Воздушный компрессор – поршневой и ротационный

Компрессор предназначен для сжатия газов, чаще всего он используется для сжатия газо-воздушной смеси. Сегодня существуют четыре группы компрессоров: низкого давления (0,15 – 1,2 МПа); среднего давления (1,2 – 10 МПа); высокого давления (10 – 100 МПа); сверхвысокого давления (100 МПа – 200 кПа). Наибольшим спросом пользуются модели низкого и среднего давления, вырабатывающие до 100 м³ сжатого воздуха за одну минуту. Конструкционно такие воздушные компрессоры подразделяются на поршневые (с прямой передачей) и винтовые (ротационные).

Виды воздушных компрессоров

Впервые действующая модель воздушного компрессора была построена в середине XVIII века немецким конструктором Отто фон Герике. Воздух в нем нагнетался поршнями, приводимыми в движение человеческом силой. Угольные промышленники проявили интерес к изобретению Герике, но им требовался куда более мощный агрегат. Первый промышленный образец воздушного компрессора с приводом от парового двигателя разработал в начале XIX века английский инженер Джордж Мэдхерст. Компрессор Мэдхерста достаточно успешно (для первой подобной модели) эксплуатировался на шахтах Йоркшира, подавая воздух в шахтный ствол.

Кстати, первая попытка разработки пневматического перфоратора случилась практически одновременно с созданием компрессора. Англичанин Томас Кокран изобрел пароперфоратор – его устройство функционировало при подаче сжатого пара. Но работать с перфоратором Кокрана было откровенно опасно – неэффективную пароизоляцию частенько пробивало, инструмент взрывался с оглушительным шумом, травмируя и обжигая горячим паром рабочих, находящихся поблизости.

С конца XIX века получили распространение поршневые компрессоры с приводом от электродвигателя – энергия, производимая силовой установкой, заставляет поршень двигаться, сжимая при этом воздух, поступающий в цилиндр при его высвобождении от поршня. Сжатый воздух поступает в ресивер, он не может выйти обратно из-за клапанов, блокирующих ему путь.

Поршневые компрессоры подразделяются на масляные и безмасляные. Обладая значительными достоинствами – высокой производительностью и сравнительно небольшой стоимостью – масляные компрессоры нуждаются в оснащении масляными фильтрами, требующими постоянного обслуживания. Хотя мощность безмаслянных воздушных компрессоров не превышает 1,5 кВт, качество воздуха на выходе очень высокое, поскольку в нем нет посторонних примесей. Техобслуживание безмаслянных компрессоров не занимает много времени и проходит достаточно просто, поэтому такие приборы часто используют в лакокрасочных цехах.

Винтовой компрессор первым создал немец Генрих Кригар – действующая модель была продемонстрирована им в 1878 году. Винтовой воздушный компрессор современного типа в 1932 году разработал шведский инженер Альф Лисхольм.
Сжатие воздуха в таких компрессорах осуществляет червячная винтовая пара, витки которой объединены между собой – четыре витка у ведущего ротора, шесть витков у ведомого. Воздушная компрессия осуществляется в свободном пространстве между внутренними стенками корпуса и витками роторов – крайне важно, чтобы зазоры между рабочими элементами прибора были тщательно выверены. Для повышения степени сжатия воздуха внутренняя камера компрессора заполнена маслом. Помимо обеспечения компрессии, масло служит для: перемещения воздуха за счет более высокой плотности; уменьшения зазоров; смазки внутренних агрегатов; отвода тепла, побочного продукта работы червячной пары. Оптимальная температура масляного наполнителя определяют требования производителя данной модели винтового компрессора, как правило, она лежит в диапазоне от 80 до 90^оС.

Приводом как для поршневых, так и винтовых компрессоров служит электрический мотор или двигатель внутреннего сгорания, бензиновый или дизельный. Маломощные воздушные компрессоры устанавливаются на металлическую раму и имеют ручку для переноски, модели средней и высокой мощности выставляются на колесную базу. Наиболее мощные приборы монтируются стационарно в заводских и фабричных цехах.

Как выбрать воздушный компрессор?

Основные критерии выбора, помимо страны происхождения и стоимости – паспортные данные по развиваемому давлению и по производительности компрессора за определенный временной промежуток.

Воздушное давление. В паспорте прибора может быть указано в атмосферах, барах или килограммах на квадратный сантиметр.Как правило, сообщаются два значения давления воздуха – рабочее и максимальное. Рабочее давление означает степень компрессии при набольшем коэффициенте полезного действия, максимальное – предельное допустимое давление для данной модели. Если данные по рабочему давлению не указаны в техпаспорте, то производитель тем самым указывает идентичность значений рабочей и максимальной компрессий. Следует учитывать, что отсутствие привязки максимального воздушного давления к отрезку времени, на протяжении которого прибор способен работать с максимальной компрессией, приведенные данные будут верными лишь частично. Другими словами, дешевые модели компрессоров могут работать с максимальной производительностью по воздушному давлению, но в течение лишь короткого срока, в то время, как дорогие приборы будут поддерживать максимальную компрессию многие и многие часы работы.

Производительность по воздуху за единицу времени. В техпаспорте приводится в кубометрах за час, литрах за минуту или в кубометрах за минуту. Обратите внимание – данные по производительности для «российских» и «импортных» моделей компрессоров означают не одно и то же. В паспортах приборов отечественного производства указан объем воздуха на выходе, как того требует ГОСТ 28567-90, а для импортных компрессоров – воздушный объем на входе в агрегат, т.е. закачанный им из внешней атмосферы. Расчетные данные по ГОСТовской производительности будут ниже, чем по потребленному воздуху (зарубежные стандарты) при совпадении прочих характеристик отечественного и импортного компрессоров. Во время лабораторных испытаний расчетная производительность по воздуху у одной и той же модели компрессора на входе (стадии всасывания) будут выше, чем на выходе (выпуске воздуха из прибора) из-за потерь части воздушного объема в нагнетательных клапанах, а также из-за присутствия в рабочем пространстве прибора «мертвых» воздушных объемов (неподвижных пузырей воздуха). Таким образом, производительность на выходе из компрессора будет примерно на 30% ниже, чем на входе – соответственно, паспортная мощность по воздуху у импортных моделей всегда ниже эксплуатационной (фактической), если сравнивать их с отечественными аналогами и это необходимо учитывать перед покупкой.

Чтобы воздушное давление и производительность приобретаемого компрессора были достаточными для потребляющих пневмоприборов, следует рассчитать их общие потребности – тех приборов, что будут подключены к компрессору одновременно – воспользовавшись данными из техпаспортов. Важный момент – не следует нагружать компрессорную установку свыше 70% от паспортного максимума, иначе отказов в его работе не избежать. Суммировав потребности пневмоприборов, прибавьте к полученной цифре 200 л/мин «на всякий случай» и вы получите агрегат, полностью соответствующим вашим потребностям.

Достоинства винтовых и поршневых компрессоров

При подборе оптимальных характеристик воздушного компрессора, его будущий владелец прежде должен определиться с типом конструкции агрегата. Для облегчения этой задачи, исследуем преимущества приборов каждого из двух типов.

Плюсы поршневых компрессоров:

• расценки на них значительно ниже, чем на схожие по производительности винтовые. Разница в цене не менее чем пятикратная;
• эффективно работает в условиях загрязненной атмосферы. Вероятность, что агрегат заклинит при поступлении внутрь пылевых частиц крайне низкая;
• стоимость профилактического обслуживания и цены на запасные части ниже, чем суммы, уходящие на эксплуатационные расходы по винтовым компрессорам;
• в процессе работы греются с меньшей интенсивностью, по сравнению с винтовыми аналогами;
• легко переносят частую смену активации в работу и отключения, т.е. подходят более чем для эксплуатации периодами.

Плюсы винтовых компрессоров:

• рабочий ресурс многократно превышает срок службы поршневых моделей. Эти агрегаты также превосходят поршневые компрессоры по надежности (стабильности) работы;
• в процессе работы характеризуются низкими уровнем шума и степенью вибрации, что позволят размещать их в общем производственном помещении, устраивать облегченный фундамент;
• КПД на ¼ превышает аналогичные характеристики поршневых моделей компрессоров;
• легко справляются с постоянно высокими нагрузками;
• в конструкции минимальное число деталей, склонных к быстрому износу, что сводит к минимуму периодичность профилактического обслуживания;
• запуск в работу не требует присутствия оператора на месте размещения компрессора. При оснащении микропроцессорным блоком управления, винтовые компрессоры можно включать удаленно, по доступным каналам связи.

Некоторые особенности выбора воздушного компрессора

Масляные и безмасляные агрегаты. Ресурс масляных воздушных компрессоров выше, чем моделей, корпус которых не содержит масляного наполнителя, однако агрегаты первого типа нуждаются в обязательной фильтрации сжатого воздуха на выходе – содержание парообразного масла в нем будет слишком высокое.

Ресивер. Его объем, по большом счету, не имеет особого значения – реальная производительность установки по воздуху зависит от компрессора. Между тем лишь не требующий высокого давления пневмоинструмент способен работать, будучи запитанным напрямую от компрессора. Поэтому необходимо выяснить, входит ли ресивер в комплектацию к воздушному компрессору данной модели и каков его объем. В противном случае может возникнуть потребность в покупке ресивера за отдельную плату.

Тип охлаждения компрессора. Помимо моделей с масляным охлаждением производятся компрессоры, охлаждаемые водой – необходимо знать, каков расход воды за, скажем, минуту работы такого агрегата.
Тип рабочего газа (смеси газов). Вопреки обывательскому мнению, компрессоры не способны сжимать любые типы газов – у них есть специализация. Если вам необходим прибор, должный осуществлять компрессию какого-то определенного газа – выясните, способна ли данная модель компрессора работать с ним.

Тип привода. Ременная передача крутящего момента у поршневых компрессоров увеличивает срок их службы, поскольку обеспечивает достаточную производительность агрегата на низких оборотах. Модели, снабженные ременным приводом, характеризуются как полупрофессиональные – они развивают давление на выходе, достигающее 16 бар.

Моторесурс компрессора. Он определяется параметром, указывать который производители обычно «забывают» - температурой головки компрессора. Впрочем, приблизительно оценить ее возможно, обратив внимание на частоту, с которой вращается коленвал – чем выше частота вращения, тем будет выше температура головки. Это означает, что между моделями воздушных компрессоров с одинаковой производительностью необходимо выбрать тот агрегат, частота вращения коленчатого вала которого ниже, поскольку срок его службы будет наиболее длительным.