1. Концепция воздушного компрессора
Воздушный компрессор является основным компонентом системы подачи воздуха. Это устройство, преобразующее механическую энергию первичного двигателя (обычно электродвигателя) в энергию давления газа, служащее пневматическим генератором сжатого воздуха.
Компрессор как тип энергетического оборудования уменьшает объем газа и увеличивает давление, генерируя определенное количество кинетической энергии, которую можно использовать в качестве механической энергии или для других целей.
Принципиальная схема системы сжатого воздуха показана ниже:
二, Классификация воздушных компрессоров
1. Классификация по определению:
1)Объемный воздушный компрессор: уменьшает объем газа и увеличивает давление газа.
Преобразует механическую энергию в потенциальную.
Поршневой компрессор: Рабочий объем периодически меняется, а пространственное положение остается неизменным.
Роторный компрессор: рабочий объем периодически меняется, а пространственное положение меняется.
2)Динамический компрессор
Увеличивает скорость движения молекул газа, преобразуя кинетическую энергию молекул газа в энергию давления газа, тем самым повышая давление сжатого газа.
Кинетическая энергия → Потенциальная энергия
Центробежный компрессор: это тип скоростного компрессора. В этом устройстве имеется одна или несколько вращающихся крыльчаток (лопасти обычно расположены по бокам), ускоряющих газ. Основное течение радиальное.
2. Классификация по давлению нагнетания
1)Вентилятор: 0,01 ～ 0,1 МПа.
2) Низкое давление: 0,2 ～ 1,0 МПа.
3) Среднее давление: 1 ~ 10 МПа.
4)Высокое давление: 10 ~ 100 МПа.
5)Сверхвысокое давление: > 100 МПа.
3. Классификация по перемещению
Миниатюра: < 1 м³/мин
Малый: 1 ～ 10 м³/мин.
Средняя: 10 ～ 100 м³/мин.
Большой: > 100 м³/мин
4. Классификация по способу охлаждения.
1) С воздушным охлаждением: в качестве охлаждающей среды используется воздух, а циркуляция воздуха обеспечивается собственным охлаждающим вентилятором.
2) С водяным охлаждением: в качестве охлаждающей среды используется вода, оборудованная специальной градирней или специальной системой циркуляции охлаждающей воды.
5. Классификация по способу смазки.
1)Смазанный маслом
а. Масляный компрессор
б. Микромасляный компрессор
2)безмасляная смазка
а. С водяной смазкой
б. Сухой винт
в. Безмасляный поршень
д. Центробежный
3. Принцип работы воздушных компрессоров
1. Поршневой воздушный компрессор
Когда поршень перемещается из верхней мертвой точки цилиндра в нижнюю мертвую точку, объем внутри цилиндра увеличивается, а давление падает.
Когда давление внутри цилиндра падает ниже внешнего атмосферного давления, наружный воздух под действием разности давлений под действием натяжения пружины открывает впускной клапан и поступает в цилиндр (выпускной клапан остается закрытым).
Когда поршень достигает нижней мертвой точки, цилиндр наполняется воздухом, и его давление становится равным внешнему атмосферному давлению. Благодаря балансу давлений пружина клапана закрывает впускной клапан, завершая такт впуска.
Когда поршень движется вверх от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, впускной и выпускной клапаны закрываются, а воздух внутри цилиндра сжимается.
При движении поршня вверх объем цилиндра непрерывно уменьшается, а давление сжатого воздуха все больше возрастает. Это такт сжатия.
Когда давление сжатого газа превышает совокупную силу натяжения клапанной пружины и давления в нагнетательной трубке, выпускной клапан открывается, и сжатый воздух выпускается через нагнетательную трубку до тех пор, пока поршень не достигнет верхней мертвой точки.
В этот момент большая часть сжатого воздуха в цилиндре выбрасывается, давление резко падает, и выпускной клапан закрывается под действием напряжения пружины. Это такт нагнетания.
Затем поршень снова движется вниз, втягивая свежий воздух и начиная следующий цикл.
Поршневой воздушный компрессор работает в повторяющихся циклах впуска, сжатия и нагнетания.
Примечание. Поршневые воздушные компрессоры на рынке низкого давления в настоящее время постепенно заменяются винтовыми воздушными компрессорами, поэтому требуется только базовое понимание.
Винтовые воздушные компрессоры подразделяются на два типа:
двухвинтовые воздушные компрессоры и одновинтовые воздушные компрессоры.
1) Принцип работы и представление двухвинтового воздушного компрессора
Двухвинтовой воздушный компрессор состоит из пары параллельных взаимно зацепляющихся роторов (или винтов), вращающихся внутри цилиндра.
Это создает периодические изменения объема в пространствах между канавками ротора, так что воздух непрерывно переносится в осевом направлении от стороны всасывания к стороне нагнетания.
Таким образом, процессы всасывания, сжатия и нагнетания винтового воздушного компрессора завершаются.
Входное и выходное отверстия для воздуха расположены на противоположных концах компрессора.
Канавки ведущего ротора и зубья ведущего ротора приводятся во вращение главным двигателем.
2) Принцип работы и представление одновинтового воздушного компрессора
Одновинтовой воздушный компрессор характеризуется наличием только одного винтового ротора.
Однако на практике он имеет три вращающихся вала: один винтовой ротор и два звездчатых колеса (планетарные шестерни), перпендикулярные винтовому ротору. Являясь членом семейства винтовых воздушных компрессоров, одновинтовой воздушный компрессор предлагает преимущества, аналогичные преимуществам двухвинтового воздушного компрессора. Однако он не получил широкого распространения в промышленности из-за нескольких сложных технических проблем, которые до сих пор трудно решить.
а. Множество движущихся частей:
Одновинтовой воздушный компрессор имеет три вращающихся вала.
Более того, жесткость винтового ротора и звездочек (планетарных шестерен) сильно различается, что приводит к неравномерной деформации во время работы. Это затрудняет обеспечение точного зацепления, что приводит к низкому объемному КПД. В имеющихся в продаже одновинтовых компрессорах звездочки изготовлены из неметаллических материалов с плохой износостойкостью. При работе на высоких скоростях сильный износ увеличивает внутренние утечки, что приводит к значительному падению производительности после периода использования. Обычно после 3000 После 4000 часов работы расход снижается в среднем на 5–10%. Таким образом, одновинтовой воздушный компрессор имеет очень низкую экономическую эффективность в промышленном применении. Кроме того, неравномерная деформация и низкая точность зацепления снижают механическую стабильность всего устройства, что приводит к высокой частоте отказов и высокой интенсивности технического обслуживания, что еще больше ограничивает сферу его применения.
б. Материал звездочек (планетарных шестерен) нуждается в дальнейшем усовершенствовании.
Являясь одним из основных компонентов одновинтового компрессора, звездчатые колеса в основном выполняют функцию уплотнений. Если используются стальные звездчатые колеса, большой коэффициент теплового расширения и объем стали требуют относительно большого зазора между звездчатыми колесами и винтом. Это не только приводит к высоким утечкам и низкой эффективности, но также может легко вызвать заклинивание и серьезные неисправности. Если использовать композитные материалы, вышеупомянутых проблем можно избежать. Однако современные композитные материалы имеют низкую прочность и плохую износостойкость. Под действием сдвиговой силы и механического трения во время работы они изнашиваются. быстро, что приводит к увеличению внутренних утечек и снижению эффективности. Частые ремонты также увеличивают нагрузку на обслуживающий персонал и затраты на техническое обслуживание. Поиск материала с высокой прочностью, низким расширением и высокой износостойкостью стал еще одной серьезной проблемой для производителей. Однако, учитывая текущий прогресс в материаловедении, фундаментальное решение маловероятно в краткосрочной перспективе.
в. Профиль винта нуждается в дальнейшей оптимизации. Из-за двух вышеупомянутых проблем и отсутствия эффективных решений в обозримом будущем продвижение одновинтовых воздушных компрессоров ограничено. Поэтому исследовательские институты и крупные производители воздушных компрессоров не вложили много средств в исследование профилей одновинтовых компрессоров, и существенного прогресса не было достигнуто. Поиск оптимального профиля винта является еще одной ключевой задачей перед крупномасштабным продвижением. Однако из-за плохих перспектив рынка крупные производители не вложили достаточных средств, поэтому фундаментальное улучшение сложно в краткосрочной перспективе.
Подводя итог, можно сказать, что с точки зрения текущего технологического развития двухвинтовые воздушные компрессоры не только технологически продвинуты, но и полностью готовы к практическому применению.
3. Центробежный компрессор
В центробежном компрессоре рабочее колесо с лопатками вращается на валу компрессора.
Газ, поступающий в рабочее колесо, приводится во вращение лопастями, получая увеличение кинетической энергии (скорости) и статического напора (давления). Затем газ покидает рабочее колесо и поступает в диффузор, где скорость газа преобразуется в давление, еще больше повышая давление. Сжатый газ проходит через изгиб и обратный канал, чтобы попасть в рабочее колесо следующей ступени для дальнейшего сжатия до тех пор, пока не будет достигнуто необходимое давление.
4. Воздушный компрессор вихревого типа.
Воздушный компрессор типа Vortex состоит из двух спиралей с профилями уравнений двойной функции: вращающейся спирали и фиксированной спирали, находящихся в зацеплении друг с другом. Во время процессов всасывания, сжатия и нагнетания фиксированная спираль установлена на раме, а вращающаяся спираль приводится в движение эксцентриковым валом и ограничивается механизмом предотвращения вращения. Он совершает орбитальное движение с небольшим радиусом вокруг центра базовой окружности неподвижной спирали. Газ всасывается через воздушный фильтр на периферии неподвижной спирали. По мере вращения эксцентрикового вала газ постепенно сжимается в нескольких камерах сжатия серповидной формы, образованных сцепляющимися орбитальными и неподвижными спиралями, а затем непрерывно выбрасывается через осевое отверстие в центральной части неподвижной спирали.
5. Лопастной воздушный компрессор
Ротор установлен эксцентрично в камере сжатия. На роторе имеется от 4 до 6 лопастей, которые могут скользить в осевом направлении к центру ротора. В нижней части лопастей установлены пружины, обеспечивающие постоянный контакт лопастей с камерой.