Поршневые компрессоры

Из всех видов компрессоров принцип действия поршневого компрессора наиболее понятен.

Поршневой компрессор

всасывает некоторый объем воздуха и при помощи поршня, соединенного с коленчатым валом двигателя, сжимает исходный объем воздуха находящегося в цилиндре до меньшего объема (рис. 1).

Физический смысл этого действия выражается законом Бойля-Мариотта (P₁V₁=P₂V₂) где левая часть уравнения относится к начальному состоянию воздуха, а правая - к состоянию сжатого воздуха. Отсюда ясно, что производительность компрессора определяется объемом цилиндра, а степень повышения давления зависит от хода поршня.

Поршневые воздушные компрессоры 

имеют широкий диапазон производительности. Они обычно применяются в агрегатах мощностью от 1 до 600 л.с. (примерно 0,7440 кВт). Реальным пределом одноступенчатого сжатия поршневых компрессоров считается соотношение в 5-6 раз. Таким образом, если принять давление воздуха на входе равным около 1 бар, предельное давление на выходе из одноступенчатого компрессора составит примерно 6 бар. Для того чтобы получить более высокое давление на выходе, процесс просто повторяется во второй ступени сжатия, то есть во втором компрессоре, соединенном последовательно с первым.

Принцип работы поршневого компрессора

Рис.1 Принцип работы поршневого компрессора
описывается соотношением P1V1=P2V2 (при постоянной температуре).

 

Индекс 1 относится к состоянию воздуха на входе в компрессор, 
индекс 2 - к состоянию сжатого воздуха.

Принцип работы поршневого компрессора

1. 1. Когда поршень опускается, в цилиндре образуется свободное пространство, и в результате перепада давления открывается впускной клапан, через который воздух всасывается в камеру сжатия.
   2. Затем, когда поршень проходит точку поворота, соответствующую наибольшему объему камеры сжатия, впускной клапан закрывается, и давление воздуха начинает возрастать.
   3. По мере сокращения объема камеры сжатия давление воздуха увеличивается.
   4. Когда давление в камере достигает заданных параметров, открывается нагнетательный клапан, и сжатый воздух покидает камеру сжатия.

Одно из преимуществ поршневого компрессора обусловлено его возвратно-поступательным действием. Сжатие можно осуществлять с одной или по обе стороны поршня. Если сжатие выполняется только одной из сторон поршня, оно называется процессом однократного действия. Если используются обе стороны поршня, сжатие называется процессом двукратного действия.

Для обеспечения наибольшего коэффициента полезного действия при сжатии между скользящим поршнем и неподвижным цилиндром требуется эффективное уплотнение. Несмотря на то, что безмасляные поршневые компрессоры имеются в продаже, гораздо чаще можно встретить смазываемые (маслонаполненные) агрегаты. Подача смазочного материала в цилиндр уменьшает износ поршня и стенок цилиндра, но сопровождается нежелательным явлением подмешивания и переноса масла потоком сжатого воздуха. Таким образом, если компрессор используется в процессе, не допускающем наличия в воздухе смазочных материалов, то на линии подачи сжатого воздуха приходится устанавливать сепаратор для удаления масла из воздушного потока.
Обычно сепараторы-маслоотделители классифицируются по размерам и выбираются, исходя из назначения используемого воздуха. Этим и определяется степень очистки от масла и производительность сепаратора. Например, если воздух имеет пищевое или фармацевтическое назначение, то для соблюдения нормативов по охране здоровья может потребоваться дополнительный мембранный фильтр.

Основным преимуществом поршневых компрессоров является их простота и низкая начальная стоимость.
В случае агрегатов, смазываемых маслом, в расчет следует принимать также дополнительные текущие расходы на эксплуатацию и обслуживание системы отделения масла, необходимой для получения технологического воздуха требуемого качества.