Перейти на главную
Справочник по гидравлике Гидравлические калькуляторы Гидравлическая аппаратура Гидроцилиндры Насосы Компрессоры
Статья оказалась полезной?
Подписаться
Подпишитесь на нашу группу ВКонтакте, в Facebook или видеоканал на Youtube
    Участники группы могут:
  • Скачивать чертежи и гидросхемы
  • Получать справочные материалы
  • Влиять на тематику новых статей
  • Участвовать в голосованиях, конкурсах
10 Лучших статей
Компрессоры / Компрессоры / Поршневые компрессоры - типы, устройство, принцип действия
2018-03-28

Поршневые компрессоры

Согласно ГОСТ 28567-90 "Компрессоры. Термины и определения" поршневым называют компрессор, в котором изменение объема рабочих камер осуществляется поршнями, совершающими линейное возвратно-поступательное движение.

Принцип работы поршневого компрессора

Устройство поршневого компрессора

Кривошипно-шатунный механизм 5 приводится в движение двигателем. Поршень 3, перемещаясь в корпусе 4 изменяет объем рабочей камеры. При увеличении объема камеры, давление в ней снижается, всасывающий клапан 1 открывается, напорный 2 закрывается, атмосферный воздух поступает в рабочую камеру компрессора. При уменьшении объема камеры всасывающий клапан закрывается, напорный - открывается, сжатый воздух поступает к потребителю.

Типы поршневых компрессоров

По типу кривошипно-шатунного механизма

  • Крейцкопфный
  • Бескрейцкопфный

Движение от приводного двигателя к поршню передается через кривошипно-шатунный механизм. В крейцкопфном механизме поршень жёстко связан с крейцкопфом - ползуном, совершающими возвратно поступающее движение по направляющим, что позволяет разгрузить поршень от нормальных усилий. В бескрейцкопфном кривошипно-шатунном механизме такой ползун отсутствует.

Бескрейцкопфный и крейцкопфный компрессоры

По количеству ступеней повышения давления различают:

  • Одноступенчатые
  • Двухступенчатые
  • Многоступенчатые

По расположению цилиндров различают поршневые компрессоры:

  • вертикальные
  • горизонтальные
  • угловые

По числу рядов:

  • однорядные
  • двурядные
  • трехрядные
  • многорядные

Вертикальные поршневые компрессоры

Схемы вертикальных поршневых компрессоров показаны на рисунке.

Вертикальные компрессоры

По причине вертикальной установке поршня, силы инерции на фундамент и элементы конструкции компрессора действуют вертикально. Износ поршня, меньше чем у горизонтальных машин, и равномерен по окружности. Отсутствие износа уплотнений и фторопластовых колец, вызванного влиянием силы тяжести поршня, позволяет использовать вертикальные компрессоры без смазки маслом. Поэтому для поршневых безмасляных компрессоров используют вертикальную схему установки поршня.

Горизонтальные поршневые компрессоры

Горизонтальные компрессоры, чаще всего изготавливаются с крейцкопфом. Наиболее распространены однорядные Г-образные и двухрядные П-образные схемы компрессоров.

Схемы горизонтальных компрессоров

Среди достоинств горизонтальных поршневых компрессоров следует отметить простоту обслуживания, и возможность уравновешивания качающих узлов при выборе оппозитной схемы.

Угловые компрессоры

Наиболее распространенными являются угловые V-образные, W-образные, звездообразные, веерообразные бескрейцкопфные поршневые компрессоры.

Угловые компрессоры

Одним из главных достоинств угловых компрессоров является возможность уравновешивания инерционных сил. Кроме того, угловая компоновка делает компрессор более компактным.

Угловую схему расположения поршней часто используют на компрессорах малой производительности.

Оппозитные компрессоры

Оппозитные машины - это особый тип компрессоров, в которых поршни расположены друг напротив друга и совершают встречное движение. Достаточно широкое распространение получили оппозитные горизонтальные компрессоры.

Схема оппозитного компрессора

Такая схема установки поршней позволяет уравновесить качающий узел, поэтому оппозитные компрессоры отличаются хорошими динамическими характеристиками. Это позволяет увеличить частоту вращения приводного вала в 2 - 3 раза по сравнению с обычным горизонтальным компрессором.

Индикаторная диаграмма поршневого компрессора

Индикаторная диаграмма поршневого компрессора - графическая зависимость давления в полости цилиндра от положения поршня. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора показана на рисунке.

Индикаторная диаграмма поршневого компрессора

Линия ab на индикаторной диаграмме показывает изменение давления при всасывании воздуха, линия cd показывает изменение давления в камере компрессора при нагнетании, линия bc - изображает процесс сжатия газа, линия da - изображает процесс расширения газа оставшегося в мертвом объеме.

Мертвый объем компрессора – это пространство в рабочей камере, из которого поршнем не может быть вытеснен газ. Мертвый объем, складывается из объемов каналов, зазоров между поршнем и крышкой, клапанами и корпусом. Скачкообразные изменения давления в начале процессов всасывания и нагнетания связаны с динамическими процессами, происходящими во время открытия клапанов.

Расчет производительности

Объемную производительность при теоретическом процессе можно вычислить по формуле:

Q = S×l×n
  • где S - площадь поршня
  • l - ход поршня
  • n - частота вращения

Учитывая сжимаемость газа, при расчетах часто используют понятие массового расхода. Массовую производительность при теоретическом цикле можно вычислить по формуле:

m = ρ×S×l×n
  • где ρ - плотность газа

Многоступенчатые компрессоры

Схема многоступенчатого компрессора показана на рисунке.

Схемма многуступенчатого сжатия воздуха компрессором

После сжатия в первом цилиндре воздух поступает в охладитель, а затем на вторую ступень сжатия.

Многоступенчатые компрессоры имеют следующие преимущества:

  • Меньшая температура сжатого газа
  • Меньше усилие на поршне. На ступень высокого давления поступает уже сжатый воздух, поэтому для размер поршня второй ступени может быть уменьшен. Суммарное усилие на нескольких поршнях многоступенчатого компрессора меньше чем усилие на поршне одноступенчатого компрессора при равных параметрах нагнетания.
  • Более экономная работа.

В многоступенчатом компрессоре, газ после сжатия охлаждается до первоначальной температуры. Поэтому работа многоступенчатого сжатия будет равна сумме работ в одноступенчатых циклах. На рисунке показана P-V диаграмма многоступенчатого компрессора.

Диаграмма многоступенчатого компрессора

P-V диаграмма одноступенчатого компрессора показана на рисунке.

Диаграмма одноступенчатого компрессора

Сравнив две диаграммы можно сделать вывод об экономичности многоступенчатого сжатия.

Применение поршневых компрессоров

Производительность поршневых компрессоров может достигать 200 кубометров в минуту, дальнейшее увеличение производительности ограничено чрезмерным возрастанием массы и размеров подвижных элементов компрессора.

Степень повышения давления одной ступенью поршневого компрессора обычно находится в интервале от 3 до 5, при использовании многоступенчатых компрессоров, степень повышения давления может увеличиваться в десятки раз, например в шестиступенчатом компрессоре можно получить степень сжатия до 10000.