Поршневий компресор

Поршневий компресор — тип компресора, принцип роботи якого базується на використанні механічного пристрою поршневого типу для збільшення тиску газу шляхом компресії (зменшення об'єму).

Компресорний агрегат Corcen для перекачування парової фази зрідженого нафтового газу

Загальний опис

Компресори даного типу широко застосовуються в машинобудуванні, енергетичному обладнанні, автомобілебудуванні, хімічній промисловості, холодильній та кріогенній техніці.

Компресор може використовуватись для створення тиску (газів) або для транспортування газу трубопроводом.

Поршневі компресори зворотно-поступальної дії вважають найбільш давнім поширеним типом. Компресію створюють за рахунок зменшення об’єму газу під час руху поршня в циліндрі. Всмоктувальні та нагнітальні клапани працюють під дією перепаду тиску, що виникає між циліндром компресора і тиском у трубопроводі при руху поршня. У поршневих компресорах є повітряне та/або рідинне охолодження. Число обертів колінчастого валу в таких компресорах зазвичай у межах 125…1000 об/хв. Швидкість руху поршня знаходиться в межах 2,54…5 м/с. Номінальна швидкість газу – 22…40 м/с. Компресори цього типу широко застосовують у машинобудуванні, текстильному виробництві, хімічній, нафтогазовій, будівельній, холодильній промисловостях, а також кріогенній техніці. Поршневі компресори різноманітні за конструктивним виконанням, структурними схемами та компонуванням.

Будова та принцип роботи

Цикли роботи компресора

Будова

Поршневі компресори складаються з наступних елементів:

• робочий циліндр;
• поршень;
• нагнітальний і всмоктувальний клапани, розміщені зазвичай в кришці циліндра;
• корбово-гонковий механізм з колінчастим валом.

Робочі цикли компресора

Принцип дії поршневих компресорів наступний:

Етап 1. При русі поршня вниз об'єм простору над поршнем у циліндрі циліндра збільшується і тиск в ньому зменшується.

Етап 2. Коли тиск у циліндрі стане нижчим, ніж тиск у камері всмоктування голівки, відкриється всмоктуючий клапан і газ по всмоктуючому трубопроводу поступає в циліндр. Почнеться процес всмоктування. Він буде тривати доти, поки поршень, досягнувши крайнього нижнього положення (нижня мертва точка) в циліндрі, не почне рухатися вгору. Об'єм простору над поршнем у циліндрі буде зменшуватися, а тиск, відповідно, рости.

Етап 3. Як тільки тиск в циліндрі перевищить тиск у камері всмоктування головки, всмоктуючий клапан закриється і процес всмоктування закінчиться. Розпочнеться стиснення газу. Процес стиснення буде відбуватися доти, допоки тиск газу в циліндрі не перевищить тиску в камері нагнітання головки.

Етап 4. У результаті попереднього етапу відкриється нагнітальний клапан. Почнеться процес нагнітання, тобто виштовхування стисненого газу з циліндра компресора в нагнітальний патрубок.

Класифікація поршневих компресорів за конструктивними ознаками

Поршневі компресори розрізняють за будовою механізму приведення в рух поршнів, конструкцією і розташуванням циліндрів, числом ступенів стиснення.

За способом передачі руху поршню

Поршневі компресори на основі:

• корбово-гонкового (кривошипно-шатунного) механізму;
• кулісного механізму.

За кількістю робочих циліндрів

• одноциліндрові;
• багатоциліндрові.

За схемою розміщенням циліндрів

• вертикальні;
• горизонтальні;
• V-подібні;
• W-подібні;
• L-подібні.

Для малих компресорів найпоширеніша V-подібна схема. У великих компресорах подвійної дії найпоширеніше L-подібне розташування поршнів.

Крім того, поршневі компресори поділяються на компресори одинарної або подвійної дії. У одинарних поршневих компресорах поршень працює тільки однією стороною, а в компресорах подвійної дії — двома сторонами. Залежно від числа етапів стиснення поділяються на компресори з одноступеневим і багатоступеневим стиском.

Класифікація поршневих компресорів за технічними показниками

За продуктивністю

Під продуктивністю розуміють кількість газу, що подається поршневим компресором споживачеві за одиницю часу. У тому випадку, якщо продуктивність виражається в одиницях об'єму за годину, то обсяг визначається при параметрах газу перед всмоктувальним патрубком поршневого компресора. Виражена таким чином продуктивність називається приведеною, а кількість газу, що подається за один хід поршня, називають подачею.

За приведеною продуктивностю поршневі компресори поділяються на такі групи:

1. Мінікомпресори поршневі, продуктивність яких змінюється в межах від 0 до 3 * 10 ˉ ² м³/с. Подібні машини використовуються для спеціальних цілей в приладобудуванні, медицині і т. д.

2. Мінікомпресори поршневі, продуктивність яких змінюється від 3 * 10ˉ² до 0,01 м³/с. Цю групу становлять деякі види транспортних компресорів, які подають стиснене повітря в гальмівні системи, лабораторні компресори і т. д.

3. Поршневі компресори малої продуктивності з діапазоном продуктивності від 0,01 до 0,1 м³/с. Вони використовуються найчастіше як машини загальнопромислового призначення з тиском нагнітання до 1,5 МПа, у пересувних компресорних установках і т. д.

4. Поршневий компресор середньої продуктивності з діапазоном продуктивності від 0,1 до 1 м³/с. Основну частину цієї групи становлять компресори загального призначення, що використовуються на компресорних станціях заводів, шахт, рудників.

5. Поршневий компресор великої продуктивності. Він має продуктивність понад 1 м³/с і використовується в основному на хімічних комбінатах.

За видом стискуваного газу

За видом стискуваного газу поршневі компресори поділяються на: повітряний, азотно-водневий, етиленових, азотний, кисневий, гелієвий, водневий, хлорний і т. д.

Класифікація за видом стисливого газу в якійсь мірі вказує на особливості конструкції поршневого компресора. Наприклад, гелієві і водневі поршневі компресори стискають дуже текучі гази і вимагають спеціальних ущільнень поршня і штоків.

За тиском, що створюється компресором

Компресори поділяють за тиском, що створюється (тиском нагнітання) на компресори:

• низького тиску — від 0,3 до 1 МПа;
• середнього тиску — до 10 МПа;
• високого тиску — вище за 10 МПа.

За ступенем герметизації

а, б-відкриті, в-напівгерметичні, г- герметичні

Діафрагмові (мембранні) компресори

Діафрагмовий компресор

Діафрагмові компресори є варіантом поршневого компресора. У цьому випадку стискання газу відбувається за рахунок руху мембрани, а не поршня. В таких компресорах малі затрати на тертя. Їх зазвичай застосовують для стиску природного газу, або водню.

Література

• Абдурашитов С. А. Насосы и компрессоры. — М.: Недра, 1974.
• Михайлов А. К., Ворошилов В. П. Компрессорные машины. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 288 с. — ISBN 5-283-00090-7
• Френкель М. И. Поршневые компрессоры. — М.-Л.: Машгиз, 1960.
• Воронецкий А. В. Современные компрессорные станции (Концепции, проекты, оборудование). — М.: ООО «Премиум Инжиниринг», 2008. — 614 с. — ISBN 978-5-903363-09-4