Поршневой компрессор — это классическая и самая распространенная энергетическая машина, предназначенная для сжатия и подачи воздуха или различных газов под давлением. Являясь типичным представителем оборудования объемного действия, он доказал свою надежность временем и остается востребованным в самых разных отраслях промышленности. В этой статье мы подробно разберем, как работает это устройство, заглянем в историю его создания и изучим основные виды.

Принцип работы

Эффект компрессии в таких машинах создается за счет политропного уменьшения объема газа при движении поршня внутри цилиндра. Рабочий процесс автоматизирован законами физики: всасывающие и нагнетательные клапаны поджаты специальными пружинами. Они открываются и закрываются самостоятельно под действием перепада давления, который возникает между цилиндром компрессора и трубопроводом в момент движения поршня.

Немного истории

Считается, что компрессоры возвратно-поступательного действия — самый древний тип подобных устройств. Официальным прототипом современного поршневого компрессора двойного действия можно считать «двоедувный мех». Он был создан в 1817 году барнаульским изобретателем Степаном Васильевичем Литвиновым. Несмотря на то, что в 1820 году разработка получила высокую оценку экспертов в Санкт-Петербурге, в массовое производство в те годы она так и не пошла.

Классификация поршневых компрессоров

Современный рынок предлагает огромное разнообразие моделей, которые принято классифицировать по ряду ключевых конструктивных и эксплуатационных признаков.

По типу кинематической схемы:

• Крейцкопфные: компрессоры двухстороннего действия. Обе стороны поршня являются рабочими, а цилиндр разделен им на две камеры сжатия.
• Бескрейцкопфные (тронковые): машины одностороннего всасывания. Как правило, их мощность ограничена 100 кВт.

По расположению цилиндров:

• Вертикальные: машины с цилиндрами, направленными строго вверх.
• Горизонтальные: цилиндры могут быть размещены по одну сторону коленчатого вала (односторонние) или по обе стороны (двухсторонние).
• Угловые: комбинированные варианты. В прямоугольных машинах одни ряды расположены вертикально, а другие — горизонтально.
• Также существуют V-образные и W-образные агрегаты с наклонной установкой.
• Оппозитные: горизонтальные компрессоры со встречным движением поршней по обе стороны вала. Это прогрессивный стандарт для машин средней и крупной производительности. Они отличаются меньшим весом, габаритами и высокой динамической уравновешенностью, благодаря чему практически вытеснили традиционные крупные горизонтальные агрегаты.

По числу ступеней сжатия:

• Одноступенчатые
• Двухступенчатые
• Многоступенчатые

Справка: Многоступенчатое сжатие необходимо для того, чтобы ограничить температуру нагреваемого газа. Между ступенями монтируются промежуточные охладители (водяные холодильники или воздушные радиаторы с вентиляторами), обеспечивающие безопасное изобарное охлаждение системы.

По наличию смазки цилиндров:

• Масляные: стандартные системы, требующие смазки цилиндро-поршневой группы.
• Без смазки (сухого трения): критически важны для технологических процессов, где недопустимо попадание даже мельчайших примесей масла в сжимаемый газ. Уплотнение поршней в них обеспечивается специальными кольцами из композиционных материалов (первые попытки использовать лабиринтные уплотнения с канавками практического успеха не имели). Сегодня такие компрессоры зачастую работают без ремонта дольше своих масляных аналогов.

Дополнительные критерии классификации:

• По рабочему телу: воздушные, холодильные (фреоны), газовые (углеводородные газы, углекислый газ и т.д.).
• По типу охлаждения: жидкостное (водяное) или воздушное.
• По типу привода (кинематика): с прямым приводом (соединение валов через упруго-компенсирующую муфту), ременной передачей или, что бывает редко, через цилиндрический зубчатый редуктор.
• По источнику энергии: электрические (двигатели постоянного тока, асинхронные, синхронные) и работающие от ДВС (дизельные, бензиновые).

Подводя итоги

Поршневой компрессор прошел путь от простого кузнечного меха до высокотехнологичных многоступенчатых и оппозитных машин. Благодаря вариативности конструкций — от компактных V-образных устройств для небольших мастерских до мощнейших компрессоров без смазки для химической промышленности — эта технология еще долго будет оставаться стандартом индустрии.