Воздушные компрессоры: понимание определения, работы, типов и областей применения

Все мы видели баллоны с моторами и трубками, используемые для подачи воздуха в шины наших велосипедов или автомобилей. Эти баллоны с моторами и трубками представляют собой воздушные компрессоры. Таким образом, воздушный компрессор представляет собой механическое устройство, которое увеличивает давление воздуха выше атмосферного за счет его сжатия. Этот воздух под высоким давлением хранится в прикрепленном к нему баллоне.

Воздушные компрессоры

Воздушный компрессор — это устройство, которое преобразует мощность, обычно от электродвигателя или бензинового двигателя, в потенциальную энергию, запасенную в сжатом воздухе. Воздушные компрессоры широко используются в различных отраслях промышленности, таких как производство, строительство и автомобилестроение, для приведения в действие инструментов и оборудования, которым требуется воздух высокого давления. Они бывают разных размеров, от небольших портативных моделей до крупных промышленных компрессоров.

Определение воздушных компрессоров

Воздушные компрессоры производят сжатый воздух и имеют множество применений. Этот процесс используется при производстве кислородных баллонов, аэрозольных баллончиков и т.д. В связи с таким широким применением давайте изучим работу воздушных компрессоров, различные типы, их преимущества и недостатки.

Что такое воздушные компрессоры?

Сжатие — это процесс повышения давления любого состояния вещества. Сжатие воздуха — это процесс повышения давления воздуха выше атмосферного. Значение атмосферного давления указано как ‘1 атм» или «101 325 Па (паскали)».

Механическое устройство, используемое для сжатия воздуха, называется ‘Воздушный компрессор’. Таким образом, воздушный компрессор представляет собой механическое пневматическое устройство, приводимое в действие двигателями внутреннего сгорания или электродвигателями для преобразования кинетической энергии воздуха в потенциальную энергию.

Сжатый воздух из воздушных компрессоров обычно хранится в резервуаре высокого давления. Пример показан на изображениях ниже.

Рис. 1: Типичный воздушный компрессор

Воздушные компрессоры обычно приводятся в действие паровыми двигателями, двигателями внутреннего сгорания или электродвигателями. Инженеры устанавливают верхний предел для каждого типа производимых компрессоров, при превышении которого они останавливаются. Находящийся под давлением сжатый воздух в баллонах обладает кинетической энергией при выпуске и может использоваться в различных областях применения, которые обсуждаются ниже.

Воздушный компрессор нельзя считать насосом, поскольку первый работает только с газом или воздухом, в то время как второй работает только с жидкостями. Давайте теперь изучим основной принцип работы этих механических устройств.

Принцип работы воздушных компрессоров

Каждый воздушный компрессор подчиняется Закону Бойля, который гласит: “Произведение давления и объема массы замкнутого газа постоянно и пропорционально температуре”.

Математически, $P V \propto T$ .

Общий принцип работы этих компрессоров приведен ниже.

Компрессор, обычно представляющий собой систему поршень-цилиндр или другие типы, описанные ниже, представляет собой устройство, поглощающее рабочую нагрузку.
Воздух из атмосферы всасывается в устройство.
Рабочий элемент сжимает воздух до высокого давления, увеличивая его объем.
Согласно закону Бойля, при этом процессе также повышается температура.
Затем сжатый воздух из компрессора подается в резервуар высокого давления для накопления потенциальной энергии в виде воздуха.

Это представлено математически и схематично на изображении ниже.

Здесь,

$P_{1}$ и $P_{2}$ = Давление на входе и выходе соответственно,

$V_{1}$ и $V_{2}$ = Скорость на входе и выходе соответственно.

Давайте подробно изучим типы, а затем принцип работы каждого типа.

Типы воздушных компрессоров

Наиболее известные типы воздушных компрессоров приведены в дереве классификации ниже.

Рис. 3: Классификация воздушных компрессоров

Объемный воздушный компрессор

Сжатие в данном случае представляет собой процесс захвата воздуха, а затем его сжатия. Это уменьшает объем при одновременном повышении давления. Воздух с давлением выше давления конденсации после повышения уровня давления удаляется из закрытой камеры. Затем подается свежий воздух, и цикл продолжается.

Компрессоры этого типа нагнетают воздух в камеру. Воздух непрерывно вытесняется вращающимся механическим компонентом. Воздушные полости образуются, когда компонент перемещается из одного места в другое.

В этой статье мы обсудим два типа, основываясь на требованиях механического обследования AE / JE: воздушные компрессоры поршневого и роторного типа.

Поршневой воздушный компрессор

Поршневой воздушный компрессор, настоящая рабочая лошадка в мире сжатого воздуха, является примером изобретательности и эффективности консервативных инженерных принципов. Благодаря прочной конструкции и механической точности это исключительное устройство является ярким свидетельством консервативных ценностей.

Поршневые компрессоры

Поршневой тип — это объемный воздушный компрессор, аналогичный двигателям внутреннего сгорания. Единственное отличие заключается в отсутствии горючих газов для работы поршня. В них поршень соединен с коленчатым валом, совершающим возвратно-поступательное движение внутри цилиндра. Всасывающий и нагнетательный клапаны находятся в верхней части цилиндра компрессора.

Существует три основных типа поршневых воздушных компрессоров: одинарного действия, двойного действия и мембранного типа.

Поршневые воздушные компрессоры одностороннего действия

Давайте посмотрим на изображение ниже, чтобы узнать больше о типе. Они широко известны как одноступенчатые поршневые воздушные компрессоры.

Рис. 4: Схема одноступенчатого поршневого воздушного компрессора

В этом типе поршня один конец используется для всасывания и сжатия. При первом такте воздух всасывается внутрь камеры компрессора, за которым следует сжатие при втором такте. Другой конец поршня свободен и не открыт для работы.

Как видно из изображения выше, индукционный (всасывающий) клапан забирает воздух под атмосферным давлением. Работа осуществляется только одним концом поршня, обычно верхней частью, в компрессоре. Водяная рубашка поддерживает температуру значительно ниже рабочей температуры воздуха, которая может повышаться в соответствии с законом Бойля.

Другая сторона поршня косвенно способствует ходу поршня, помогая открывать и закрывать картер. Поршень работает за счет воздуха, толкающего его вниз в одном направлении, а пружинящий механизм коленчатого вала возвращает поршень в его нормальное положение. Это увеличивает давление выше атмосферного давления воздуха.

Он подается через нагнетательный клапан. Таким образом, в воздушных компрессорах этих типов для подачи сжатого воздуха работу выполняет только один поршень.

Преимущества поршневых компрессоров одностороннего действия:

Компрессор имеет простую
Их проще ремонтировать

Недостатки поршневых компрессоров одностороннего действия:

Система должна работать на полную мощность даже при небольшом объеме выполняемой работы.

Применение поршневых компрессоров одностороннего действия:

Обычно используются в деревообработке, производстве продуктов питания в пекарнях и металлообработке.
Они широко известны как газовоздушные компрессоры.

Поршневые воздушные компрессоры двойного действия

Принципиальная схема типичного поршневого воздушного компрессора двойного действия приведена ниже. Обычно они относятся к категории многоступенчатых поршневых воздушных компрессоров, но давайте ограничимся изучением компрессоров двойного действия / ступенчатых компрессоров, соответствующих экзаменам AE / JE по машиностроению.

Рис. 5: Схема поршневого воздушного компрессора двойного действия

Это хорошо известный тип объемных компрессоров. Здесь, в отличие от компрессоров одностороннего действия, для забора и сжатия воздуха используются обе стороны поршня. Поршень движется вниз и втягивает воздух. Затем он перемещается вверх, сжимая воздух и проталкивая его к нагнетательному (выпускному) клапану.

В данном случае обе стороны поршня используются в камере компрессора для полной работы по сжатию воздуха. К концу процесса объем воздуха уменьшается. Для поддержания температуры воздуха во время работы компрессора предусмотрены водяные рубашки.

Работа впускного и нагнетательного клапанов зависит от движения поршня воздушного компрессора.

Преимущества поршневых компрессоров двойного действия:

Больший контроль над процессом сжатия
Для производства энергии можно использовать только первую ступень

Недостатки поршневых компрессоров двойного действия:

Более высокие капиталовложения
Сложный процесс ремонта

Применение поршневых компрессоров двойного действия:

Хорошо известно, что они используются в различных областях применения ВВС в вооруженных силах

Мембранные поршневые воздушные компрессоры

Воздушные компрессоры мембранного типа являются классическими в категории объемных компрессоров. Они оснащены поршневыми кольцами и уплотнением с подпоркой, как показано на рисунке ниже. В этом типе движущаяся мембрана (точно такая же, как у человека) приводится в движение штоком и коленчатым валом для забора воздуха.

Рис. 6: Схема поршневых воздушных компрессоров мембранного типа

Мембрана и пластина соприкасаются с воздухом, в отличие от других типов, где соприкасается поршень. Обычно мембрана изготавливается таким образом, чтобы выдерживать нагрузку при сжатии.

Поскольку они обычно используются с токсичными газами в качестве рабочих газов, мембрана не должна вступать в реакцию. Масляное пространство используется для поддержания температуры в системе, в то время как перфорированные пластины позволяют маслу смазывать систему поршень-цилиндр.

На этом обсуждение поршневого типа завершается.

Преимущества мембранных поршневых компрессоров:

Отсутствие утечки и загрязнения воздуха в процессе работы
Низкая вибрация

Недостатки поршневых компрессоров двойного действия:

Для установки требуется большая площадь.

Применение поршневых компрессоров двойного действия:

Широко используются для сжатия токсичных и редких газов, таких как водород, азот и т.д.

Роторные воздушные компрессоры

В отличие от других типов компрессоров, использующих движение поршень-цилиндр, ротационные воздушные компрессоры для сжатия воздуха используют механизм привода. В этих компрессорах вращающийся элемент создает жидкостное уплотнение. Это создает всасывание на входе.

Механический компонент в компрессорах этого типа обеспечивает положительное вытеснение воздуха. Существует три основных типа этих компрессоров: лопастной или корневой нагнетатель, винтовой и лопастной.

Роторные воздушные компрессоры с лопастным или корневым нагнетателем

Типичный воздуходув roots с двумя лопастями показан на изображении ниже.

Рис. 7: Роторный воздушный компрессор Roots Blower

В компрессоре два ротора, и обычно один из них подключен к внешнему приводу, который приводит в движение другой ротор. Форма этих роторов, технически известная как лепесток, соответствует циклоидному или эвольвентному профилю.

Сопряжение этих двух компрессоров обеспечивает точную герметизацию нагнетательной стороны. Воздух низкого давления сжимается за счет действия, преобразующего его к концу процесса в воздух высокого давления.

Преимущества поршневых компрессоров двойного действия:

Простая конструкция по сравнению с другими роторными воздушными компрессорами.
Эффективность при работе на более низких оборотах.

Недостатки поршневых компрессоров двойного действия:

Внутренние компоненты чрезвычайно подвержены износу

Применение поршневых компрессоров двойного действия:

Они широко используются в целлюлозно-бумажной промышленности.
Они также используются в фармацевтической промышленности.

Винтовые ротационные воздушные компрессоры

В винтовом роторном воздушном компрессоре используется механизм принудительного вытеснения роторного типа. Объяснение понятно по ссылке на изображение ниже.

Рис. 8: Винтовой роторный воздушный компрессор

Компрессор состоит из плотно прилегающих друг к другу роторов спиральной формы для сжатия воздуха. На практике, при сухой работе системы, для обеспечения точной центровки используется пара зубчатых передач. Это также обеспечивает устойчивость к быстрому износу.

Смазочное масло образует соединение в пространстве между роторами винтового воздушного компрессора, заполненного маслом. Это масло действует как средство передачи механической энергии между роторами, способствуя вращению одного из них, приводимого в действие другим.

Преимущества поршневых компрессоров двойного действия:

Меньше шума во время работы
Температура воздуха на выходе будет сравнительно низкой

Недостатки поршневых компрессоров двойного действия:

Этот компрессор необходимо часто использовать, чтобы избежать появления ржавчины
Требует чрезмерного технического обслуживания

Применение поршневых компрессоров двойного действия:

Небольшие воздушные компрессоры или мини-воздушные компрессоры этого типа используются в качестве мобильных установок для наполнения воздухом.
Они также используются в индустрии упаковки пищевых продуктов.

Роторные воздушные компрессоры лопастного типа

Лопастной компрессор состоит из набора лопастей, установленных на роторе, как показано на изображении ниже.

Рис. 9: Роторные воздушные компрессоры лопастного типа

Лопасти на роторе внутри камеры имеют переменную длину. При вращении ротора они соприкасаются со стенками корпуса. При этом воздух из впускного отверстия всасывается и сжимается.

На этом наше обсуждение первой категории воздушных компрессоров завершается. Давайте перейдем к следующей основной категории.

Преимущества поршневых компрессоров двойного действия:

1) Простота обслуживания

2) Простая конструкция

Недостатки поршневых компрессоров двойного действия:

Смазочные материалы могут загрязнять воздух

Применение поршневых компрессоров двойного действия:

Используются в сельскохозяйственной промышленности для подачи сжатого воздуха для работы сельскохозяйственной техники.

Воздушные компрессоры с динамическим вытеснением

На равномерно поступающий воздух механические элементы компрессора этого типа воздействуют за счет кинетической энергии, что увеличивает давление поступающего воздуха. Существует два типа: центробежные и осевые компрессоры.

Центробежные воздушные компрессоры

Энергия вращения передается воздуху центробежными воздушными компрессорами в режиме сжатия.

Рис. 10: Центробежный компрессор

Энергия вращения лопастей преобразуется в центробежную силу, которая выталкивает воздух в сторону выпуска. В этом типе воздушный поток проходит перпендикулярно оси вращающегося вала. Лопасти бывают двух типов: диффузорные и крыльчатка.

Лопасти рабочего колеса изогнуты, что способствует потоку воздуха. Лопасти диффузора являются стационарными и используются для преобразования кинетической энергии вращения воздуха, поступающего от лопастей рабочего колеса, в энергию давления. Компоненты на рисунке 10 являются основными компонентами центробежного воздушного компрессора.

Центробежные компрессоры иногда называют роторными компрессорами из-за их конструкции.

Преимущества поршневых компрессоров двойного действия:

1) Надежные и менее дорогостоящие

2) Способность работать под высоким давлением.

Недостатки поршневых компрессоров двойного действия:

1) Менее гибкие и стабильные при более высоких давлениях сжатия

2) Создает больше вибраций.

Применение поршневых компрессоров двойного действия:

В основном используются газовыми турбинами и холодильными компрессорами

Осевые воздушные компрессоры

Осевой воздушный компрессор, широко известный динамический компрессор, представляет собой механическое устройство, используемое для непрерывного повышения давления воздуха в системе. По сравнению с центробежным компрессором осевые компрессоры имеют небольшие размеры и легкий вес.

Дайте нам представление об этих типах компрессоров, используя изображение ниже.

Компрессор оснащен барабаном, на котором установлены вращающиеся лопасти. Неподвижные лопасти предназначены для направления потока и достижения высоких скоростей. Воздух радиально поступает в крыльчатку и выпускается из компрессора в осевом направлении.

В этой системе воздух проходит в параллельном направлении благодаря вращающимся лопастям. Когда осевые компрессоры объединены с газовыми турбинами, они могут вырабатывать электроэнергию.

Преимущества поршневых компрессоров двойного действия:

Более высокая скорость потока и больший коэффициент давления
Более высокая тяга и топливная экономичность

Недостатки поршневых компрессоров двойного действия:

Громоздкая конструкция
Высокая пусковая мощность

Применение поршневых компрессоров двойного действия:

Эти компрессоры используются в конструкции реактивных двигателей, высокоскоростных судовых двигателей и небольших электростанций

Разница между насосами и воздушными компрессорами

Насосы — это устройства, которые перемещают жидкости, в то время как воздушные компрессоры предназначены для увеличения давления и плотности воздуха, подавая его для различных применений, таких как электроинструменты или пневматические системы.

	Насосы	Воздушные компрессоры
Назначение	Перемещайте жидкости	Сжатие и хранение воздуха
Тип жидкости	Жидкости (вода, масло и т.д.)	Газообразный (обычно воздух)
Производительность	Расход (объем / время)	Давление (усилие на единицу площади)
Источник энергии	Электрические, гидравлические и т.д.	Электрические, бензиновые и т.д.
Области применения	Водоснабжение, дренаж,	Пневматические инструменты, промышленные
нагрев, охлаждение,	процессы, системы ОВКВ,
добыча масла и т.д.	накачка и т.д.
Принцип работы	Передает кинетическую энергию	Сжимает воздух с помощью поршня,
жидкость, создающая	поворотный или винтовой механизм
расход
Степень сжатия	N/A	Степень сжатия определяет
повышение давления
Техническое обслуживание	Регулярная смазка,	Регулярное техническое обслуживание, такое как
проверка и ремонт	замена масла и очистка
Уровень шума	В целом более тихие	Могут быть более шумными из-за
движение поршня
Вибрация	Обычно ниже	Могут создавать большую вибрацию

Вопросы

Вопрос 1. Как пользоваться воздушным компрессором? Как работает воздушный компрессор? Сколько времени должен работать компрессор кондиционера?
Воздушные компрессоры предназначены для питания любого пневматического оборудования, которое часто используется в мастерских, автопарковках и на строительных площадках. Портативный воздушный компрессор, соответствующий вашим потребностям, позволит вам питать множество пневматических инструментов одновременно. По этой причине воздушный компрессор необходим как специалистам, так и тем, кто делает это самостоятельно. Средний срок службы компрессора переменного тока и хладагента составляет от 12 до 15 лет.

Вопрос 2. Сколько стоит воздушный компрессор? Как использовать воздушный компрессор для шин? Как включить воздушный компрессор?
Стоимость системы кондиционирования воздуха варьируется, но компрессоры обычно стоят от 800 до 3000 долларов. Перед использованием воздушного компрессора для шин соберите необходимое оборудование, затем проверьте давление в шинах. Включите стояночный тормоз и убедитесь, что ваш автомобиль припаркован на ровной поверхности. Найдите шток клапана. Включите компрессор для подачи воздуха. Установите воздушный шланг на место. Спустите шину. Часто проверяйте давление. Продолжайте с оставшимися шинами. После того, как давление в шинах достигнет необходимого, отсоедините трубопровод от штока клапана и выключите воздушный компрессор. После намотки airline поместите его в сухое и безопасное место рядом с компрессором.

Вопрос 3. Какое масло подходит для воздушного компрессора? Для чего используются нагреватели компрессоров холодильных установок и систем кондиционирования воздуха? Как сделать воздушный компрессор тише?
В воздушных компрессорах может использоваться как синтетическое, так и минеральное масло. Чтобы предотвратить конденсацию хладагента и возможное повреждение компрессора, используются нагреватели компрессора, поддерживающие внутреннюю температуру компрессора ниже определенного уровня. Нагреватели компрессора используются для предотвращения конденсации влаги и образования ржавчины за счет поддержания нагретого компрессора и его внутренних частей. Для повышения уровня шума можно использовать корпус, покрытый звукопоглощающим материалом высокой плотности, таким как минеральная вата или стекловата.

Q4. Как отрегулировать реле давления воздушного компрессора?
Реле давления воздушного компрессора можно отрегулировать, найдя переключатель на компрессоре, выяснив, какие винты регулировки давления врезаны и вывернуты, а затем постепенно отрегулировав регулировку с помощью отвертки. Обычно меньший винт изменяет входное давление, а больший — выходное. Сначала отключите источник питания компрессора и дайте давлению воздуха в резервуаре упасть. Внесите незначительные изменения, одновременно убедившись, что давление на входе и выходе находится на нужном уровне, проверяя компрессор после каждой модификации. Для обеспечения точности настроек зафиксируйте контргайки на регулировочных винтах. В случае неуверенности или дискомфорта обратитесь за помощью к квалифицированному специалисту или в сервисный отдел производителя, чтобы избежать потенциальных угроз безопасности.