Типы компрессоров

Конструктивно вне зависимости от сжимаемых газов и рабочих параметров различают следующие типы компрессоров
1. Объемного действия- поршневые, мембранные, спиральные, винтовые, роторно-пластинчатые, типа Рутс,
жидкостнокольцевые, трохоидные, с катящимися роторами, с частичным внутренним сжатием.
2. Динамического действия- центробежные, осевые, вихревые и струйные.

Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры производятся и используются в качестве источника сжатия газов уже более ста лет. Любой поршневой компрессор состоит из коленвала, шатунно-поршневой группы, блока цилиндров, клапанов. Во время работы компрессора возникают силы инерции, вызванные возвратно-поступательным движением шатунно-поршневой группы и приводящие к появлению вибраций. Для их уменьшения на коленчатом валу устанавливаются противовесы. Для увеличения плавности работы компрессора используется маховик.

В компрессоростроении существует ряд основных конструктивных схем для многоступенчатых поршневых машин — оппозитная, Г-образная, V-образная, W-образная. Оппозитная схема является наиболее уравновешенной, угловые схемы являются наиболее компактными решениями. Также по конструкции различаются крейцкопфные и безкрецкопфные компрессоры. Крейцкопфные компрессоры чаще всего используются для цилиндров двухстороннего действия и безмасляного сжатия. На компрессорах высокого давления с большим количеством ступеней сжатия часто используются поршни двойного действия, что позволяет значительно упростить конструкцию компрессора.

Современное применение поршневых компрессоров огромно в промышленности. Выдув ПЭТ-тары, добыча газа, сжатие и дожим различных промышленных газов в диапазоне от 20 до 600 атм, сжатие фреонов. В Украине можно встретить много «уникальных» применений поршневым компрессорам таких как- передвижные дизельные компрессоры для автодорожных служб (в Европе этот сегмент давно занят винтовыми компрессорами), общезаводской воздух средних и крупных предприятий (в Европе до 50 м3/мин винтовые компрессоры, свыше- центробежные). Практически любой компрессорный бренд имеет в своей номенклатуре поршневые компрессоры.
Самыми инновационными являются- Ariel, IngersollRand, AtlasCopco, Reavell.

Мембранные компрессоры
Мембранные компрессоры являются довольно новой технологией в компрессоростроении и ее развитие напрямую связано с развитием конструкционных материалов. В общем мембранные компрессоры похожи на поршневые: в мембранном компрессоре также есть коленвал с шатуном, блок цилиндра с клапанами, но рабочим элементом является не поршень, а гибкая мембрана.

В промышленности мембранные компрессоры получили распространение там, где требуется очень высокая чистота сжимаемого газа и для сжатия агрессивных и взрывоопасных газов. Диапазон применения – малые и средние производительности в диапазоне высоких давлений от 200 до 4000 атм.
Мембранные компрессоры – это компрессоры сухого сжатия и применимы для сжатия любых газов.

Производители: AndreasHofer, PDCMachines

Спиральные компрессоры
Спиральные компрессоры также являются довольно новой инженерной разработкой. Спиральный компрессор состоит из двух спиралей – одна неподвижная, вторая совершает круговое движение и имеет противоповоротное устройство. Спиральные компрессоры бывают с вертикальной и горизонтальной осью движения подвижной спирали.

Спиральные компрессоры нашли широкое применение в холодильной технике в качестве устройства для сжатия фреонов.

Диапазон применение — машины малой холодопроизводительности. Могут быть с сухим сжатием или с добавлением в рабочую полость жидкости.
Самыми известными компаниями развивающими спиральную технологию являются компании Daikin, Danfoss, Copeland.

Винтовые компрессоры
Винтовые компрессоры получили массовое распространение в 60-70-е г.г. Традиционно винтовой компрессор состоит из двух винтовых роторов (также существуют одновинтовые компрессоры). Различаются компрессоры безмасляные, с мокрым сжатием и маслозаполненные в зависимости от количества масла. Также винтовые компрессоры разделяются по профилю винтовых пар на асимметричные и симметричные.

Винтовые компрессоры уравновешены, не имеют клапанов и мертвого объема и имеют принудительное газораспределение посредством окон.

В промышленности винтовые компрессоры заняли прочное место в качестве источника сжатого воздуха общепромышленного назначения в диапазоне давлений от 4 до 15 атм и производительностей от 4 до 500 м3/мин. Из-за уравновешенности винтовые компрессоры изготавливаются как передвижные с дизельным приводом. Более подробно ознакомиться с принципом работы винтовых воздушных компрессоров.

Очень широкое применение винтовые компрессоры получили в холодильной технике для сжатия фреонов и аммиака в диапазоне средних и больших хладопроизводительностей. Среди компаний с наибольшим опытом и с самыми интересными решениями в области винтового компрессоростроения можно выделить- AtlasCopco, Kaeser, GardnerDenver, CompAir, Bitzer, IngersollRand. 

Роторно-пластинчатые компрессоры
Роторно-пластинчатые компрессоры стали применятся в промышленности в 50-х г.г. Роторно-пластинчатый компрессор состоит из ротора, эксцентрично смещенного относительно оси статора. В пазах ротора радиально или наклоном располагаются пластины, которые во время вращения за счет действия центробежной силы и газовых сил прижимаются к стенке статора.

Конструктивно роторно-пластинчатые компрессоры разделяются на безмасляные, с капельной смазкой и маслозаполненные. В безмасляных компрессорах используются графитовые пластины, в маслозаполненных — металлические. Также компрессоры выпускают с горизонтальной и вертикальной осью вращения ротора. Вертикальные компрессоры имеют более компактную конструкцию. Газораспределение у этих машин принудительное через окна. Вследствие уравновешенности используется в передвижных установках.

В промышленности роторно-пластинчатые компрессоры получили распространение в холодильной технике в диапазоне малых хладопроизводительностей, а также используются для сжатия воздуха и газов. Воздушные машины роторно-пластинчатого типа делают с давлением нагнетания от 1 до 10 атм, их используют качестве вакуум-насосов или как источник сжатого воздуха общепромышленного назначения в диапазоне производительностей от 0,1 до 10 м3/мин до 10 атм в одной ступени. Среди известных и опытных компаний можно выделить- Danfoss, DemagWittig, Hydrovane, ElmoRietchle, BeckerKompressoren, Busch.

Рутс
Компрессоры типа Рутса состоят из двух роторов, работающих в бесконтактном зацеплении. По количеству лопастей роторов компрессоры разделяются на двух- и многолопастные.

Все компрессоры данного типа безмасляные и, как правило, используются для давлений от 0,1 до 1 атм (изб). Диапазон производительностей оптимального применения данных компрессоров от 1 до 40 м3/мин. Это машины с внешним сжатием, уравновешенные.

В промышленности данные компрессоры чаще всего используются для пневмотранспорта сыпучих, а также в качестве вакуумных насосов.
Среди известных производителей- Aerzener, AtlasCopco, GardnerDenver, Robuschi.

 

Центробежные компрессоры
Широкое промышленное применение центробежные компрессоры получили в 60-х гг. ХХ века. Конструкция центробежных компрессоров довольно проста. Центробежный компрессор состоит из подводящего устройства, рабочего колеса (импеллера), диффузора и выходного устройства. В центробежном колесе сжимаемая среда разгоняется, а в диффузоре кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную энергию давления.

Конструктивно центробежные компрессоры разделяются на одно- многоступенчатые, с односторонним и двухсторонним, одновальные и многовальные. По типу рабочих колес центробежные компрессоры различаются на закрытые, полуоткрытые и открытые. По расположению колес относительно друг друга центробежные компрессоры разделяются на однонаправленные и противоположнонаправленные. Это машины с сухим сжатием, быстроходные.

Широкое промышленное применение центробежные компрессоры получили в стекольной и угольной промышленности, металлургии и машиностроении, в нефтегазовой отрасли. Центробежные компрессоры являются основным источником производства сжатого воздуха общепромышленного назначения на крупных предприятиях, в составе ГПА центробежные компрессоры участвуют в процессе транспортировки природного газа. Также очень часто центробежные компрессоры служат источником сжатого воздуха для крупных ВРУ. В холодильной технике центробежные компрессоры используются для машин с большими холодопроизводительностями (до 2000 кВт).
Среди самых инновационных компаний в области центробежного компрессоростроения можно выделить IngersollRand, AtlasCopco, Danfoss (Turbocor), Siemens, MANTurbo.

Осевые компрессоры
Осевые компрессоры являются разновидностью компрессоров динамического действия или турбокомпрессоров, только в отличие от центробежного компрессора в осевом сжатие происходит вдоль оси вала. Конструктивно осевые компрессоры бывают одно- и многоступенчатыми. Также осевые компрессоры могут отличаться типом лопаток.

Широкое промышленное применение осевые компрессоры получили в авиастроении, а также в промышленных процессах, где требуются огромные производительности (от 2000 м3/мин) и небольшие давления (1-10 атм. (изб.). Также осевые компрессоры могут использоваться в составе комбинированного компрессора в качестве начальных ступеней.
Среди производителей осевых компрессоров из сугубо компрессорных компаний можно выделить Siemens, Elliott, MANTurbo.

Вихревые компрессоры
Вихревые компрессоры — это сравнительно новые машины. Начало их исследования и применения относится к 50-м г.г. ХХ века. Вихревой компрессор состоит из рабочего колеса, на котором равномерно по окружности расположены лопатки, всасывающего, нагнетательного рабочего канала. Всасывающий и нагнетательный каналы разделены специальной перегородкой, которая также называется разделителем или отсекателем.
Вихревые компрессоры по принципу преобразования энергии относятся к машинам динамического принципа действия.

Обладая всеми преимуществами этих машин, вихревые компрессоры отличаются простотой конструкции, технологичностью и дешевизной изготовления, их работа устойчива во всем диапазоне изменения режимных параметров, отсутствует явление помпажа, свойственное центробежным компрессорным машинам. Максимум эффективности вихревых компрессоров достигается при относительно малых частотах вращения и окружных скоростях, что позволяет исполнять вихревые компрессоры без мультипликаторов.

В первом приближении рабочий процесс в ступени вихревого компрессора можно считать аналогичным процессу в центробежном компрессоре с многократной циркуляцией сжимаемой среды через рабочее колесо и неподвижные элементы ступени. Частицы рабочей среды движутся от всасывающего патрубка к нагнетательному по сложной спиралеобразной траектории и лопатки рабочего колеса в отличие от других машин динамического сжатия не один, а несколько раз воздействуют на частицы газа. Это обстоятельство обеспечивает значительно больший напор вихревых компрессоров, чем центробежных.

Ввиду того, что данный тип компрессоров появился относительно недавно и технически представлен в очень узком диапазоне производительностей/давления (до 100 м3/мин и до 0,8 атм. (изб.) промышленное применение данного типа компрессоров небольшое. Среди отраслей, где наиболее часто используются вихревые компрессоры — горнорудная промышленность, полиграфия, пищевая и химическая промышленность.В последнее время вихревые компрессоры находят применение для аэрации сточных вод.
Среди компаний, которые занимаются развитием данной технологии можно выделить- ElmoRietchle, BeckerKompressoren.

Статью подготовил:

Зав. кафедры Технической теплофизики Сумского Государственного Университета

Ванеев С.М.