Innan du kan lära dig mer om olika kompressorer och komprimeringsmetoder måste vi först redogöra för de två grundläggande principerna för komprimering av gas. Därefter jämför vi de två och tittar närmare på olika kompressorer i dessa kategorier.
Det finns två allmänna principer för komprimering av luft (eller gas): Kompression med positivt deplacement och dynamisk kompression. Dessa principer är grundade i teorin om hur luft komprimeras och släpps ut.
Vid komprimering med positivt deplacement, sugs luft in i en eller flera kompressionskammare, som sedan stängs av från inloppet. Volymen på kammaren minskas gradvis varvid luften i den komprimeras. När trycket har nått det önskade inbyggda tryckförhållandet öppnas en port eller ventil och luften släpps ut med konstant tryck under fortsatt minskning av kompressionskammarens volym.
Vid dynamisk kompression sugs luft in mellan bladen på ett roterande kompressorhjul med högt varvtal och accelereras till hög hastighet. Gasen släpps sedan ut via en diffusor, där rörelseenergin omvandlas till statiskt tryck.
Kompressorer med positivt deplacement ger ett jämnt luftflöde, oavsett systemtrycket. De komprimerar luft genom att innesluta en fast volym och mekaniskt komprimera den, t.ex. med kolvar eller roterande skruvar.
Dessa kompressorer ger högre tryckförhållanden även vid lägre varvtal och är idealiska för mindre, stabila tillämpningar som tillverkning och i fordonsindustri. Den enkla konstruktionen säkerställer tillförlitlighet och enkelt underhåll.
Dynamiska kompressorer använder roterande blad med högt varvtal för att komprimera stora luftvolymer.
Deras flöde och tryck varierar med driftvarvtalet vilket gör dem lämpliga för högvolymstillämpningar som kraftgenerering och HVAC. Dess komplexa konstruktion är optimerad för variabla flöden och effektiv drift med höga varvtal.
Cykelpumpen är den enklaste deplacementkompressorn, där luft sugs in i en cylinder och komprimeras av en rörlig kolv. Kolvkompressorerna har samma funktionsprincip med en kolv vars framåt- och bakåtrörelse åstadkoms av en vevstake på en roterande vevaxel.
Om endast den ena sidan av kolven används för kompressionsarbetet kallas kompressorn för en enkelverkande kompressor. Om både kolvens över- och undersida används kallas kompressorn för en dubbelverkande kompressor. Tryckförhållandet är förhållandet mellan det absoluta trycket på insugnings- och utblåsningssidan.
Följaktligen har en maskin som suger in luft vid atmosfäriskt tryck (1 bar(a)) och komprimerar den till 7 bar övertryck ett tryckförhållande på (7 + 1)/1 = 8.
De två diagrammen nedan visar relationen mellan tryck och volym i ett teoretiskt kompressordiagram respektive ett realistiskt kompressordiagram för kolvkompressorer.
Slagvolymen är den cylindervolym som kolven genomlöper under insugningsslaget. Den skadliga urtymmet är volymen under in- och utloppsventilerna och ovanför kolven. Det måste av mekaniska skäl förbli vid kolvens övre vändpunkt.
Skillnaden mellan slagvolymen och insugen volym beror på att den luft som finns kvar i det ”skadliga rummet” expanderar innan insugningen börjar. Skillnaden mellan det teoretiska p/V-diagrammet och det faktiska diagrammet beror på den praktiska konstruktionen för kompressorn, till exempel en kolvkompressor.
Ventilerna blir aldrig helt täta och ett visst läckage finns alltid mellan kolven och cylinderväggen. Dessutom kan inte ventilerna öppnas och stängas utan en minimal fördröjning vilket leder till tryckfall när gasen strömmar genom kanalerna. Av konstruktionsmässiga skäl värms gasen också upp när den strömmar i cylindern.
En dynamisk kompressor är en strömningsmaskin där tryckhöjningen sker samtidigt som gasen strömmar. Den strömmande gasen accelereras till hög hastighet med hjälp av roterande blad eller ett kompressorhjul, varefter gasens hastighets omsätts till tryckenergi när den tvingas retardera under expansion i en diffusor.
Beroende på huvudriktningen för det gasflöde som används talar man om radial- eller axialkompressorer. Jämfört med deplacementkompressorer leder hos dynamiska kompressorer en liten förändring i arbetstryck ger en stor förändring i flödeshastigheten.
Varje kompresshjuls varvtal har en övre och lägre gräns för flödeshastighet. Den övre gränsen innebär att gasens flödeshastighet når ljudhastigheten. Den undre gränsen innebär att mottrycket är större än kompressorns uppbyggda tryck, vilket innebär återströmning i kompressorn. Detta leder i sin tur till pulsationer, buller och risk för mekaniska skador.
För att förstå mer om hur dynamiska kompressorer regleras och hur prestanda optimeras, läs den här guiden om dynamisk kompressorreglering.
30 juni, 2022
Det finns mängder med saker du behöver ta hänsyn till när du väljer en luftkompressor för din verksamhet. I den här artikeln förklarar vi vilken kompressor som passar dig bäst baserat på dina tillämpningar och behov.
16 mars, 2023
När du behöver många hästkrafter är en dynamisk kompressor det perfekta valet. De finns i både axial- och radialutförande.
4 augusti, 2022
Tryckluft finns överallt runt omkring oss, men vad är det egentligen? Låt oss presentera tryckluftens värld och den grundläggande funktionen hos en kompressor.