Сжатая сила: как устроены компрессоры
Компрессор — это устройство, которое сжимает воздух или другой газ, повышая его давление. Сжатый воздух используется в промышленности, строительстве, медицине, в быту: от накачивания шин до работы пневматического инструмента, от обеспечения дыхания водолазов до запуска реактивных двигателей. Понимание того, как устроены компрессоры и какие они бывают, помогает выбирать оборудование под конкретные задачи и правильно его обслуживать.
Все компрессоры делятся на два больших класса по принципу действия: объёмные и динамические. Объёмные компрессоры сжимают газ за счёт уменьшения его объёма в замкнутой камере. К ним относятся поршневые, винтовые, роторные, мембранные. Динамические компрессоры сжимают газ за счёт преобразования кинетической энергии в потенциальную — это центробежные и осевые турбокомпрессоры.
Поршневые компрессоры — самые распространённые. Двигатель вращает коленчатый вал, который через шатун приводит в движение поршень внутри цилиндра. При движении поршня вниз в цилиндр через впускной клапан засасывается воздух, при движении вверх воздух сжимается и через выпускной клапан выталкивается в ресивер. Простота конструкции, доступная цена, широкий диапазон давлений — их преимущества. Недостатки: пульсирующая подача, шум, вибрация, необходимость обслуживания клапанов и поршневых колец.
Винтовые компрессоры используют два ротора-винта, которые вращаются навстречу друг другу. Воздух попадает в полости между винтами, по мере вращения объём полостей уменьшается, воздух сжимается и выталкивается в выходной патрубок. Винтовые компрессоры работают плавно, без пульсаций, имеют высокий ресурс, низкий уровень шума. Их используют для постоянной работы в промышленности, в системах централизованного воздухоснабжения.
Мембранные компрессоры сжимают газ с помощью гибкой мембраны, которая движется возвратно-поступательно. Рабочая камера полностью герметична, смазка не контактирует с газом. Это важно для фармацевтики, пищевой промышленности, химии, где требуется абсолютная чистота сжатого воздуха. Недостатки: низкая производительность, ограниченное давление.
Центробежные компрессоры используются для больших объёмов воздуха. Рабочее колесо с лопатками вращается с огромной скоростью, разгоняя воздух, который затем попадает в диффузор, где его скорость преобразуется в давление. Такие компрессоры дают большой расход, но невысокое давление. Их применяют в системах вентиляции, газоперекачивающих станциях, в турбонаддуве двигателей.
Ресивер — это ёмкость для накопления сжатого воздуха. Он сглаживает пульсации, позволяет компрессору работать в циклическом режиме (накопил — отключился — отдал — включился), защищает пневмосистему от перепадов давления. Объём ресивера подбирают под производительность компрессора и потребление воздуха. Для поршневых компрессоров ресивер обязателен, для винтовых — желателен.
Система подготовки воздуха — осушение и очистка. При сжатии воздух нагревается, а при остывании выделяет конденсат — воду. Влажный воздух вызывает коррозию трубопроводов, портит пневмоинструмент, может замёрзнуть зимой. Осушители (холодильные, адсорбционные, мембранные) удаляют влагу. Фильтры очищают воздух от масла (в винтовых компрессорах) и твёрдых частиц. Для ответственных применений нужна многоступенчатая очистка.
Смазка в компрессоре бывает масляной и безмасляной. В масляных компрессорах масло смазывает движущиеся части, уплотняет зазоры, охлаждает, отводит тепло. Масло необходимо менять по регламенту, его пары могут попадать в сжатый воздух. Безмасляные компрессоры используют специальные покрытия и материалы, исключающие смазку. Они дают чистый воздух, но дороже, имеют меньший ресурс.
Запчасти для компрессоров — это расходные материалы и элементы, требующие периодической замены. Фильтры (воздушные, масляные, сепараторные) нужно менять каждые несколько сотен часов работы. Масло — по регламенту. Поршневые кольца, клапаны, прокладки, ремни, подшипники, уплотнения — всё это изнашивается и требует замены. Использование оригинальных или качественных аналогов продлевает жизнь компрессора.
Привод компрессора может быть прямым (двигатель напрямую соединён с компрессорной головой) или ремённым. Ремённый привод снижает пусковые нагрузки, позволяет регулировать скорость вращения заменой шкивов, но требует обслуживания ремней. Прямой привод компактнее, надёжнее, но жёстче передаёт вибрации.
Частотное регулирование — современный способ управления компрессором. Преобразователь частоты меняет скорость вращения двигателя в зависимости от потребления воздуха. Компрессор не включается-выключается, а работает постоянно, но с нужной производительностью. Это экономит электроэнергию, снижает износ, поддерживает стабильное давление. Особенно эффективно при переменном расходе воздуха.
Выбор компрессора начинается с определения нужного давления и расхода. Давление — сколько атмосфер нужно (обычно 6–10 бар для промышленности, 8–12 для строительства). Расход — сколько литров в минуту потребляют все пневмоинструменты, работающие одновременно. Запас по расходу должен быть 20–30 процентов. Для периодической работы подойдёт поршневой компрессор, для постоянной — винтовой.
Обслуживание компрессора — залог долгой работы. Ежедневно проверяют уровень масла, сливают конденсат из ресивера, осматривают шланги и соединения. Раз в неделю чистят воздушные фильтры. По наработке меняют масло, масляный и воздушный фильтры, сепаратор. Раз в год проверяют предохранительные клапаны, реле давления, состояние ремней.
Безопасность компрессора обеспечивается предохранительным клапаном (сбрасывает избыточное давление), реле давления (отключает двигатель при превышении), тепловой защитой (от перегрева), манометрами для контроля. Эксплуатация компрессора без исправных предохранительных устройств опасна — ресивер может разрушиться под давлением.
Компрессор — это сердце пневматической системы. Когда он работает, инструмент стучит, краскопульт распыляет, станок зажимает деталь, шина накачивается. И когда компрессор выходит из строя, останавливается всё. Поэтому правильный выбор, своевременное обслуживание, использование качественных запчастей — это не затраты, а инвестиция в бесперебойную работу. И когда компрессор запускается с пол-оборота, работает без рывков и шума, даёт ровное давление — понимаешь, что техника в надёжных руках.
