Basics of Air Pressure: Displacement Compression and Dynamic Compression
16 March, 2023
There are two generic principles for the compression of air (or gas): Positive displacement compression and dynamic compression. This guide covers both.
Dynaamisten kompressorityyppien opas: Keskipakoispako ja aksiaalinen
Kun tarvitset paljon tehoa, dynaaminen kompressori on ihanteellinen valinta. Niitä on saatavana sekä aksiaalisina että radiaalisina malleina, ja niitä kutsutaan usein turbokompressoreiksi. Radiaalirakenteisia kompressoreita kutsutaan keskipakoiskompressoreille.
Dynaaminen kompressori toimii vakiopaineella, toisin kuin esimerkiksi vakiotilavuuksinen kompressori, joka toimii vakiovirtauksella. Ulkoiset olosuhteet vaikuttavat dynaamisen kompressorin suorituskykyyn. Esimerkiksi tuloilman lämpötilan muutos aiheuttaa kapasiteetin muutoksen.
Mitä keskipakoiskompressorit ovat?
Keskipakoiskompressori tunnetaan sen radiaalivirtauksesta. Ilma imetään pyörivän siipipyörän keskelle säteittäisellä terällä. Keskipakovoima työntää sen siipipyörän reunaa kohti. Ilman säteittäinen liike aiheuttaa samanaikaisesti paineen nousun ja kineettisen energian tuotannon. Ennen kuin ilma johdetaan seuraavan kompressorivaiheen juoksupyörän keskelle, se kulkee diffuusorin ja kierukan läpi. Tässä kohdassa kineettinen energia muunnetaan paineeksi.
Jokainen vaihe muodostaa osan kompressoriyksikön kokonaispaineen noususta. Teollisuuskoneissa keskipakoispuristusvaiheen enimmäispainesuhde on usein enintään 3. Suuremmat painesuhteet vähentävät vaiheen tehokkuutta. Monivaiheiset sovellukset mahdollistavat jäähdytyksen mahdollisuuden vähentää tehontarvetta. Useita vaiheita voidaan järjestää sarjaan yhdelle pienen nopeuden akselille. Tätä käsitettä käytetään usein öljy-, kaasu- tai prosessiteollisuudessa.
Koska vaiheen painesuhde on alhainen, halutun paineen saavuttamiseen käytetään useita vaiheita ja/tai useita kompressorisarjoja. Kun käytetään ilmapuristusta, suuren nopeuden vaihteisto on integroitu kompressorin vaiheisiin, jolloin siipipyörät pyörivät suurten nopeuksien hammaspyörillä. Juoksupyörä voi olla joko avoin tai suljettu.
Avoin muotoilu
Yleisimpiä nopeita ilmakäyttösovelluksia ovat avoimet siipipyörät. Tällöin juoksupyörä on yleensä valmistettu ruostumattomasta teräksestä tai alumiinista. Siipipyörän pyörimisnopeus on erittäin suuri verrattuna muuntyyppisiin kompressoreihin. Nopeudet 15,000–100,000 r/min ovat yleisiä. Tämä tarkoittaa, että suuren nopeuden kompressorin akseli tai vetopyörä on journalisoitu käyttämällä liukulaakereiden sijasta tavallista öljykalvolaakeria.
Voiteluvapaa
Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää ilman kalvolaakereita tai aktiivisia magneettisia laakereita täysin öljyttömään koneeseen. Saman akselin kumpaankin päähän on asennettu kaksi siipipyörää, jotka kompensoivat paine-erojen aiheuttamia akselikuormituksia. Tavallisesti 2 tai 3 vaiheista välijäähdyttimillä varustettua kompressoria käytetään tavallisiin paineilmasovelluksiin.
Nykyaikaisessa keskipakoiskompressorin kokoonpanossa erittäin nopeita sähkömoottoreita käytetään juoksupyörien suoraan ohjaukseen. Tämä tekniikka luo pienikokoisen kompressorin ilman vaihteistoa ja siihen liittyvää öljyn voitelujärjestelmää, joten kompressori on täysin öljytön.
Tiivisteet
Jokainen keskipakoiskompressori on tiivistettävä sopivalla tavalla, jotta vuotoja voidaan vähentää kompressorin kotelon läpi kulkevassa akselissa. Käytössä on useita tiivistetyyppejä, ja edistyksellisimpiä ovat suuripaineisiin tarkoitetut suurnopeuksiset kompressorit. Yleisimmät tyypit ovat labyrinttitiivisteet, rengastiivisteet tai ohjatut raon tiivisteet (yleensä grafiittitiivisteet) ja mekaaniset tiivisteet.
Aksiaalisessa kompressorissa on aksiaalinen virtaus, jossa ilma tai kaasu kulkee kompressorin akselia pitkin pyörivien ja paikallaan olevien lapojen rivien läpi. Tällä tavoin ilman nopeutta lisätään vähitellen samalla, kun paikallaan olevat terät muuntavat kineettisen energian paineeksi. Kompressoriin on tavallisesti asennettu tasapainotusrumpu, joka tasapainottaa aksiaalista työntövoimaa.
Aksiaaliset kompressorit ovat yleensä pienempiä ja kevyempiä kuin vastaavat keskipakoiskompressorit, ja ne toimivat yleensä suuremmilla nopeuksilla. Niitä käytetään vakiotilavuusvirtaukseen ja suureen tilavuusvirtaukseen suhteellisen kohtuullisella paineella, esimerkiksi ilmanvaihtojärjestelmissä. Koska niiden pyörimisnopeus on suuri, ne on ihanteellisesti kytketty sähköntuotantoon ja ilma-alusten käyttövoimaan käytettäviin kaasuturbiineihin.
Asiantuntija-artikkelit
Kuinka valitset täydellisen teollisuuskompressorin
30 June, 2022
Paineilmakompressoria valittaessa on otettava huomioon monia asioita. Tässä artikkelissa kerrotaan, mikä kompressori sopii parhaiten sinulle sovelluksesi ja tarpeidesi mukaan.
Vacuum Pumps, Booster Compressors and Pressure Intensifiers
22 April, 2022
Learn more about some other kinds of compressors: the vacuum pump, booster compressor and pressure intensifier.