Воздушный компрессор

Воздушный компрессор — это машина , которая забирает окружающий воздух из окружающей среды и нагнетает его под более высоким давлением. Это применение газового компрессора и пневматического устройства, которое преобразует механическую энергию (от электродвигателя , дизельного или бензинового двигателя и т. д.) в потенциальную энергию, хранящуюся в сжатом воздухе , которая имеет множество применений. Обычное применение — сжатие воздуха в резервуар для хранения для немедленного или последующего использования. Когда давление нагнетания достигает установленного верхнего предела, компрессор отключается или лишний воздух выпускается через клапан избыточного давления . Сжатый воздух хранится в резервуаре до тех пор, пока он не понадобится. ^[1] Энергия давления, обеспечиваемая сжатым воздухом, может использоваться для различных применений, например, в пневматических инструментах, по мере ее высвобождения. Когда давление в баке достигает нижнего предела, воздушный компрессор снова включается и повторно создает давление в баке. Компрессор отличается от насоса тем, что работает на газе, а насосы — на жидкости.

Классификация

Компрессоры можно классифицировать по создаваемому давлению:

Воздушные компрессоры низкого давления, давление нагнетания которых составляет 150 фунтов на квадратный дюйм (10 бар) или менее ^[2]
Компрессоры среднего давления с давлением нагнетания от 151 до 1000 фунтов на квадратный дюйм (от 10,4 до 68,9 бар) ^[2]
Воздушные компрессоры высокого давления, давление нагнетания которых превышает 1000 фунтов на квадратный дюйм (69 бар) ^[2]

Существует множество методов сжатия воздуха, которые делятся на объемно-вытесняющие и ротодинамические. ^[3]

Одноступенчатый поршневой компрессор
Многоступенчатый поршневой компрессор ^[4]
Комбинированный компрессор ^{[ нужны разъяснения ]}
Одноступенчатый ротационно-винтовой компрессор
Двухступенчатый ротационный винтовой компрессор
Роторно-лопастной насос
Спиральный компрессор
Центробежный (ротодинамический или турбо) компрессор
Осевой компрессор , часто используемый в реактивных двигателях .

Другой способ классификации - по типу смазки: смазанные маслом и безмасляные. Безмасляная (или безмасляная) система более технически усовершенствована, поскольку для смазки не требуется масло. Безмасляные воздушные компрессоры также легче и портативнее, чем модели с масляной смазкой, но требуют большего обслуживания. С другой стороны, воздушные компрессоры с масляной смазкой являются более традиционным типом воздушных компрессоров. Им требуется масло для смазки двигателя, что помогает продлить срок службы компрессора. Одним из преимуществ компрессоров с масляной смазкой является то, что они более долговечны и требуют меньшего обслуживания, чем безмасляные компрессоры.[1]

Компрессоры объемного действия

Компрессоры объемного действия работают, проталкивая воздух через камеру, объем которой уменьшается для сжатия воздуха. Как только давление превышает давление снаружи выпускного клапана , порт или клапан открывается, и воздух выбрасывается в выпускную систему из камеры сжатия. ^[5] Распространенными типами компрессоров объемного типа являются

Воздушные компрессоры поршневого типа, которые сжимают воздух, прокачивая его через цилиндры с помощью поршней, совершающих возвратно-поступательное движение. Они используют односторонние клапаны для подачи воздуха в цилиндр во время такта впуска и предотвращения его выхода по тому же маршруту, а также из цилиндра через выпускной клапан в сторону высокого давления во время такта сжатия, опять же используя невозвратный клапан. обратный клапан, чтобы предотвратить его утечку при следующем всасывании. Поршневые компрессоры могут быть одно- или многоступенчатыми, а также могут иметь один или несколько комплектов цилиндров, работающих параллельно (с одинаковым давлением). Многоступенчатые компрессоры обеспечивают более высокую эффективность, чем их одноступенчатые аналоги, благодаря высокой степени сжатия и обычно используют межступенчатое охлаждение для повышения эффективности.

Производительность как одноступенчатых, так и двухступенчатых компрессоров обычно указывается в стандартных кубических футах в минуту (SCFM) или литрах в минуту и фунтах на квадратный дюйм (PSI) или барах. В меньшей степени некоторые компрессоры рассчитаны на фактические кубические футы в минуту (ACFM). ^{[ необходимы разъяснения ]}^{[ необходима ссылка ]} Третьи оцениваются в кубических футах в минуту (CFM). ^{[ необходимы разъяснения ]}^{[ необходима ссылка ]} Использование одного CFM для оценки компрессора неоднозначно, поскольку оно представляет расход без привязки к давлению. т.е. 20 CFM при 60 PSI.

Одноступенчатые компрессоры обычно попадают в диапазон мощности от дробных до 5 лошадиных сил . ^{[ нужна цитата ]} Двухступенчатые компрессоры обычно имеют мощность от 5 до 30 лошадиных сил. ^{[ нужна ссылка ]}^{[ нужны разъяснения ]}

Роторно-винтовые компрессоры обеспечивают сжатие с принудительным вытеснением за счет сочетания двух винтовых винтов, которые при вращении направляют воздух в камеру, объем которой уменьшается по мере вращения винтов. Роторно-винтовые компрессоры могут быть одноступенчатыми и двухступенчатыми. ^{[ нужны разъяснения ]}
Лопастные компрессоры : используйте ротор с прорезями и различным расположением лопаток ^{[ необходимы пояснения ]} для направления воздуха в камеру и сжатия объема. Этот тип компрессора подает фиксированный объем воздуха под высоким давлением. ^{[ нужны разъяснения ]}

Ротодинамические или турбокомпрессоры

Ротодинамические воздушные компрессоры включают центробежные компрессоры , в которых вращающиеся лопатки передают кинетическую энергию газу, а стационарные каналы преобразуют скорость в повышение давления, и осевые компрессоры , в которых лопатки ротора передают кинетическую энергию, а лопатки статора преобразуют ее в повышение давления.

Охлаждение

Из-за адиабатического нагрева воздушные компрессоры требуют определенного метода утилизации отходящего тепла . Обычно это некоторая форма воздушного или водяного охлаждения, хотя некоторые компрессоры (особенно ротационного типа) могут охлаждаться маслом (то есть, в свою очередь, охлаждаться воздухом или водой). ^[6] Изменения в атмосфере также учитываются во время охлаждения компрессоров. ^{[ необходимы разъяснения ]} Тип охлаждения определяется с учетом таких факторов, как температура на входе, температура окружающей среды, мощность компрессора и область применения. Не существует единого типа компрессора, который можно было бы использовать для любого применения.

Приложения

Воздушные компрессоры имеют множество применений, например, подача чистого воздуха высокого давления для наполнения газовых баллонов , подача чистого воздуха среднего давления на погруженную поверхность, подаваемого дайвером с воздухом , подача чистого воздуха среднего давления для привода некоторых пневматических систем управления HVAC в офисных и школьных зданиях. клапаны, подача большого количества воздуха среднего давления к приводу пневматических инструментов , таких как отбойные молотки , заполнение баллонов с воздухом высокого давления (HPA, воздушный резервуар), для наполнения шин , а также для производства больших объемов воздуха среднего давления для крупномасштабных промышленные процессы (такие как окисление для коксования нефти или системы продувки рукавных камер цементного завода). ^[7]

Воздушные компрессоры также широко используются в нефтегазовой, горнодобывающей и буровой промышленности в качестве промывочной среды, аэрации буровых растворов при бурении на депрессии и при очистке трубопроводов воздухом.

Большинство воздушных компрессоров являются поршневыми, ротационно-лопастными или винтовыми . Центробежные компрессоры широко распространены в очень крупных установках, тогда как винтовые, спиральные ^[8] и поршневые воздушные компрессоры предпочтительнее для малых и средних установок.

Источник питания

Воздушные компрессоры предназначены для использования различных источников энергии. Хотя бензиновые или дизельные двигатели с прямым приводом и электродвигатели являются одними из самых популярных, воздушные компрессоры, в которых используются автомобильные двигатели, коробки отбора мощности или гидравлические порты, также широко используются в мобильных приложениях. ^[9]

Мощность компрессора измеряется в л.с. ( лошадиных силах ) и кубических футах в минуту всасываемого воздуха. ^[10] Объем сосуда высокого давления и запасенное давление указывают на доступный объем сжатого воздуха (резерв).

Бензиновые и дизельные компрессоры широко используются в отдаленных районах с проблематичным доступом к электроэнергии. Они шумны и требуют вентиляции для выхлопных газов, особенно если сжатый воздух будет использоваться для подачи воздуха для дыхания. Компрессоры с электроприводом широко используются на производствах, в мастерских и гаражах с постоянным доступом к электроэнергии. Обычные компрессоры для мастерских/гаражей имеют напряжение 110–120 В или 230–240 В. Формы бака компрессора: «блинчик», «сдвоенный бак», «горизонтальный» и «вертикальный». В зависимости от размера и назначения компрессоры могут быть стационарными или переносными.

Обслуживание

Чтобы обеспечить эффективную работу всех типов компрессоров без утечек, необходимо проводить регулярное техническое обслуживание. Стоимость технического обслуживания составляет всего 8% от стоимости жизненного цикла владения воздушным компрессором. ^[11]

Изэнтропический КПД воздушного компрессора

Согласно спецификациям проверки производительности воздушного компрессора CAGI , чем выше изэнтропический КПД, тем лучше экономия энергии. Изэнтропический КПД воздушного компрессора достиг 95%. ^[12]

Примерно 70–80 % общей стоимости жизненного цикла воздушного компрессора составляет потребление энергии, поэтому использование высокоэффективного воздушного компрессора является одним из методов энергосбережения. ^{[ нужна цитата ]}