Что представляет собой компрессор?
 Компрессор – это машина, всасывающая газ, сжимающая его, а затем выдающая его при повышенном давлении. Наиболее важной областью применения компрессоров является производство сжатого воздуха. Этот оперативный, безопасный и гибкий источник энергии используется для:
-
приведения в действие пневматических инструментов;
-
обеспечения охлаждения;
-
обеспечения функционирования механического оборудования;
-
управления производственными процессами различных типов.
Компрессоры используются во многих отраслях производства. Например, в системах охлаждения и кондиционирования воздуха, для сжатия газов в процессе производства пластика, полимеров и других химических веществ. Однако в подавляющем большинстве случаев компрессоры используются для производства сжатого воздуха.  Компрессоры являются одним из важнейших видов заводского оборудования. На сжатом воздухе работают системы управления и множество различного оборудования. Часто целые заводы останавливают работу, если на них прекращается подача сжатого воздуха.
Компрессоры бывают следующих типов:
-
объемного действия;
-
динамические;
-
центробежные (турбо) - используются для технологических газов, воздухообмена в шахтах и т.д.
-
аксиальные
Компрессоры объемного действия удерживают газ в замкнутом пространстве, и уменьшая его объем, повышают давление.
Динамические компрессоры придают газу ускорение и увеличивают его кинетическую энергию, впоследствии преобразующуюся в давление.
Различные типы специализированных компрессорных смазочных материалов разрабатываются преимущественно для компрессоров объемного действия.
Наиболее типичные компрессоры объемного действия:
-
поршневые: тронковые и крейцкопфные;
-
ротационные: винтовые и пластинчатые.
Сегмент винтовых компрессоров является наиболее важным на рынке воздушных компрессоров, более чем вдвое превышающим сегмент поршневых компрессоров.
Ротационные воздушные компрессоры
Принцип действия - создание давления посредством вращения, когда рабочий объем уменьшается, что приводит к повышению давления воздуха
|
Устройства могут состоять из:
- одного ротора
- со скользящими пластинами
- одиночного винта
|
|
- двух роторов
- двухступенчатого винта
|
|
Ротационные компрессоры значительно тише и дешевле в эксплуатации, чем поршневые. Наиболее часто встречается два вида ротационных компрессоров: пластинчатые и винтовые. Смазывание обоих этих типов компрессоров может представлять особую сложность, вследствие того, что в компрессоре могут возникнуть условия, способствующие созданию среды, враждебной к смазочным материалам. Для решения этих задач были разработаны особые компрессорные масла.
Рассмотрим, как работают компрессоры этих двух типов.
Устройство ротационного пластинчатого компрессора
 В ротационных пластинчатых компрессорах воздух или газ подается через впускное отверстие (входной фильтр 3) в камеру, когда ее внутренний объем максимален. Воздух захватывается между пластинами и, разгоняясь в компрессоре, постепенно сжимается в меньший объем. Затем сжатый воздух или газ выпускается из камеры, когда ее внутренний объем достигнет минимума.
Такие компрессоры компактны, и мобильны. Пластины необходимо смазывать в местах их скольжения по пазам ротора и в местах соприкосновения со стенками цилиндра или стопорными кольцами. Масло подается через каналы ротора в каждый паз, а в устройствах небольших размеров, попадает в виде аэрозоля из лубрикатора во всасываемый воздух. Сепараторы и фильтры используются для удаления масла из выходящего воздуха или газа. Подшипники ротора смазываются тем же самым маслом из отдельного лубрикатора.
(1-напорный масляный фильтр, отделяет основную часть оставшегося масла; 2 - канал возврата масла; 3 -воздухозаборный фильтр; 4 - регулятор давления; 5 - масляный картер; 6 - сепаратор масла; 7 - масляный фильтр; 8 - впрыск масла под давлением; 9 - ротор компрессора со скользящими пластинами; 10 - направление потока масла; 11 - магистраль охлаждения масла)
Смазка ротационного пластинчатого компрессора
- Воздух поступает через впускной клапан (3)
- Воздух блокируется между ротором (9) и стенкой статора
-
Объем воздуха уменьшается при возврате пластин в пазы ротора (9). По мере уменьшения объема растет давление.
-
Сжатый воздух поступает в первичный маслоотделитель (6)
-
Остатки масла удаляются в конечном сепараторе (1)
-
Поток воздуха регулируется сервоклапаном
Устройство ротационного винтового компрессора
1 - воздухозаборный фильтр; 2 - выпускной клапан; 3 - влагоуловитель; 4 - привод; 5 - винтовой элемент; 6 - панель управления; 7-масляный фильтр; 8 - -впускной клапан; 9 - охладитель масла и воздуха; 10 - маслоотделитель; 11- вентилятор; 12 - регулятор давления.
Смазка ротационного винтового компрессора
 Торцы 2-х роторов, вращающихся в противоположных направлениях, открывают впускное отверстие и воздух поступает в компрессионную камеру. Воздух всасывается и сжимается между роторами и картером, сформированным выступом одного ротора («папа»)и желобом. другого («мама»). Впрыскиваемое масло герметизирует зазоры и смазывает роторы. По мере вращения роторов внутренний объем камеры постепенно уменьшается, сжимая таким образом захваченный воздух. Сжатый воздух выходит через выпускной канал.
Большинство винтовых компрессоров относятся к маслонаполненным. В них масло впрыскивается в компрессионную камеру через центральный канал. Масло смешивается с воздухом (или газом) и не позволяет роторам соприкасаться, герметизируя зазоры между ними. Оно также действует как эффективный охладитель. Сепаратор или маслоотделитель является важным компонентом системы смазки и позволяет удалить масло из сжатого воздуха (газа) и возвратить его в систему циркуляции масла. Подшипники ротора смазываются тем же самым маслом из отдельного лубрикатора.
Важнейшие проблемами масел при эксплуатации воздушных ротационных компрессоров являются:
-
Окисление масел
-
Пенообразование в масле и аэрация масел приводят к
-
Неспособности предотвратить изнашивание и задиры
-
Выбросу масла и засорению фильтра
Ниже проиллюстрированы некоторые проблемы для ротационных воздушных компрессоров
Винтовой компрессор, смазываемый минеральным маслом (1500 часов работы)
|
|
|
|
|
Винтовой компрессор, смазываемый синтетическим маслом (7000 часов работы)
|
|
|
|
|
Выброс масла и засорение фильтра
|
|
|
|
Воздушные компрессоры поршневого типа
 Принцип действия: Создание давления возвратно-поступательным движением поршней и клапанов.
Могут быть одно- и многоступенчатыми.
Поршневой компрессор по сути является насосом, в котором воздух или газ сжимается поршнем, перемещающимся по цилиндру. Поток воздуха или газа в камеру и из нее обычно регулируется автоматическими клапанами, открывающимися и закрывающимися от разницы давления на каждой их стороне.
Компрессоры одностороннего действия бычно относятся к тронковому типу и имеют одну камеру. В компрессорах двойного действия (обычно имеющими крейцкопф) сжатие происходит попеременно в двух камерах, расположенных с каждой стороны поршня.
Одноступенчатые компрессоры являются устройствами сжатия воздуха или газа в один этап со степенью сжатия 10:1, ограниченной повышением температуры. При необходимости получения более высокого давления используются 2-х и более ступенчатые компрессоры с промежуточным охлаждением.
Такие устройства известны под названием многоступенчатых компрессоров и существуют в нескольких конфигурациях: вертикальной, горизонтальной, V- и L-образной.
Преимущества и недостатки поршневых воздушных компрессоров
Поршневые воздушные компрессоры являются простым, надежным оборудованием. У них долгая история промышленного применения и, по всей вероятности, пока на сегодняшний день имеется больше компрессоров данного типа, чем какого-либо иного. Они способны подавать воздух под давлением в широком диапазоне и с различной объемной скоростью, однако в основном используются там, где необходимо подавать воздух под давлением до 10 бар и со скоростью до 100 м3/мин.
Основной конструктивный недостаток поршневых компрессоров состоит в том, что их работу всегда сопровождает шум и вибрация. Это в особенности касается крупногабаритных агрегатов. Уровень вибрации можно понизить, используя соответствующие вибропоглощающие монтажные плиты, однако они весьма громоздки и их установка может вызвать определенные трудности. Кроме того, вследствие большого количества двигающихся деталей поршневых компрессоров проведение их технического обслуживания становится длительным и дорогостоящим. Из-за этого поршневые компрессоры теряют популярность. Очевидна тенденция заменять их на ротационные воздушные компрессоры. Несмотря на то, что достичь такого высокого давления они не могут, они легче в эксплуатации, тише и компактнее; выполнять их техническое обслуживание проще.
Типичные проблемы масел для поршневых воздушных компрессоров
Образование отложений вследствие термоокислительной деструкции в тонкой пленке (может привести к образованию углеродистых отложений и нарушению безопасности воздухопроводов).
Антикоррозионные свойства
Противоизносные свойства
Ниже проиллюстрированы некоторые проблемы для ротационных воздушных компрессоров
|
Образование отложений
|
|
|
Головка поршня Reavell, ступень 2 после 500 часов работы
Масло с низкими эксплуатационными свойствами
|
|
Компрессор Reavell, ступень 4 после 500 часов работы
Масло с низкими эксплуатационными свойствами
|
|
Клапаны Broomwade 2050H: 100 часов при темп. 100°С
Масло с низкими эксплуатационными свойствами (на основе ПАО)
|
|
Образование отложений и опасность взрыва
|
|
|
Лаковые и углеродистые отложения, появляющиеся вследствие окисления, аккумулируются вокруг самых горячих деталей системы - выпускных клапанов и в нагнетательных трубах. Отложения на клапанах нарушают работу компрессора и могут вызвать течи, деформацию и перегрев.
Отложения в выпускных трубах могут ограничить подачу воздуха и увеличить давление в цилиндрах - замкнутый круг, результатом которого может явиться пожар или взрыв.
В 1963 году 19 человек погибли в результате взрыва на фабрике в Германии.
При температурах на выходе настолько высоких, что вызывают разложение минеральных масел и стимулируют быстрое отложение нагара на клапанах и в системе трубопроводов, используются масла на основе сложных эфиров, такие как Corena AP.
|
|
Антикоррозионные свойства
|
|
|
оценка коррозии Reavell 5000 Выпускные клапаны 4-й ступени после 100 час.
|
Масла для воздушных компрессоров должны соответствовать следующим спецификациям:
- VCL DIN 51 506
- ISO/DP 6521
- ISO 6743
Специалисты концерна "Шелл" выяснили, что между техническими характеристиками воздушных компрессоров и соответствующими эксплуатационными качествами смазки не всегда имеется взаимосвязь! Идеальная проверка компрессорного масла - оценить его работу в компрессоре!
Почему иногда не стоит полагаться на промышленные спецификации?
Некоторые стандартные методы испытаний не всегда позволяют четко отличить продукты с высокими эксплуатационными свойствами от менее качественных. Например, немецкий стандарт DIN 51352, международный ISO 6617, ч. 2
Оба основаны на определении коксуемости по Конрадсону, которая не коррелирует с результатами испытаний на компрессоре Broomwade и результатами, полученными с помощью метода Wolf Strip. Поэтому необходимо оценивать эксплуатационные свойства масел в разных компрессорах в различных условиях.
|
