Устройство поршневых компрессоров

Поршневые компрессоры – это устройства для подачи сжатого воздуха к пневмоинструменту. Они широко используются в различных сферах производства, начиная от небольших автосервисов и заканчивая мощным промышленными холдингами. Простые и эффективные машины, недорогие в производстве и обслуживании до сих пор стоят на вооружении многих предприятий. Надежность устройства поршневых компрессоров доказана почти вековой эксплуатацией в сложных климатических условиях.

Чем они отличаются от винтовых компрессоров? Принцип действия и конструкция таких моделей разные. Сжатие воздуха в поршневых установках происходит за счет действия возвратно-поступательного движения цилиндропоршневой группы. В винтовых этим занимается винтовая пара, которая вращаясь создает разряжение на входе и наращивает давление на выходе. Однако несмотря на все видимые преимущества винтовых машин поршневые широко распространены ввиду их простоты и хорошей ремонтопригодности. 

Поршневые компрессоры подразделяются на: 

• Одноступенчатые.
• Двухступенчатые.
• Масляные.
• Безмасляные.
• Высокого давления.

Технические характеристики и устройство компрессора 

Независимо от типа, устройство поршневых компрессоров почти идентично. В процессе сжатия участвуют несколько элементов: привод, блок цилиндров, поршень, коленчатый вал, клапанный механизм и ресивер. Цилиндры отливаются из чугуна или дюралюминиевого сплава. В компрессорах с водяным охлаждением предусмотрены внутренние полости для охлаждающей жидкости. На алюминиевом поршне имеются канавки для компрессионных колец. Последние изготавливаются из упругой углеродистой стали и служат для уплотнения зазоров между стенками цилиндров и поршней. 

Схема работы поршневого компрессора:

При повороте коленчатый вал с силой толкает поршень, который с силой сжимает воздух в цилиндре. После наращивания давления открывается нагнетающий клапан, и сжатый воздух выходит через патрубок в пневмомагистраль. Двигаясь в обратном направлении, поршень создает разряжение в цилиндре и открывает впускной клапан. Циклы повторяются один за другим, поэтому давление в системе нестабильно. Для сглаживания пульсаций к поршневой компрессорной установке подключается ресивер.

Коленчатый вал таких устройств приводится в движение электродвигателем, реже бензиновым или дизельным. Различают два типа привода: ременный и прямой. В ременном для передачи крутящего момента используют шкивы и клиновидные ремни. В маломощных компрессорах устанавливается один такой ремень, а мощные установки оснащаются много ременной передачей. В прямом приводе двигатель с компрессором находятся на одном уровне и соединяются муфтой.

В простых компрессорах вся работа происходит за два такта и воздух сжимается в цилиндре над поршнем. Это не очень эффективно и несет большие затраты на энергоносители. Агрегаты двойного действия имеют больше преимуществ, так как полезная работа совершается за один такт. В сжатии задействованы обе полости: над поршнем и в картере. Компрессоры за счет ступени двойного действия немного сложнее в изготовлении: в конструкцию добавлены лишние впускные и выпускные клапана.  

Одноступенчатые компрессоры

Системы, которые используют набор давления за один прием называют одноступенчатыми. Это могут быть одно и многоцилиндровые устройства, возвратно-поступательное движение в которых происходит в противофазе. Воздух в цилиндры поступает поочередно, в результате чего достигается максимальное давление. Одной из особенностей таких агрегатов является то, что их производительность не может увеличиваться бесконечно – это особенность конструкции. Попытки увеличить этот показатель за счет увеличения массы и размеров всех узлов ведут к высоким затратам на изготовление и эксплуатацию. Максимальное давление одноступенчатых компрессоров не превышает 10 бар, поэтому они применяются на небольших предприятиях и в быту.

Многоступенчатые компрессоры

Для того чтобы безболезненно повысить производительность и мощность используют компрессоры многоступенчатого сжатия. Их устройство и принцип действия несколько отличается от одноступенчатых. Такое оборудование имеет два цилиндра низкого и высокого давления. Воздух, сжимаясь в первом, поступает в промежуточную камеру, где охлаждается до определенной температуры. В цилиндре второй ступени происходит дожатие до порогового значения. Охладителем служит медная трубка, такое действие позволяет оптимизировать процесс сжатия и повысить КПД установки. Двухступенчатые поршневые компрессоры более эффективны, хотя бы потому, что затрачивают меньше энергии при одинаковых значениях мощности двигателей. Низкий нагрев двухступенчатых установок повышает надежность и ресурс всего оборудования.

Безмасляные компрессоры

Эти поршневые компрессорные установки работают без смазки. Масло может значительно увеличить срок службы агрегата, но у него есть один большой минус. Не все пневмоинструменты могут контактировать со смазывающими материалами, какими бы чистыми они ни были. Например, обычные краскопульты, которые используются для покраски мебели, автомобилей и других поверхностей. Масло попадая в краску может нанести непоправимый ущерб покрытию. Среди несомненных плюсов таких агрегатов – это чистота воздуха, низкий уровень вибрации и шума, высокий КПД. Для уменьшения трения и увеличения производительности в таких механизмах применяются специальные композитные материалы. Они значительно снижают трение и уменьшают износ поршневой группы.

Маслонаполненные компрессоры

Поршневые масляные компрессоры – это основной тип машин сжатого воздуха для работ, не требующих идеальной чистоты. Применяются практически везде: в шиномонтажных мастерских, автосервисах, для привода строительного оборудования. Благодаря смазке, компрессоры имеют длительный срок службы, так как масляная пленка заметно уменьшает трение движущихся частей. Кроме этого, масло способствует охлаждению установки, продлевая срок ее эксплуатации. Основной недостаток таких машин – заправка специальными компрессорными маслами. Обычные автомобильные не подойдут: другая текучесть и степень воспламенения. При замене желательно использовать смазывающую жидкость рекомендованную заводом изготовителем.

Компрессоры высокого давления 

В некоторых случаях необходимо увеличить давление на определенных участках пневмосети, ведущей к потребителю. Для этого применяются компрессоры высокого давления. Это установки со множеством ступеней сжатия в компрессорной головке. Данные системы оснащаются мощной системой охлаждения, цилиндрами и поршнями из композитных материалов с тефлоновым напылением. Множественное чередование стадий охлаждения газа или воздуха, хорошая защита, износостойкость комплектующих – важные условия правильной и длительной работы системы.

Принцип работы состоит в нескольких ступенях сжатия. После первой ступни и охлаждения, воздух попадает во вторую и так далее по цепочке. После каждого цикла воздух проходит через специальные фильтры, где из него удаляется конденсат. Это продлевает жизнь дорогостоящей установки и позволяет экономить на запасных частях. Такие мощные машины для сжатия применяются на производствах, где давление воздуха или газа достигает 70 МПа. В основном предприятия по производству ПЭТ-посуды, строительная сфера, заправка баллонов сжатым газом.

Преимущества поршневых компрессоров заключается и в разнообразии видов. Подбор устройства определяется исходя из вида деятельности, характеристик сжатого воздуха, способа установки и т.д. К примеру, маломощные одноцилиндровые агрегаты применяются исключительно в бытовых целях, а многоцилиндровые высокопроизводительные для закрытия потребностей в сжатом воздухе больших промышленных предприятий.

Установки с вертикальным и угловым расположением имеют свои преимущества. Такие агрегаты занимают немного места и подходят для установки в помещениях с ограниченным пространством. Горизонтальные и оппозитные компрессоры имеют сниженную вибрацию и легко модернизируются до установок высокого давления с большим количеством цилиндров в одном ряду.