Типы компрессоров можно обобщить как компрессоры объемного типа и динамические компрессоры в соответствии с методами сжатия. В этой статье будут рассмотрены их рабочие принципы, плюсы и минусы, а также области применения.

Типы компрессоров

Существует два основных метода сжатия воздуха воздушным компрессором: динамическое сжатие и сжатие с положительным вытеснением. Воздушные компрессоры можно разделить на две категории в соответствии с двумя различными методами сжатия: динамические компрессоры и компрессоры вытеснения.

Динамические компрессоры сжимают газ в газ высокого давления посредством динамического сжатия. Компрессоры объемного вытеснения сжимают газ в пространство с уменьшенным объемом посредством механического движения.

Компрессоры объемного типа являются наиболее распространенными воздушными компрессорами. Поршневые воздушные компрессоры, винтовые воздушные компрессоры, спиральные компрессоры и роторно-кулачковые компрессоры — все это компрессоры объемного типа.

К динамическим компрессорам относятся центробежные компрессоры, осевые компрессоры , компрессоры смешанного потока, компрессоры с магнитной подвеской и компрессоры с пневматической подвеской.

Воздушные компрессоры широко используются в различных промышленных областях. Распространенные сценарии использования включают производство строительного сырья, обработку и производство автомобилей и инструментов, распыление лакокрасочных материалов, производство и упаковку продуктов питания и напитков и т. д.

Кроме того, воздушные компрессоры широко используются в таких областях, как электроэнергетика, судостроение и промышленное машиностроение.

Что такое динамический компрессор?

Динамические компрессоры используют высокоскоростные вращающиеся рабочие колеса для увеличения скорости газа, а затем преобразуют часть энергии скорости в энергию давления в диффузоре для достижения сжатия газа.

Этот тип компрессора также называется скоростным компрессором. Сначала он увеличивает скорость потока газа, то есть увеличивает кинетическую энергию молекул газа. Затем скорость потока газа упорядоченно уменьшается, кинетическая энергия преобразуется в энергию давления, и в то же время объем газа соответственно уменьшается. Его типичной особенностью является рабочее колесо, которое приводит в движение газ для получения скорости потока.

Типы динамических воздушных компрессоров

Динамические воздушные компрессоры можно разделить на центробежные компрессоры, осевые компрессоры и компрессоры смешанного потока в соответствии с их принципами работы и конструктивными характеристиками. Компрессоры с магнитной подвеской и компрессоры с воздушной подвеской являются типом центробежных компрессоров.

‌Центробежный компрессор

Он в основном состоит из ротора и статора. Ротор включает рабочее колесо и вал. Рабочее колесо имеет лопатки, балансировочный диск и часть уплотнения вала. Основной корпус статора представляет собой цилиндр, а также имеются диффузоры, отводы, возвратные трубы, выхлопные трубы и другие устройства. Основными рабочими частями центробежного компрессора являются высокоскоростное вращающееся рабочее колесо и диффузор с постепенно увеличивающейся площадью проходного сечения.

(‌Рабочее колесо центробежного компрессора)

(Рабочее колесо центробежного компрессора)

Вкратце, принцип работы центробежного компрессора заключается в перемещении газа с помощью рабочего колеса.

В проточном канале рабочего колеса и диффузора механическая энергия преобразуется в энергию давления газа за счет использования эффекта центробежного усиления и эффекта снижения скорости и расширения давления.

При вращении рабочего колеса с большой скоростью газ под действием центробежной силы при вращении выбрасывается в расположенный за ним диффузор, где давление повышается, а на входе воздуха образуется отрицательное давление.

В это время наружный воздух всасывается в рабочее колесо, тем самым осуществляя непрерывное сжатие газа.

В более популярном смысле, когда газ проходит через рабочее колесо центробежного компрессора, высокоскоростное вращающееся рабочее колесо заставляет газ увеличивать свое давление, с одной стороны, и значительно увеличивать свою скорость, с другой стороны, под действием центробежной силы. То есть, механическая энергия первичного двигателя сначала преобразуется в энергию статического давления и кинетическую энергию газа через рабочее колесо.

(Одноступенчатый центробежный компрессорный блок)

После этого при течении газа через канал диффузора сечение канала потока постепенно увеличивается, скорость потока молекул газа впереди уменьшается, а молекулы газа сзади продолжают течь вперед, благодаря чему большая часть кинетической энергии газа преобразуется в энергию статического давления, которая в дальнейшем играет роль наддува.

Преимущества: большой и непрерывный поток газа, стабильная работа; малые габариты агрегата, легкий вес, небольшая занимаемая площадь; мало уязвимых частей оборудования, длительный срок службы, низкая потребность в техническом обслуживании; благодаря высокой скорости вращения, может напрямую приводиться в движение паровой турбиной, что относительно безопасно и позволяет легко реализовать автоматическое управление.

Недостатки: эффективность ниже, чем у осевых и поршневых компрессоров ; диапазон стабильной работы относительно узок, и возникают помпажи.

‌Компрессор осевого потока

Осевые компрессоры похожи на центробежные, но лопатки рабочего колеса осевых компрессоров расположены аксиально, что делает их подходящими для сжатия больших объемов воздуха при низком давлении. Осевые компрессоры — это крупные воздушные компрессоры с максимальной мощностью 150 000 кВт и объемом выхлопных газов 20 000 м³ в минуту.

Коэффициент энергоэффективности его компрессора может достигать около 90%, что более энергоэффективно, чем у центробежных компрессоров.

Ряд подвижных лопаток и направляющий аппарат за ним образуют ступень, а обычно несколько ступеней составляют группу ступеней компрессора. Выходная направляющая лопатка, сходящаяся лопатка, входная направляющая лопатка, группа ступеней, диффузор, выхлопная труба и впускная труба осевого компрессора вместе называются проточной частью.

Направляющий аппарат закреплен в корпусе и образует статор, а подвижные лопатки равномерно размещены на вращающемся валу или колесе, образуя ротор.

Газ равномерно направляется из впускной трубы в конвергентную лопатку и входную направляющую лопатку и поступает в первую ступень с определенной скоростью. Газ подвергается динамическому воздействию лопаток в ступени, и давление увеличивается за счет полученной энергии. Газ сжимается последовательно вдоль каждой ступени, постепенно увеличивая давление, и выпускается через выходную направляющую, диффузор и выхлопную трубу.

Преимущества: высокая эффективность, КПД отдельного агрегата может достигать 86–92%, что на 5–10% выше, чем у центробежного компрессора, большая производительность на единицу площади, малый радиальный размер, подходит для расхода более 1500 м³/мин, относительно низкое давление в одноступенчатых и двухступенчатых воздушных компрессорах , степень сжатия в многоступенчатых одноцилиндровых компрессорах может достигать 11, относительно простая конструкция, простота обслуживания.

Компрессор смешанного потока

Компрессор смешанного потока (из Википедии) на самом деле представляет собой комбинацию или разновидность центробежного и осевого компрессоров.

Комбинация – два типа компрессоров соединены последовательно, осевой поток низкого давления на переднем конце и центробежный поток высокого давления на заднем конце. Они могут быть соединены последовательно только с газовым трактом или использовать один и тот же вал. Конструкция более компактна при установке в одном корпусе.

Вариант – направление потока воздуха отличается от направления потока воздуха в центробежных компрессорах (радиальное) и осевых компрессорах (аксиальный). Направление потока воздуха составляет около 45° к радиальному и осевому направлениям. Это так называемый «компрессор с диагональным потоком или диагональный компрессор».

Что такое турбINE компрессор?

Центробежные и осевые компрессоры также называют «турбинными компрессорами» или турбокомпрессорами. Слово «турбина» происходит от латинского слова turbo, что в китайском языке означает «вращающийся объект» и «лопаточная машина», поэтому значение слова « турбокомпрессор » также означает лопаточную компрессорную машину.

Турбинами можно называть не только компрессоры, но и паровые турбины, турбины, газотурбинные установки и детандеры, если у них есть вращающиеся лопатки.

Dдинамический воздушный компрессор приложения

Динамические воздушные компрессоры широко используются в следующих сценариях благодаря своим эффективным и непрерывным характеристикам сжатия:

Промышленная сфера: например, производство строительного сырья, переработка и изготовление автомобилей и инструментов, покраска и нанесение покрытий распылением и т. д.

Энергетическая промышленность: Динамические воздушные компрессоры используются для подачи сжатого воздуха, необходимого для обеспечения работы различного промышленного оборудования.

Судоходство: Динамические воздушные компрессоры обеспечивают подачу сжатого воздуха для работы различного оборудования и систем на судах.

Среди динамических компрессоров наиболее широко используются центробежные компрессоры, а осевые компрессоры с большим объемом воздуха в основном используются в крупных проектах.

Преимущества и недостатки динамики компрессоры

• преимущества

Высокая эффективность: динамические компрессоры могут эффективно сжимать газ и подходят для задач сжатия с большим расходом и низким давлением.

‌Непрерывная работа‌: Они работают бесперебойно и могут обеспечивать непрерывную подачу газа.

‌Низкие затраты на техническое обслуживание‌: в некоторых моделях используется технология магнитной или пневматической подвески для снижения механического трения и продления срока службы.

• ‌Недостатки

‌Высокая стоимость‌: Динамические компрессоры, использующие передовые технологии (такие как магнитная подвеска и пневматическая подвеска), дороги и требуют относительно высоких затрат на техническое обслуживание.

‌Ограниченная сфера применения‌: подходят для сценариев с большим расходом и низким давлением, но не для случаев с высоким давлением.

Компрессор прямого вытеснения

Компрессоры объемного вытеснения являются наиболее распространенным типом, и они увеличивают давление газа за счет уменьшения его объема. Этот тип компрессоров можно далее подразделить на поршневые компрессоры, винтовые компрессоры и роторно-лопастные компрессоры.

Принцип работы поршневого компрессора

Поршневой воздушный компрессор — это традиционный тип воздушного компрессора, который использует один или несколько возвратно-поступательных поршней для сжатия воздуха. Кривошипно-шатунный механизм используется для преобразования вращательного движения первичного двигателя в линейное возвратно-поступательное движение поршня.

При движении поршня вниз объем в цилиндре увеличивается, образуя отрицательное давление, и наружный воздух всасывается; при движении поршня вверх объем в цилиндре уменьшается и воздух сжимается.

(Поршневой воздушный компрессор серии KT PET)

Процесс сжатия: поршень движется вверх от нижней мертвой точки, всасывающий и выпускной клапаны находятся в закрытом состоянии, и газ сжимается в закрытом цилиндре. По мере постепенного уменьшения объема цилиндра давление и температура постепенно увеличиваются до тех пор, пока давление газа в цилиндре не сравняется с давлением выхлопа.

Процесс выпуска: поршень продолжает двигаться вверх, в результате чего давление газа в цилиндре становится больше давления выпуска, и выпускной клапан открывается. Газ в цилиндре выталкивается поршнем и выпускается из цилиндра в выхлопную трубу под равным давлением, пока поршень не двинется в верхнюю мертвую точку. В это время, из-за силы пружины выпускного клапана и силы тяжести самой пластины клапана, выпускной клапан закрывается и выпуск заканчивается.

Преимущества и недостатки: Поршневые воздушные компрессоры дешевы, просты и дешевы в обслуживании, но сжатый газ поршневых компрессоров неизбежно будет содержать смазочное масло, поэтому они не подходят для отраслей с высокими требованиями к точности газа. Во-вторых, существуют также такие проблемы, как высокий уровень шума, газовые импульсы и легкое повреждение главного двигателя.

Принцип работы винтового компрессора

Винтовой компрессор — это компрессор объемного действия со спиральным вращением, и он является одним из наиболее широко используемых компрессоров объемного действия в мире. Существует два типа роторных винтовых компрессоров: одновинтовые и двухвинтовые.

Базовая структура винтового компрессора показана на рисунке ниже. В корпусе компрессора пара взаимно зацепляющихся спиральных роторов расположена параллельно. Больший ротор обычно называется ведущим ротором или ведущим винтом; меньший ротор называется ведомым ротором или ведомым винтом.

Обычно ведущий ротор соединен с первичным двигателем, а ведущий ротор приводит во вращение ведомый ротор. Шарикоподшипник на выпускном конце ротора позволяет ротору достигать осевого позиционирования и выдерживать осевое усилие в компрессоре.

(Роторы винтовых компрессоров)

Как показано на рисунке ниже, рабочий цикл винтового компрессора можно разделить на три процесса:

(1) всасывание, (2) (3) сжатие и (4) выпуск.

При вращении ротора каждая пара зубцов, входящих в зацепление, последовательно совершает один и тот же рабочий цикл.

(Процесс сжатия винтовым компрессором)

Объем, занимаемый газом, запечатанным в объеме между зубьями, уменьшается по мере движения зубьев, что приводит к увеличению давления, тем самым реализуя процесс сжатия газа. Когда объем между зубьями соединяется с выпускным отверстием, начинается процесс выпуска.

Преимущества и недостатки винтовых компрессоров: большая производительность по газу, низкий уровень шума, высокая надежность, но относительно высокая стоимость и невозможность использования в системах сверхвысокого давления.

Принцип работы роторно-кулачкового компрессора

Этот тип воздушного компрессора использует вращающийся цилиндр и лопасти (кулачки), которые скользят радиально внутри цилиндра. Движение лопастей разделяет камеры сжатия, и по мере вращения цилиндра воздух сжимается и выпускается.

Роторно-лопастные компрессоры используют традиционную технологию и приводятся в действие напрямую на более низкой скорости. Ротор представляет собой непрерывно работающую часть с несколькими прорезями по длине, в которые вставлены лопатки, скользящие по масляной пленке.

Ротор вращается в статоре цилиндра. Во время вращения центробежная сила выбрасывает лопасти из пазов, образуя отдельные камеры сжатия. Вращение приводит к тому, что объем камеры сжатия непрерывно уменьшается, а давление воздуха непрерывно увеличивается.

Тепло, выделяемое при сжатии, контролируется впрыском масла под давлением, а воздух сжимается.