Типи компресорів

Конструктивно незалежно від стискаючих газів і робочих параметрів розрізняють такі типи компресорів:

1. Об’ємної дії-поршневі, мембранні, спіральні, гвинтові, роторно-пластинчасті, типа РУТС, рідино-кільцеві , трохоідні, з роторами, що котяться, з частковим внутрішнім стиском.

2. Динамічної дії-відцентрові, осьові, вихрові і струйні.

Поршневі компресори

Поршневі компресори виробляються і використовуються в якості джерела стиснення газів вже більше ста років. Будь який поршневий компресор складається з коленвала, шатунно-поршневої групи, блоку циліндрів, клапанів. Під час роботи компресора виникають сили інерції, викликані зворотно-поступальним рухом шатунно-поршневої групи і приводять до появи вібрацій. Для їх зменшення на колінчастому валу встановлюються противаги. Для збільшення плавності роботи компресора використовується маховик.

У компресоробудуванні поршневих компресорів існує ряд основних конструктивних схем для багатоступінчастих машин – оппозитна, Г-подібна, V-подібна, W-образна. Оппозитна схема є найбільш урівноваженою, кутові схеми є найбільш компактними рішеннями. Також по конструкції розрізняються крейцкопфні і безкрецкопфні компресори. Крейцкопфні компресори найчастіше використовуються для циліндрів двосторонньої дії і безмасляного стиснення. На компресорах високого тиску з великою кількістю ступенів стиснення часто використовуються поршні подвійної дії, що дозволяє значно спростити конструкцію компресора.

Сучасне застосування поршневих компресорів величезне в промисловості. Видув ПЕТ-тари, видобуток газу, стиснення і дотискування різних промислових газів в діапазоні від 20 до 600 атм, стиснення фреонів. В Україні можна зустріти багато «унікальних» застосувань поршневих компресорів таких як-пересувні дизельні компресори для автодорожніх служб (в Європі цей сегмент давно зайнятий гвинтовими компресорами), загальнозаводське повітря середніх і великих підприємств (в Європі до 50м3/мін гвинтові компресори, понад-відцентрові ). Практично будь який компресорний бренд має у своїй номенклатурі поршневі компресори. Самими інноваційними є-Ariel, IngersollRand, AtlasCopco, Reavell.

Мембранні компресори

Мембранні компресори є досить новою технологією в компресоробудуванні і її розвиток безпосередньо пов’язано з розвитком конструкційних матеріалів. Загалом мембранні компресори схожі на поршневі: в мембранному компресорі також є колінвал з шатуном, блок циліндра з клапанами, але робочим елементом є не поршень, а гнучка мембрана.

У промисловості мембранні компресори одержали поширення там, де потрібна дуже висока чистота стисливого газу і для стиснення агресивних і вибухонебезпечних газів. Діапазон застосування – малі та середні продуктивності в діапазоні високих тисків від 200 до 4000 атм. Мембранні компресори – це компресори сухого стиснення і застосовуються для стиснення будь-яких газів.

Виробники: AndreasHofer, PDCMachines.

Спіральні  компресори

Спіральні компресори також є досить новою інженерною розробкою. Спіральний компресор складається з двох спіралей – одна нерухома, друга здійснює круговий рух і має проти зворотній пристрій. Спіральні компресори бувають з вертикальною і горизонтальною віссю руху рухомої спіралі.

Спіральні компресори знайшли широке застосування в холодильній техніці в якості пристрою для стиснення фреонів.

Діапазон застосування – машини малої холодопродуктивності. Можуть бути з сухим стисненням або з додаванням в робочу порожнину рідини.

Найвідомішими компаніями розвиваючими спіральну технологію є компанії Daikin, Danfoss, Copeland.

Гвинтові компресори

Гвинтові компресори одержали масове поширення в 60-70-ті р. Традиційно гвинтовий компресор складається з двох гвинтових роторів (також існують одно гвинтові компресори). Розрізняються компресори безмасляні, з мокрим стисненням і маслозаповнені в залежності від кількості масла. Також гвинтові компресори поділяються за профілем гвинтових пар на асиметричні і симетричні.

Гвинтові компресори врівноважені, не мають клапанів і мертвого об’єму і мають примусовий газорозподіл за допомогою вікон.

У промисловості гвинтові компресори зайняли міцне місце в якості джерела стисненого повітря загальнопромислового призначення в діапазоні тисків від 4 до 15 атм(над) і продуктивністю від 4 до 500 м3/хв. Через врівноваженості гвинтові компресори виготовляються як пересувні з дизельним приводом. Більш детально ознайомитись з принципом роботи гвинтових повітряних компресорів.

Дуже широке застосування гвинтові компресори одержали в холодильній техніці для стиснення фреонів і аміаку в діапазоні середніх і великих холодопродуктивностей.

Серед компаній з найбільшим досвідом і з самими цікавими рішеннями в області гвинтового компресоробудування можна виділити-AtlasCopco, Kaeser, GardnerDenver, CompAir, Bitzer.

Роторно-пластинчасті компресори

Роторно-пластинчасті компресори стали застосуються в промисловості в 50-х р. Роторно-пластинчастий компресор складається з ротора, ексцентрично зміщеного відносно осі статора. У пазах ротора радіально або нахилом розташовуються пластини, які під час обертання за рахунок дії відцентрової сили і газових сил притискаються до стінки статора.

Конструктивно роторно-пластинчасті компресори поділяються на безмасляні, з краплинним змащення і маслозаповнені. В безмасляних компресорах використовуються графітові пластини, в маслозаповнених – металеві. Також компресори випускають з горизонтальною і вертикальною віссю обертання ротора. Вертикальні компресори мають більш компактну конструкцію. Газорозподіл у цих машин примусовий через вікна. Внаслідок врівноваженості використовується в пересувних установках.

У промисловості роторно-пластинчасті компресори одержали поширення в холодильній техніці в діапазоні малих холодопродуктивностей, а також використовуються для стиснення повітря і газів. Повітряні машини роторно-пластинчастого типу роблять із тиском нагнітання від 1 до 10 атм, також використовують їх в якості вакуум-насосів або як джерело стисненого повітря загальнопромислового призначення в діапазоні продуктивностей від 0,1 до 50 м3/хв до 10 атм в одній ступені.

Серед відомих і досвідчених компаній можна виділити-Danfoss, DemagWittig, Hydrovane, ElmoRietchle, BeckerKompressoren, Busch.

Рутс

Компресори типу Рутс складаються з двох роторів, що працюють в безконтактному зачепленні. За кількістю лопатей роторів компресори поділяються на дво-і багатолопатеву.

Всі компресори даного типу безмасляні і, як правило, використовуються для тисків від 0,1 до 1 атм(над). Діапазон продуктивностей оптимального застосування даних компресорів від 1 до 40 м3/хв. Це машини із зовнішнім стисненням, врівноважені.

У промисловості дані компресори найчастіше використовуються для пневмотранспорту сипучих, а також в якості вакуумних насосів.

Серед відомих виробників-Aerzener, AtlasCopco, GardnerDenver, Robuschi.

Відцентрові компресори

Широке промислове застосування відцентрові компресори одержали в 60-х р. ХХ століття. Конструкція відцентрових компресорів досить проста. Відцентровий компресор складається з підвідного пристрою, робочого колеса (імпеллера), дифузора і вихідного пристрою. У відцентровому колесі стислива середу розганяється, а в дифузорі кінетична енергія потоку перетвориться в потенційну енергію тиску.

Конструктивно відцентрові компресори поділяються на одно-багатоступінчасті, з одностороннім і двостороннім, одновальні і многовальні. За типом робочих коліс відцентрові компресори розрізняються на закриті, напіввідкриті та відкриті. За розташуванням коліс відносно один одного відцентрові компресори поділяються на односпрямовані і протилежно спрямовані. Це машини з сухим стисненням, швидкохідні.

Широке промислове застосування відцентрові компресори одержали в скляній та вугільній промисловості, металургії та машинобудуванні, в нафтогазовій галузі. Відцентрові компресори є основним джерелом виробництва стисненого повітря загальнопромислового призначення на великих підприємствах, у складі газоперекачуючих агрегатів відцентрові компресори беруть участь в процесі транспортування природного газу. Також дуже часто відцентрові компресори служать джерелом стисненого повітря для великих повітро-розділюючих установок. У холодильній техніці відцентрові компресори використовуються для машин з великими холодопродуктивностями (до 2000 кВт).

Серед найбільш інноваційних компаній в області відцентрового компресоробудування можна виділити IngersollRand, AtlasCopco, Danfoss (Turbocor), MANTurbo, Siemens

Осьові компресори

Осьові компресори є різновидом компресорів динамічної дії або турбокомпресорів, тільки на відміну від відцентрового компресора в осьовому стиснення відбувається уздовж осі вала. Конструктивно осьові компресори бувають одно-і багатоступінчатими. Також осьові компресори можуть відрізнятися типом лопаток.

Широке промислове застосування осьові компресори одержали в авіабудуванні, а також в промислових процесах, де потрібні величезні продуктивності (від 2000 м3/хв) і невеликий тиск (0,1-1 атм.(над). Також осьові компресори можуть використовуватися в складі комбінованого компресора в якості початкових ступенів.

Серед виробників осьових компресорів з суто компресорних компаній можна виділити Siemens, Elliott, MANTurbo.

Вихрові компресори

Вихрові компресори – це порівняно нові машини. Початок їх дослідження та застосування відноситься до 50-х р. ХХ століття. Вихровий компресор складається з робочого колеса, на якому рівномірно по колу розміщені лопатки, всмоктувального, нагнітаючого робочого каналу. Всмоктуючий і нагнітаючий канали розділені спеціальною перегородкою, яка також називається роздільником або відсікачем.

Вихрові компресори за принципом перетворення енергії відносяться до машин динамічного принципу дії.

Володіючи всіма перевагами цих машин, вихрові компресори відрізняються простотою конструкції, технологічністю і дешевизною виготовлення, їх робота стійка у всьому діапазоні зміни режимних параметрів, відсутнє явище «помпажу», властиве відцентровим компресорним машинам. Максимум ефективності вихрових компресорів досягається при відносно малих частотах обертання і окружних швидкостях, що дозволяє виконувати вихрові компресори без мультиплікаторів.

У першому наближенні робочий процес в ступені вихрового компресора можна вважати аналогічним процесу у відцентровому компресорі з багаторазової циркуляцією стислого середовища через робоче колесо і нерухомі елементи ступені. Частинки робочого середовища рухаються від всмоктувального патрубка до нагнітаючого, по складній спіралеподібної траєкторії і лопатки робочого колеса на відміну від інших машин динамічного стиснення не один, а кілька разів впливають на частинки газу. Ця обставина забезпечує значно більший натиск вихрових компресорів, ніж відцентрових.

З огляду на те, що даний тип компресорів з’явився відносно недавно і технічно представлений в дуже вузькому діапазоні продуктивностей / тиску (до 100 м3/хв і до 0,8 атм.(над)) Промислове застосування даного типу компресорів невелике. Серед галузей, де найбільш часто використовуються вихрові компресори – гірничорудна промисловість, поліграфія, харчова і хімічна промисловість. Останнім часом вихрові компресори знаходять застосування для аерації стічних вод.
Серед компаній, які займаються розвитком даної технології можна виділити-ElmoRietchle, BeckerKompressoren.

Статтю підготував:

Зав. кафедри Технічної теплофізики Сумського Державного Університету

Ванєєв С.М.