Всё о компрессорах

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 м³/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 м³) 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:

• необходимо высокое давление сжимаемого воздуха;
• технологические процессы не требуют высокой производительности;
• эксплуатация происходит в сложных условиях повышенной запылённости или влажности.
  

  Поршневые компрессоры используются для генерирования сжатого воздуха для строительных инструментов, очистки помещений от пыли и удаления из элементов конструкций от мелких абразивных частиц

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

При покупке компрессора следует отдавать предпочтение тем производителям, которые пользуются заслуженным авторитетом. Среди них могут быть как зарубежные, так и отечественные компании. Принимая решение, стоит ознакомиться с потребительскими рейтингами, которые публикуются в сети, прочитать отзывы пользователей. По итогам продаж прошлого года в пятёрку лидеров входят бренды Fubag, Remeza, Kronvuz, Fiac, «Качок».

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:

• полностью обесточить аппаратуру;
• очистить рабочее место от мусора и использованных материалов;
• оборудование, рабочую одежду, респиратор и противошумовые наушники убрать в отведённые места.
  

  После окончания работ и во время технического обслуживания компрессор должен быть отключён от электрической сети

Уход за компрессором

Техническое обслуживание компрессора состоит из следующих регламентных работ:

1. После начальной обкатки устройства необходимо провести подтяжку всех болтов. Вибрация способствует их откручиванию, этого допускать нельзя.
2. Раз в месяц производится осмотр и очистка воздушного фильтра. Замена фильтрующего элемента рекомендуется не реже одного раза в год.
3. Ежедневный контроль уровня смазки. Побелевшее масло говорит о попадании в него влаги, потемневшее — о перегреве и чрезмерном сгущении. Полная замена масла производится после обкатки (100 часов), а также через каждые 450–550 часов эксплуатации компрессора. Используется только тот тип масла, который рекомендован изготовителем.
4. Ежедневный слив конденсата. При интенсивной эксплуатации в холодное время года удаление конденсата производится несколько раз в день.
   

   Отверстие для слива конденсата расположено в нижней части ресивера

5. Контроль натяжения приводного ремня осуществляется ежедневно. Кроме этого, необходимо удалять с его поверхности смазку и другой мусор. Прогиб хорошо натянутого ремня не должен превышать 4–5 мм при усилии 5–6 кг в середине между шкивами.
   

   Правильное натяжение ременной передачи определяется нажатием на ремень в пространстве между шкивами с усилием 5–6 кг

6. Не менее одного раза в месяц производится контроль крепления компрессора к платформе и визуальный осмотр головки цилиндров, а также остальных узлов, приборов контроля и управления.

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.