Компрессор — это машина, основная задача которой заключается в сжатии, перемещении и подаче воздуха или иного газа под давлением. Эти устройства являются ключевыми элементами во многих отраслях промышленности.
История и классификация
Теоретические основы для центробежных машин были разработаны Леонардом Эйлером, а создание теории осевых компрессоров и вентиляторов связано с трудами выдающихся русских ученых, таких как Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин. По своему целевому назначению все компрессоры делятся на две большие группы: воздушные и газовые (например, кислородные).
Воздушные компрессоры общего назначения
Наиболее широко в промышленности применяются именно воздушные компрессоры, которые часто называют компрессорами общего назначения. Они способны создавать давление сжатого воздуха до 5,0 МПа. Этот сжатый воздух служит незаменимым ресурсом: в металлургии его используют для подачи дутья в печи, в энергетике — для нагнетания в топки котлов. Кроме того, сжатый воздух выступает в роли энергоносителя для привода разнообразного пневмооборудования: от молотов и вибраторов до зажимных патронов в станках. Он также применяется для транспортировки сыпучих материалов, перемешивания компонентов и в процессах очистки.
Газовые и кислородные компрессоры
Развитие магистральных газопроводов стимулировало создание мощных газовых компрессоров, способных создавать давление до 40 МПа и выше. Для поддержания давления при транспортировке природного газа на каждые 100–150 км газопровода устанавливаются компрессорные станции, перекачивающие миллионы кубометров газа в сутки. Отдельную, особую категорию составляют кислородные компрессоры. Их конструкция имеет критически важные особенности: специальные системы смазки и уплотнений, предотвращающие утечку и обеспечивающие безопасность работы с этим активным газом.
Типы компрессоров по принципу действия
По принципу работы и конструктивным особенностям выделяют несколько основных типов компрессоров: поршневые, ротационные, центробежные, осевые, струйные и турбокомпрессоры.
Поршневые компрессоры
Основными компонентами поршневого компрессора являются рабочий цилиндр и поршень, приводимый в движение кривошипно-шатунным механизмом с коленчатым валом. При движении поршня создается разрежение, открывается всасывающий клапан, и воздух поступает в цилиндр. При обратном ходе поршня воздух сжимается и выталкивается через нагнетательный клапан. Процесс сжатия сопровождается значительным нагревом, поэтому такие компрессоры оснащаются системами водяного или воздушного охлаждения. Характерная черта этих машин — цикличность (периодичность) рабочего процесса.
Ротационные компрессоры
В этих машинах сжатие осуществляется одним или несколькими вращающимися роторами. Широко распространены пластинчатые ротационные компрессоры, в которых эксцентрично расположенный ротор с подвижными пластинами при вращении создает меняющиеся объемы для всасывания и сжатия газа. В отличие от поршневых, процессы всасывания и нагнетания здесь происходят одновременно, но в разных зонах. К этой же группе относятся винтовые компрессоры с двумя винтовыми роторами.
Центробежные и осевые турбокомпрессоры
Это динамические машины с непрерывным потоком. В центробежном компрессоре газ, попадая на лопатки вращающегося рабочего колеса, отбрасывается к периферии центробежной силой, сжимается и приобретает скорость. Затем в диффузоре его скорость падает, а давление дополнительно растет. Для достижения высоких давлений используются многоступенчатые конструкции с промежуточным охлаждением в холодильниках.
В осевом компрессоре поток газа движется параллельно оси вращения через чередующиеся ряды вращающихся и неподвижных (направляющих) лопаток. Степень сжатия на одну ступень у них ниже, чем у центробежных, но они отличаются самым высоким коэффициентом полезного действия (КПД) среди всех типов компрессоров. Оба типа характеризуются рабочими характеристиками — графиками зависимости давления и мощности от производительности.
Струйные компрессоры
Принцип их действия аналогичен струйным насосам. Они используют энергию высокоскоростной струи рабочей среды (часто пара) для отсасывания или нагнетания газа, обеспечивая при этом более высокую степень сжатия.
