Основной узел поршневого нагнетательного оборудования – это непосредственно сам компрессор. В нем, собственно, и происходит сжатие среды, на работу с которой рассчитан агрегат. В компрессорах холодильников, например, это хладагент, а в различных нагнетателях воздуха – какой-либо газ (чаще всего воздух). Ниже и далее пойдет речь именно о последнем типе поршневого оборудования – о воздушных компрессорах.

Самый простой по конструкции компрессор – одноцилиндровый. В нем те же основные узлы, что и в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Это рабочий цилиндр, находящийся в нем поршень, закрепленный на шатуне, и клапаны, которые называются всасывающим и нагнетательным, в отличие от впускного и выпускного ДВС. Также есть коленчатый вал, к которому подсоединен шатун. В некоторых компрессорах, например, маломощных автомобильных для подкачки шин вместо кривошипно-коленчатого привода поршня стоит эксцентриковый.

Однако в ДВС поршень приводит через шатун во вращение коленвал. В компрессоре все наоборот. Вращающийся коленвал через шатун приводит в движение поршень. Последний, двигаясь возвратно-поступательно, сначала втягивает воздух в цилиндр, а затем сжимает и выталкивает из него.

Первый цикл работы компрессора происходит при движении поршня в направлении от крышки цилиндра, в которой расположены клапаны. При этом внутренний объем цилиндра в этой его части (между стенками, крышкой с клапанами и поршнем) увеличивается. За счет этого происходит разряжение, преодолевающее жесткость пружины всасывающего клапана и открывающее его. Через него в цилиндр втягивается воздух. Нагнетательный клапан все это время плотно закрыт.

Когда поршень начинает двигаться в направлении крышки с клапанами, воздух начинает сжиматься, так как объем цилиндра в этой его части уменьшается. Под действием создаваемого при этом давления, превышающего атмосферное, и собственной пружины всасывающий клапан закрывается. Когда давление превысит значение, на которое рассчитана жесткость пружины нагнетательного клапана, тот открывается и выпускает из цилиндра воздух. Последний выходит под давлением, которое называется рабочим. Оно, как видно из описания работы компрессора, задается жесткостью пружины нагнетательного клапана.

Коаксиальные и аксиальные устройства

Кривошипно-коленчатому валу или эксцентриковому приводу компрессора сообщает вращение двигатель агрегата – электрический или внутреннего сгорания (дизельный либо бензиновый). По взаимному расположению мотора и компрессорной головки агрегаты делятся на 2 типа:

• коаксиальные – двигатель и головка расположены на одной оси, а их валы соединены напрямую;
• аксиальные – двигатель и головка установлены параллельно друг другу, и вал последней приводится во вращение через ременную передачу.

Компрессорные агрегаты, от которых требуется поддержание на их выходе постоянного давления и равномерного расхода воздуха, оснащаются накопителем сжатого газа – ресивером. Он представляет собой прочную толстостенную стальную емкость. В таких агрегатах воздух с компрессорной головки сначала подается в ресивер, где накапливается, а уже из него расходуется по назначению.

О различных типах поршневых компрессоров

Поршневые агрегаты выпускают одно-, два- и многоцилиндровыми. Последние 2 типа по расположению цилиндров делят на V-, W-образные и рядные. Исполнение двух- и многоцилиндровых по осуществлению процесса сжатия бывает одноступенчатое и многоступенчатое (чаще всего 2-ступенчатое). делают, исходя из предполагаемых работ с ним.

Как работает 1-цилиндровый, описано выше. Чтобы понять принцип функционирование остальных типов, достаточно рассмотреть 2-цилиндровый агрегат. В одноступенчатом компрессоре цилиндры (поршни) одинакового размера. Работают они в противофазе, поочередно всасывая, сжимая, а затем вытесняя воздух в линию нагнетания.

В 2-ступенчатом агрегате цилиндры разного размера. Наружный воздух всасывается имеющим больший диаметр. Он называется цилиндром 1-ой ступени или, по-другому, низкого давления. В нем воздух сжимается до какого-то промежуточного значения. Затем газ подается в межступенчатый охладитель (обычно медная трубка в специальном исполнении), где охлаждается, а потом в цилиндр высокого давления или, по-другому, 2-ой ступени (с поршнем меньшего диаметра). В нем воздух сжимается до максимального рабочего значения давления компрессора.

Размеры обоих цилиндров так подобраны, чтобы в каждом производилась примерно равнозначная работа по сжатию.

Промежуточное охлаждение воздуха необходимо, чтобы обеспечить максимальные КПД работы поршневой группы и давление компрессора. Ведь при сжатии газ нагревается. Вследствие этого он расширяется и начинает занимать больший объем в цилиндре 2-ой ступени. Охладившись в ресивере, воздух уменьшается в объеме, и при этом его давление падает.

Прессостат и манометр как дополнительное оснащение

Чтобы электрические агрегаты могли работать в автоматическом режиме – сами включаться и выключаться по мере необходимости, на них устанавливают прессостат (реле давления). Он размыкает электрическую цепь питания двигателя при достижении давления в ресивере максимального рабочего компрессора, и последний прекращает нагнетать воздух.

Как только давление в резервуаре снизится до предусмотренной производителем агрегата минимальной величины, прессостат обратно замыкает цепь, запуская электродвигатель. Все компрессоры оснащаются манометрами – для контроля давления на выходе агрегата и/или в ресивере. Последний обязательно оснащается предохранительным клапаном – для сброса избыточного воздуха.

Большинство профессиональных и промышленных агрегатов оборудованы:

• фильтрами для очистки воздуха от масла, если компрессор масляный (со смазочной системой поршневой группы), и влаги;
• клапаном для слива конденсата из ресивера.

На некоторых могут быть осушители воздуха, вентилятор для охлаждения компрессорной головки и другое дополнительное оснащение. Чем сложнее устройство, тем более трудным может оказаться .

Принцип работы компрессора

К атегория:

Устройство автокомпрессоров

Принцип работы компрессора

В основу работы компрессора положены законы технической; термодинамики. Название термодинамика происходит от греческих слов «термос» - тепло и «динамика» - сила. Техническая термодинамика изучает процессы превращения теплоты в механическую работу и обратно. Компрессоры сообщают газам полезную энергию (потенципльную и кинематическую), предопределяя изучение тепловой формы движения газообразных сред.

Газ может находиться в различных состояниях. В качестве основных термодинамических параметров для газов приняты давление, температура и удельный объем или плотность.

Давление (р) – это отношение силы Р к поверхности площадью F. Когда сила нормальная и равномерно распределена по поверхности, p-P/F. Поэтому очевидно, что давление – это сила, которая действует на единицу поверхности. Давление может быть выражено в различных единицах измерения - техническая атмосфета (ат), паскаль (Па), миллиметры ртутного столба. Все они находятся в определенной зависимости: 1ат=1кгс/см2=98 100 Па=0,0981 Мпа=735,5 мм.рт.ст. Кроме того, существует понятие барометрическое (атмосферное) давление (Рбар) - давление, которое создает атмосферный воздух. Для измерения атмосферного давления используют приборы, называемые барометрами. Если давление газа выше атмосферного, то его измеряют манометрами, показывающими разность между действительным и барометрическим давлениями газа. Замеренное манометром давление обычно называют избыточным. Значит, если необходимо определить действительное (абсолютное) давление газа, нужно к показаниям барометра прибавить показания манометра и получить результат по формуле Рабс=Рбар+Ризб.

Температура характеризует энергию движущихся молекул. Ее из- : меряют с помощью термометров, имеющих определенную температурную шкалу. В технике используют две температурные шкалы: практическую с единицей градус Цельсия (°С) и термодинамическую с единицей Кельвина (К). При построении шкалы Цельсия температура плавления льда при нормальном давлении принимается за 0°С, а температура кипения воды – за 100°С. В природе существует самая низкая температура, называемая абсолютным нулем температуры. По шкале Цельсия абсолютный ноль равен 273°С. Шкала Кельвина является основной температурной шкалой в системе СИ. За К принимается абсолютный ноль температуры, а в качестве опорной точки используется температура тройной точки воды, которой придано численное значение 273 К.

Удельный объем V - это объем единицы массы U=V/m, где V - объем, занимаемый газом, мз; m - масса этого груза, кг. Плотность – это масса единицы объема. Плотность является обратной величиной удильного объема q=m/V.

Чтобы проследить особенности и выявить закономерности протекания тепловых процессов в компрессоре, вводится понятие - идеальный компрессор. Приняв для идеального компрессора допустимый ряд упрощений, можно все процессы в нем охарактеризовать простыми зависимостями между термодинамическими параметрами. Различают три процесса, протекающих в идеальном компрессоре: всасывание, повышение давления, нагнетание.

При этом для идеального компрессора справедливы три допущения:
1) в процессе повышения давления имеется постоянное количество газа, т.е. какая масса газа будет всасываться, такая же масса выталкивается из компрессора в процессе нагнетания с изменением объема всасываемого газа;
2) температура и давление газа для процессов всасывания и нагнетания остаются неизменными для всего периода работ компрессора;
3) все процессы при сжатии внутри компрессора протекают без трения.

Работа действительного компрессора во многом отличается от упрощенной модели идеального компрессора.

В действительном компрессоре одновременно протекают разнообразные термодинамические процессы, влияющие на производительность и потребляемую мощность. Причем, интенсивность этих процессов в различных точках рабочей полости изменяется в течении оборота вала, периодически повторяясь.

Компрессоры, предназначенные для сжатия воздуха, называются воздушными. В автокомпрессорах применяют воздушные поршневые, винтовые, ротационно-пластинчатые компрессорные установки.

Принцип действия поршневого воздушного компрессора основан на изменении объема воздуха в цилиндре при движении поршня от верхней мертвой точки (в.м.т.) вниз к нижней мертвой точке (н.м.т.). Благодаря создавшейся разности давлений вне цилиндра и внутри его автоматически открывается всасывающий клапан и атмосферный воздух поступает в цилиндр. При этом нагнетательный клапан остается открытым. При обратном ходе поршня к в.м.т воздух сжимается и давление в цилиндре повышается, всасывающий клапан автоматически закрывается, а нагнетательный - открывается и сжатый воздух выталкивается из поршня. Таким образом, в компрессоре при одном ходе поршня происходит всасывание воздуха, а при другом - сжатие.

В винтовом компрессоре воздух сжимается в процессе вращения двух роторов, установленных в корпусе компрессора. На роторе нарезаны зубья специального профиля, которые называются винтами. Всасываемый воздух порциями последовательно перемещается в винтовой нарезке впадин при вращении роторов, образуя непрерывный рабочий цикл сжатия. Главным требованием к профилю зубьев ротора (винта) является обеспечение непрерывности линии контакта.
В ротационно-пластинчатом компрессоре на роторе нарезаны пазы, в которых установлены пластины. Воздух, попадая в ячейки между рабочими пластинами, при вращении ротора сжимается. Сжатие воздуха происходит путем уменьшения объема рабочих полостей, заключенных между пластинами вращающегося ротора и цилиндром - статором компрессора. В процессе сжатия в полость всасывания компрессора впрыскивается масло, которое охлаждает воздух, смазывает трущиеся детали и улучшает компрессию, образуя масло-воздушную смесь. Сжатая в цилиндре I ступени масло-воздушная смесь, нагнетается во II ступень компрессора, далее, еще раз сжимаясь, поступает в маслосборник, где отделяется основная часть масла. Окончательно воздух отделяется от масла в маслоотделителе. Очищенный сжатый воздух поступает в воздухосборник и через раздаточные вентили направляется к потребителям.

Рассмотрим принципиальную схему действия.автокомпрессора АПКС-6 с приводом от двигателя базового автомобиля (рис.172). На раме 13 базового автомобиля установлен компрессор 4, воздухосборник 1 и холодильник 2. Холодильник обдувается потоком воздуха, подаваемого вентилятором 3, установленным на валу компрессора. Привод компрессора осуществляется от двигателя автомобиля посредством промежуточных карданных валов 10 и 12 через коробку отбора мощности 11. Вал компрессора приводится от карданных валов через редуктор 7 и эластичную муфту 5. Компрессор включают с помощью рычага 9 из кабины машиниста (водителя). Для контроля за работой компрессора предусмотрен щит 6 с приборами. Компрессор и механизмы станции закрыты капотом 8 с открывающимися боковыми щитами. На раме автомобиля установлен ящик для хранения инструмента, приспособлений и комплект раздаточных шлангов.

Рис. 172. Автокомпрессор АПКС-6:
1 – воздухосборник; 2 – холодильник; 3 – вентилятор; 4 - компрессор; 5 - муфта; 6 - щит с измерительными приборами; 7 – редуктор; 8 – капот; 9 – рычаг; 10, 12 – передний (нижний) и верхний карданные валы; 11 – коробка отбора мощности; 13 – рама автомобиля.

Но я хочу дополнить его материал вот чем - поскольку большинство дрифтовых автомобилей использует компрессоры\турбины для получения большей мощности, я посчитал нужным рассказать вам о принципах работы компрессоров, их типах и о том, как они устроены.

С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания автомобильные инженеры, любители скорости и проектировщики гоночных автомобилей все время находились в поисках путей увеличения мощности моторов. Один из способов увеличения мощности – построение двигателя большого внутреннего объема. Но большие двигатели, которые больше весят и обходятся существенно дороже в производстве и обслуживании, не всегда однозначно лучше.

Другой путь добавления мощности – это создание двигателя нормального размера, но более эффективного. Вы можете достичь этого, нагнетая больше воздуха в камеру сгорания. Большее количество воздуха дает возможность подать в цилиндр дополнительное количество топлива, что обозначает, что будет произведен более сильный взрыв и будет достигнута большая мощность. Добавление компрессора к впускной системе является отличным способом достижения усиленной подачи воздуха. В этой статье мы объясним, что такое компрессоры (их также еще называют нагнетателями), как они работают и чем отличаются от турбокомпрессоров (турбонаддува).

Компрессором является любое устройство, которое создает давление на выходе выше атмосферного. И компрессоры, и турбокомпрессоры способны это делать. На самом деле, турбокомпрессор является сокращенным названием от «турбонагнетателя» - его официального названия.

Различие между данными агрегатами заключается в способе получения энергии. Турбокомпрессоры приводятся в действие за счет плотного потока выхлопных газов, вращающих турбину. Компрессоры работают за счет энергии, передаваемой механическим путем через ременный или цепной привод от коленчатого вала двигателя.
В следующем разделе мы подробно рассмотрим, как компрессор выполняет свою работу.

Основы компрессора :
Обычный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания использует один из тактов для впуска воздуха. Этот такт можно разделить на три шага:
Поршень перемещается вниз
Это создает разрежение
Воздух под атмосферным давлением засасывается в камеру сгорания
Как только воздух поступит в двигатель, он должен быть объединен с топливом для формирования заряда – пакета потенциальной энергии, которую можно превратить в полезную кинетическую энергию в результате химической реакции, известной как горение. Свеча зажигания инициирует эту реакцию путем воспламенения заряда. Как только топливо подвергается реакции окисления, сразу же высвобождается большое количество энергии. Сила этого взрыва, сконцентрированная над днищем поршня, толкает поршень вниз и создает возвратно-поступательное движение, которое в конечном итоге передается на колеса.
Подача большего количества топливно-воздушной смеси в заряд будет порождать более сильные взрывы. Но вы не можете просто так подать больше топлива в двигатель, так как требуется строго определенное количество кислорода для сжигания определенного количества топлива. Химически-верная смесь – 14 частей воздуха к одной части топлива – имеет очень большое значение для эффективной работы двигателя. Итог – чтобы сжечь больше топлива, придется подать больше воздуха.
Это работа компрессора. Компрессоры увеличивают давление на входе в двигатель путем сжатия воздуха выше атмосферного давления без образования вакуума. Это заставляет большему количеству воздуха попадать в двигатель, обеспечивая повышение давления. С дополнительным количеством воздуха больше топлива может быть добавлено, что вызывает увеличение мощности двигателя. Компрессор добавляет в среднем 46 процентов мощности и 31 процент крутящего момента. В условиях высокогорья, где мощность двигателя снижается за счет того, что воздух имеет меньшую плотность и давление, компрессор обеспечивает более высокое давление воздуха в двигателе, что позволяет ему работать в оптимальном режиме.

Центробежный компрессор

В отличие от турбокомпрессоров, которые используют отработанные газы для вращения турбины, механические компрессоры приводятся в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Большинство из них приводятся в движение с помощью приводного ремня, который обернут вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня, в свою очередь, вращает шестерню компрессора. Ротор компрессора может быть по-разному спроектирован, но, не смотря на это, в любом случае его работа сводится к захвату воздуха, сжатию воздуха в меньшем пространстве и сбросу его во впускной коллектор. Для того чтобы создавать давление воздуха, компрессор должен вращаться быстрее, чем сам двигатель. Создание ведущей шестерни большей, чем шестерни компрессора, заставляет компрессор вращаться быстрее. Компрессоры способны вращаться со скоростью, превышающей 50,000-60,000 оборотов в минуту. Компрессор, вращающийся со скоростью 50,000 оборотов в минуту, способен повысить давление с шести до девяти дюймов на квадратный дюйм (PSI). Это дополнительная прибавка с шести до девяти фунтов на квадратный дюйм. Атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, так что типичный эффект от применения компрессора – это увеличение подачи воздуха в двигатель примерно на 50 процентов.
Постольку поскольку воздух сжимается, он становится более горячим, а это значит, что он теряет свою плотность и не может столь сильно расширяться во время взрыва. Это обозначает, что он не может высвободить столько же энергии, сколько высвобождается при воспламенении свечой зажигания более холодной топливно-воздушной смеси. Для того чтобы компрессор работал на пике своей эффективности, сжатый воздух на выходе из компрессора должен быть охлажден перед подачей во впускной коллектор. Интеркулер несет ответственность за данный процесс охлаждения. Интеркуллеры бывают двух констуркций: «воздух-воздух» и «воздух-жидкость». Оба работают по принципу радиатора, с более холодным воздухом или жидкостью, циркулирующей по системе трубок или каналов. Горячий воздух, выходя из компрессора, попадает в трубки интеркулера и охлаждается там. Снижение температуры воздуха увеличивает его плотность, что делает плотнее заряд, поступающий в камеру сгорания.
Далее мы рассмотрим различные типы компрессоров.

Роторный компрессор

Существует три вида компрессоров: роторный, двухвинтовой и центробежный. Главное отличие между ними заключается в способе подачи воздуха во впускной коллектор двигателя. Роторный и двухвинтовой компрессоры используют различные типы кулачковых валов, а центробежный компрессор – крыльчатку, которая увлекает воздух внутрь. Хотя все эти конструкции обеспечивают прибавку мощности, они значительно отличаются по своей эффективности. Каждый из этих типов компрессоров может быть доступен в различных размерах, в зависимости от того, какого результата хотите вы достичь – просто повысить мощность автомобиля или подготовить его к участию в гонках.
Конструкция роторного компрессора является самой древней. Братья Филандер и Фрэнсис Рутс в 1860 году запатентовали конструкцию своего компрессора в качестве машины, способной обеспечивать вентиляцию в шахтах. В 1900 году Готтлиб Вильгельм Даймлер включил роторный компрессор в конструкцию автомобильного двигателя.

Так как кулачковые валы вращаются, воздух, находящийся в пространстве между кулачками, оказывается между стороной наполнения и напорной стороной. Большое количество воздуха перемещается во впускной коллектор и создает условия для образования положительного давления. По этой причине рассматриваемая конструкция является не чем иным, как объемным нагнетателем, а не компрессором, при этом термин «нагнетатель» по-прежнему часто используется для описания всех компрессоров.
Роторные компрессоры, как правило, имеют довольно большие размеры и располагаются в верхней части двигателя. Они популярны в автомобилях дрэгстеров и роддеров, поскольку зачастую выступают за габариты капотов. Тем не менее, они являются наименее эффективными компрессорами по двум причинам:
Они существенно увеличивают вес транспортного средства.
Они создают дискретный прерывистый воздушный поток, а не сглаженный и непрерывный.

Рис.3 Двухвинтовой компрессор

Двухвинтовой компрессор работает, проталкивая воздух через два ротора, напоминающих набор червячных передач. Как и в роторном компрессоре, воздух внутри двухвинтового компрессора оказывается в полостях между лопастями роторов. Но двухвинтовой компрессор сжимает воздух внутри корпуса роторов. Это происходит за счет того, что роторы имеют коническую форму, при этом воздушные карманы уменьшаются в размерах по мере продвижения воздуха из стороны наполнения в напорную сторону. Воздушные полости сжимаются, и воздух выдавливается в меньшее пространство.

Это делает двухвинтовой компрессор более эффективным, но они стоят дороже, потому что винтовые роторы требуют дополнительной точности в ходе процесса производства. Некоторые типы двухвинтовых компрессоров располагаются над двигателем, подобно роторному компрессору типа Roots. Они также порождают много шума. Сжатый воздух на выходе из компрессора издает сильный свист, который следует приглушить с помощью специальных методов поглощения шума.

Рис.4 Центробежный компрессор

Центробежный компрессор – это крыльчатка, напоминающая собой ротор, которая вращается с очень высокой скоростью и нагнетает воздух в небольшой корпус компрессора. Скорость вращения крыльчатки может достигать 50,000-60,000 оборотов в минуту. Воздух, попадающий в центральную часть крыльчатки, под действием центробежной силы увлекается к ее краю. Воздух покидает крыльчатку с высокой скоростью, но под низким давлением. Диффузор – множество стационарно расположенных вокруг крыльчатки лопаток, которое преобразует высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в поток воздуха с малой скоростью, но высоким давлением. Скорость молекул воздуха, встретивших на своем пути лопатки диффузора, уменьшается, что влечет за собой увеличение давления воздуха.

Центробежные компрессоры являются наиболее эффективными и самым распространенными устройствами из всех систем принудительного повышения давления. Они компактные, легкие и устанавливаются на передней части двигателя, а не сверху. Они также издают характерный свист по мере роста количества оборотов двигателя, способный заставить случайных прохожих на улице поворачивать головы в сторону вашего автомобиля.
Monte Carlo и Mini-Cooper S – два автомобиля, которые доступны в версиях с компрессором. Любой из рассмотренных выше типов компрессоров может быть добавлен к транспортному средству как дополнительная опция. Несколько компаний предлагают комплекты,
состоящие из всех необходимых частей для собственноручного дооснащения автомобилей компрессорами. Такие доработки также являются неотъемлемой частью культуры «машин для фана» (смешных машинок) и автомобилей из мира спорта «Fuel Racing». Некоторые производители даже включают компрессоры в оснащение своих серийных моделей автомобилей.
Далее мы узнаем обо всех преимуществах компрессора, установленного в ваш автомобиль.

Преимущества компрессора
Самое главное преимущество компрессора – это увеличение мощности двигателя, измеряемой в лошадиных силах. Добавьте компрессор к любому обычному автомобилю или грузовику, и он станет вести себя как автомобиль с двигателем большего внутреннего объема или просто как с более мощным двигателем. Но как узнать, какой из нагнетателей выбрать – механический компрессор или турбокомпрессор? Этот вопрос горячо обсуждался авто инженерами и энтузиастами, но, в целом, механические компрессоры имеют несколько преимуществ над турбокомпрессорами. Механические компрессоры лишены такого недостатка как лага (отставания) двигателя – термина, используемого для описания времени, прошедшего с момента нажатия водителем педали газа до момента ответа двигателя на это внешнее воздействие. Турбокомпрессоры, к сожалению, подвержены явлению отставания, постольку поскольку требуется некоторое время, прежде чем выхлопные газы достигнут скорости, достаточной для полноценного раскручивания крыльчатки турбины. Механические компрессоры не имеют такого лага, так как они приводятся в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Одни компрессоры наиболее эффективны при работе в диапазоне низких скоростей вращения коленчатого вала, в то время как другие раскрывают весь свой потенциал лишь на высоких оборотах. Например, роторный и двухвинтовой компрессоры обеспечивают большую мощность на низких оборотах. Центробежные компрессоры, которые становятся все более эффективными по мере роста скорости вращения крыльчатки, обеспечивают большую мощность в диапазоне высоких оборотов.
Установка турбокомпрессора требует обширной переделки выпускной системы двигателя, в том время как механические компрессоры могут быть легко привинчены к передней части двигателя или сверху. Это делает их дешевле в установке и проще в эксплуатации и обслуживании.
Наконец, при использовании компрессора не требуется никакой специальной процедуры остановки двигателя. Это обусловлено тем, что они не смазываются моторным маслом и могут быть остановлены привычным образом. Турбокомпрессоры должны отработать на холостом ходу 30 секунд и более для того, чтобы дать возможность моторному маслу остыть. С учетом сказанного, для компрессоров имеет важное значение предварительный прогрев, так как они работают наиболее эффективно при нормальной рабочей температуре двигателя.
Компрессоры являются характерной составляющей частью двигателей внутреннего сгорания самолетов. Это имеет смысл, если учесть, что самолеты проводят большую часть своего времени на больших высотах, где значительно меньше кислорода доступно для сгорания. Внедрение компрессоров позволило самолетам летать на большей высоте без снижения производительности двигателя.
Компрессоры, установленные на авиационные двигатели, работают на основе тех же самых принципов, которые заложены в конструкцию автомобильных компрессоров. Компрессоры получают энергию непосредственно от вала двигателя и способствуют подаче в камеру сгорания смеси, находящейся под давлением.
Далее рассмотрим некоторые недостатки компрессоров.

Недостатки компрессоров :
Самый большой недостаток компрессоров является также и их определяющей характеристикой: постольку поскольку компрессор приводится в движение коленчатым валом двигателя, он отнимает несколько лошадиных сил у двигателя. Компрессор может потреблять до 20 процентов общей выходной мощностью двигателя. Но так как компрессор способен прибавить до 46 процентов мощности, большинство автолюбителей склоняется к тому, что игра стоит свеч. Компрессор дает дополнительную нагрузку на двигатель, который должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать дополнительный импульс и более сильные взрывы в камере сгорания. Большинство производителей учитывают это и создают усиленные узлы для двигателей, предназначенных для работы в паре с компрессором. Это в свою очередь удорожает автомобиль. Компрессоры также дороже в обслуживании, а большинство производителей предлагают использовать высокооктановое горючее премиум класса.
Несмотря на свои недостатки, нагнетатели по-прежнему являются наиболее экономически эффективным способом увеличения количества лошадиных сил. Компрессор может дать от 50 до 100 процентов увеличения мощности, что делает его находкой для гоночных автомобилей, автомобилей, перевозящих тяжелые грузы, а также для водителей, желающих получить от вождения своего автомобиля новую порцию острых ощущений.

Компрессоры пользуются большим спросом в промышленности и строительстве. Их используют в медицине и стоматологии. В каждом бытовом холодильнике и кондиционере компрессор играет роль главного движущего механизма. Выпуск компрессорной техники считается обособленной отраслью, которая быстро развивается, впитывая в себя достижения электроники и новые технологии. Знания об устройстве, правилах эксплуатации и технического сервиса помогут сделать правильный выбор при покупке компрессора, а также решить задачи, связанные с починкой вышедшего из строя агрегата.

Что такое компрессор и как он работает

Название «компрессор» происходит от латинского слова compressio, что означает сжатие. Это устройство для создания повышенного давления газа и подачи его в нужном направлении. В зависимости от того, каким образом достигается поставленная задача, компрессоры подразделяют на группы. Отличительной чертой каждого вида этих приборов является конструктивное решение процесса сжатия и подачи воздуха. В целом все агрегаты делятся на две большие категории - объёмные и динамические. Каждая группа, в свою очередь, имеет свои разветвления.

Многообразие компрессорных машин обусловлено широким диапазоном их применения

Динамические компрессоры основаны на принципе сжатия газов посредством механической энергии. Различают осевые и центробежные машины в зависимости от направления движения воздуха, а также от вида вращающегося колеса. Один из ярких представителей этой группы - турбокомпрессор. Его конструкция основана на взаимодействии движущегося воздуха с неподвижной решёткой и вращающимися лопастями привода.

В компрессорах динамического действия газ сжимается в за счёт механической энергии, которая подводится от вращающегося вала

Объёмные компрессоры используют в работе свойство газов сжиматься при изменении размеров замкнутого пространства, в который он помещён. Уменьшение габаритов рабочей камеры ведёт к повышению давления. К этой группе относятся большинство бытовых и промышленных агрегатов, их насчитывается более 10 различных типов:

1. Поршневые. Самый распространённый тип нагнетательных машин, которые служат для подачи газа или пара под давлением. Конструктивных решений великое множество, однако основным признаком поршневого насоса считается сжатие рабочей среды за счёт уменьшения объёма внутри цилиндра, производимое поступательно-возвратным движением поршня. Такие компрессоры нашли применение в тяжёлом машиностроении, в химическом, текстильном и холодильном производстве. По конструктивным признакам поршневые устройства классифицируют на вертикальные, горизонтальные, угловые. Существуют многоступенчатые поршневые компрессорные станции - при сжатии газа до высокого давления существует опасность взрыва или воспламенения нагара масла, скапливающегося в трубопроводе и поверхности выпускных клапанов, поэтому эта процедура проводится в несколько этапов.

   Поршневой компрессор увеличивает давление газа за счёт уменьшения его объёма при рабочем ходе поршня

2. Винтовые. Специалисты считают этот вид машин самым экономным. Именно поэтому винтовые компрессоры используются на передвижных компрессорных станциях, в мобильной военной технике, судовом холодильном оборудовании. По сравнению с другими видами нагнетательных аппаратов экономия электроэнергии может доходить до 25–30%. Кроме того, отмечаются малые габариты, надёжность и невысокая себестоимость. Суть конструкции состоит в двух соосно-вращающихся роторах, выполненных в виде спирали Архимеда. Винты двигаются синхронно, не контактируют между собой, и не нуждаются в смазке. Внутри корпуса ротора расположены каналы всасывания и нагнетания газа, а также уплотнители и подшипники скольжения. Газ сжимается порциями по мере заполнения камер и выдаётся в накопительный резервуар. Благодаря этому агрегат обладает высокой производительностью. В последнее время получили распространение не только двухвинтовые, но и четырёхвинтовые компрессоры, продуктивность которых ещё выше. По оценкам специалистов, при такой конструкции достигается дополнительная экономия от 10 до 15%.

   Винтовой компрессор нагнетает воздух под давлением за счёт синхронного вращения двух валов с винтовыми лопастями

3. Роторно-шестерёнчатые. Характеризуются длительным сроком эксплуатации, относительно простой конструкцией, сбалансированностью и высоким уровнем чистоты нагнетаемого газа. Используются для подачи воздуха в двигатели внутреннего сгорания, вытеснив пластинчатые модели. Роторно-шестерёнчатый компрессор отличается оптимальной зависимостью давления на выходе от скорости вращающихся роторов, что благоприятно сказывается при изменении режимов работы двигателя. В процессе перенесения воздуха от всасывающего клапана к выпускному давление практически не изменяется, поэтому такие устройства называют компрессорами с наружным сжатием. Как следствие, этот вид функционирует эффективно лишь для небольшого уровня изменения рабочего давления. Другие недостатки заключаются в наличии пульсаций нагнетаемого потока воздуха и высоком шуме при работе. При нарушении зазоров между деталями наблюдается резкое падение КПД агрегата.

   Роторно-шестерёнчатые компрессоры могут конструироваться по схеме с водяным или воздушным охлаждением

4. Мембранные. Это разновидность объёмных приборов, которая очень хорошо подходит для поднятия давления малого количества паров или газов до невысокого уровня. Как видно из названия, основным рабочим механизмом в этом типе компрессоров служит гибкая мембрана, сделанная из резины, прорезиненой ткани или металла. Колебания вызываются искусственно, при помощи механического воздействия. Его может оказывать шток, приводимый в движение шатуном или гидравликой - столбом жидкости, упирающимся в нижнюю часть подвижной мембраны. Приборы такого типа используются в промышленности и в лабораторных исследованиях. Длительность эксплуатации напрямую зависит от качества материала, из которого изготовлена мембрана. Часто применяются многослойные композитные материалы, способные выдержать многократные колебания и деформацию.

   Мембранный компрессор сжимает воздух за счёт гибкой мембраны, которая вибрирует от механического воздействия штока, совершающего возвратно-поступательные движения

5. Жидкостно-кольцевые. Применяются в сельском хозяйстве и пищевой промышленности (для производства сахара, дрожжей, безалкогольных напитков и хлеба). Благодаря конструктивным особенностям хорошо защищают воздух от загрязнения масляными парами. Несмотря на низкий КПД и увеличенные габариты, водокольцевые компрессоры отличаются надёжностью в эксплуатации, не производят много шума и, главное, сжимают газ практически без выделения тепла, т. е. изотермически. Принцип действия основан на сжимании воздушной массы более вязкой жидкостью. Конструктивно этого добиваются при помощи цилиндра, наполненного жидкостью (водой), в котором вращается ротор с лопастями. Серповидное пространство, разделённое на сегменты лопастями, является функциональным объёмом аппарата. Всасываемый воздух сжимается и вытесняется через нагнетательный патрубок компрессора.

   В промышленных компрессионных установках используется принцип сжатия воздуха при помощи воды

6. Воздуходувки Рутса. Низконапорные компрессоры, запатентованные братьями Рутс в 1860 г. в США. Простая и эффективная конструкция, которая с течением времени совершенствовалась и многократно видоизменялась. Тем не менее эти агрегаты используются в технике до сегодняшнего дня. Их выходные показатели достигают 16 000 м 3 /час и добавочного давления 1 000 Мбар. Отличительным свойством воздуходувок Рутса является отсутствие смазки в рабочем механизме. Минимум трущихся деталей делает механизм очень надёжным в эксплуатации. Низкий уровень вибрации и компактность позволяют использовать агрегат для закачивания агрессивных и взрывоопасных газов. Приводится в действие, как правило, асинхронным электродвигателем.

   В воздуходувке Рутса работу по перемещению и сжатию воздуха выполняет пара роторов с винтовыми лопастями

7. Спиральные. Сжатие рабочей газовой среды происходит за счёт взаимодействия двух спиралей, которые эксцентрично движутся друг возле друга. Так как спирали не соприкасаются и между ними постоянно остаются зазоры, моторесурс этого вида компрессоров достаточно большой. Однако при сборке и наладке к производителю предъявляются жёсткие требования. Нарушение технологических зазоров в несколько долей миллиметра может привести к функциональной непригодности конструкции. Частота, с которой движется спираль, исчисляется несколькими десятками тысяч оборотов в минуту. Недостатком спиральной конструкции считается необходимость приработки внутренней «улитки» на начальном этапе эксплуатации. Необходима обкатка компрессора для сглаживания технологических зазоров. Это сказывается на общем износе рабочей пары.

   В спиральном компрессоре рабочие зазоры измеряются долями миллиметра, поэтому такие устройства требуют тщательной приработки

8. Ротационные. Разновидность объёмных агрегатов, в которой нет всасывающих клапанов, а используются только нагнетательные. Ось ротора (поршня) вращается вокруг оси цилиндра, который неподвижен. В результате образуется так называемое серповидное пространство, в котором происходит сжатие газов или пара.

   В компрессоре с катящимся ротором рабочий цилиндр закреплён неподвижно, а вокруг него вращается поршень

Создание спирального компрессора датировано 1905 годом. Идея принадлежит инженеру из Франции Леону Круа. Но внедрение в промышленность оказалось возможным лишь в середине XX века, когда уровень технологий сделал серьёзный шаг в сфере обработки материалов. Массовое применение конструкция получила в конце столетия, когда спиральные компрессоры начали использовать в климатическом и холодильном оборудовании. Оказалось, что КПД и уровень создаваемого давления у этого вида агрегатов превосходят все другие известные на тот момент приборы.

Кроме приведённой классификации существуют и другие способы разделения компрессоров:

• по типам приводящего механизма (электропривод, ДВС, турбинный);
• по выходному давлению воздуха (компрессоры низкого, среднего, высокого и сверхвысокого давления);
• по производительности, выраженной в количестве объёма сжимаемого газа (в м 3) за определённое время (мин., час).

Как выбрать компрессор

Очевидно, что выбор компрессора зависит от целевого назначения. Никто не станет применять автомобильный компрессор, к примеру, в холодильнике или наоборот.

Основными потребителями атмосферных нагнетательных машин являются автолюбители, мастера-строители, слесари, мебельщики. Как показала практика, для их нужд наиболее приемлемы винтовые и поршневые компрессоры. Причём безмасляные используют для небольших объёмов работ - подкачки шин, покраски мелких деталей кузова и т. д., а для пневмоинструмента применяются более мощные - масляные поршневые и винтовые компрессоры.

Поршневые нагнетательные машины появились раньше других и поныне являются самыми распространёнными.

Рабочее давление таких агрегатов достигает 25–30 атмосфер, чем не могут похвастаться другие компрессоры. Главные достоинства - невысокая себестоимость, простота конструкции и лёгкость в ремонте. К тому же приборы нечувствительны к составу воздушной среды - пыль, влага и перепады температуры практически не влияют на качество работы. Срок службы при правильной эксплуатации и своевременном обслуживании очень продолжительный. К недостаткам поршневых компрессоров относится необходимость регулярной замены деталей, которые быстро изнашиваются - компрессионных колец поршня, сальников и клапанов, а также высокий уровень шумового давления, который достигает 95 dB (это сопоставимо с грохотом локомотива, идущего по железной дороге). На производствах, которые интенсивно используют такие компрессоры, выделяются специальные комнаты для размещения «шумного» оборудования. Исходя из перечисленных особенностей, поршневые машины применяют в следующих случаях:

Винтовые компрессоры выгодно отличаются от поршневых тем, что в конструкции нет быстроизнашиваемых деталей. Блок винтов, являющийся основным рабочим механизмом, рассчитан на срок службы в 15–20 лет без капитального ремонта. Отсутствие деталей с поступательно-возвратным движением и клапанов делает винтовые компрессоры весьма надёжными и долговечными. Динамика подачи сжатого воздуха в меньшей степени зависит от скорости вращения приводного вала, в то время как в поршневом компрессоре замедление хода поршня приводит к провалам давления. Благодаря тому, что в конструкции отсутствуют поршни и шатуны, снижается вибрация и шум. Поэтому такие агрегаты не требуют отдельного помещения для установки. Кроме того, компрессор излучает большое количество тепла, которое образуется во время сжатия газов. Его можно использовать для обогрева рабочего пространства в холодное время года. Стоимость винтовых компрессоров на порядок выше, чем поршневых устройств. Это связано с более сложным производством. Но окупается такое оборудование быстрее, так как оно является более производительным и экономным. Применение «винтовиков» оправдано в тех случаях, когда необходимы большие количества спрессованного воздуха в бесперебойном режиме.

Основные параметры, на которые следует обращать внимание при выборе рабочего инструмента:

1. Давление, создаваемое компрессором. Один из самых важных параметров, по которому можно судить о рабочих характеристиках изделия. Давление измеряется в атмосферах (атм.) или в барах. Чтобы не путаться в единицах измерения, нужно знать, что одна атмосфера примерно равна одному бару. Зная максимальное значение давления компрессора, можно определить к какому инструменту он подойдёт. На практике всегда приобретают компрессор с запасом. Если, к примеру, пневматический гайковёрт приводится в движение давлением воздуха в 6–7 Бар, рекомендуется выбирать компрессор, сжимающий воздух до 10 Бар.

   Гайковёрт приводится в действие сжатым воздухом, подаваемым из компрессора

2. Уровень производительности. Выражается в количестве литров воздуха, перекачиваемого за минуту. Следует обращать внимание на то, что в поршневых машинах присутствует явление «воздушного провала» - понижения производительности во время работы, связанного с изменениями внешней воздушной среды. Поэтому такой компрессор выбирают с запасом производительности до 20% от номинальной.
3. Мощность. Величина, обозначающая рабочий потенциал оборудования. Говоря простым языком, мощность отображает скорость, с которой машина может справиться с работой. Она измеряется в ваттах и отображается в техническом паспорте устройства. Как и в первых двух случаях, расчётная величина мощности должна включать в себя погрешность на различие между номинальным и реальным значением. С течением времени, в силу износа деталей и выработки двигателя, мощность понижается, что может привести к несовместимости с рабочим инструментом. Исходя из этого, рекомендуется приобретать компрессоры с мощностью, превышающей заданную на 20–25%.
4. Объём ресивера. Сразу после сжатия воздух попадает в накопительный металлический бак, который служит для стабилизации подачи воздуха. В технической терминологии он называется ресивером. Чем больше объём ресивера, тем меньше перепадов давления будет во время работы. Но следует также учитывать, что компрессору понадобится больше времени, чтобы закачать в герметичную ёмкость необходимое количество воздуха.

   В зависимости от мощности и производительности компрессоры могут оснащаться ресиверами объёмом от 25 до 250 литров

5. Номинальное рабочее напряжение и сила тока. В бытовых условиях - там, где нет подключения трёхфазного тока - используется однофазное оборудование, рассчитанное на напряжение 220 В и силу тока 6 А. В отечественных сетях частота тока равна 50 Гц. Приобретая импортный компрессор, необходимо убедиться, что он совместим с этими параметрами. В противном случае возможен перегрев и преждевременный выход инструмента из строя.
6. Вес. Как правило, он напрямую связан с мощностью и производительностью компрессора. Бытовые модели, рассчитанные для домашнего и «гаражного» применения, имеют массу до 5 кг. Такой компрессор более мобилен, легко перемещается и транспортируется. Профессиональные модели, устанавливаемые стационарно, весят 20 кг и более.
7. Габариты. Этот показатель напрямую связан с весом компрессора. От того, каких размеров будет устройство, зависит удобство в работе. Если необходимо часто перемещаться, целесообразно выбрать небольшой компрессор с рукояткой для переноса. Мощные и тяжёлые устройства с ресиверами большого объёма устанавливаются на передвижные платформы, которые перекатываются на колёсах.
8. Показатель шумового давления. Считается, что комфортный и безвредный для здоровья уровень шума - до 70 dB. Многие производители, решая эту проблему, используют дополнительные шумопонижающие и антивибрационные конструкции. Сведения об уровне шуме отражаются в техническом паспорте изделия.

Видео: как выбрать компрессор для дома и гаража

Таблица: параметры пневматического инструмента

Видео: как выбрать компрессор для подкачки автомобильных шин

Как пользоваться компрессором

Подготовка компрессора к работе - важный этап, соблюдение которого связано с долгосрочной и исправной эксплуатацией. Состоит она из следующих последовательных этапов:

1. Внимательное изучение инструкции, прилагаемой к изделию изготовителем. Данные, приведённые в техническом паспорте, должны совпадать с данными, отражёнными на металлических табличках. Они располагаются в нижней части корпуса компрессора.
2. Проверка комплектации и отсутствия механических повреждений на корпусе. При обнаружении дефектов корпуса, ресивера или соединительных шлангов их необходимо устранить.
3. Установка в рабочее положение. На передвижные модели надеваются колёса и амортизаторы в соответствии с комплектацией. Агрегат располагается таким образом, чтобы управление осуществлялось беспрепятственно и легко. Никакие посторонние предметы на корпусе не допускаются. Если компрессор имеет ременную передачу, необходимо ставить его на расстоянии не менее 1 м от стен. Поверхность пола в помещении, где производятся работы, должна быть ровной.
4. Проверка уровня масла в картере двигателя. Красная метка указывает на предельно допустимое количество смазки. Если масла недостаточно, необходимо аккуратно долить его, не переливая через край и не допуская попадания на ремень и другие детали.

   Масло должно быть залито до уровня, обозначаемого красной меткой

5. Подключение аппарата к сетевому питанию. В некоторых устройствах важно не перепутать подключение фазного и нулевого проводов.
6. Соединение патрубка ресивера со штуцером пневматического инструмента. При правильном подключении стравливание воздуха запускает реле включения двигателя автоматически. Самостоятельная регулировка реле недопустима и прекращает гарантийные обязательства со стороны производителя.
7. Приборы, оборудованные функцией защиты двигателя от перегрузки, отключаются при слишком продолжительной работе или перепадах напряжения в сети. Следует об этом помнить и не искать причину остановки в механической части аппарата.
8. После окончания работы силовой агрегат нужно полностью отключить и выпустить избыточный воздух из накопительного бака (ресивера). Для этого служит специальный клапан, установленный на корпусе бачка.

   После окончания работы необходимо стравить избыточный воздух из ресивера, открыв обратный клапан

В некоторых компрессорах вместо указателя уровня масла применяется щуп. Для определения наличия смазки щуп опускается в специальное отверстие, закрытое пластмассовой крышкой.

Если нет возможности подключить автомобильный компрессор от штатного прикуривателя или нужно сэкономить заряд батареи, возможно (а в некоторых случаях - рекомендовано) подключение клемм напрямую к аккумулятору. Для этого используются специальные зажимы, входящие в комплектацию компрессора для подкачки шин.

Техника безопасности

Перед началом работы следует:

• надеть рабочую одежду, обувь и собрать волосы под головным убором;
• проверить комплектность и устойчивость аппарата;
• убедиться в исправности манометра и выключателя предохранителя давления;
• оборудовать рабочее место в соответствии с нормами личной безопасности.

Во время работы с компрессионным оборудованием запрещается:

• подключаться к электрической сети без заземления;
• оставлять работающий компрессор без надзора;
• направлять воздушную струю в сторону людей;
• допускать к управлению компрессором детей и несовершеннолетних;
• пользоваться заведомо неисправным агрегатом.

После окончания работ необходимо:

Уход за компрессором

Техническое обслуживание компрессора состоит из следующих регламентных работ:

Видео: как поменять масло в поршневом компрессоре и ТО

Наиболее распространённые поломки и ремонт своими руками

Если компрессор приобретён недавно и срок гарантийного обслуживания ещё не закончился, все поломки обязаны устранить работники сервисной организации. Но если гарантия закончилась и ремонтировать оборудование приходится самостоятельно, изучите таблицу, приведённую ниже.

Таблица: неполадки в работе компрессора и способы их устранения

Как сделать компрессор своими руками

Народные умельцы давно научились делать компрессоры своими руками. Некоторые самостоятельно изготовленные приборы способны выполнять работу не хуже заводских. Как правило, в качестве ресиверов используются газовые баллоны или огнетушители. А роль нагнетательной машины исполняет компрессор от отслужившего холодильника.

Простейший аппарат для производства сжатого воздуха состоит из компрессора от старого холодильника, газового баллона и манометра

Производительность такого устройства будет невелика, но с его помощью можно нанести равномерный слой краски на любую поверхность. Для этого используются либо краскопульт, либо аэрограф.

Видео: как сделать компрессор из старого холодильника

Пользуясь пневматическим инструментом, а также пескоструйными устройствами, помните о том, что при небрежном обращении компрессор из помощника в хозяйстве может превратиться в опасное устройство, способное причинить травму или стать угрозой для здоровья. Только соблюдение норм техники безопасности и осторожное отношение к работе гарантирует личную безопасность.