Объемные компрессоры. 
Пневматические системы автоматики

Объемные компрессоры построены на принципе сжатия газа в рабочих камерах с помощью вытеснителей. Если вытеснители совершают только поступательное движение, то такие компрессоры называют возвратно-поступательными, или поршневыми.

Процессы, которые происходят в рабочей камере поршневого компрессора, можно объяснить по теоретической индикаторной диаграмме, представленной на рис. 5.5,а. Конструктивная схема поршневого компрессора дана на рис. 5.5,6. Реальная индикаторная диаграмма представлена на рис. рис. 5.5,в.

Рис. 5.5. Поршневой компрессор:

а) теоретическая индикаторная диаграмма; б) конструктивная схема; в) реальная индикаторная диаграмма

Теоретическая диаграмма построена при допущениях, что при крайнем левом положении поршня отсутствуют объем воздуха в рабочей камере, потери во всасывающей и напорной пневмолиниях, а также инерционность впускного и выпускного клапанов и утечки и перетечки газа.

При движении поршня 3 из крайнего правого положения влево происходит сжатие газа. Процесс сжатия идет по кривой 1−2 диаграммы. Характер кривой зависит от характера процесса, который может быть изотермическим, адиабатическим или политропическим. При достижении давления сжатия р₂ открывается выпускной клапан 1 и происходит процесс вытеснения газа из рабочей камеры в напорную пневмолинию. Процесс идет по изобаре 2−3. При крайнем левом положении поршня газ полностью вытеснен из рабочей камеры, выпускной клапан 1 открыт, а впускной 2 закрыт.

В начале движения поршня вправо клапан 1 закрывается, а клапан 2 при падении давления в рабочей камере до р открывается, и заполнение рабочей камеры идет по изобаре 4−1 при постоянном давлении p_t. После перемещения поршня в крайнее правое положение весь процесс повторяется.

Замкнутая фигура 1 —2—3—4— 1 является теоретической индикаторной диаграммой компрессора. Для сравнения на рис. 5.5,в представлена реальная индикаторная диаграмма. Скачки давления в точках 2 и 4 объясняются инерционностью клапанов и задержкой их открытия. В реальных условиях в рабочей камере всегда остается некоторый объем газа V₀. Процесс расширения при движении поршня из крайнего левого положения обычно является подтропическим (кривая 3−4). Непостоянство давления в процессе заполнения рабочей камеры по линии 4−1 объясняется влиянием сопротивления потоку газа во всасывающей пневмолинии.

Любые неисправности в компрессоре — нарушение герметичносги, разрушение пружин клапанов, появление дополнительных сопротивлений в пневмолиниях — приводят к отклонению формы индикаторной диаграммы от эталонной. При эксплуатации компрессора периодически снимают его индикаторную диаграмму и, сравнивая ее с эталонной диаграммой, оценивают работоспособность компрессора.

Использование в поршневом компрессоре одной рабочей камеры, как и в поршневых насосах, приводит к существенной пульсации подачи газа. Поэтому в промышленных компрессорах используют несколько рабочих камер, которые располагаются в ряд или радиально. Такие компрессоры называются многоцилиндровыми. Схемы многоцилиндровых компрессоров представлены на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Расположение цилиндров в многоцилиндровых поршневых компрессорах: а) рядное; б) радиальное

Объемные компрессоры, в которых вытеснители совершают вращательное или вращательно-поступательное движение, называются роторными.

В промышленных компрессорных установках распространение получили пластинчатые роторные компрессоры, схема которых представлена на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Схема пластинчатого роторного компрессора:

1 — ротор; 2 — статор; 3 — пластина

Внешний двигатель вращает ротор, ось которого смещена относительно оси полости в статоре корпуса. Рабочие камеры компрессора образуются поверхностью ротора, стенками корпуса и пластинами (на схеме условно показана одна пластина), которые свободно перемещаются в пазах ротора и центробежной силой прижимаются к корпусу компрессора. За счет эксцентриситета при вращении ротора происходит изменение объема рабочих камер. Между стенками корпуса циркулирует охлаждающая жидкость, обеспечивающая отвод тепла, выделяемого в процессе работы компрессора.