Компрессоры. Компрессорное оборудование

"Нужен как воздух" ─ говорят, желая подчеркнуть высшую степень необходимости чего бы то ни было. Воздух ─ это жизнь. Без него нетренированный человек продержится считанные секунды. (Рекорд по задержке дыхания, постоянно штурмуемый дайверами, превысил двадцать минут ─ но он возможен лишь при предварительной гипервентиляции легких чистым кислородом.)

Воздух ─ это энергия. Сетями подачи сжатого воздуха оснащены промышленные предприятия, а компрессорное оборудование ─ обязательный атрибут любого строительного объекта, он требуется многим транспортным средствам (для них создан компрессор автомобильный).

Воздух с полным основанием считается энергоносителем №2 после электроэнергии. И часто он незаменим. Например, в шахтах, опасных по газу и пыли, нельзя использовать электропривод, поскольку даже малейшая искра приведет к ужасающим последствиям. Поэтому там все механизмы оснащены пневмодвигателями.

Сжатый воздух не только является энергоносителем, но и помогает в реализации целого ряда технологических процессов: транспортирование пневматическими конвейерами, сушка, распыление (компрессор для покраски), охлаждение, очистка и т.д.

Компрессоры являются важнейшей частью таких сегментов оборудования, как системы вентиляции и кондиционирования воздуха (компрессор кондиционера), криогенная и холодильная техника (холодильный компрессор сжимает и приводит в движение холодильный агент).

Компрессор в историческом контексте

В развитых экономиках мира в сжатый воздух конвертируют десять и более процентов произведенной электроэнергии. И делают это с помощью компрессоров ─ энергетических машин, обеспечивающих повышение давления и перемещение рабочей среды (компрессор воздушный ─ воздуха, газовый компрессор ─ других газов и их смесей, различают кислородные, водородные, аммиачные и другие газовые компрессоры).

Слово "компрессор" пришло в русский и многие языки мира из латыни (compressio ─ сжатие, comprimere ─ сжимать). О предпосылках появления столь важного на сегодняшний день раздела техники можно говорить, начиная с тех времен, когда разговорный латинский язык был еще жив. В интенсивной подаче воздуха нуждались металлургия и кузнечное дело. Уже в древности появились приводимые в движение силой человеческих мускулов кузнечные меха. Сжатый воздух использовали в катапультах. Но, как и многим другим технологиям и промышленной революции в целом, действенный импульс развитию компрессорной техники дало изобретение паровой машины. Она сделала возможным потребление энергии в несоизмеримо больших количествах, чем позволяли физиологические возможности человека и взятой им в помощь лошади.

Едва ли простым совпадением является тот факт, что создатель первой в России паровой машины Иван Иванович Ползунов изобрел также устройство для сжатия и перемещения газов.

Первым во второй половине XVIII столетия появился поршневой компрессор. В 1849 г. изобретен многоступенчатый поршневой компрессор с охладителями между ступенями сжатия. А уже в XIX веке сжатый воздух активно помогает в горном деле и строительстве.

Винтовой компрессор моложе. Патент на его изобретение был получен немецким инженером Генрихом Кригаром в 1878 году, но время по-настоящему масштабного промышленного использования наступило только в следующем XX столетии.

И сегодня развитие компрессорной техники проходит под знаком технологической конкуренции поршневых и винтовых компрессоров, в которой более молодые винтовые наступают, а поршневые, теснимые под их натиском, тем не менее, продолжают занимать весомую долю в парке компрессорного оборудования.

Особенности конструкции современных компрессоров

Компрессоры объемного действия ─ сжатие воздуха происходит в герметичной камере с изменяемым объемом:

Поршневой компрессор ─ машина объемного действия. Изменение объемов рабочих камер в нем происходит за счет прямолинейного возвратно-поступательного движения поршней.

Если за изменение объемов рабочих камер "отвечают" циклически колеблющиеся мембраны ─ это мембранный компрессор.

В роторном компрессоре объем регулирует вращающийся ротор или несколько роторов. Существуют разновидности таких устройств:

шестеренчатый компрессор,
пластинчатый компрессор,
и наиболее широко распространенный винтовой компрессор ─ роторный компрессор, в котором рабочие камеры сформированы корпусом и винтообразными роторами с зубьями различного профиля. Популярность винтовых компрессоров особенно быстро растет в диапазоне машин производительностью от 4 до 40 м3/мин, где они активно вытесняют поршневые компрессоры. Среди их преимуществ ─ высокий, до 97%, КПД, которому способствует сокращение числа трущихся деталей в конструкции и более низкий уровень шума.

В спиральном компрессоре роль роторов выполняют спирали (неподвижные и перемещающиеся), обеспечивающие формирование воздушного потока.

Компрессоры динамического действия ─ принцип действия обусловлен динамическим воздействием на непрерывный поток сжимаемого газа:

Турбокомпрессор, в котором на газ действуют вращающиеся решетки лопаток, ─ яркий представитель машин динамического действия, его разновидности:

центробежные компрессоры, в которых газовый поток во вращающихся решетках лопаток движется преимущественно в радиальном направлении от центра к периферии, и их антиподы ─
центростремительные компрессоры, в которых он направлен от периферии к центру, а также существуют
комбинированные центробежно-центростремительные компрессоры со ступенями центробежного и центростремительного типа.

Струйные ─ еще один распространенный вид динамических компрессоров.

Важный аспект конструкции компрессоров ─ использование или неиспользование масла.

Маслозаполненные (маслосмазываемые) компрессоры являются частным случаем жидкостнозаполненных, в рабочие полости которых впрыскивают жидкость, задача которой ─ уплотнить зазоры и уменьшить работу сжатия.
Бессмазочный компрессор (безмасляный компрессор) обеспечивает поступление в сеть воздуха без малейшего намека на содержание масла.

Стационарные и мобильные компрессоры

Компрессоры обладают различной мобильностью.
Стационарный компрессор при эксплуатации свое местоположение не меняет.
Передвижной компрессор «легок на подъем» и не требует монтажных работ на новом месте.

В зависимости от того, на чем он смонтирован, различают несколько видов машин.

Переносной компрессор на платформе на другое место эксплуатации переносят. Прицепной компрессор перемещают, буксируя с помощью транспортного средства. Самоходный движется вместе с транспортным средством, на котором он смонтирован.

Для мобильных компрессоров чрезвычайно важно все, что связано с удобством перемещения. Наличие третьего опорного колеса помогает передвигать шасси вручную. В случае небольшой массы можно обойтись опорной пятой. Для передвижения в условиях бездорожья удобнее использовать не двух-, а четырехколесную конструкцию шасси. Наличие поворотного механизма позволяет улучшить маневренность, а смещение центра тяжести вниз ─ повысить устойчивость. Для пользователей важно удобное дышло, которое легко отрегулировать под любой фаркоп, а у тяжелых конструкций ─ тормоз наката, предотвращающий наезд прицепа на автомобиль при его резком торможении.

Прилагательные, иллюстрирующие степень мобильности компрессора, справедливы также для компрессорных установок и станций.

Агрегаты, установки, станции

Компрессорное оборудование включает компрессорные агрегаты, компрессорные установки, компрессорные станции.

Компрессорным агрегатом называют один или несколько компрессоров вместе с приводом. Компрессорный агрегат, дополненный системами, обеспечивающими его работу, ─ это уже компрессорная установка. А одна или несколько компрессорных установок плюс система управления и необходимое вспомогательное оборудование, навес или здание, в котором она (они) размещена (-ы), или шасси, платформа, кузов, на которых передвигается, носят название ─ компрессорная станция.

Схема компрессора невозможна без привода, играющего одну из ключевых ролей в его конструкции. От резерва мощности двигателя зависят надежность и срок службы компрессора. Он может быть электрическим (компрессор электрический) или внутреннего сгорания (дизельный компрессор).

Какой компрессор выбрать

Сегодня существует огромное разнообразие конструкций, и какой компрессор выбрать, зависит от перечня задач, которые предстоит решать с его помощью.

Производители и поставщики в каталогах обычно сообщают следующие характеристики компрессора:

• максимальное давление,
• производительность,
• мощность привода,
• уровень шума,
• вес,
• габаритные размеры,
• присоединительные размеры.

Потребителя, «вписывающего» компрессор в производственную схему, обязательно интересует давление компрессора (точнее ─ величина вырабатываемого давления). По этому показателю компрессоры делят на несколько категорий:

• низкого давления (конечное давление до 1,5 МПа),
• среднего давления (от 1,5 до 10 МПа),
• высокого давления (от 10 до 100 МПа),
• сверхвысокого давления (свыше 100 МПа).

Конечное давление ─ это давление на выходе компрессора (секции, ступени).

Установки высокого давления используются для пескоструйной обработки, бурения, испытания трубопроводов.

Объемная производительность компрессора (секции, ступени) показывает объемный расход газа на выходе. Показатель мощности компрессора образуется в результате сложения трех мощностей ─ внутренней (затрачиваемой на сжатие газа, не считая мощности утечек), утечек (теряемой в результате утечек из компрессора) и механической (затрачиваемой на преодоление механического трения в компрессоре).

Еще один показатель мощности ─ мощность на валу приводного двигателя, значение которой получается сложением мощности компрессора, вспомогательной мощности и мощности, теряемой в устройствах передачи. Передача может быть прямой или ременной.

В отдельных приложениях большое значение придается чистоте сжатого воздуха. Важный критерий выбора ─ экономическая целесообразность. Нельзя игнорировать качество сервиса, который обеспечивает компания-продавец, особенно, если это дорогостоящее оборудование, каждый час простоя которого приносит значительные убытки.

Компрессоры отечественные и зарубежные

Точного числа компрессоров, используемых в российской промышленности и других отраслях народного хозяйства, никто дать не сможет. Но то, что счет ведется на многие сотни тысяч, если не на миллионы, ─ абсолютно точно.
Сегодня в России можно купить компрессор отечественного производства ─ их выпуск налажен на более чем на двух десятках отечественных предприятий. Федеральная служба государственной статистики объединяет компрессоры и насосы в одну статью, и согласно ее данным в 2016 году в России было произведено 130 914 единиц насосов воздушных или вакуумных и компрессоров воздушных или газовых, вместе взятых.

Широко представлена продукция зарубежных производителей. Среди стран происхождения, откуда компрессоры привозят в Россию, наибольший удельный вес имеют Швеция, Чехия, Италия, Германия, США, Турция, Китай. Из Китая поступает продукция, в т.ч. под российскими марками.

Вообще, для небольших компрессоров, а т.н. "гаражно-бытовых" особенно, свойственна продажа под торговой маркой, свидетельствующей не о том, где и кем произведен данный компрессор, а о том, через какую торговую сеть реализован.

В РФ сложилась развитая производственно-коммерческая инфраструктура, помогающая максимально эффективно и с наилучшими экономическими показателями обеспечивать эксплуатацию компрессоров. В ее составе не только компании, основное направление деятельности которых поставка и установка компрессорного оборудования, но и организации, оказывающие такие востребованные услуги, как ремонт компрессоров и шире ─ ремонт компрессорного оборудования.

Стараясь быть более гибкими, продавцы используют различные формы продаж: с последующим выкупом (buy-back); trade-in ─ замена компрессора, бывшего в употреблении на новый с доплатой; лизинг.

Во взаимоотношениях производителей (продавцов) и покупателей важнейшую роль играет сервис, от содержания и качества которого во многом зависит, насколько эффективны эксплуатация и обслуживание компрессорного оборудования. А еще, продолжится ли начатое первой покупкой сотрудничество.

Компрессор, цена которого в данный момент недоступна потребителю, может быть взят им во временное пользование. Поэтому все более востребованной становится аренда компрессора.

Рынок предъявляет к компрессорам целый комплекс становящихся все более бескомпромиссными требований ─ повышение надежности, срока эксплуатации и энергоэффективности, уменьшение размеров и массы, упрощение эксплуатации и технического обслуживания, минимизация эксплуатационных затрат.

Приблизиться к достижению сразу нескольких из этих целей помогают современные системы автоматики. Под их постоянным контролем находятся жизненно важные для компрессора параметры ─ температура, давление, потребляемая двигателем мощность. Анализируя кривую потребления сжатого воздуха, автоматика помогает подобрать оптимальный режим работы. Более того, ей по силам заблаговременно информировать о предстоящей неисправности, пока она еще никак не влияет на работу компрессора.

Экономичность эксплуатации помогает обеспечить снижение стоимости расходных материалов и обслуживания.

Эффективнее делают работу компрессоров новые самосмазывающиеся материалы, используемые для изготовления поршней, опорных колец. Большую пользу приносят другие инновации. Например, улучшенные подшипниковые узлы в винтовых компрессорах, сальники из сверхтеплопроводного сплава в поршневых.

Компрессоры, изобретенные уже достаточно давно, сохраняют огромный потенциал для совершенствования. Открытые для достижений научно-технического прогресса, они остаются одним из наиболее динамично развивающихся направлений машиностроения. Их прогресс впечатляет, обещая новые возможности.