Компре́ссор (от — сжатие) — энергетическая машина или техническое устройство для повышения давления и перемещения газа или смесей газов (рабочей среды)ГОСТ 28567-90 «Компрессоры. Термины и определения»..
История
Ктесибий в третьем веке до н.э. изобрёл поршневой насос для создания сильной струи или подъёма воды из колодцев (некоторые экземпляры насосов были найдены в разных римских поселениях, например в местечке Силчестер в Англии), а также связанный с ним принцип сифона;
Во второй половине XIX в. большим событием в мире техники было строительство Мон-Сенисского туннеля, он же «туннель Фрежюс» — первый железнодорожный туннель под Альпами, соединивший Италию и Францию. Руководил работами итальянский инженер Жермен Соммейе. Этот 13‑километровый туннель, благодаря Соммейе, был сооружён рекордными темпами и открыт в 1871 г.; в ходе работ Соммейе сконструировал и запатентовал специальный пневматический аппарат для дробления горных пород.
Оригинальный компрессор, разработки С. Барановского. Компрессор был гидравлическим и создавал выходное рабочее давление в 50 атмосфер, и был отдельным объектом интереса инженеров того времени.
Жермен Соммейе (1815–1871)
В 1850-х годах разработал и внедрил поршневые воздушные компрессоры для строительства Мон-Сенисского (Фрежюсского) тоннеля между Францией и Италией. В 1857 году получил патент на систему бурения с использованием сжатого воздуха. Его компрессоры применялись для питания пневматических бурильных машин.
Степан Иванович Барановский (1817–1890)
В 1860 году в России по его проекту был изготовлен воздухосжиматель. Получил привилегию (патент) на производство своих компрессоров. Использовал сжатый воздух, в том числе для пневматического локомотива («духохода»).
Барышников Михаил Николаевич. В. П. Барановский. Частная инициатива в оборонном секторе российской экономики начала XX века // Вестник Санкт-Петербургского университета. Менеджмент. — 2016. — Вып. 3. — С. 139–165. — ISSN 1605-7953. Архивировано 13 июля 2024 года.
Принцип работы компрессора Компрессор имеет входную камеру, рабочую полость и выходную камеру. Газ из входного патрубка попадает в рабочую полость, в которой происходит повышение давления газа за счет совершения над ним работы, затем выводится в выходную камеру и попадает в выходной патрубок. К выходному патрубку присоединена сеть, на которую работает компрессор. К компрессору подводится механическая энергия, которая используется для повышения давления газа за счёт взаимодействия последнего с подвижной частью компрессора.
К валу компрессора, имеющего механический принцип действия, подводится механическая энергия (крутящий момент от электродвигателя, двигателя внутреннего сгорания, газовой или паровой турбины, детандера) от привода, которая в результате силового взаимодействия рабочей полости подвижной части компрессора и газа преобразуется в кинетическую энергию, а затем во внутреннюю энергию газа.
В процессе повышения давления рабочей среды от начального до конечного (упрощенно политропный процесс, для некоторых видов компрессоров — адиабатный) часть энергии преобразуется в тепло, что приводит к повышению конечной температуры рабочей среды. Реальный компрессор производит необратимый процесс сжатия, нужно учитывать работу силы трения, вязкое трение и теплоту, выделяющуюся под действием диссипативной силы.
Состав газа существенно влияет на параметры компрессора за счет своих термодинамических свойств, описываемых уравнением состояния газа.
Компрессоры имеют большое разнообразие конструкций, отличаются по давлению и производительности, составу рабочей среды. По принципу действия компрессоры классифицируются на: объёмного действия; динамического действия.
Основные параметры компрессора Начальное давление компрессора (секции, ступени) — давление газа на входе в компрессор (секцию, ступени). Конечное давление компрессора (секции, ступени) — давление газа на выходе из компрессора (секции, ступени). Отношение давлений в компрессоре (секции, ступени) — отношение конечного давления газа в компрессоре (секции, ступени) к начальному. Повышение давления в компрессоре (секции, ступени) — разность между конечным давлением газа в компрессоре (секции, ступени) и начальным. Начальная температура компрессора (секции, ступени) — температура газа на входе в компрессор (секцию, ступень). Конечная температура компрессора (секции, ступени) — температура газа на выходе из компрессора (секции, ступени). Объемная производительность компрессора (секции, ступени) — объемный расход газа на выходе из компрессора (секции, ступени). Массовая производительность компрессора (секции, ступени) — массовый расход газа на выходе из компрессора (секции, ступени). Внутренняя мощность компрессора (секции, ступени) — мощность, затрачиваемая в компрессоре (секции, ступени) на сжатие газа, за вычетом мощности утечек. Мощность утечек компрессора — мощность, теряемая в результате утечек из компрессора. Механическая мощность компрессора — мощность, затрачиваемая на преодоление механического трения в компрессоре. Мощность компрессора — сумма внутренней мощности, мощности утечек и механической мощности компрессора. Вспомогательная мощность компрессора — мощность, затрачиваемая на привод вспомогательных механизмов и дополнительных устройств от вала компрессора (напр. маслонасос, вентилятор и пр.). Мощность на валу компрессора — сумма мощности компрессора и вспомогательной мощности компрессора. Это мощность потребляемая компрессором с муфты привода. Мощность на валу приводного двигателя — сумма мощности на валу компрессора и мощности, теряемой в устройствах передачи движения от приводного двигателя к компрессору. Удельная мощность компрессора — отношение мощности на валу приводного двигателя к объемной производительности компрессора, приведенной к начальным условиям состояния газа. Политропный КПД компрессора — отношение политропной мощности компрессора к мощности на валу компрессора. Изотермный КПД компрессора — отношение изотермной мощности компрессора к мощности на валу компрессора. Механический КПД компрессора — отношение суммы внутренней мощности компрессора и мощности утечек к мощности на валу компрессора.
Компрессоры объёмного действия
В объёмных компрессорах процесс сжатия осуществляется в рабочих камерах, периодически изменяющих свой объём и попеременно сообщающихся со входом и выходом компрессора. Механическая основа подобных компрессоров может быть весьма различна: компрессоры могут быть поршневыми, спиральными и роторными. Роторные компрессоры, в свою очередь, бывают кулачковые, винтовые и шиберные. Также возможны прочие уникальные конструкции. В любом случае идея перекачки основана на попеременном заполнении газом некоего объёма с последующим вытеснением его далее. Производительность объёмных компрессоров определяется количеством перекачанных порций за любой интересующий период времени и линейно зависит от частоты рабочих ходов. Основное применение — накачка газа в любые ресиверы и хранилища.
Поршневой компрессор
Компрессор, в котором сжатие газа происходит за счет возвратно-поступательного перемещения поршня в цилиндре по двухтактному принципу впуск/выпуск, засасывание газа происходит при движении поршня к нижней мёртвой точке, а вытеснение — при движении поршня к верхней мёртвой точке. Газораспределение обычно обеспечивается парой лепестковых клапанов, срабатывающих от перепада давления. Возможны конструкции компрессоров с коленвалом и крейцкопфные. При некоторой схожести подобных компрессоров с двухтактным двигателем важное отличие здесь в том, что компрессор не сжимает объём воздуха в цилиндре.
Спиральный компрессор
Компрессор объёмного типа, в котором перемещение объёма газа происходит посредством взаимодействия двух спиралей, одна из которых неподвижна (статор), а другая совершает эксцентрические движения без вращения, благодаря чему и обеспечивается перенос газа из полости всасывания в полость нагнетания.
Кулачковый компрессор
Роторный компрессор объёмного типа, в котором перемещение объёма газа происходит посредством бесконтактного взаимодействия двух синхронно вращающихся кулачковых роторов в специально профилированном корпусе (статоре), при этом перенос газа из полости всасывания в полость нагнетания происходит перпендикулярно осям роторов.
Винтовой компрессор
В 1932 году шведский инженер Линсхольм смог реализовать идею винтового компрессора в жизнь. Принцип работы такого компрессора заключался в том, что воздух нагнетали два винта. Сжатие воздуха происходило в пространстве между витками винтовой пары и стенками внешнего корпуса, поэтому все внутренние элементы камеры винтового компрессора имели максимальную точность. Это были «безмасляные» компрессоры, то есть воздух сжимался в камере сжатия «всухую».
Первые винтовые компрессоры потребовались для постоянной подачи сжатого воздуха в большем объеме при бурении. Размер первых винтовых компрессоров был соизмерим с ростом человека. Значительный толчок в развитии винтовой технологии был получен в 1950-х годах, когда был сконструирован «маслозаполненный» компрессор с подачей масла в камеру сжатия, такое техническое решение позволило эффективно отводить тепло из камеры сжатия, что в свою очередь позволило увеличить частоту вращения, следовательно, увеличить производительность и уменьшить габариты машин. Винтовые компрессоры стали доступны широкому рынку потребителей. Подача масла в камеру сжатия решила еще две задачи: смазка подшипников и уплотнение сжимаемой среды, что повысило КПД сжатия. С развитием смазочных материалов и систем уплотнений винтовые компрессоры заняли лидирующие позиции в промышленности для низких и средних давлений. В настоящий момент линейка винтовых компрессоров охватывает рабочий диапазон мощностей от 3 до 900 кВт.
Винтовой блок Конструкция винтового блока состоит из двух массивных винтов и корпуса. При этом винты во время работы находятся на некотором расстоянии друг от друга, и этот зазор уплотняется масляной пленкой. Трущихся элементов нет. Пыль и другие твердые частицы и даже небольшие предметы при попадании в винтовой блок не вызывают никаких повреждений и могут лишь повредить масляной системе самого компрессора. Таким образом, ресурс винтового блока практически неограничен и достигает более чем 200—300 тыс. часов. Регламентной замене подлежат лишь подшипники винтового блока. В зависимости от конструкции компрессора и оборотов винтового блока, периодичность замены подшипников составляет 20—24 тыс. часов. Энергоэффективность и надежность работы винтового компрессора напрямую связана с периодичностью замены подшипников. При несвоевременной замене подшипников, винтовой компрессор существенно теряет в производительности и в случае поломки становится неремонтопригодным. Винтовая технология работает в широком диапазоне скоростей вращения, что позволяет регулировать производительность. Позволяет использовать как стандартную систему загрузка/разгрузка/останов, так и частотное регулирование производительности. При частотном регулировании изменяются в широком диапазоне обороты двигателя в минуту, но наиболее эффективной считается работа компрессора в узком диапазоне 50—75%. При работе в диапазоне менее 50% удельное потребление компрессора возрастает на 20—30%.
Пластинчато-роторный компрессор