Поршневые компрессоры
В поршневых компрессорах поршни совершают возвратно-поступательные движения в цилиндрах.Поршни, как правило, приводятся в движение при помощи пальцев кривошипа и шатунов на коленчатом вале. На одном кривошипе коленчатого вала могут располагаться до пяти шатунов. Всасыванием и выпуском воздуха управляют автономно открывающиеся и закрывающиеся клапаны.
Существуют поршневые компрессоры с одним или несколькими цилиндрами, с V-образным или с W-образным расположением цилиндров. К тому же критерием различия является число ступеней сжатия. При использовании, например, 2-х цилиндрового компрессора с V-образным расположением цилиндров (см. рис. 4), различия между одной и двумя ступенями сжатия, а также происходящий при этом процесс сжатия, должен быть подробно описан.
 |
1 Фильтр на всасывании
2 Впускной клапан
3 Выпускной клапан
4 Первая ступень сжатия
5 Межступенчатый рефрижератор
6 Вторая ступень сжатия
7 Коленчатый вал |
| Рис. 1 Две ступени сжатия в поршневом компрессоре |
|
Одноступенчатый тип: цилиндры одинакового размера. Оба всасывают воздух, сжимают его и вытесняют в линию нагнетания.
Двухступенчатый тип: в первой ступени воздух сжимается до промежуточного давления. После промежуточного охлаждения, он сжимается до конечного давления во второй ступени. Отношение диаметров цилиндров устанавливается конструктивно в зависимости от величины промежуточного давления. Рабочий объём поршня второй ступени значительно меньше рабочего объёма поршня второй ступени, так как предварительно сжатый воздух, поступающий на вход второй ступени, имеет значительно меньший объём.
Автономные компактные клапаны управляют всасыванием и выпуском воздуха. Отношение давлений в ступенях устанавливается таким образом, чтобы в обеих ступенях совершался примерно одинаковый уровень работы. V-образное расположение цилиндров и равный вес поршней первой и второй ступеней, способствует уравновешенному вращению коленчатого вала и хорошему балансу масс.
Двухступенчатые поршневые компрессоры требуют меньшей мощности привода на м3 производимого сжатого воздуха по сравнению с одноступенчатыми машинами. Благодаря промежуточному охлаждению сжатого воздуха после первой ступени происходит уменьшение его объёма и соответственно изотермическое сжатие. На практике объёмный расход, по сравнению с одноступенчатым компрессором, при одинаковой мощности привода, увеличивается на 20% при давлении 10 бар.
К тому же преимуществом является понижение температуры в цилиндре; по этой причине этот тип очень надёжен при использовании в больших агрегатах давлением до 15 бар, даже если агрегат работает постоянно.
Поршневые компрессоры приводятся в действие, как правило, электродвигателями или двигателями внутреннего сгорания. Привод либо непосредственно приводит в движение компрессор, либо используется муфта или, если требуется более гибкое регулирование скорости, используется ременная передача.
Единицы измерения
Рекомендованная единица измерения давления, которая была введена в 1978 году Международной Системой Измерений (система СИ), это Паскаль (Па):
• Дополнительная единица измерения давления – бар:
1 бар = 105 Па = 0,1 Мпа
В технологии сжатия воздуха, рабочее давление является давлением сжатия и, как правило, выражается в барах. Ранее использовавшиеся единицы измерения давления, такие как атмосфера (1 атм = 0,981 бар), больше не используются.
• По системе СИ, единица измерения температуры – градус Кельвина (°K). Его соотношение с градусом
Цельсия (°C), который также не используется, следующее:
Т(°K) = t(°C) + 273,15
• Объём V используемый в технологии сжатия воздуха особенно широко, например, для определения размеров ресиверов. Он также используется для определения достаточного количества машин производящих или потребляющих сжатый воздух, объёмного расхода воздуха Vэф (равного объёму воздуха производимого или расходуемого в единицу времени). В случае если поток сжатого воздуха течёт со скоростью v по трубе с площадью поперечного сечения А, объёмный расход Vэф:
Vэф = А × v
• При помощи объёмного расхода характеризуют расход машиной сжатого воздуха. Как правило единицы измерения объёмного расхода следующие:
- л/мин
-м3/мин
-м3/час
В практических применениях, для определения объёмного расхода поршневых компрессоров, используется единица измерения л/мин; в случае использования винтовых компрессоров используется м3/мин.
Объёмные расходы могут сравниваться только в том случае, если они определены при одинаковом давлении и одинаковой температуре.
В современной технологии сжатия воздуха, объёмный расход используется только для определения
производительности воздушных компрессоров. К тому же, методики измерения других показателей, определяющих объёмный расход, указаны в стандартах: Германском DIN 1945 и ISO 1217.
Нормированные и наиболее часто используемые значения для давления и температуры воздуха:
ро = 1,013 бар/tо = 20°C или
ро = 1,013 бар/tо = 0°C
• Объёмный расход часто определяется в нормированных кубических метрах в час (м3Н/час). Нормированный кубический метр равен,согласно стандарту DIN, объёму 1 м3 при давлении р = 1,013 бар и температуре t = 0°C.
В процессе сравнения объёмных расходов компрессоров, расположение точек замера также оказывает значительное влияние на полученный результат. Это зависит от погоды при которой проводились замеры на входе или на выходе из компрессора или, например, от нагрузки компрессорного агрегата. Объёмные расходы могут сравниваться только в том случае, если они замерены при одинаковом давлении и температуре и в одних и
тех же местах.
• Еще одна единица измерения заслуживающая внимания при сравнении компрессоров – удельная потребляемая мощность Руд. Она выражается в кВт (киловатт) и определяет количество энергии необходимой для производства объёмного расхода 1 м3/мин.
Например, если компрессор имеет объёмный расход 6,95 м3 /мин и потребляемую мощность 42,9 кВт, то его удельная потребляемая мощность составляет:
Удельная потребляемая мощность возможно наиболее важный параметр для сравнения различных компрессоров и определения показателя качества их конструкции. Он даёт информацию о количестве полученного сжатого воздуха на затраченную единицу энергии. Впрочем, он имеет значение в качестве критерия сравнения только в случае, если сравниваемые компрессоры имеют одинаковое рабочее давление.При сравнении компрессоров следует также обратить внимание на следующие параметры:
- при каком конечном давлении были замерены значения;
- потребляемая мощность была замерена на вале компрессора или на выходном вале приводного электродвигателя. Наконец, производительность приводного электродвигателя и всевозможных имеющихся ременных или зубчатых передач должны также приниматься в расчёт.
