Как работает компрессор: теоретический процесс.

Новый этап развития в строительстве и производственной сфере переживает компрессорное оборудование. Современная генерация агрегатов данного типа характеризуется высокой мощностью, большими объемами подачи сжатого воздуха и долговечностью. Также наблюдается и процесс активного внедрения компрессоров в бытовую сферу. Рядовому домашнему пользователю сжатый воздух может помочь в работе с краскопультом и строительным инструментом, требуя минимальных усилий. В то же время компрессор бытовой имеет небольшие размеры и не требует особого внимания в процессе технического обслуживания. Но в любом случае для правильного выбора такого помощника необходимо подробнее разобраться с его устройством и рабочими параметрами.

Что такое компрессор?

Под компрессорными установками понимается широкий спектр агрегатов, нагнетающих сжатый воздух. В некотором смысле это генераторы воздушных потоков, которые используются как усилие для выполнения определенных рабочих действий. К примеру, сжатый воздух является рабочей средой для пневматических строительных инструментов. Станция направляет его к оборудованию, в результате чего выполняется конечная функция. В техническом отношении компрессор - это сложная машина, построенная на механической рабочей группе. В процессе работы оператор должен учитывать параметры состояния установки, в некоторых случаях регулируя давление подачи воздуха. Также существуют модели, которые в постоянном режиме работают без участия пользователя - ими управляет автоматика. Обычно это производственные компрессоры, которые входят в конвейерные линии обработки разных материалов.

Конструкция агрегата

Устройство компрессоров определяется типом конструкции. Наиболее распространены поршневые воздушные модели. Они могут быть масляными и безмасляными. В обоих случаях непосредственную выработку сжатого воздуха обеспечивает поршень за счет возвратно-поступательных движений. Но и сама поршневая группа нуждается в энергетической поддержке. Функцию привода могут выполнять двигатели разных типов. В частности, компрессор электрический работает на электромоторе. Такие станции выгодны своей бесшумностью, но они же зависимы от сети, что не всегда допустимо при организации рабочего процесса. Существуют и другие варианты энергоснабжения, которые будут рассмотрены отдельно. В обязательный состав практически всех компрессоров входит и емкость с воздухом. Это ресивер, от объема которого напрямую зависит производительность компрессорной установки.

Принцип работы

В поршневых агрегатах работа осуществляется за счет возвратно-поступательного действия в цилиндре. В целях обеспечения максимального эффекта компрессии небольшой промежуток от наружной поверхности поршня до внутренней стены цилиндра уплотняют демпфирующими кольцами. Циркуляция принимаемых и выпускаемых воздушных масс происходит в цилиндре между клапанами. Действие поршня реализуется за счет работы шатуна, работающего от кривошипного механизма, который активизируется двигателем. Но также распространен и винтовой компрессор. Устройство и принцип работы данного агрегата можно описать через группу валов, которые вращаются друг другу навстречу. Получается эффект динамической машины. На разных этапах рабочего цикла нарезы и кромки валов могут формировать замкнутое или открытое пространство, управляя, таким образом, потоками воздуха. В обоих механизмах могут использоваться средства для смазки - это касается масляных моделей. Техническая жидкость обволакивает механические элементы, оберегая их от разрушающего воздействия трения. Для винтовых и для поршневых механизмов применяются разные типы масел, в основном отличающиеся тепловой стойкостью.

Характеристики компрессоров

В выборе опытные пользователи компрессорного оборудования учитывают такие параметры, как давление, мощность с производительностью и объем ресивера. Давление в данном случае измеряется в Барах - единица, которая соответствует одному атмосферу. Обычно компрессоры располагают давлением на уровне 10 Бар и это довольно существенная величина, поэтому важно учитывать, что этот же параметр у обслуживаемого инструмента должен быть ниже. Мощность определяет, насколько интенсивным будет вращение тех же винтов, роторов или поршня - соответственно, обусловит и уровень производительности. Силовой потенциал в среднем составляет 1,5-2 кВт. При таких значениях производительность соответствует примерно 150-200 л/мин. Максимально современный компрессорный агрегат способен обеспечивать порядка 500 л/мин. В случае с мощностью, и в расчетах производительности должен быть остаток в 15-20% на случай перегрузок. Емкость ресивера может составлять и 10-20 л в случае с бытовым компрессором, и 500-700 л, если речь идет о промышленном агрегате.

Разновидности поршневых моделей

Принципиальным отличием между разными поршневыми моделями можно назвать потребность в смазке. Масляный компрессор - это агрегат, который требует регулярного и обильного снабжения техническими жидкостями, минимизирующими эффект трения. Своего рода антифрикционная добавка, увеличивающая срок службы элементов.

Безмасляные модели выигрывают за счет небольших размеров и возможности подачи чистого воздуха. Но нельзя сказать, что механизмы таких компрессоров полностью избавляются от смазки. Она присутствует, но распространяется по другим каналам, не контактируя с ресивером, в котором циркулирует воздух. Более того, снабжение маслом обеспечивается в автоматическом режиме специальными раздатчиками. И масляные, и безмасляные виды компрессоров находят свое место в разных сферах. Для понимания практической разницы между двумя устройствами можно сказать, что первые лучше работают в условиях интенсивного производства, а вторые скорее годятся для обслуживания малогабаритного пневматического инструмента.

Разновидности приводных систем

Тип привода в данном случае - это разновидность двигателя, благодаря которому механическая начинка выполняет свою функцию генерации воздуха. Уже говорилось, что существует электрический компрессор, который выигрывает у конкурентных моделей за счет тихой работы, но его подключение к сети накладывает определенные ограничения. К плюсам таких агрегатов относят также экологическую чистоту и скромные размеры.

Если же требуется высокая производительность, то отдавать предпочтение стоит компрессорам на жидком топливе. Как правило, это наиболее мощные генераторы сжатого воздуха, которые можно использовать на производствах. Промышленные виды компрессоров практически все формируются бензиновыми и дизельными станциями. Но, важно не забывать, что наличие традиционных ДВС увеличивает габариты компрессора и повышает ответственность техобслуживания.

Расходные материалы и аксессуары

В процессе своей работы компрессор взаимодействует с пневматическим оборудованием посредством специальных каналов, передающих сжатый воздух. Простейший бытовой компрессор комплектуется адаптерами, переходниками и фитингами, которые позволяют организовать соединение и с небольшим краскопультом, и с массивной распылительной установкой.

Также в качестве обязательного компонента выступает измерительный прибор - манометр. Он может быть стрелочным, электронным или автоматическим, и его присутствие как таковое крайне рекомендуется специалистами. Также следует не забывать, что компрессор - это машина, работающая при высоком давлении и напряжении. Причем некоторые модели вместе с воздушной струей могут распылять и абразивные частицы. Поэтому работать с такими установками желательно в специальной экипировке с очками и рукавицами.

Производители компрессоров

Крупнейшие изготовители промышленного оборудования выпускают компрессоры разных видов. Среди лидеров сегмента можно назвать Fubag, Abac, Metabo и Fini. Это передовики сегмента, предлагающие, кроме повышенных рабочих характеристик, также и эффективные защитные системы с эргономическими достоинствами конструкции. Именно фирмы Abac и Fubag предлагают высокомощный 500-литровый компрессор. Промышленный агрегат данного производства, по словам пользователей, приятно удивляет не только эксплуатационными возможностями, но и современным технологичным управлением.

Сферы применения

Простейшие задачи, которые выполняют воздушные компрессоры, охватывают весь спектр функций пневматического инструмента. Шлифмашины, гайковерты, долото, пескоструйные аппараты функционально обеспечивает компрессор. Это универсальный источник сжатого воздуха для малогабаритной пневматики как минимум.

Если говорить о более серьезных задачах, то к ним можно отнести накачку надувных изделий, покрасочные работы, а также абразивную зачистку. Опять же, за счет сжатого воздуха можно формировать довольно активную струю, способную на высокой скорости доставлять инородные частицы. Этой возможностью можно объяснить производственное назначение компрессора, благодаря которому обслуживаются станочные механизмы, распыляющие песок.

Заключение

Принцип работы компрессорного оборудования давно применяется в самых разных сферах. На данном же этапе развития в погоне за потребителем производители стремятся пересматривать и конструкции, и технико-эксплуатационные возможности таких агрегатов. В итоге появляется компрессор промышленный, в перечень задач которого входит обеспечение сложных операций гидроабразивной резки. Это мощные дизельные установки, которые внешне напоминают небольшие электростанции. С другой стороны, не теряет актуальности и малогабаритный компрессор, точечно обслуживающий малогабаритные инструменты - такие модели добавляют в функциональности, эргономике и степени автономности.

Компрессор - устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Степень повышения давления в компрессоре более 3. Для подачи воздуха с повышением его давления менее чем в 2-3 раза применяют воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. cm.) вентиляторы. Компрессор впервые стали применяться в России с начала 20 в.

Если взять компрессор, привод и дополнительное оборудование, то получится компрессорная установка.

Компрессорная установка в свою очередь - это совокупность компрессора, привода и вспомогательного оборудования, например: газоохладителя или осушителя сжатого воздуха.

В промышленности компрессоры начали применять в середине 19 века, произошло это в Европе, в России же, компрессоры начали применять позже - в начале 20 века.

Область применения компрессорной техники - технологические процессы химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, металлургической, пищевой промышленности и ряде других отраслей.

Компрессоры могут эксплуатироваться в составе стационарных или передвижных машин или установок. Соответственно этому различают стационарные, передвижные, переносные, прицепные, самоходные, транспортные (авиационные, автомобильные, судовые, железнодорожные) компрессоры.

Виды компрессоров

По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры:

Поршневые

Ротационные

Центробежные

• Струйные

  Мембранные

Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.

Ротационные компрессоры имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры, имеющие ротор с пазами, в которые свободно входят пластины.

Принципы действия ротационного и поршневого компрессоров в основном аналогичны и отличаются лишь тем, что в поршневом все процессы происходят в одном и том же месте (рабочем цилиндре), но в разное время (из-за чего и потребовалось предусмотреть клапаны), а в ротационном компрессоре всасывание и нагнетание осуществляются одновременно, но в различных местах, разделенных пластинами ротора.

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ступенчатый компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость.

Осевой компрессор имеет ротор, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Осевые компрессоры применяют в составе азотурбинных установок.

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых компрессоров оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессор обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

Основным узлом мембранного компрессора является мембранный блок, в котором происходит сжатие газа. Мембранный блок выполняет роль цилиндра в компрессоре. При работе компрессора мембраны блоков полностью изолируют сжимаемый газ от рабочей жидкости, чем обеспечивается сохранение высокого качества газа, что является большим преимуществом мембранных компрессоров над поршневыми. Агрегаты предназначены для сжатия различных сухих газов, кроме кислорода, без загрязнения их маслом и продуктами износа трущихся частей. Могут использоваться в производствах и научных исследованиях, где к чистоте перекачиваемого газа и герметичности компрессора предъявляются жесткие требования. В случае прорыва мембран срабатывает автоматическая защита.

Основные типы компрессоров, их параметры и области применения показаны в таблице

Типы компрессоров и их характеристика

По применению можно выделить:

автомобильные компрессоры - да, ими накачивают шины или камеры;

бытовые компрессоры - аквариумные, для аэрографии или холодильника;

промышленные компрессоры;

и медицинские компрессоры.

Компрессоры. Типы

Самые простые - это безмасляные компрессоры . Такое название они получили вследствие того, что благодаря применению специальных материалов и узлов (в том числе и необслуживаемых подшипников) удалось упростить конструкцию за счет отсутствия системы смазки. Это решение позволяет не только удешевить само оборудование, но и свести к минимуму его обслуживание, снизить требования к правильному размещению (такой агрегат может работать в наклонном положении или даже на боку), а также получить на выходе воздух без малейшей примеси масла (этим грешат его «старшие братья»).

С другой стороны, при отсутствии смазки, естественно, снижается ресурс контактирующих деталей, к тому же не стоит надеяться на высокую производительность, поскольку большие нагрузки приведут к еще более быстрому выходу из строя компрессионной головки. Кроме того, такие устройства работают в интенсивном тепловом режиме, поскольку сжатие воздуха сопровождается солидным тепловыделением, поэтому они не приспособлены к продолжительной эксплуатации. Тем не менее за счет невысокой стоимости (от $150 до $350) и сравнительно малых размеров такие компрессоры широко используются на тех предприятиях, потребности которых в сжатом воздухе невелики, как, впрочем, и объемы работ. Самые производительные устройства этой серии способны «выдать» не более 240 л/мин.

Самые маленькие и недорогие - необслуживаемые безмасляные компрессоры

Реальной альтернативой необслуживаемым стали масляные компрессоры с прямой передачей . В них предусмотрена полноценная система смазки, а вращение от привода к компрессионной головке передается напрямую, поскольку они связаны единым валом. Такая простота решения не позволяет в полной мере решить проблему теплоотвода, поскольку одной крыльчатке приходится охлаждать два агрегата. Отчасти решить проблему удается использованием алюминиевых ребристых корпусов. Такие компрессорыкомплектуются небольшими ресиверами объемом от 20 до 50 литров, их производительность редко превышает 200- 250 л/мин, а стоимость примерно та же, что у агрегатов предыдущей конструкции.

Компрессоры с прямой передачей не рассчитаны на продолжительную работу.

Если же мощности такого «малыша» не хватает, стоит присмотреться к компрессорам другой конструкции - с клиноременной передачей . Как следует из их названия, связь между двигателем и компрессионной головкой в этом случае осуществляется с помощью ременной передачи. Благодаря наличию двух валов (на каждый из них устанавливается крыльчатка) проще организовать охлаждение таких агрегатов, а следовательно, возможна более длительная непрерывная эксплуатация. В основном, с помощью таких компрессоров на «СТО» делают кузовной ремонт двери или капота, в общем красят)). Применение полноценной системы смазки на ременных компрессорах позволяет получить более высокие выходные характеристики компрессора и увеличить объем ресивера. Конечно, столь существенное усложнение конструкции не может не повлечь за собой ее удорожание.

Средний компрессор с клиноременной передачей обойдется в $450-1000. Однако, несмотря на более высокую стоимость и возросшие по сравнению с предыдущим вариантом габариты, именно такие устройства рекомендует владельцам небольших сервисных станций большинство профессиональных продавцов подобной техники. Если наблюдается явный дефицит производственных площадей на СТО, возможно, следует отдать предпочтение моделям с вертикально расположенным ресивером, который при тех же выходных параметрах занимает меньше места. Ременной компрессор - оптимальный вариант для большинства автосервисов.

Так устроены наиболее популярные у «сервисменов» компрессоры . Есть и другие, позволяющие получить еще более высокие характеристики.

Винтовые компрессоры отличаются надежностью и большим ресурсом работы при гораздо более низком уровне шума и вибрации, но их высокая стоимость часто делает подобное приобретение невыгодным. Тем не менее находятся покупатели и для такой техники: ее используют на крупных станциях техобслуживания с разветвленной сетью пневмомагистралей. Повышения производительности иногда добиваются и усовершенствованием обычных компрессоров с клиноременной передачей. В частности, это достигается за счет размещения двух компрессионных головок, нагнетающих воздух в один ресивер. Первая из них выполняет функцию основной, вторая подключается в том случае, если ее «коллега» не справляется со своими обязанностями.

Существуют специальные шумозащитные исполнения. Их применяют в тех случаях, когда компрессор размещается непосредственно в рабочем цеху (обычно он «живет» в специальном отдельном помещении). Правда, защитные кожухи создают дополнительные проблемы с теплоотводом, поэтому такие компрессоры не рекомендуется использовать при высокой температуре окружающей среды.

Винтовые компрессоры обладают хорошими характеристиками, но они по карману только крупным предприятиям.

Воздушный компрессор представляет собой установку, действие которой основано на сжатии воздуха и подачи его под определенным давлением в пневматическое оборудование. Выбирая компрессорное оборудование для выполнения различных видов работ, необходимо учитывать устройство компрессора, его конструктивные особенности, а также технические и рабочие характеристики установки.

Конструктивные особенности, принцип действия и устройство воздушного компрессора зависят от типа установки. Современные компрессоры имеют несколько классификаций, главной из которых является различие компрессоров по принципу действия. Сегодня производители компрессорного и пневматического оборудования предлагают большое количество данных установок различного типа, наиболее распространенными среди которых являются винтовые и поршневые установки. Все виды компрессоров имеют, как общие элементы, так и различия в конструкции. Кроме того, в зависимости от типа оборудования могут быть использованы различные материалы при изготовлении тех или иных составляющих компрессоров.

Устройство компрессоров винтового типа

В промышленных отраслях наиболее распространено использование винтовых воздушных компрессоров, которым характерны высокие технические характеристики. Устройство компрессора воздушного винтового отличается от аналогичных установок наличием винтового блока, в состав которого входят два ротора с ведущим и ведомым типом. Винтовой блок является основным рабочим элементом данного оборудования.

В момент работы данного компрессора, воздух, который проходит через систему фильтрации и клапан, поступает блок с винтами, где происходит смешивание воздуха с маслом. Использование масла необходимо для устранения пузырей воздуха и уплотнения пространства.

Далее воздушно-масляная смесь нагнетается винтовым блоком в пневматическую систему. На следующем этапе смесь поступает в сепаратор, где воздух отделяется от масел и, через систему радиатора, подается в ресивер или же на пневматическое оборудование.

Так как блок, в котором расположены винты, является главным рабочим элементом компрессора, принцип его работы необходимо рассмотреть отдельно. Зубья роторов – ведущего и ведомого, находятся в зацепленном состоянии. Корпус винтового блока и открытые полости роторов создают объем, в который, при вращении винтов, поступает воздух. Вращение роторов имеет противоположные направления. При этом происходит закрытие открытых полостей, что приводит к уменьшению объема между ними и увеличению давления нагнетания.

Подобное устройство винтового компрессора и его принцип действия обеспечивает высокую эффективность работы всей установки, бесперебойную подачу сжатого воздуха на пневмооборудование и возможность интенсивной эксплуатации данной системы на протяжении длительного времени.

Устройство поршневого компрессора и принцип его действия

Другим видом компрессорных систем, широко используемых в быту и на небольших предприятиях, является оборудование поршневого типа. Главным отличием такой установки от винтового и других типов оборудование является достаточно простое устройство поршневого компрессора и принцип его работы. Основные элементы данной установки можно разделить на группы в зависимости от выполняемых функций:

• цилиндровая группа;
• поршневая группа;
• механизмы движения;
• системы регулирования, представляющие собой элементы, регулирующие производительность оборудования – трубопроводы, вспомогательные клапаны;
• системы смазки;
• элементы охлаждения;
• детали для установки оборудования.

Конструктивно поршневой компрессор представляет собой корпус, выполненный из чугуна, алюминия или же другого материала и оснащенный цилиндром, расположение которого может быть как вертикальным, так и горизонтальным. Основную подвижную и рабочую часть компрессора составляет сам поршень и два клапана, выполняющие всасывающие и нагнетательные функции.

Основу работы данного оборудования составляет движение поршня – поступательные движения приводят к всасыванию воздуха в цилиндр, а при возвратном действии воздух сжимается. Данный процесс и приводит к увеличению силы давления. В этот момент происходит закрытие клапана всасывающего действия, а нагнетательный клапан подает в магистраль сжатый воздух. Данный цикл повторяется на протяжении всего периода работы оборудования, обеспечивая пневмоинструменты воздухом под давлением необходимого уровня. Устройство компрессора воздушного поршневого отличается своей сравнительной простотой в сочетании с высокими рабочими и эксплуатационными характеристиками.

Учитывая устройство компрессоров поршневых и винтовых, их конструктивные, технические и эксплуатационные особенности, можно легко выбрать наиболее подходящий тип оборудования в соответствии с предъявляемыми к ним требованиями и для использования с различными пневмоинструментами при проведении как промышленных, так и бытовых работ.

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.

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.

1. При прямом приводе головка и двигатель расположены на одной оси и их валы в устройстве поршневого компрессора соединены напрямую.
2. 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 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 %.

Компрессоры пользуются большим спросом в промышленности и строительстве. Их используют в медицине и стоматологии. В каждом бытовом холодильнике и кондиционере компрессор играет роль главного движущего механизма. Выпуск компрессорной техники считается обособленной отраслью, которая быстро развивается, впитывая в себя достижения электроники и новые технологии. Знания об устройстве, правилах эксплуатации и технического сервиса помогут сделать правильный выбор при покупке компрессора, а также решить задачи, связанные с починкой вышедшего из строя агрегата.

Что такое компрессор и как он работает

Название «компрессор» происходит от латинского слова compressio, что означает сжатие. Это устройство для создания повышенного давления газа и подачи его в нужном направлении. В зависимости от того, каким образом достигается поставленная задача, компрессоры подразделяют на группы. Отличительной чертой каждого вида этих приборов является конструктивное решение процесса сжатия и подачи воздуха. В целом все агрегаты делятся на две большие категории - объёмные и динамические. Каждая группа, в свою очередь, имеет свои разветвления.

Многообразие компрессорных машин обусловлено широким диапазоном их применения

Динамические компрессоры основаны на принципе сжатия газов посредством механической энергии. Различают осевые и центробежные машины в зависимости от направления движения воздуха, а также от вида вращающегося колеса. Один из ярких представителей этой группы - турбокомпрессор. Его конструкция основана на взаимодействии движущегося воздуха с неподвижной решёткой и вращающимися лопастями привода.

В компрессорах динамического действия газ сжимается в за счёт механической энергии, которая подводится от вращающегося вала

Объёмные компрессоры используют в работе свойство газов сжиматься при изменении размеров замкнутого пространства, в который он помещён. Уменьшение габаритов рабочей камеры ведёт к повышению давления. К этой группе относятся большинство бытовых и промышленных агрегатов, их насчитывается более 10 различных типов:

1. Поршневые. Самый распространённый тип нагнетательных машин, которые служат для подачи газа или пара под давлением. Конструктивных решений великое множество, однако основным признаком поршневого насоса считается сжатие рабочей среды за счёт уменьшения объёма внутри цилиндра, производимое поступательно-возвратным движением поршня. Такие компрессоры нашли применение в тяжёлом машиностроении, в химическом, текстильном и холодильном производстве. По конструктивным признакам поршневые устройства классифицируют на вертикальные, горизонтальные, угловые. Существуют многоступенчатые поршневые компрессорные станции - при сжатии газа до высокого давления существует опасность взрыва или воспламенения нагара масла, скапливающегося в трубопроводе и поверхности выпускных клапанов, поэтому эта процедура проводится в несколько этапов.

   Поршневой компрессор увеличивает давление газа за счёт уменьшения его объёма при рабочем ходе поршня

2. Винтовые. Специалисты считают этот вид машин самым экономным. Именно поэтому винтовые компрессоры используются на передвижных компрессорных станциях, в мобильной военной технике, судовом холодильном оборудовании. По сравнению с другими видами нагнетательных аппаратов экономия электроэнергии может доходить до 25–30%. Кроме того, отмечаются малые габариты, надёжность и невысокая себестоимость. Суть конструкции состоит в двух соосно-вращающихся роторах, выполненных в виде спирали Архимеда. Винты двигаются синхронно, не контактируют между собой, и не нуждаются в смазке. Внутри корпуса ротора расположены каналы всасывания и нагнетания газа, а также уплотнители и подшипники скольжения. Газ сжимается порциями по мере заполнения камер и выдаётся в накопительный резервуар. Благодаря этому агрегат обладает высокой производительностью. В последнее время получили распространение не только двухвинтовые, но и четырёхвинтовые компрессоры, продуктивность которых ещё выше. По оценкам специалистов, при такой конструкции достигается дополнительная экономия от 10 до 15%.

   Винтовой компрессор нагнетает воздух под давлением за счёт синхронного вращения двух валов с винтовыми лопастями

3. Роторно-шестерёнчатые. Характеризуются длительным сроком эксплуатации, относительно простой конструкцией, сбалансированностью и высоким уровнем чистоты нагнетаемого газа. Используются для подачи воздуха в двигатели внутреннего сгорания, вытеснив пластинчатые модели. Роторно-шестерёнчатый компрессор отличается оптимальной зависимостью давления на выходе от скорости вращающихся роторов, что благоприятно сказывается при изменении режимов работы двигателя. В процессе перенесения воздуха от всасывающего клапана к выпускному давление практически не изменяется, поэтому такие устройства называют компрессорами с наружным сжатием. Как следствие, этот вид функционирует эффективно лишь для небольшого уровня изменения рабочего давления. Другие недостатки заключаются в наличии пульсаций нагнетаемого потока воздуха и высоком шуме при работе. При нарушении зазоров между деталями наблюдается резкое падение КПД агрегата.

   Роторно-шестерёнчатые компрессоры могут конструироваться по схеме с водяным или воздушным охлаждением

4. Мембранные. Это разновидность объёмных приборов, которая очень хорошо подходит для поднятия давления малого количества паров или газов до невысокого уровня. Как видно из названия, основным рабочим механизмом в этом типе компрессоров служит гибкая мембрана, сделанная из резины, прорезиненой ткани или металла. Колебания вызываются искусственно, при помощи механического воздействия. Его может оказывать шток, приводимый в движение шатуном или гидравликой - столбом жидкости, упирающимся в нижнюю часть подвижной мембраны. Приборы такого типа используются в промышленности и в лабораторных исследованиях. Длительность эксплуатации напрямую зависит от качества материала, из которого изготовлена мембрана. Часто применяются многослойные композитные материалы, способные выдержать многократные колебания и деформацию.

   Мембранный компрессор сжимает воздух за счёт гибкой мембраны, которая вибрирует от механического воздействия штока, совершающего возвратно-поступательные движения

5. Жидкостно-кольцевые. Применяются в сельском хозяйстве и пищевой промышленности (для производства сахара, дрожжей, безалкогольных напитков и хлеба). Благодаря конструктивным особенностям хорошо защищают воздух от загрязнения масляными парами. Несмотря на низкий КПД и увеличенные габариты, водокольцевые компрессоры отличаются надёжностью в эксплуатации, не производят много шума и, главное, сжимают газ практически без выделения тепла, т. е. изотермически. Принцип действия основан на сжимании воздушной массы более вязкой жидкостью. Конструктивно этого добиваются при помощи цилиндра, наполненного жидкостью (водой), в котором вращается ротор с лопастями. Серповидное пространство, разделённое на сегменты лопастями, является функциональным объёмом аппарата. Всасываемый воздух сжимается и вытесняется через нагнетательный патрубок компрессора.

   В промышленных компрессионных установках используется принцип сжатия воздуха при помощи воды

6. Воздуходувки Рутса. Низконапорные компрессоры, запатентованные братьями Рутс в 1860 г. в США. Простая и эффективная конструкция, которая с течением времени совершенствовалась и многократно видоизменялась. Тем не менее эти агрегаты используются в технике до сегодняшнего дня. Их выходные показатели достигают 16 000 м 3 /час и добавочного давления 1 000 Мбар. Отличительным свойством воздуходувок Рутса является отсутствие смазки в рабочем механизме. Минимум трущихся деталей делает механизм очень надёжным в эксплуатации. Низкий уровень вибрации и компактность позволяют использовать агрегат для закачивания агрессивных и взрывоопасных газов. Приводится в действие, как правило, асинхронным электродвигателем.

   В воздуходувке Рутса работу по перемещению и сжатию воздуха выполняет пара роторов с винтовыми лопастями

7. Спиральные. Сжатие рабочей газовой среды происходит за счёт взаимодействия двух спиралей, которые эксцентрично движутся друг возле друга. Так как спирали не соприкасаются и между ними постоянно остаются зазоры, моторесурс этого вида компрессоров достаточно большой. Однако при сборке и наладке к производителю предъявляются жёсткие требования. Нарушение технологических зазоров в несколько долей миллиметра может привести к функциональной непригодности конструкции. Частота, с которой движется спираль, исчисляется несколькими десятками тысяч оборотов в минуту. Недостатком спиральной конструкции считается необходимость приработки внутренней «улитки» на начальном этапе эксплуатации. Необходима обкатка компрессора для сглаживания технологических зазоров. Это сказывается на общем износе рабочей пары.

   В спиральном компрессоре рабочие зазоры измеряются долями миллиметра, поэтому такие устройства требуют тщательной приработки

8. Ротационные. Разновидность объёмных агрегатов, в которой нет всасывающих клапанов, а используются только нагнетательные. Ось ротора (поршня) вращается вокруг оси цилиндра, который неподвижен. В результате образуется так называемое серповидное пространство, в котором происходит сжатие газов или пара.

   В компрессоре с катящимся ротором рабочий цилиндр закреплён неподвижно, а вокруг него вращается поршень

Создание спирального компрессора датировано 1905 годом. Идея принадлежит инженеру из Франции Леону Круа. Но внедрение в промышленность оказалось возможным лишь в середине XX века, когда уровень технологий сделал серьёзный шаг в сфере обработки материалов. Массовое применение конструкция получила в конце столетия, когда спиральные компрессоры начали использовать в климатическом и холодильном оборудовании. Оказалось, что КПД и уровень создаваемого давления у этого вида агрегатов превосходят все другие известные на тот момент приборы.

Кроме приведённой классификации существуют и другие способы разделения компрессоров:

• по типам приводящего механизма (электропривод, ДВС, турбинный);
• по выходному давлению воздуха (компрессоры низкого, среднего, высокого и сверхвысокого давления);
• по производительности, выраженной в количестве объёма сжимаемого газа (в м 3) за определённое время (мин., час).

Как выбрать компрессор

Очевидно, что выбор компрессора зависит от целевого назначения. Никто не станет применять автомобильный компрессор, к примеру, в холодильнике или наоборот.

Основными потребителями атмосферных нагнетательных машин являются автолюбители, мастера-строители, слесари, мебельщики. Как показала практика, для их нужд наиболее приемлемы винтовые и поршневые компрессоры. Причём безмасляные используют для небольших объёмов работ - подкачки шин, покраски мелких деталей кузова и т. д., а для пневмоинструмента применяются более мощные - масляные поршневые и винтовые компрессоры.

Поршневые нагнетательные машины появились раньше других и поныне являются самыми распространёнными.

Рабочее давление таких агрегатов достигает 25–30 атмосфер, чем не могут похвастаться другие компрессоры. Главные достоинства - невысокая себестоимость, простота конструкции и лёгкость в ремонте. К тому же приборы нечувствительны к составу воздушной среды - пыль, влага и перепады температуры практически не влияют на качество работы. Срок службы при правильной эксплуатации и своевременном обслуживании очень продолжительный. К недостаткам поршневых компрессоров относится необходимость регулярной замены деталей, которые быстро изнашиваются - компрессионных колец поршня, сальников и клапанов, а также высокий уровень шумового давления, который достигает 95 dB (это сопоставимо с грохотом локомотива, идущего по железной дороге). На производствах, которые интенсивно используют такие компрессоры, выделяются специальные комнаты для размещения «шумного» оборудования. Исходя из перечисленных особенностей, поршневые машины применяют в следующих случаях:

Винтовые компрессоры выгодно отличаются от поршневых тем, что в конструкции нет быстроизнашиваемых деталей. Блок винтов, являющийся основным рабочим механизмом, рассчитан на срок службы в 15–20 лет без капитального ремонта. Отсутствие деталей с поступательно-возвратным движением и клапанов делает винтовые компрессоры весьма надёжными и долговечными. Динамика подачи сжатого воздуха в меньшей степени зависит от скорости вращения приводного вала, в то время как в поршневом компрессоре замедление хода поршня приводит к провалам давления. Благодаря тому, что в конструкции отсутствуют поршни и шатуны, снижается вибрация и шум. Поэтому такие агрегаты не требуют отдельного помещения для установки. Кроме того, компрессор излучает большое количество тепла, которое образуется во время сжатия газов. Его можно использовать для обогрева рабочего пространства в холодное время года. Стоимость винтовых компрессоров на порядок выше, чем поршневых устройств. Это связано с более сложным производством. Но окупается такое оборудование быстрее, так как оно является более производительным и экономным. Применение «винтовиков» оправдано в тех случаях, когда необходимы большие количества спрессованного воздуха в бесперебойном режиме.

Основные параметры, на которые следует обращать внимание при выборе рабочего инструмента:

1. Давление, создаваемое компрессором. Один из самых важных параметров, по которому можно судить о рабочих характеристиках изделия. Давление измеряется в атмосферах (атм.) или в барах. Чтобы не путаться в единицах измерения, нужно знать, что одна атмосфера примерно равна одному бару. Зная максимальное значение давления компрессора, можно определить к какому инструменту он подойдёт. На практике всегда приобретают компрессор с запасом. Если, к примеру, пневматический гайковёрт приводится в движение давлением воздуха в 6–7 Бар, рекомендуется выбирать компрессор, сжимающий воздух до 10 Бар.

   Гайковёрт приводится в действие сжатым воздухом, подаваемым из компрессора

2. Уровень производительности. Выражается в количестве литров воздуха, перекачиваемого за минуту. Следует обращать внимание на то, что в поршневых машинах присутствует явление «воздушного провала» - понижения производительности во время работы, связанного с изменениями внешней воздушной среды. Поэтому такой компрессор выбирают с запасом производительности до 20% от номинальной.
3. Мощность. Величина, обозначающая рабочий потенциал оборудования. Говоря простым языком, мощность отображает скорость, с которой машина может справиться с работой. Она измеряется в ваттах и отображается в техническом паспорте устройства. Как и в первых двух случаях, расчётная величина мощности должна включать в себя погрешность на различие между номинальным и реальным значением. С течением времени, в силу износа деталей и выработки двигателя, мощность понижается, что может привести к несовместимости с рабочим инструментом. Исходя из этого, рекомендуется приобретать компрессоры с мощностью, превышающей заданную на 20–25%.
4. Объём ресивера. Сразу после сжатия воздух попадает в накопительный металлический бак, который служит для стабилизации подачи воздуха. В технической терминологии он называется ресивером. Чем больше объём ресивера, тем меньше перепадов давления будет во время работы. Но следует также учитывать, что компрессору понадобится больше времени, чтобы закачать в герметичную ёмкость необходимое количество воздуха.

   В зависимости от мощности и производительности компрессоры могут оснащаться ресиверами объёмом от 25 до 250 литров

5. Номинальное рабочее напряжение и сила тока. В бытовых условиях - там, где нет подключения трёхфазного тока - используется однофазное оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В и силу тока 6 А. В отечественных сетях частота тока равна 50 Гц. Приобретая импортный компрессор, необходимо убедиться, что он совместим с этими параметрами. В противном случае возможен перегрев и преждевременный выход инструмента из строя.
6. Вес. Как правило, он напрямую связан с мощностью и производительностью компрессора. Бытовые модели, рассчитанные для домашнего и «гаражного» применения, имеют массу до 5 кг. Такой компрессор более мобилен, легко перемещается и транспортируется. Профессиональные модели, устанавливаемые стационарно, весят 20 кг и более.
7. Габариты. Этот показатель напрямую связан с весом компрессора. От того, каких размеров будет устройство, зависит удобство в работе. Если необходимо часто перемещаться, целесообразно выбрать небольшой компрессор с рукояткой для переноса. Мощные и тяжёлые устройства с ресиверами большого объёма устанавливаются на передвижные платформы, которые перекатываются на колёсах.
8. Показатель шумового давления. Считается, что комфортный и безвредный для здоровья уровень шума - до 70 dB. Многие производители, решая эту проблему, используют дополнительные шумопонижающие и антивибрационные конструкции. Сведения об уровне шуме отражаются в техническом паспорте изделия.

Видео: как выбрать компрессор для дома и гаража

Таблица: параметры пневматического инструмента

Видео: как выбрать компрессор для подкачки автомобильных шин

Как пользоваться компрессором

Подготовка компрессора к работе - важный этап, соблюдение которого связано с долгосрочной и исправной эксплуатацией. Состоит она из следующих последовательных этапов:

1. Внимательное изучение инструкции, прилагаемой к изделию изготовителем. Данные, приведённые в техническом паспорте, должны совпадать с данными, отражёнными на металлических табличках. Они располагаются в нижней части корпуса компрессора.
2. Проверка комплектации и отсутствия механических повреждений на корпусе. При обнаружении дефектов корпуса, ресивера или соединительных шлангов их необходимо устранить.
3. Установка в рабочее положение. На передвижные модели надеваются колёса и амортизаторы в соответствии с комплектацией. Агрегат располагается таким образом, чтобы управление осуществлялось беспрепятственно и легко. Никакие посторонние предметы на корпусе не допускаются. Если компрессор имеет ременную передачу, необходимо ставить его на расстоянии не менее 1 м от стен. Поверхность пола в помещении, где производятся работы, должна быть ровной.
4. Проверка уровня масла в картере двигателя. Красная метка указывает на предельно допустимое количество смазки. Если масла недостаточно, необходимо аккуратно долить его, не переливая через край и не допуская попадания на ремень и другие детали.

   Масло должно быть залито до уровня, обозначаемого красной меткой

5. Подключение аппарата к сетевому питанию. В некоторых устройствах важно не перепутать подключение фазного и нулевого проводов.
6. Соединение патрубка ресивера со штуцером пневматического инструмента. При правильном подключении стравливание воздуха запускает реле включения двигателя автоматически. Самостоятельная регулировка реле недопустима и прекращает гарантийные обязательства со стороны производителя.
7. Приборы, оборудованные функцией защиты двигателя от перегрузки, отключаются при слишком продолжительной работе или перепадах напряжения в сети. Следует об этом помнить и не искать причину остановки в механической части аппарата.
8. После окончания работы силовой агрегат нужно полностью отключить и выпустить избыточный воздух из накопительного бака (ресивера). Для этого служит специальный клапан, установленный на корпусе бачка.

   После окончания работы необходимо стравить избыточный воздух из ресивера, открыв обратный клапан

В некоторых компрессорах вместо указателя уровня масла применяется щуп. Для определения наличия смазки щуп опускается в специальное отверстие, закрытое пластмассовой крышкой.

Если нет возможности подключить автомобильный компрессор от штатного прикуривателя или нужно сэкономить заряд батареи, возможно (а в некоторых случаях - рекомендовано) подключение клемм напрямую к аккумулятору. Для этого используются специальные зажимы, входящие в комплектацию компрессора для подкачки шин.

Техника безопасности

Перед началом работы следует:

• надеть рабочую одежду, обувь и собрать волосы под головным убором;
• проверить комплектность и устойчивость аппарата;
• убедиться в исправности манометра и выключателя предохранителя давления;
• оборудовать рабочее место в соответствии с нормами личной безопасности.

Во время работы с компрессионным оборудованием запрещается:

• подключаться к электрической сети без заземления;
• оставлять работающий компрессор без надзора;
• направлять воздушную струю в сторону людей;
• допускать к управлению компрессором детей и несовершеннолетних;
• пользоваться заведомо неисправным агрегатом.

После окончания работ необходимо:

Уход за компрессором

Техническое обслуживание компрессора состоит из следующих регламентных работ:

Видео: как поменять масло в поршневом компрессоре и ТО

Наиболее распространённые поломки и ремонт своими руками

Если компрессор приобретён недавно и срок гарантийного обслуживания ещё не закончился, все поломки обязаны устранить работники сервисной организации. Но если гарантия закончилась и ремонтировать оборудование приходится самостоятельно, изучите таблицу, приведённую ниже.

Таблица: неполадки в работе компрессора и способы их устранения

Как сделать компрессор своими руками

Народные умельцы давно научились делать компрессоры своими руками. Некоторые самостоятельно изготовленные приборы способны выполнять работу не хуже заводских. Как правило, в качестве ресиверов используются газовые баллоны или огнетушители. А роль нагнетательной машины исполняет компрессор от отслужившего холодильника.

Простейший аппарат для производства сжатого воздуха состоит из компрессора от старого холодильника, газового баллона и манометра

Производительность такого устройства будет невелика, но с его помощью можно нанести равномерный слой краски на любую поверхность. Для этого используются либо краскопульт, либо аэрограф.

Видео: как сделать компрессор из старого холодильника

Пользуясь пневматическим инструментом, а также пескоструйными устройствами, помните о том, что при небрежном обращении компрессор из помощника в хозяйстве может превратиться в опасное устройство, способное причинить травму или стать угрозой для здоровья. Только соблюдение норм техники безопасности и осторожное отношение к работе гарантирует личную безопасность.