Виды и типы компрессоров

Компрессоры > Виды и типы

Виды и типы компрессоров

Компрессор (от лат. compressio — сжатие) — энергетическая машина или устройство для повышения давления (сжатия) и перемещения газа или их смесей (рабочей среды) или, выражаясь научным языком - устройство для преобразования электрической энергии в энергию сжатого воздуха. Компрессор (один или несколько) с приводом принято называть компрессорным агрегатом. Компрессорная установка – это компрессорный агрегат с дополнительными системами, обеспечивающими его работу.

В состав компрессорной установки обычно входят компрессор, привод (электрический, бензиновый, дизельный, газопоршневой или другой двигатель) и дополнительное оборудование (осушитель воздуха, охладитель газов и т.п.). Компрессорные установки могут объединять в себе несколько компрессорных установок меньшей единичной мощности, взаимосвязанных общей системой управления (мультикомпрессорная установка).

По принципу действия все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные.

В машинах объёмного принципа действия рабочий процесс осуществляется в результате изменения объёма рабочей камеры. К номенклатуре машин данного типа относятся поршневые, винтовые, роторно-шестерёнчатые, мембранные, жидкостно-кольцевые, воздуходувки, спиральные, компрессор с катящимся ротором и другие, менее распространённые типы.

В поршневых компрессорах сжатие воздуха происходит благодаря работе системы поршней. Применяются они в текстильной и химической промышленности, в холодильных и криогенных установках. Могут различаться по расположению цилиндров и быть вертикальными, горизонтальными или угловыми. К достоинствам поршневых моделей можно отнести то, что они обеспечивают высокое давления и большую степень сжатия, хорошо реагируют на перезапуски системы, им не страшна запыленность. К недостаткам можно отнести повышенный износ различных деталей (поршневых колец и других), высокий унос масла, меньший КПД по сравнению с винтовыми моделями. Поршневые компрессоры могут быть одностороннего или двухстороннего действия, крейцкопфные и бескрейцкопфные, смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия), при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные. Диапазон давления газов при сжатии составляет от 50 до 4 тысяч бар.

Сжатие воздуха в винтовых компрессорах происходит благодаря системе взаимно соотнесенных роторов. Совершая вращательные движения, они загоняют воздух в камеру, где и происходит его сжатие. Конструкция винтового блока состоит из двух массивных винтов, которые во время работы находятся на некотором расстоянии друг от друга. За счёт отсутствия трущихся элементов ресурс винтового блока практически не ограничен и достигает более чем 200—300 тыс. часов. Регламентной замене подлежат лишь подшипники винтового блока. Винтовые агрегаты могут быть маслозаполненными (в которых зазор между винтами уплотняется масляной пленкой), а могут функционировать на основе «сухого сжатия» (т.е. сжатия без использования масла). Применяются такие компрессоры в химической, пищевой и фармацевтической промышленности, машиностроении, жилищно-коммунальном хозяйстве, дорожном строительстве и других отраслях. В свою очередь, они подразделяются на модели низкого давления, среднего давления и высокого давления. Преимуществами винтовых компрессоров являются высокий уровень производительности по сравнению с другими видами компрессоров, надежность, длительный срок эксплуатации, экономичность использования, простота в управлении, низкий уровень шума. Винтовые агрегаты используют для достижения рабочего давления от 3 до 30 бар, и применяют в подаче газа к турбинам (микротурбинам), в газовых двигателях, для сжатия биогазов и газов из отходов органического происхождения и пр.

Компрессоры мембранного типа сжимают газ за счёт уменьшения объёмов камеры сжатия при колебательных движениях мембраны, которые вызываются возвратно-поступательными движениями жидкости. По принципу работы мембранные компрессоры схожи с поршневыми, только вместо поршня рабочей поверхностью выступает мембрана. Мембранные компрессоры по мощности уступают поршневым и винтовым, но позволяют сохранить исходные характеристики сжимаемого газа. Поэтому компрессоры данного типа применяются там, где необходима высокая чистота сжатого газа - для сжатия фтора, кислорода, хлора, закиси азота и пр., то есть во всех тех случаях, где исключительная герметичность полости устройства жизненно необходима. Также мембранные компрессоры незаменимы для работы с агрессивными и взрывоопасными газами. Выгодное достоинство - низкий уровень шума при достаточно высокой производительности. Так, например, трёхступенчатый компрессор мембранного типа способен создавать давление эквивалентом 100 Мпа. Основные недостатки - небольшое число оборотов, большая масса и большие габаритные размеры, невысокая долговечность мембран (500-1500 ч).

В динамических компрессорах газ сжимается в результате подвода механической энергии от вала, и дальнейшего взаимодействия рабочего вещества с лопатками ротора. В зависимости от направления движения потока и типа рабочего колеса такие машины подразделяют на центробежные и осевые.

Основной элемент центробежного компрессора – рабочее колесо, на котором установлены расходящиеся от центра лопатки. Воздушный поток, попадая в систему, движется вдоль оси двигателя, но внутри воздух разворачивается в противоположном направлении – так создаётся центробежная сила, которая увеличивает давление. Этот тип оборудования востребован предприятиями газо- и нефтедобывающей промышленности, металлургическими и машиностроительными заводами. Центробежные компрессоры позволяют получить воздух без малейших примесей, что и является главным достоинством такого оборудования. Кроме того, к преимуществам можно отнести компактность, отсутствие вибрации при работе, большую производительность. Главный недостаток – высокая стоимость как агрегата в целом, так и ремонта, восстановления повреждённых частей.

Блок пластинчато-роторного компрессора состоит из одного ротора, статора и минимум восьми лопастей (пластин). Ротор находится в глухом вытянутом корпусе. Во время работы лопасти выходят из пазов ротора, контактируя с внешней стеной ёмкости, чем создают газогерметичные купе между корпусом и лопастями. Принцип действия основан на сжатии поступающего в полость компрессора газа путём изменения объёма полости под действием эксцентриситетного вращения ротора компрессора в неподвижном статоре. Газ поступает в полость максимального объёма, образованную пространством между катящимся ротором, статором и уплотнительными пластинами, равномерно расположенными в специальных полостях ротора и прижимаемыми к статору пружинами. За счёт эксцентриситетного вращения ротора, объём полости уменьшается, что приводит к увеличению давления газа и уже сжатый газ выбрасывается на нагнетание из полости минимального объёма. Используют такие компрессоры в составе воздушных компрессорных установок общего назначения и в газовых компрессорных установках с невысокой степенью повышения давления во всех отраслях промышленности. Данная технология получила широкое распространение в области вакуума (то есть давление до 1 бара) и в области нагнетания давления до 3-4 бар. Достоинства данного вида компрессоров проявляются при использовании их как газовых компрессоров, где они качают газ практически не останавливаясь круглый год, потому как масляная плёнка равномерная и достаточная всё время работы без остановок. В случае же промышленного использования, где разбор воздуха неравномерен и компрессор запускается и останавливается несколько десятков раз в день, большую часть времени нормальной для работы масляной плёнки внутри блока нет, что является причиной агрессивного износа пластин и выхода из строя компрессора.

Осевые компрессоры представляют собой одну из разновидностей турбокомпрессоров. По принципу действия компрессор осевого типа напоминает осевой насос – газ движется, в основном, вдоль оси вращения, и в отличие от турбокомпрессоров или динамических компрессоров, сжатие воздуха в осевом компрессоре происходит, как и движение самой газовой среды, вдоль оси вала. Частицы газового потока имеют траектории, близкие к цилиндрическим или коническим плоскостям. Конструктивно осевые компрессоры подразделяют на одно- и многоступенчатые. Меньшие радиальные размеры и более высокие значения КПД, чем у центробежных компрессоров являются преимуществами данного вида агрегатов. К недостаткам следует отнести сложности изготовления большого количества лопаток, склонность к их загрязнению, выход из строя лопаток, при попадании взвешенных частиц, воды и других инородных тел в проточную часть. Применяются осевые компрессоры в отраслях народного хозяйства, где требуются большие объёмные производительности в одном агрегате: в качестве доменных воздуходувок, в крупных стационарных газотурбинных двигателях, для пароводяных тепловых насосов, использующих в качестве источника низкой температуры тёплые водосбросы крупных предприятий, в первую очередь целлюлозно-бумажных комбинатов, предприятий нефтяной промышленности.

Дожимные компрессоры, также известные как «бустеры», используются с целью усиления давления на отдельных производственных участках с обычных в промышленности 5-15 бар до необходимых значений (обычно 30-245 бар, максимальные значения для многоступенчатых дожимных машин 4 000 — 4 500 бар). Подобные механизмы являются второй ступенью компрессорных установок, при этом гарантируя на выходе постоянную передачу подачу высококомпримированного воздуха или газа с такими необходимыми параметрами, как давление и температура. Область применения оборудования широка: от транспортировки природного газа до заправки баллонов сжатым углеводородным газом.

По типу приводного двигателя компрессоры могут делиться на модели с приводом от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, паровой или газовой турбины (если компрессор приводятся во вращение от турбины, то он называется турбокомпрессор), генератора струи с большой удельной энергией (в струйных компрессорах) или другого устройства для передачи подводимой энергии компрессору.

Наибольшее распространение получил электрический привод компрессоров, отличающийся простотой устройства и обслуживания, надёжностью, компактностью, постоянной готовностью к действию. При мощности до 50 кВт применяют преимущественно короткозамкнутые электродвигатели, свыше 50 кВт — также с фазовым ротором; при мощности свыше 100 кВт предпочитают синхронные электродвигатели. Компрессоры с электрическим приводом широко используются в производстве, мастерских и гаражах с постоянным доступом к электричеству. Такие изделия требуют наличия электрического тока бытовой (220В) или промышленной (380В) электросети. Он способен сжимать воздух до определённого давления, чтобы впоследствии при помощи полученного сжатого воздуха привести в движение пневматическое оборудование, которое используется на строительных площадках, в автомастерских, производственных цехах и в бытовых целях.

На нефтяных и газовых промыслах, в отдалённых районах с проблемами подачи электроэнергии для привода поршневых компрессоров широко применяют двигатели внутреннего сгорания: дизельные, бензиновые, а также газовые двухтактные и четырёхтактные. Такие компрессоры часто шумные и требуют вентиляции для выхлопных газов.

По производительности различают:

компрессоры малой производительности с диапазоном её изменения от 0,01 м³/с до 0,1 м³/с - они используются чаще всего как машины общепромышленного назначения с давлением нагнетания до 1,5 МПа, в передвижных компрессорных установках и т. д..
компрессоры средней производительности с диапазоном изменения от 0,1 м³/с до 1 м³/с - основную часть этой группы составляют компрессоры общего назначения, используемые на компрессорных станциях заводов, шахт, рудников;
компрессоры большой производительности - они имеют производительность более 1 м³/с и используются в основном на химических комбинатах.

Производительность компрессоров обычно выражают в единицах объёма газа сжатого в единицу времени (в м³ или литрах за единицу времени – обычно в минуту или час). Производительность обычно считают по показателям приведённым к нормальным условиям. При этом различают производительность по входу и по выходу, эти величины практически равны при маленькой разнице давлений между входом и выходом, но при большой разнице, например, у поршневых компрессоров, выходная производительность может при тех же оборотах падать более чем в два раза по сравнению с входной производительностью, измеренной при нулевом перепаде давления между входом и выходом. Если давление всасываемого газа существенно превышает атмосферное, такие компрессоры называют дожимающими.

По конечному давлению компрессоры могут быть:

дожимающими - компрессор, у которого начальное давление не ниже 0,1 МПа;
компрессоры низкого давления, предназначенные для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;
компрессоры среднего давления — от 1,2 до 10 МПа;
компрессоры высокого давления — от 10 до 100 МПа.
компрессоры сверхвысокого давления, предназначенные для сжатия газа выше 100 МПа.
вакуум-компрессоры, газодувки — машины, которые отсасывают газ из пространства с давлением ниже или выше атмосферного. Воздуходувки и газодувки подобно вентиляторам создают поток газа, однако, обеспечивая возможность достижения избыточного давления от 10 до 100 кПа (0,1…1 атм), в некоторых специальных исполнениях — до 200 кПа (2 атм). В режиме всасывания воздуходувки могут создавать разрежение, как правило, 10..50 кПа, в отдельных случаях до 90 кПа и работать как вакуумный насос низкого вакуума.

По степени мобильности компрессоры можно разделить на:

стационарные - компрессор (установка, станция), местоположение которого при эксплуатации не меняется;

передвижные - компрессор (компрессорная установка, станция), смонтированный на самоходном, передвижном, переносном шасси или на передвижной, переносной платформе, раме, предназначенный для обслуживания объекта без дополнительных монтажных работ;

переносные – чаще всего небольшой передвижной компрессор, переносимый с одного места эксплуатации на другое без дополнительных монтажных работ;

прицепные - передвижной компрессор (передвижная компрессорная установка, станция), перемещаемый с одного места эксплуатации на другое путём буксировки транспортным средством;

самоходные - передвижной компрессор (передвижная компрессорная установка, станция), установленный на самоходном транспортном средстве, предназначенном для перемещения компрессоре с одного места эксплуатации на другое.

По типу смазки компрессоры бывают:

масляные (маслосмазываемые) компрессоры - все внутренние детали смазываются посредством системы разбрызгивания. Игла, расположенная в нижней части соединительного штока, погружается в масло и разбрызгивает его по стенкам цилиндра и соединительного штока, наиболее подверженных трению. Масло образует плёнку между движущимися частями, которая предотвращает прямой контакт металл-металл, снижая тепловыделение и степень износа при сохранении производительности компрессора. Масляные модели обычно максимально тихие и подвержены меньшему износу. Способны работать достаточно продолжительное время, однако недостатком таких машин является подача воздуха с примесью минимальных доз масла, что не полностью гарантирует максимально чистый воздух на выходе. Незначительное количество масла абсолютно безвредно для промышленного применения, но не рекомендовано для медицинской сферы деятельности, работы с оптическими приборами и в исследовательских лабораториях. В сравнение с безмасляными компрессорами они имеют более длительный срок службы, но требуют технического обслуживания и установки фильтров на выходе.

Для получения чистого воздуха используются безмасляные компрессоры, выполняемые из материалов с низким коэффициентом трения и пониженной степенью износа. Их используют, например, в медицине, фармацевтике и других отраслях, где необходим чистый без примеси масла воздух.

По способу передачи энергии компрессоры делятся на:

компрессоры с прямым приводом;

компрессоры с ременным приводом;

компрессоры с шестеренчатым приводом;

Компрессоры с прямым приводом отличает большая производительность, но меньшая надёжность, ременные более надёжны и, наоборот, обладают более низкой производительностью. В таких агрегатах используется традиционная система ременного привода от электродвигателя со шкивом. Чаще всего они изготавливаются в одно- или двухступенчатом вариантах. Двуступенчатые модели обладают более высокой производительностью и меньшим уровнем шума. Такие системы достаточно неприхотливы в обслуживании, функциональны и легко адаптируются под различные производственные задачи.

В зависимости от класса можно выделить компрессоры:

малые бытовые компрессоры - машины, как правило, соединённые с электродвигателем соосно через муфту; потребляемая мощность не превышает 2,25 кВт, давление - до 8 бар. Предназначены они в основном для периодического использования, продолжительность работы не превышает 15-20 мин в час (в противном случае они перегреваются и достаточно быстро выходят из строя). Используются для подкачки шин, покраски, продувки и тд.

полупрофессиональные компрессоры позволяют получить давление до 16 бар, производительность до 2 мз/мин. Часто комплектуются ресивером объёмом от 50 до 300 л. Плохо приспособлены для круглосуточной работы.

промышленные компрессоры - мощные промышленные машины, предназначенные для высокообъёмного производства и способно работать бесперебойно в течение длительного периода времени, в том числе и круглосуточно. Такие компрессоры способны работать в диапазоне – от 110 л/мин до 120 м3/мин с величиной рабочего давления от 8 до 40 атм.

Прочие классификации:

По отрасли производства, для которых они предназначены - химические, холодильные, энергетические, общего назначения и т. д.

По роду сжимаемого газа - воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый, фреоновый, углекислотный, природный, попутный нефтяной и т. д.

По способу отвода теплоты — с жидкостным или воздушным охлаждением.