К категории поршневых компрессоров относятся агрегаты, в которых сжатие воздуха осуществляется цилиндропоршневой группой. Первый поршневой нагнетатель был создан немецким физиком Отто фон Герике, который использовал устройство в 1690 году для изучения свойств вакуума, а также для выявления преимуществ присутствия воздуха в среде, где происходит процесс горения. В России поршневую систему только в 1765 году использовал И. И. Ползунов, создав устройство одноступенчатого сжатия и перемещения газа.
В 18-19 в. в. поршневые конструкции сжатия воздуха совершенствовались в соответствии с требованиями развивающихся отраслей — горнорудной промышленности и металлургии. Хорошим толчком к развитию послужило создание в Англии двухцилиндрового компрессора с паровым приводом.
Каков принцип работы поршневых компрессоров сегодня рассмотрим далее.
Конструкция современного поршневого компрессора
Установка базируется на ресивере, очень редкие модели имеют рамную конструкцию, нагнетая воздух в отдельно стоящий воздухосборник. Активными узлами агрегата являются двигатель и поршневой компрессорный блок. Двигатель может быть электрический, бензиновый или, в редких случаях, дизельный. Для сопряжения с поршневым блоком предусмотрен привод (ременный или прямой).
Поршневой блок представляет собой конструкцию, основными частями которой являются:
-
картер с установленным в нем на подшипники коленчатым валом;
-
кривошипно-шатунная группа, посредством которой энергия передается от коленвала к цилиндрам;
-
цилиндропоршневая группа, которая состоит из гильзового блока цилиндров на 1–4 (и более поршней);
-
клапанный блок с всасывающим и нагнетательным клапаном и клапанными пластинами;
-
воздушный фильтр;
-
система охлаждения (водяная рубашка или воздушный обдув);
-
патрубки (всасывающий и нагнетательный).
Поршень, двигаясь вверх, сжимает воздух в цилиндре, куда рабочая среда поступает благодаря всасывающему клапану. Достигая давления, превышающего усилие пружины нагнетательного клапана, воздух выталкивается в коллектор и далее, в нагнетательный патрубок. При движении поршня вниз снова открывается всасывающий клапан, который закрывается, когда поршень начинает движение вверх. Цикл повторяется.
Для возвратно-поступательного движения поршней на коленвал сообщается крутящий момент от вала двигателя. Энергия крутящего момента преобразуется в работу поршня посредством кривошипно-шатунной группы.
Перегрев пневмоблока исключается присутствием масла, которое разбрызгивателем подается в цилиндры. Для уплотнения зазоров и снижения силы трения на поршнях имеются кольца (поршневые и маслосъемные).
Многоступенчатые поршневые компрессоры
Создание многоступенчатых поршневых компрессорных головок позволяет повысить производительность нагнетателя без значительного увеличения веса нагнетателя.
Конструкция многоступенчатого нагнетателя сжатого воздуха (двухступенчатого, трехступенчатого и т.д.) отличается наличием цилиндров низкого и высокого давления, соединенных холодильниками. Это трубки, в которых воздух, сжатый на предыдущей ступени, охлаждается с целью повышения эффективности сжатия на следующей ступени и во избежание перегрева. Из цилиндра последней ступени сжатия воздух поступает в ресивер.
Отличия масляного и безмасляного компрессора
Масляный компрессор имеет в составе поршневого блока картер, наполненный маслом. Оно циркулирует, смазывая вращающиеся и трущиеся детали, а также отбирая часть тепловой энергии при сжатии воздуха.
Безмасляный компрессор исключает использование масла. Отличается использованием для изготовления деталей тугоплавких материалов и антифрикционного покрытия. Конструкция требует мощной системы охлаждения. Для работы безмасляных компрессоров высокой производительности требуется дополнительное оборудование для охлаждения или более громоздкая конструкция из нескольких поршневых узлов.
Некоторые особенности работы холодильного компрессора
В отличие от нагнетателя сжатого воздуха, рабочей средой холодильного компрессора является хладагент, давление и температура которого при сжатии повышаются. Компрессор рассчитан на функционирование в тяжелых условиях. Для смазки деталей нагнетателя фреона или другого хладагента применяют фреоновое масло, которое содержится в составе фреона, не нанося ущерба системе его циркуляции.
Поршневой компрессор высокого давления
Агрегаты высокой мощности, которые применяются в промышленности и относятся к категории многоступенчатых поршневых компрессоров. Работают с высокими нагрузками, поэтому их конструкция предусматривает замену подшипников качения бронзовыми втулками, а также серьезную систему датчиков для контроля температуры и давления, исключающую аварийные ситуации.
Количество ступеней сжатия зависит от требуемого давления сжатого воздуха. Сколько бы ни было ступеней, в промежутке между ними воздух охлаждается в трубчатых холодильниках.
Преимущества и недостатки поршневых нагнетателей
К плюсам поршневых компрессоров относится:
-
низкая цена;
-
простота конструкции;
-
ремонтопригодность всех узлов;
-
экономичность;
-
высокая производительность при выработке энергоносителя низкого давления.
Среди минусов можно выделить:
-
пульсацию на выходе, которая может стать причиной пневмоудара;
-
вибрацию и шум;
-
потребность в частом обслуживании;
-
короткие периоды работы и необходимость в длительных технических перерывах;
-
высокий нагрев деталей при сжатии.
При необходимости все недостатки можно устранить. Если это не приведет к значительным затратам, можно ограничиться выбором поршневой установки.
