Как выбрать поршневой компрессор

Рабочий процесс в поршневом компрессоре

Работа поршневого компрессора обусловлена чередованием процессов всасывания и нагнетания аналогично тому, как это происходит в поршневом насосе. Однако в поршневом компрессоре. во время нагнетательного хода поршня воздух сначала сжимается до величины давления в рабочей камере. необходимой для открытия выпускного клапана, а затем выталкивается поршнем в нагнетательный трубопровод через этот клапан. Кроме того, при движении поршня от крышки цилиндра давление в рабочей камере падает до давления рн не сразу, а лишь после того, как расширится газ, оставшийся к концу выталкивания в «мертвом» пространстве цилиндра. «Мертвое» пространство находится главным образом в клапанах и каналах, а также в небольшом зазоре между поршнем и крышкой.

На индикаторной диаграмме (рис. 1.1, а), точка «а» соответствует закрыванию впускного клапана, точка «Ь» — открыванию выпускного клапана, точка «с» — закрыванию выпускного клапана и «d» открыванию впускного клапана. Линия «da» соответствует всасыванию, «ab» — сжатию,  «be» — выталкиванию, «cd» — расширению остатка газа. Рис. 1.1. Рабочий процесс поршневого компрессора.

Изменение давлений всасывания и выталкивания, изображенное волнистыми линиями, вызывается изменением гидравлического сопротивления клапанов. В начале открывания впускного клапана из-за малого просвета щели происходит значительное падение давления (до точки М1). В начале нагнетания, по аналогичной причине, давление повышается (до точки М2). На большей части хода один из клапанов полностью открыт, но и при этом условии потери давления в клапане не постоянны, так как скорость газа в нем изменяется, следуя переменной скорости поршня. Поэтому даже при постоянном давлении во всасывающем и нагнетательном патрубках цилиндра линии всасывания и нагнетания индикаторной диаграммы отклоняются от горизонтальных прямых.

На индикаторной диаграмме отражаются также колебания давления в патрубках цилиндра, порождаемые пульсирующим характером потока газа.

Конечное рк и начальное рн давления, называемые номинальными, представляют собой средние интегральные по времени давления перед всасывающим и за нагнетательным, клапанами. Амплитуда колебания давления в патрубках в отдельных случаях достигает 25%  и более от номинального давления.

Линии сжатия и расширения являются политропами с переменным показателем политропы. Индикаторная диаграмма не отражает изменения температуры и направления теплового потока. Это наглядно показано на диаграмме Т —s (рис. 1, б). В начале сжатия (точка «a») температура газа ниже температуры стенок поршня и цилиндра. Процесс происходит с подводом тепла при показателе политропы большем, чем показатель адиабаты. При сжатии температура газа повышается, и направление теплообмена изменяется в момент, когда температура газа оказывается, выше температуры стенок, и он начинает отдавать тепло. Показатель политропы изменяется отn > k в начале сжатия до n > k в конце сжатия.

В период выталкивания отдача тепла от газа продолжается. Расширение газа начинается в точке «с» при температуре более низкой, чем температура конца сжатия, с отдачей тепла при n > k, пока температура газа не снизится до температуры стенок. Дальнейшее расширение газа сопровождается нарастающим подводом тепла к  газу,   и  процесс  протекает при снижающемся значении  n

С увеличением скорости вращения вала, компрессора процессы сжатия и расширения приближаются к адиабатическим, так как влияние теплообмена проявляется слабее.

Обзор принципов действия и работы поршневого компрессора

Поршневой компрессор.

Работа и принцип действия.

Основные характеристики поршневых агрегатов

Выбираем вместе воздушный бытовой компрессор

Основными характеристиками поршневых агрегатов, которые следует принимать во внимание при выборе, являются производительность, рабочее давление, качество воздуха и шум

Производительность

Производительность поршневого компрессора в паспорте к нему обозначается в м3/мин или л/мин. Поскольку поршневые агрегаты работают в режиме включения-отключения, который подразумевает использование 50 % времени для работы и 50 % — для “отдыха”, то делая расчет поршневого компрессора, необходимо учитывать время его отключения. Например, если известно, что для нормальной работы пневматического оборудования или инструмента требуется расход 500 л/мин., то агрегат с учетом паузы должен производить 1000 л/мин.

Мощность

Данный параметр измеряется в кВт и относится к мощности двигателя. Обычно мощность поршневого компрессора специально не рассчитывается. Это объясняется тем, что будет достаточно рассчитать только производительность агрегата. Подобрав аппарат с необходимой производительностью и посмотрев в паспорт к нему, легко узнать мощность двигателя данного устройства.

Рабочее давление

Давление измеряется в таких единицах, как бар, Паскаль (Па), атмосфера (атм.), миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст.) или килограмм-сила на кв. сантиметр (кгс/см2). Для англоязычных стран принято измерять давление в фунтах на квадратный дюйм (PSI).

Соотношение между единицами измерения показано в таблице ниже.

Рабочее давление – это, можно сказать, основная характеристика работы компрессора. От данного параметра зависит работоспособность пневмоинструмента или оборудования, использующего сжатый воздух. Любой пневматический инструмент может правильно работать лишь при определенном давлении в системе. Данный показатель указывается в тех. документации к инструменту или другому оборудованию, использующему сжатый воздух.

Качество воздуха

Такая характеристика поршневого компрессора, как качество воздуха, особенно важна для различных отраслей промышленности и не только, где требуется использовать сжатый воздух без малейших примесей влаги и масла. К примеру, наличие масла или влаги в воздухе при покрасочных работах может полностью испортить конечный результат. Краска или лак будут ложиться не ровно, с образованием пузырей, что в дальнейшем вызовет отслоение покрытия.

Совет! Для таких целей используют либо безмасляный поршневой аппарат, либо масляный, но с установленным влагомаслоотделителем.

Шум

Уровень шума измеряется в дБ. Оборудование для сжатия воздуха поршневого типа является самым шумным среди аппаратов аналогичного действия. Например, устройства, имеющие ременной привод, способны производить шум, превосходящий 100 дБ. Устройства с коаксиальным приводом являются более тихими и “шумят” в диапазоне от 80 до 90 дБ. Но самыми тихими агрегатами считаются безмасляные аппараты, которые благодаря своей конструкции имеют уровень шума порядка 70 дБ.

Некоторые производители компрессоров применяют шумозащитные кожухи, снижающие шум от работающего агрегата до более комфортного для человека уровня. На следующем фото показан аппарат с шумозащитными кожухом.

Шумозащитный кожух устанавливается на поршневой блок, а иногда и на двигатель, благодаря чему понижается шумность агрегата в целом. В основном, такой способ шумозащиты применяется на масляных компрессорах, имеющих ременной привод.

Также компания «Remeza» для борьбы с уровнем шума разработала оригинальные поршневые блоки.

Блоки «Twin-cilinder» позволяют добиться уровня шума в пределах 65 дБ. Компрессоры данного типа уже относятся к малошумным агрегатам.

Обзор 5 популярных моделей поршневых компрессоров

Отечественный рынок переполнен продукцией различных конкурирующих в области компрессорного оборудования фирм. Среди них есть как лидеры, так и аутсайдеры. Ниже приводится рейтинг лучших воздушных поршневых компрессоров, которые завоевали наибольшую популярность у потребителей.

ELAND Wind 24B-1CO

Родиной компрессора является Швеция. Компания ELAND имеет динамичный рост и поставляет свою продукцию в 50 стран мира. Руководство компании нацелено на долгосрочное сотрудничество со своими партнерами, поэтому предпочитает выпускать оборудование высокого качества.

Агрегат ELAND Wind 24B-1CO является поршневым масляным компрессором. Двигатель компрессора имеет мощность 1,5 кВт и соединен с валом поршневого блока через коаксиальный (прямой) привод.

Ресивер аппарата имеет емкость 24 л. Максимальное давление, создаваемое устройством – 8 бар. Стоимость компрессора около 6200 руб.

FUBAG OL 195/24 CM1,5

Данный агрегат является продукцией немецкого производителя, который уже 40 лет занимается выпуском профессионального оборудования для ремонта и строительства. Продукция марки FUBAG завоевала не только европейские рынки, но и поставляется практически во все страны мира.

Компрессор FUBAG OL 195/24 CM1,5 — поршневой агрегат, работающий от сети 220 В. Данный аппарат является безмасляным и способен создавать давление до 8 бар.

Аппарат имеет прямой привод и двигатель мощностью 1,1 кВт. Также компрессор имеет ресивер (24 л.), 1 цилиндр и 1 ступень сжатия. Стоимость данного агрегата является невысокой и колеблется в пределах 6500-7000 руб.

Интерскол КВ-240/25

Это компрессор от российского производителя, который выпускает профессиональный электроинструмент. Продукция компании Интерскол находится в топе популярности на территории России уже 15 лет. И это связано с тем, что вся продукция данной фирмы имеет демократичные цены и высокое качество.

Поршневой компрессор с прямым приводом Интерскол КВ-240/25 – это одноцилиндровый агрегат с ресивером на 25 л.

В аппарате установлен двигатель мощностью 1,8 кВт. Устройство может развивать давление до 8 бар. Производительность устройства — 240 л/мин. Стоимость компрессора колеблется в пределах 8900 руб.

DENZEL PC 2/50-350

DENZEL является германской компанией, производящей профессиональную технику и электрооборудование. Компания ориентируется на самого требовательного потребителя, поэтому домашние и профессиональные мастера отдают предпочтение продукции под брендом DENZEL.

Поршневой масляный компрессор DENZEL PC 2/50-350 имеет прямой привод и ресивер на 50 л. Также на данном агрегате установлено 2 цилиндра.

Мощность двигателя у аппарата равняется 2,2 кВт, а максимальное давление – 8 бар. Цена на компрессор DENZEL PC 2/50-350 находится в диапазоне 1169-1200 руб. Экономичный вариант для дома и гаража.

JAS-1203 II

Завершает обзор компрессор для аэрографии JAS-1203 II. Jas является российской торговой маркой, распространяющей товары из Китая. Специализация данной торговой марки – оборудование для художников аэрографии.

Данный компактный агрегат является сверхнадежным, малошумным, если провести сравнение с обычными компрессорами, и имеет мощность двигателя 150 Вт. Аппарат способен производить 23 л/мин, чего достаточно для работы аэрографа.

Агрегат оснащен ресивером на 3 л, регулятором давления и влагоотделителем. Аппарат без труда поддерживает рабочее давление в диапазоне до 4 кг/см2. Весит устройство 5 кг и при работе издает шум порядка 42 дБ. Купить мини-компрессор можно по цене 5800-6000 руб.

Отличия и преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми

Первое отличие винтовых компрессоров от поршневых заключается в их конструкции. Главное, чем отличаются винтовые компрессоры от поршневых — это механизм сжатия. В винтовых агрегатах применяются роторы с винтообразными зубьями, вращающимися навстречу друг другу. А в поршневых – поршень, который совершает возвратно-поступательные движения внутри цилиндра. Благодаря вышеописанным конструкционным различиям винтовой компрессор имеет небольшой вес и компактные габариты.

Кроме того, отличается способ нагнетания и аккумулирования воздуха. Винтовые аппараты создают постоянный поток воздуха. Поршневые же компрессоры подают воздух импульсами, которые соответствуют по частоте движениям поршня. Поэтому для создания постоянного потока к поршневым аппаратам подсоединяется ресивер.

Преимущества винтовых компрессоров перед поршневыми очевидны.

1. Экономия электроэнергии. Она экономится за счет использования винтовых блоков последних поколений и автоматического управления подачей воздуха. Благодаря этому расход электричества уменьшается приблизительно на 30%.
2. Низкая стоимость обслуживания. В среднем, обслуживание поршневых агрегатов требуется проводить через каждые 500 часов работы. Винтовым же аппаратам нужен осмотр после 4000-8000 часов работы.
3. Длительный срок службы. Компрессоры с винтовым принципом действия способны работать без ремонта несколько лет подряд. Объясняется это отсутствием системы клапанов и наличием простой системы смазки и охлаждения. На винтовую пару агрегата производителем дается гарантия 2 года. Но, как показывает практика, аппараты могут работать без замены винтовой пары 7-8 лет. За это время в условиях предприятия приходится поменять около 5 компрессоров поршневого типа, имеющих аналогичную производительность.
4. Низкая стоимость монтажа и наладки. Как уже говорилось, винтовые агрегаты имеют небольшие размеры и почти не производят шум и вибрацию. Поэтому экономятся средства на монтаж и установку оборудования, поскольку его не требуется устанавливать на фундамент или в отдельное помещение.
5. Отличные технические характеристики. Винтовые агрегаты – это высококонкурентное оборудование, обладающее следующими техническими характеристиками: КПД до 95% (у поршневых аппаратов КПД не достигает 60%); производительность свыше 40 м3/мин; выходное давление до 9 кгс/см2.

Как устроен воздушный компрессор

Для того чтобы понять, где именно произошла неполадка, необходимо понимать, какие детали составляют конструкцию оборудования. Наиболее востребованное устройство для проведения разнообразных процессов, связанных с кузовным ремонтом — масляный типа, укомплектованный:

• нагнетателем (двигателем, образующим поток, необходимый для того, чтобы агрегат накачал воздух);
• ресивером (стальная емкость, предназначенная для хранения сжатого газа);
• рабочими цилиндрами и поршнем, который накачивает воздух, совершая возвратно-поступательные движения. В головке таких цилиндров установлены специальные перепускные клапаны;
• двигателем (чаще всего электрическим, но существуют варианты с двигателем внутреннего сгорания).

Воздушный компрессор является сложным техническим устройством

Схема работы поршневого компрессора выглядит так: двигатель, посредством ременной передачи, активизирует процесс сжатия, что способствует нагнетанию воздуха в ресивер. Внутри цилиндра двигается поршень. При движении поршня вниз происходит открытие впускного и закрытие выпускного клапана – происходит забор воздуха. При движении поршня вверх впускной клапан закрывается, а выпускной открывается – воздух выталкивается в ресивер, благодаря которому сглаживается пульсация давления и на выходе получается равномерный воздушный поток.

Устройство и работа поршневого компрессора

Поршневые компрессоры по конструктивным признакам сходны с поршневыми насосами. Конструктивная схема одноступенчатого компрессора с цилиндром двойного действия и индикаторная диаграмма представлены на рис. 10.21. Цилиндр компрессора, закрытый с обеих сторон крышками, имеет две полости. В стенках цилиндра в специальных коробах расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, они открываются и закрываются автоматически под действием перепада давлений между рабочей полостью и соответствующей камерой (всасывающей, либо нагнетательной).

Цилиндры поршневых компрессоров чаще всего охлаждаются водой. Для этого в них предусмотрена специальная водяная рубашка. Небольшие компрессоры выполняются с воздушным охлаждением, а их поршень соединен непосредственно с шатуном (бескрейцкопфные компрессоры). В месте прохода штока через крышку цилиндра помещается уплотнение, называемое сальником.

Рис. 10.21. Одноступенчатый поршневой компрессор двухстороннего действия: а — схема: I — цилиндр; 2 — поршень; 3 — шток; 4 — крейцкопф;

5 — шатун; 6 — кривошип; 7 и 8 — всасывающий и нагнетательный клапаны; б — индикаторная диаграмма (цифры на диаграмме соответствуют точкам процесса)

Перепад давлений, обеспечивающий открытие клапанов и преодоление их гидравлических сопротивлений, определяет дополнительные затраты работы по сравнению с идеальным компрессорным циклом (см. на рис. 10.21, б заштрихованные площадки на индикаторной диаграмме).

Рис. 10.22. Работа поршневого компрессора на различные сети (/ и /) с различной частотой (п и я’)

В рабочей полости цилиндра в конце нагнетания всегда остается газ объемом У_ы, который называется мертвым объемом. Его величина определяется в основном размерами зазора между поршнем, находящимся в крайнем положении, и крышкой цилиндра, необходимого для исключения удара поршня о крышку.

Отношение объема мертвого пространства К_м к объему, описываемому поршнем, V_w называется относительным объемом мертвого пространства:

У хорошо сконструированных больших компрессоров а 0,05. Остаток газа в мертвом пространстве расширяется по линии 34, поэтому всасывание газа начинается не в начале хода поршня, а в конце процесса расширения, т.е. в точке 4. Следовательно, объем F фактически поступившего в цилиндр газа оказывается меньше рабочего объема цилиндра.

Отношение объема всасываемого газа F к объему, описываемому поршнем, V_h, называется объемным коэффициентом:

Считая процесс расширения (34) политропным можно записать:

Для современных компрессоров А,_у = 0,7-0,9.

Снижение подачи компрессора связано также с отсутствием герметичности цилиндра (возможны утечки газа через клапаны, сальники), подогревом газа в процессе всасывания и с другими причинами и в целом характеризуется коэффициентом подачи

где К — действительная, a V_T — теоретическая подача компрессора. Для компрессоров, имеющих цилиндры простого действия,

где F — площадь поршня; S — ход поршня; п — частота вращения вала.

Коэффициент подачи X определяется при испытаниях машины и обычно составляет 0,6-0,85.

Для увеличения подачи поршневых компрессоров необходимо увеличивать размеры цилиндров и поршней, в результате чего возрастает сила инерции возвратно-поступательных масс машины. Поэтому поршневые компрессоры проектируют с довольно низкими частотами вращения вала. С технико-экономических позиций подачу поршневого компрессора, равную 3,5 м3/с, следует считать предельной, хотя имеются и более мощные машины.

Устройство — поршневой компрессор

Устройство поршневого компрессора аналогично устройству поршневого насоса. При движении поршня назад ( слева направо) происходит всасывание в цилиндр атмосферного воздуха через всасывающий клапан 2; при обратном ходе сначала происходит сжатие воздуха до тех пор, пока давление в цилиндре не превысит давления в воздухосборнике 3, после чего через нагнетательный клапан 4 будет происходить выталкивание воздуха в воздухосборник. В компрессоре двойного действия цилиндр имеет две крышки, две пары клапанов, вследствие чего сжатие осуществляется при каждом ходе поршня.
 

Устройство поршневого компрессора аналогично устройству поршневого насоса. При движении поршня назад ( слева направо) происходит всасывание в цилиндр атмосферного воздуха через всасывающий клапан 2; при обратном ходе сначала происходит сжатие воздуха до тех пор, пока давление в цилиндре не превысит давления в воздухосборнике 3, после чего через нагнетательный клапан 4 будет происходить выталкивание воздуха в воздухосборник.
 

Должен знать: устройство поршневых компрессоров, турбокомпрессоров, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и электродвигателей, их технические характеристики и правила обслуживания; схему трубопроводов; устройство простых и средней сложности контрольно-измерительных приборов, автоматических аппаратов и арматуры; отчетно-техническую документацию компрессорной станции; основы термодинамики и электротехники; свойства газов, проявляемые при работе компрессоров.
 

Должен знать: устройство поршневых компрессоров, турбокомпрессоров, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и электродвигателей, их технические характеристики и правила обслуживания; схему трубопроводов; устройство простых и средней сложности контрольно-измерительчых приборов, автоматических аппаратов и арматуры; отчетно-техническую документацию компрессорной станции; основы термодинамики и электротехники; свойства газов, проявляемые при работе компрессоров.
 

Должен знать: устройство поршневых компрессоров, турбокомпрессоров, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и электродвигателей, их технические характеристики и правила обслуживания; схему трубопроводов; устройство простых и средней сложности контрольно-измерительных приборов, автоматических аппаратов и арматуры; отчетно-техническую документацию компрессорной станции; основы термодинамики и электротехники; свойства газов, проявляемые при работе компрессоров.
 

Должен знать: устройство поршневых компрессоров, турбокомпрессоров, двигателей внутреннего сгорания, паровых машин и электродвигателей, их технические характеристики и правила обслуживания; схему трубопроводов; устройство простых и средней сложности контрольно-измерительных приборов, автоматических аппаратов и арматуры; отчетно-техническую документацию компрессорной станции основы термодинамики и электротехники; свойства газов, проявляемые при работе компрессоров.
 

При нагревании сам поршень и несущая его деталь — шатун или шток удлиняются, поэтому в устройстве поршневого компрессора предусмотрено, что при нахождении поршня в крайнем положении, называемом мертвой точкой, между его кромкой и крышкой остается зазор, называемый мертвым или вредным пространством. Чем больше вредное пространство, тем меньше новых паров хладагента всасывается в цилиндр компрессора.
 

Для чего служит и какую функцию реализует

Устройство поршневого разнотипного компрессора позволяет получать с его помощью сжатый воздух. Соответственно, такая способность является весьма востребованной и в прежние, и в нынешние времена. Поэтому техника этого рода может задействоваться в разных сферах промышленности и на различных производственных объектах.

Коэффициент полезного действия таких агрегатов очень высок, но соответствующий уровень производительности техника данного рода выдает лишь при определенных значениях давления (от 1 МПа). Причем такие ограничения не являются недостатком, так как любой прочий вид оборудования со сходными характеристиками также способен выдавать наиболее высокую производительность лишь при определенных значениях давления.

Стук и грохот в цилиндре и поршневой группе

Одной из причин поломки компрессора является неисправная поршневая группа. Распознать дефект данной системы достаточно просто. Обычно они сопровождаются стуком, грохотом, скрежетом и другими звуками металлического характера. Если компрессор стучит, значит неисправна его нагнетательная часть, где много металлических деталей, которые взаимодействуют друг с другом. Из-за их трения и износа появляются посторонние шумы и неприятные звуки.

Не стоит запускать с такой поломкой, по возможности необходимо устранить, как только вы услышали первые признаки их проявления. Основные неисправности если компрессор начал стучать и громко работать, чем прежде:

• Разбились износились подшипники, втулки шатуна
• Вышли из строя подшипники на коленчатом вале.
• Износился поршень, кольца, палец на поршне
• Изношен цилиндр
• Ослабли болты крепления цилиндра и головки
• Попала твёрдая частица в цилиндр
• Охлаждающая крыльчатка разболталась на шкиву

• Изменение диаметра поршня, цилиндра
• Искажение формы формы зеркала цилиндра
• Риски, царапины, задиры на стенках цилиндра
• Трещины основной рабочей части
• Трещины и поломки фланцев

При длительной эксплуатации вследствие износа появляются риски на зеркале цилиндра, увеличивается внутренний диаметр втулки под эксцентриковый вал. При ремонте цилиндры восстанавливают путём запрессовки в них гильз. Изношенные втулки под эксцентриковый вал заменяют. Данный ремонт достаточно сложно выполнить своими руками без необходимого инструмента и оборудования. Так как наиболее трудоёмким и ответственным этапом является восстановление цилиндра. Растачивание выполняется на вертикально-расточном станке с использованием специального приспособления.

Это, что касалось цилиндра, ниже рассмотрим основные неисправности картера компрессора.

• Трещины в стенках полостей блока картера
• Отклонения размеров и формы посадочных площадок
• Коробление посадочных мест
• Разбились посадочные места под подшипники коленчатого вала

При износе данных узлов, они подлежат замене на новые. Отверстие под подшипники растачивают на горизонтально-расточном станке под больший диаметр подшипников или под запрессовку втулки с последующей расточкой запрессованной втулки под необходимый диаметр. Ремонт компрессора такой сложности стоит выполнять квалифицированными специалистами.

Ниже, запчасти «ремкомплект» для проведения капитального ремонта компрессора, поршневой группы.