Устройство компрессоров высокого давления

Компрессоры высокого давления – это установки для сжатия воздуха с давлением выше 10 мПа (30 атмосфер). Главное отличие от компрессоров низкого и среднего давления в применении метода многоступенчатого сжатия. Такой процесс дублируется многократно, в зависимости от требуемых параметров. Устройство компрессора высокого давления и принцип работы рассмотрим в этой статье. 

Самые популярные и востребованные машины высокого давления – это винтовые, поршневые, ротационные и роторные. Устройство и принцип работы разных моделей сильно отличается и зависят от конструкций агрегатов и их назначения. Рассмотрим несколько видов компрессорной техники, их конструкцию, основные отличия, принцип действия и применение. 

Компрессоры подразделяются на: 

• Поршневые установки
• Одинарные
• Двойного действия
• Многоступенчатые
• Винтовые агрегаты
• Роторные машины
• Ротационные компрессоры

Поршневые компрессоры высокого давления

Компрессоры поршневого типа – это самые востребованные устройства объемного сжатия в промышленности. Они пользуются большой популярностью за простую конструкцию, хорошую ремонтопригодность, низкие затраты на приобретение.

Устройство компрессоров поршневого типа

Поршневой компрессор состоит из цилиндра, поршня с кольцами, водяной рубашки, шатуна, коленчатого вала, картера, клапанов, всасывающих и нагнетательных патрубков, системы охлаждения и ресивера. Массивный корпус и цилиндр отливается из чугуна или дюралюминиевого сплава. Алюминиевый поршень несет на себе компрессионные кольца, которые изготавливаются из углеродистой стали с тефлоновым напылением. Такой состав препятствует разрушению поршневых колец при сильном нагреве, который неизбежен из-за сильного трения деталей кривошипно-шатунного механизма.

Схема поршневого компрессора:

Принцип работы поршневого компрессора

В результате возвратно-поступательного действия поршня в цилиндре происходит сжатие воздушных масс. При достижении избыточного давления открывается нагнетательный клапан, и воздух закачивается в ресивер. При обратном движении воздух из атмосферы через впускной клапан устремляется в полость компрессора. Весь процесс протекает с большим выделением тепла. Поэтому для компрессоров высокого давления предусмотрена системы охлаждения.

Одноступенчатые компрессоры

Вся полезная работа компрессоров одноступенчатого или простого действия происходит только в одной зоне – в полости над поршнем. Такие агрегаты менее эффективны, так как одно сжатие происходит за два цикла работы установки. Это создает сильные пульсации воздуха на выходе компрессора и усиливает вибрацию корпуса.

Компрессоры двойного действия работают немного иначе. В процессе сжатия задействованы две полости: над поршнем в цилиндре и в картере. Конструктивной особенностью таких машин является наличие двух пар всасывающих и нагнетательных клапанов. Для увеличения производительности одноступенчатые компрессоры простого и двойного действия снабжаются несколькими цилиндрами.

Многоступенчатые установки

Устройство многоступенчатых компрессоров высокого давления немного сложнее, чем одноступенчатых. В процессе сжатия таких установок задействованы вспомогательные цилиндры и промежуточные охладители. Сжатый воздух из цилиндра низкого давления охлаждается в холодильнике и поступает в цилиндр высокого давления, где дожимается до необходимых параметров. Такой процесс гораздо эффективнее: снижается давления газа на промежуточном этапе, уменьшается нагрузка на привод, компрессор работает на более низких оборотах.

Установки с горизонтальным расположением цилиндров по обе стороны коленчатого вала называют оппозитными. Такие модели обладают меньшей вибрацией, легко модернизируются до установок высокого давления с нужным количеством цилиндров в одном ряду. Многоступенчатые установки высокого давления нередко используются как промежуточные агрегаты для дожатия газа в разветвленных пневмосистемах. Такой подход направлен на стабилизацию давления в воздухопроводах с большим количеством подключаемых потребителей.

Винтовые компрессоры высокого давления

Такие установки используются как бустерные компрессоры и являются полноценными модулями второй и последующих ступеней сжатия воздуха. Бустерные модели не комплектуются ресиверами, их мощности хватает поддерживать стабильное давление в системе до 200 бар. Это очень эффективное и экономичное решение, чем установка и содержание нескольких компрессоров и систем трубопроводов.

Устройство

Компрессоры высокого давления винтового типа состоят из: 

• Корпуса винтового блока.
• Винтовых роторов.
• Клапана распределительного.
• Масляного сепаратора.
• Масляного фильтра.
• Предохранительного клапана.
• Термореле.
• Клапана минимального давления.
• Электронного блока управления.

Корпус блока отлит из серого чугуна или стали. Полость корпуса тщательно обработана на высокоточном оборудовании с целью минимизации зазоров и утечки воздуха. Внутри располагается винтовая пара, которая служит основным элементом сжатия. Роторы вращаются на подшипниках навстречу друг другу и имеют разное сечение. Один из них «ведущий», а другой – «ведомый». Ведущий ротор через систему ременного или прямого привода соединяется с приводом: электрической машиной или дизельным ДВС. 

Распределительный клапан, он же впускной клапан, управляет производительностью, контролируя количество воздуха в компрессоре. С помощью соленоида он управляет потоком поступающего воздуха и стабилизирует давление газа в бесступенчатой системе. Функция клапана минимального давления – создать необходимое давление во время запуска машины, что помогает смазочному процессу начать работу раньше других систем, предотвращая «сухой» пуск.

В систему смазки маслозаполненных компрессоров входит сепаратор и масляный фильтр. Маслоотделитель, он же сепаратор, служит для отделения масла от воздушно-масляной смеси. Отделенное масло проходит через масляный фильтр и охладитель. Затем вся масса разделяется на две части, одна из которых попадает внутрь полости компрессора, охлаждая сжатый воздух и уплотняя зазоры винтовой пары. Другая часть смазывает подшипники роторов.    

Предохранительный клапан служит для сброса избыточного давления. Это необходимо для обеспечения безопасности. При неисправности регулятора может возникнуть неконтролируемый рост давления. Если превышение значения составит более 5%, то срабатывает предохранительный клапан, стравливая лишнее давление в атмосферу. Минимальный порог срабатывания нельзя отрегулировать, его значение устанавливается на заводе во время испытания компрессора. При срабатывании клапана необходимо обесточить машину и вызвать мастера сервиса. 

Электронный блок управления – это система, которая непрерывно следит за давлением масла, давлением газа на входе, выходе и другими важными параметрами. Управляет процессами электронный контроллер, руководящий всеми процессами работы: пуском и остановкой, переключением режимов, включением сигналов при аварийных ситуациях. Автоматическая защита непрерывно опрашивает многочисленные датчики и отключает оборудование при избыточном давлении, скачках напряжения, коротких замыканиях или других неисправностях.

Масляные и безмасляные компрессоры

Все установки высокого давления делятся по типу смазки и бывают маслозаполненного или безмасляного типа. Масляные компрессоры – это поршневые и винтовые агрегаты, в полости которых непрерывно циркулирует компрессорное масло. Состав такой жидкости отличается от обычных автомобильных масел и имеет такие отличия, как: плохую испаряемость, низкое вспенивание, закоксовывание и самовоспламенение. По типу основы масла делятся на минеральные, полусинтетические и синтетические. Компрессоры масляного типа применяются для производств, где присутствие примесей масла в сжатом воздухе не вредит инструменту или производственному процессу. Их успешно используют в горнодобывающей промышленности, в металлургии, на дорожных и строительных работах и других сферах.

Безмасляные компрессоры применяются для предприятий с повышенными требованиями к чистоте воздуха. Они используются в пищевых, химических, фармакологических, медицинских и других отраслях, производственные процессы которых не допускают посторонних примесей в сжатом воздуха. Некоторые модели винтовых компрессоров используют вместо масел воду, которая помогает снизить температуру трущихся деталей. При изготовлении поршневых и винтовых блоков такого оборудования применяются специальные тугоплавкие материалы и антифрикционное покрытие, снижающие трение рабочих деталей.

Производители компрессоров высокого давления

В настоящее время на рынках присутствует немало торговых марок и брендов, выпускающих высокоэффективные линейки компрессорной техники высокого давления.

Среди них выделяются: 

• Alup
• Бежецкий завод
• Abac
• ЗИФ (Арсенал)
• Comaro
• Atmos
• Ekomak
• Berg
• Mark
• Doosan

 Alup

Бывают случаи, что обычного давления в воздушной системе бывает недостаточно для привода многочисленных пневмоинструментов. И тогда на помощь приходят дожимные установки, которые встраиваются в пневмосистему, и повышают давление на необходимых участках. Модели компрессоров Alup эффективны для областей, занимающихся выдувкой полиэтиленовой тары, лазерной резкой металлов, абразивной резкой, испытаний под давлением и т.д. Дожимные компрессоры подключаются к сети низкого давления и увеличивают давления газа до необходимых параметров.

Бежецкий завод

Поршневые компрессоры высокого давления Бежецкого завода широко применяются на производствах для наполнения баллонов сжатым воздухом и используются спасательными службами или аквалангистами. Кроме этого, они успешно трудятся на авиационных, судостроительных заводах и в нефтегазовой отрасли. Агрегаты изготавливаются на базе двухцилиндровой головки двухступенчатого сжатия, которая отличается высокой надежностью и длительным ресурсом.

Abac

В компрессорах высокого давления Abac воздух дважды сжимается в двухступенчатой головке. Для увеличения надежности применяются клапана из специальной износостойкой нержавеющей стали, что дает гарантию их работы в течение всего периода эксплуатации. Увеличенный масляный картер и эффективная система охлаждения позволяют увеличить ресурс установки благодаря эффективному отводу тепла от цилиндропоршневой группы.

ЗИФ (Арсенал)

Российское предприятие ЗИФ (Арсенал) представляет свои высокобарные передвижные установки с дизельными или электрическими двигателями. Продукция ЗИФ пользуется большой популярностью в России за свою надежность, качество и высокую производительность. Передвижные компрессоры высокого давления используются на открытых площадках строительных организаций, дорожных работах и буровых месторождениях при разработке полезных ископаемых.

Comaro

Уникальные компрессорные станции высокого давления представляет торговая марка Comaro. Модели, выдающие до 400 атмосфер, широко используются в магистральном строительстве трубопроводов для опрессовки, а также активно применяются службами МЧС в паре с осушителями воздуха для заправки сжатым воздухом спасательных баллонов. Передвижные станции с дизельным двигателем на автомобильной платформе перемещаются к месту работ с помощью наземной техники.

Atmos

Высокобарные винтовые компрессоры Atmos оснащены передовой системой автоматизации, которая поддерживает заданные режимы работы без участия оператора. Меньший коэффициент трения по сравнению с поршневыми установками значительно повышают КПД компрессора и увеличивают ресурс агрегата. Оборудование имеет небольшие габариты, невысокий уровень шума, низкие вибрации и не требует наличия специального фундамента.

Ekomak

Агрегаты Ekomak можно назвать лучшими компрессорами высокого давления, поставляемыми на российский рынок. В соотношении цена качество продукция компании успешно конкурирует с гигантами мировых масштабов. Современные разработки и внедрение новых систем позволяют увеличить производительность и снижают общую стоимость компрессорного оборудования и комплектующих. Винтовые компрессоры высокого давления успешно применяются во всех отраслях промышленности.

Berg

Особенность агрегатов Berg в высокой энергоэффективности, широком выборе диапазонов давления, низком уровне шума и экологической безопасности. Контроллеры управления обеспечивают длительную, стабильную и надежную работу во всех режимах. Есть возможность установки преобразователя частоты, который контролирует эффективность работы установки и помогает сэкономить до 30% электроэнергии.

Mark

Итальянские компрессоры высокого давления Mark пользуются большим спросом и у российских компаний. Качественное и надежное устройство используется в разных областях промышленности, в металлургии, медицине, перерабатывающих и химических производствах, сельском хозяйстве и строительстве. Компрессоры Mark – это простая процедура подключения и запуска, логичный и понятный контроллер, компактность, удобное обслуживание, надежность всех узлов, долговечный механизм натяжения ремня, выгодная цена.

Doosan

Оборудование компании Doosan – это передвижные многоцелевые компрессоры высокого давления, которые пользуются большой популярностью у строительных и дорожных организаций нашей страны. Передвижной компрессор – это эффективное устройство для привода пневматических инструментов, таких как: отбойные молотки, трамбовщики, гайковерты и шуруповерты, которые применяются на открытых строительных площадках.