного охлаждения. Как только воздух охлажден в межступенчатом охладителе он транспортируется в цилиндр второй степени, где подвергается дальнейшему сжатию с целью получения максимально высокого уровня давления.
Что касается межступенчатого устройства, предназначенного для охлаждения воздуха после сжатия в цилиндре первой ступени, то в его качестве может применяться трубка из меди: именно медь позволяет максимально быстро и качественно охладить воздух под давлением. Процесс охлаждения подаваемого воздуха очень важен, поскольку он оптимизирует тем самым процесс сжатия, существенно повышая КПД для всего оборудования. В данном случае значительную роль играют размеры используемых цилиндров: этот показатель отвечает за одинаковую работу по сжатию воздуха на всех ступенях.
Сравнение поршневых компрессоров и их главные преимущества
По сравнению с одноступенчатыми установками, поршневые компрессоры с двухступенчатыми цилиндрами позволяют повысить эффективность результатов работы оборудования на промышленных предприятиях и производствах.
Главным преимуществом таких устройств оказывается минимальное количество энергии, которое необходимо для получения максимально эффективного функционирования двигателя (в тоже время в случае с одноступенчатым устройством нужно значительно больше энергии). Не менее важным достоинством оказывается и температурный режим: двухступенчатые устройства требуют более низкого температурного показателя, чем компрессоры одноступенчатого вида: таким образом гарантируется надежность работы оборудования. Особое внимание стоит уделить производительности: у двухступенчатых установках она на 20% выше по сравнению со всеми другими видами.
Поршневое оборудование отличается безопасностью использования и простотой конструкции, которая отлично сочетается с высокой эффективностью, практичностью и долгим сроком службы даже в условиях интенсивной эксплуатации.
Для сревнения с винтовыми компрессорами.
www.vsecompressory.ru
3.1. Характеристики поршневых компрессоров | Промышленные холодильные установки
В настоящее время на холодильных установках находят применение компрессоры поршневые (прямоточные и непрямоточные), ротационные, винтовые компрессоры. Преимущественно используются поршневые бескрейцкопфные непрямоточные компрессоры. Развивается производство винтовых компрессорных агрегатов.
Бескрейцкопфные поршневые компрессоры выпускаются согласно ГОСТ 6492—76 и ОСТ 26.03-943—77.Устройство поршневых компрессоров и обозначения. Ряд компрессоров, изготовленных по ГОСТ 6492—76, приведен в табл. 16, условные обозначения, входящие в марку компрессора, следующие: цифра перед буквенным обозначением указывает модификацию компрессора; Ф — хладоновый, А — аммиачный, Г — горизонтальное расположение цилиндров, В — вертикальное расположение цилиндров, У — V-об-разное расположение цилиндров, УУ — W-образное расположение цилиндров, БС — бессальниковый, цифра после буквенного обозначения указывает производительность компрессора в тысячах ккал/ч (по старой системе).
Ряд компрессоров, изготовленных по ОСТ 26.03-943—77, приведен в табл. 17. Условные обозначения, входящие в марку компрессора, следующие: П — поршневой сальниковый, ПБ — поршневой бессальниковый, ПГ — поршневой герметичный.
Цифры после буквенного обозначения указывают производительность компрессора. Цифра через дефис указывает условное обозначение применяемого хладагента:
Последняя цифра в марке компрессора указывает температурный диапазон работы компрессора, а также наличие или отсутствие регулирования производительности:
Таким образом, марка компрессора П110-7-3 обозначает поршневой сальниковый компрессор с номинальной холодопроизводительностью 110 ккал/ч (134 кВт), предназначенный для работы на аммиаке, имеющий устройство для регулирования производительности, среднетемпературный.
x-world5.com
