Text Size
Среда 21 августа 2019

Из предыдущей главы по физике можно понять, что увеличение давления - это результат уменьшения объема воздуха. Такой результат можно получить, используя ручной велосипедный насос и автоматически, применяя промышленные насосы. Насосы, производящие сжатый воздух, часто имеют компрессоры объемного типа. Они подразделятся на две группы: поршневые и ротационные, в зависимости от механизма, создающего нарастающее сжатие объема воздуха, всасываемого через входное отверстие насоса.
Описание и работа поршневого компрессора -

Рис.1 в изображении

 Движение деталей насоса происходит подобно двухтактному бензиновому двигателю. Главное различие - в том, что коленчатаму валу компрессора необходимо передавать вращение от источника мощности типа электрического двигателя. Стадии цикла сжатия показаны на рисунке.
a) Поршень, при движении вниз, всасывает "атмосферный воздух" через левое входное отверстие клапана. Правый клапан выхода остается закрытым.
b) При движении поршня вверх, клапан входного отверстия быстро закрывается и, в определенноой точке хода поршня, открывается клапан выхода, через который сжатый воздух течет к системе.
Поскольку на каждой стадии сжатия увеличивается температура воздуха (это мы рассматривали в разделе по физике), то обычно создают условия для охлаждения камеры сжатия. Часто это достигается за счет использования охлаждающих ребер. Можно обеспечить снижение повышения температуры, используя многоступенчатые компрессоры, когда требуется высокое давление и большой объем сжатого воздуха. Эти насосы используют следующий принцип: воздух всасывается в первую камеру сжатия и сжимается до промежуточного давления. Прежде, чем воздух пропускают к второй стадии сжатия, он охлаждается. Охладенный воздух сжимается далее на второй стадии, проходя в систему при требуемом давлении.

Характеристики ротационного компрессора
I. Теоретическая производительность-это количество атмосферного воздуха, который компрессор способен сжать в единицу времени. Ее рассчитывают, умножая рабочий объем (объем камеры над поршнем), выраженный в дм3 на число ходов в минуту (число оборотов коленчатого вала в минуту). Величина выражается в Нл/мин. При использовании системы СИ для компрессора этого типа данная величина выражается: Нл/час.
II.Производительность измеряется на выходе компрессора. Если бы многоступенчатый компрессор имел возможность всасывать воздух при 20 С и сжимать его до требуемой величины без увеличения его температуры на выходе, то реальная производительность равнялась бы теоретической.
Это - "изотермическое сжатие".
- Обычно процесс - "адиабатический", и это означает, что температура сжатого воздуха увеличивается. В этом случае необходимо большее количество свободных молекул воздуха, чтобы получить тот же объем при нормальной температуре. - Например:
Если объем воздуха при 7 барах и температуре 100oC охлаждается, его давление будет уменьшаться. Поэтому процесс работы компрессора можно рассматривать как "изотермической", но с худшим заключительным результатом.
- Эффективность работы компрессора снижается еще и из-за присутствия воды в воздухе.
III. Давление на выходе: Оно определяется установленным соотношением между начальным и заключительным объемом в камере сжатия.

Ротационные лопастные компрессоры -

Рис.2 в изображении

 Этот тип компрессора состоит из лопастей (лезвий), которые установлены свободно в пазах, выполненных в цилиндрическом корпусе (роторе). Ротор расположен внутри камеры. При вращении ротора от электрического двигателя (или другого источника мощности), лопасти под воздействием центробежной силы устремляются от оси вращения в радиальном направлении и каждая из них находиться в контакте с внутренней поверхностью камеры.
Входное отверстие для воздуха расположено в точке, где объем между соседними лопастями начинает увеличиваться. Выход расположен там, где объем между соседними лопастями минимален.
Всасывание или фаза впуска воздуха происходит в точке А и объем между лопастями увеличивается, пока они не достигнут точки D. От точки E до H объем постепенно уменьшается. Генерация сжатого воздуха в компрессорах этого типа может рассматриваться скорее как непрерывный поток, чем пульсирующий поток, как в поршневых компрессорах. Охлаждение воздуха и смазка лопастей обычно обеспечивается введением масла в зону входного отверстия, которое затем подается на выход. После этого оно охлаждается и снова подается на вход.
Ротационные винтовые компрессоры -

Рис.3 в изображении

 Они состоят из двух червяков, (изменяющихся профилей в зависимости от технологии изготовления) которые установлены так, чтобы их поверхности были почти в контакте. Зазор между стенкой камеры и каждым элементом также минимален. Поскольку элементы вращаются друг относительно друга, выступы и впадины попеременно открывают или закрывают входное отверстие. Выступы постепенно сжимают воздух, поскольку пространство между выступами и впадинами уменьшается. Наконец, воздух выпускается с противоположного конца элемента сжатия.
Динамические компрессоры
Они используются там, где требуются большие объемы сжатого воздуха. Они работают по такому принципу - кинетическая энергия передается молекулам воздуха, используя рабочие колеса с лопастями. Кинетическая энергия, приобретенная воздухом преобразована в давление прежде, чем воздух выйдет из компрессора. В зависимости от формы рабочего колеса, компрессор классифицируется на радиальный или осевой.
Два типа таких конструкций показаны на рисунках

Рис.4 и 5 в изображении

 

- Радиальный Тип - (фиг. 4)
На первое рабочее колесо поступает атмосферный воздух и оно направляет его от оси вращения радиально к трубопроводу, связанному с входным отверстим второго рабочего колеса. Этот процесс повторяется в зависимости от числа рабочих колес.

- Осевой Тип - (фиг. 5) Поток воздуха постепенно ускоряется каждым рабочим колесом, которые пропускают его в направлении параллельном оси рабочих колес.

Выбор компрессора
Наиболее важный фактор - производительность компрессора в м3/час, которая должна соответствовать требованиям установленного оборудования. Оборудование может быть разделено на две группы:
I. С непрерывным потреблением - машины с цилиндрами, которые работают постоянно. II. С нестабильным потреблением - при котором используются ручные инструменты (пневмодрели, винтоверты, и т.д.). Потребление, должно быть рассчитано, с учетом коэффициента, отражающего процент времени их работы. Необходимо учесть запас производительности из-за утечек в распределительных трубопроводах, возможного увеличения расхода воздуха из-за дополнительного оборудования, которое будет установлено в будущем. Необходимо также учесть давление на выходе компрессора. Следует обеспечить самое высокое давление, которое требуется оборудованию и принять во внимание предусматриваемое снижение давления, вызванное трубопроводной системой. На выходе компрессора обычно рекомендуется давление 7 бар. Более высокие уровни давления приводят к: - Большой цене компрессора. - Увеличенному расходу энергии, например, электричества, Часто оказывается более экономичным решение снабдить отдельным компрессором оборудование, требующее более высокое давление.

Программист

Учебник