Типи компресорів Повітряні компресори Основна теорія Редагована вебсторінка про стиснене повітря Робочий об’єм Стиснене повітря
Перш ніж ви дізнаєтеся про різні компресори й методи стиснення, ми познайомимо вас із двома основними принципами стиснення газу. Після цього порівняємо обидва й розглянемо різні компресори в цих категоріях.
Є два загальні принципи стиснення повітря (або газу): стиснення завдяки зворотно-поступальній дії та динамічне стиснення. Ці принципи ґрунтуються на теорії стискання та випускання повітря.
Під час стиснення завдяки зворотно-поступальній дії повітря всмоктується в одну або кілька камер стиснення, які потім закриваються з боку входу. Поступово об’єм кожної камери зменшується, і повітря всередині стискається. Коли тиск досягає заданого коефіцієнта стиснення, відкривається отвір або клапан. Тоді повітря нагнітається у випускну систему завдяки постійному зменшенню об’єму камери стиснення.
Під час динамічного стиснення повітря всмоктується між лопатями крильчатки компресора, яка швидко обертається, і прискорюється до високої швидкості. Потім газ нагнітається через дифузор, де кінетична енергія перетворюється на статичний тиск.
Об’ємні компресори забезпечують постійний потік повітря незалежно від тиску в системі. Вони стискають повітря, захоплюючи фіксований об’єм і механічно стискаючи його, наприклад, за допомогою поршнів або гвинтових роторів.
Ці компресори забезпечують вищі коефіцієнти стиснення навіть на низьких частотах обертання та ідеально підходять для застосування в невеликих стабільних системах, як-от виробництво й автомобільна промисловість. Їхня проста конструкція забезпечує надійність і зручність обслуговування.
У динамічних компресорах використовуються лопаті, що обертаються з великою частотою, забезпечуючи стиснення великих об’ємів повітря.
Їхні витрата й тиск залежать від робочої частоти обертання, що робить їх придатними для застосування в системах великого об’єму, наприклад під час виробництва електроенергії та в системах ОВКП. Їхня складна конструкція оптимальна для змінної витрати й ефективної роботи на високій частоті обертання.
Найпростішим прикладом стиснення завдяки зворотно-поступальній дії є велосипедний насос. Повітря всмоктується в циліндр і стискається рухомим поршнем. Поршневі компресори мають такий же принцип роботи. У них використовується поршень, який рухається вперед-назад за допомогою з’єднувального штока й колінчастого вала, що обертається.
Якщо для стиснення використовується лише один бік поршня, це називається компресором простої дії. Якщо використовуються і верхня, і нижня частини поршня — це компресор подвійної дії. Коефіцієнт стиснення є співвідношенням між абсолютним тиском на боці входу й виходу.
Відповідно, пристрій, який усмоктує повітря за атмосферного тиску (1 бар (а)) і стискає його до надлишкового тиску 7 барів, працює з коефіцієнтом стиснення (7 + 1) / 1 = 8.
На двох нижченаведених діаграмах відображено залежність тиску від об’єму для теоретичного компресора й реальну діаграму для поршневого компресора (відповідно).
Робочий об’єм — це об’єм циліндра, через який проходить поршень на етапі всмоктування. Мертвий об’єм — це об’єм під впускним і випускним клапанами й над поршнем. Із механічних причин він має залишатись у верхній точці зміни напрямку руху поршня.
Різниця між робочим об’ємом та об’ємом усмоктування пов’язана з розширенням повітря, що залишається в мертвому об’ємі перед початком усмоктування. Практична конструкція компресора, наприклад поршневого, показує різницю між теоретичною діаграмою залежності p/V і фактичною діаграмою.
Клапани ніколи не герметичні, і між спідницею поршня та стінкою циліндра завжди є незначний витік. Крім того, клапани не можуть повністю відкриватись і закриватись без мінімальної затримки. Це призводить до падіння тиску, коли газ протікає через канали. Завдяки цій конструкції газ також нагрівається, коли надходить у циліндр.
У динамічному компресорі підвищення тиску відбувається під час протікання газу. Потік газу прискорюється за допомогою лопатей крильчатки, що обертаються. Швидкість газу згодом перетворюється на статичний тиск, коли він сповільнюється під час розширення в дифузорі.
Залежно від основного напрямку газового потоку ці компресори називаються відцентровими або осьовими. На відміну від об’ємних компресорів, невелика зміна робочого тиску в динамічних компресорах призводить до значної зміни витрати.
Для кожної частоти обертання крильчатки є верхня та нижня межі витрати. Верхня межа означає, що швидкість потоку газу досягає швидкості звуку. Нижня межа означає, що протитиск перевищує наростання тиску в компресорі, що свідчить про зворотний потік усередині компресора. А це, своєю чергою, призводить до пульсацій, шуму й ризику механічних пошкоджень.
Щоб докладніше дізнатися про те, як регулюються динамічні компресори та як оптимізується продуктивність, прочитайте цей посібник про регулювання динамічних компресорів.
30 червня, 2022
There are a lot of things you have to consider when choosing an air compressor for your business. In this article we will explain what compressor is best suited for you, based on your application and needs.
16 березня, 2023
When you need a lot of horsepower, a dynamic compressor is the ideal choice. They are available in both axial and radial designs.
4 серпня, 2022
Compressed air is all around us, but what is it exactly? Let us introduce you to the world of compressed air and the basic workings of a compressor.