Описание компрессора

Введение

В компрессорной технике применяют поршневые, роторно-пластинчатые, спиральные и винтовые компрессоры для сжатия газов. Во всех этих типах компрессоров, кроме поршневых, для уплотнения зазоров между рабочими органами часто применяют впрыск уплотнительной и охлаждающей жидкости (чаще всего, специального масла). Это вынуждает применять различные сепараторы, фильтры и другие ухищрения для отделения жидкости от сжатого газа. Однако, всё это выполнимо, и с успехом работает в современной компрессорной технике. Иногда, для получения безмасляного сжатого газа, применяют впрыск воды вместо масла. Обделенными этой технологией остались лишь поршневые компрессоры. Рассмотрим вариант поршневого безмасляного компрессора с принудительной подачей воды в зазор между поршнем и цилиндром.

Описание установки

Компрессорная установка для сжатия атмосферного воздуха состоит из привода возвратно-поступательного движения 1, поршневого блока двустороннего действия 2, бака-сепаратора 3 с выходным патрубком сжатого воздуха, и радиатора охлаждения воды 4. Привод 1 содержит две шестерни 5 с противовесами и кривошипами 6, входящими в зацепление друг с другом и вращающимися в противоположных направлениях. На кривошипах 6 установлены два шатуна 7, передающие возвратно-поступательное движение на шток 8 поршневого блока 2. Внутри поршневого блока 2 установлен с гарантированным небольшим радиальным зазором цилиндрический поршень 9, связанный со штоком 8. На цилиндрической поверхности поршня 9 выполнены кольцевые канавки, образующие лабиринтное уплотнение. В торцевых крышках цилиндра 2 размещены всасывающие клапаны 10 и нагнетательные клапаны 11. Между торцами поршня 9 и торцевыми крышками цилиндра 2 образованы две нагнетательные полости 12. В цилиндре 2 выполнена кольцевая проточка 13, в которую через трубопровод и радиатор 4 поступает под давлением вода из бака-сепаратора 3. Шток 8 уплотняется сальником 14.

Принцип работы

Компрессорная установка работает следующим образом:

  1. При вращении шестерён 5 с кривошипами 6 шатуны 7 сообщают возвратно-поступательное движение штоку 8 и связанному с ним поршню 9.
  2. Противовесы шестерен 5 полностью компенсируют инерционные силы первого порядка от возвратно-поступательного движения поршня 9.
  3. Привод с двумя кривошипами и двумя шатунами исключает появление радиальных сил, действующих на поршень и шток, что, в свою очередь, сводит практически к нулю силу трения при возвратно-поступательном движении.
  4. Привод 1 частично заполнен маслом, утечкам которого препятствует сальник 14.
  5. При движении поршня 9 атмосферный воздух поступает через всасывающие клапаны 10 поочередно в нагнетательные полости 12, сжимается там и, через нагнетательные клапаны 11 по трубопроводам поступает в бак-сепаратор 3.
  6. Вода из бака-сепаратора 3 через радиатор охлаждения 4 подаётся под давлением в кольцевую проточку 13 и поступает в зазоры лабиринтного уплотнения поршня 9.
  7. Через лабиринтное уплотнение вода попадает в нагнетательные полости 12, смешивается там со сжатым воздухом и, вместе с ним, через нагнетательные клапаны 11 отводится обратно в бак-сепаратор 3.
  8. В баке-сепараторе 3 происходит разделение воды и сжатого воздуха.
  9. Сжатый воздух по выходному патрубку бака-сепаратора 3 отводится потребителю, а отделенная от сжатого воздуха вода поступает вновь в поршневой блок 2.

Такая конструкция поршневого блока позволяет полностью устранить перетечку сжимаемого воздуха между нагнетательными полостями 12 через зазор между поршнем и цилиндром, что значительно повышает объемный КПД компрессора.

Достоинства

  • абсолютно безмасляный сжатый воздух;
  • малый износ движущихся частей;
  • простота и надёжность конструкции;
  • возможность изготовления поршня и цилиндра из неметаллических материалов;
  • высокий объёмный КПД;
  • низкий уровень вибраций.

Недостатки

  • необходимость системы отделения воды от сжатого воздуха;
  • повышенный уровень шума из-за наличия зубчатой передачи;
  • пониженный общий КПД, из-за потерь энергии на продавливание воды через зазоры лабиринтного уплотнения.

Фотографии рабочего образца


г. Дубна, ноябрь 2015 г.

Контакты

Куликов Л.Б., e-mail: polynet-filtr@yandex.ru