КОМПРЕ́ССОР

КОМПРЕ́ССОР (лат. compressor, букв. – сжиматель, сдавливатель), ма­ши­на, пред­на­зна­чен­ная для сжа­тия и по­да­чи разл. га­зов (воз­духа, ки­сло­ро­да, во­до­ро­да и др.) под дав­ле­ни­ем. В К. ра­бо­чее те­ло об­ла­да­ет свой­ст­вом сжи­мае­мо­сти, в от­ли­чие, напр., от на­со­сов, ра­бо­таю­щих на не­сжи­мае­мых жид­ко­стях (напр., во­де). Для обес­пе­чения ра­бо­ты К. ис­поль­зу­ет­ся ком­прес­сор­ный дви­га­тель. Раз­ви­вае­мое К. из­бы­точ­ное дав­ле­ние со­став­ля­ет не ни­же 0,02 МПа (дав­ле­ние ни­же это­го уров­ня соз­да­ёт­ся вен­ти­ля­то­ра­ми). К. ис­поль­зу­ют­ся в со­ста­ве ста­цио­нар­ных или пе­ре­движ­ных ус­та­но­вок (пе­ре­нос­ные, при­цеп­ные, са­мо­ход­ные и др.); впер­вые ста­ли при­ме­нять в сер. 19 в., в Рос­сии – с нач. 20 в.

Су­ще­ст­ву­ет мно­го под­хо­дов в клас­си­фи­ка­ции К. Их раз­де­ля­ют по на­зна­че­нию в тех­но­ло­гич. про­цес­се на воз­душ­ные и га­зо­вые, в т. ч. ки­сло­род­ные. Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли К., пред­на­зна­чен­ные для сжа­тия ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха (до 0,8–2 МПа), вы­пол­нен­ные без учё­та спец. тре­бо­ва­ний. Раз­ви­тие се­ти га­зо­про­во­дов при­род­но­го га­за и уве­ли­че­ние их про­тя­жён­но­сти спо­соб­ст­во­ва­ли раз­ви­тию га­зо­вых К. Осо­бую груп­пу со­став­ля­ют ки­сло­род­ные К., имею­щие во­дя­ную смаз­ку ра­бо­чих ор­га­нов, осо­бую кон­ст­рук­цию уп­лот­не­ний для пре­дот­вра­ще­ния утеч­ки ки­сло­ро­да и др. осо­бен­но­сти. Так­же К. раз­ли­ча­ют по ­раз­ви­вае­мо­му дав­ле­нию p [низ­ко­го (до 1 МПа), сред­не­го (до 10 МПа) и вы­со­ко­го (бо­лее 10 МПа) дав­ле­ния], про­из­во­ди­тель­но­сти V, т. е. объ­ё­му га­за, по­давае­мо­го по­тре­би­те­лю в еди­ни­цу вре­ме­ни [ма­лой (V$\leq$100 м³/мин) и боль­шой (V$\geq$100 м³/мин) про­из­во­ди­тель­но­сти], час­то­те вра­ще­ния n (об/мин) и по­треб­ляе­мой мощ­но­сти N (кВт). Наи­бо­лее рас­про­стра­не­на клас­си­фи­ка­ция К. по ха­рак­те­ру про­цес­са по­вы­ше­ния дав­ле­ния га­за: К. объ­ём­но­го и ди­на­ми­че­ско­го (ки­не­ти­че­ско­го) дей­ст­вия.

В К. объ­ём­но­го дей­ст­вия по­выше­ние дав­ле­ния осу­ще­ст­в­ля­ет­ся по­сред­ст­вом при­ну­дит. из­ме­не­ния объ­ё­ма в замк­ну­том про­стран­ст­ве. В та­ких К. газ пе­ре­ме­ща­ет­ся пу­тём пе­рио­дич. из­ме­не­ния объ­ё­ма ка­ме­ры. К ним от­но­сят­ся порш­не­вые (воз­врат­но-по­сту­па­тель­ные) и ро­тор­ные – ши­бер­ные (пла­стин­ча­тые), вин­то­вые и др. ком­прес­со­ры.

Рис. 1. Одноступенчатый поршневой компрессор: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – крейцкопф; 5 – шатун; 6 – кривошип; 7 и 8 – всасывающий и нагнетательный...

Порш­не­вые К. бы­ва­ют од­но- и мно­гоци­лин­д­ро­вые, с вер­ти­каль­ным, го­ри­зон­таль­ным, V- или W-oбразным и др. рас­по­ло­же­ни­ем ци­лин­д­ров, оди­нар­но­го и двух­сто­рон­не­го дей­ст­вия (ко­гда пор­шень ра­бо­та­ет обеи­ми сто­ро­на­ми), а так­же од­но­сту­пен­ча­то­го или мно­го­сту­пен­ча­то­го сжа­тия. Кон­ст­рук­тив­ная схе­ма од­но­сту­пен­ча­то­го порш­не­во­го К. по­ка­за­на на рис. 1. В за­кры­том ци­лин­д­ре рас­поло­жен пор­шень, пе­ре­ме­ще­ние ко­то­ро­го при­во­дит к умень­ше­нию объ­ё­ма га­за в ци­лин­д­ре и уве­ли­че­нию его дав­ле­ния; вса­сы­ваю­щий и на­гне­таю­щий кла­па­ны пе­рио­ди­че­ски от­кры­ва­ют­ся и за­кры­ва­ют­ся под дей­ст­ви­ем раз­но­сти дав­ле­ний, осу­ще­ст­в­ляя по­сле­до­ва­тель­ность про­цес­сов вса­сы­ва­ния, сжа­тия, на­гне­та­ния и об­рат­но­го рас­ши­ре­ния. По­сту­пат. дви­же­ние порш­ня обес­пе­чи­ва­ет­ся ме­ха­нич. при­вод­ны­ми эле­мен­та­ми: што­ком, крейц­коп­фом, ша­ту­ном и кри­во­ши­пом. В порш­не­вых К. р мо­жет дос­ти­гать 8–10 МПа и вы­ше, их про­из­во­ди­тель­ность ог­ра­ни­че­на ти­пом при­вод­но­го ме­ха­низ­ма и раз­ме­ра­ми ци­лин­д­ра и не пре­вы­ша­ет, как пра­ви­ло, V$\leq$100 м³/мин, кпд 0,85–0,96, n= 60–1000 об/мин, N до 5500 кВт. Для сни­же­ния темп-ры га­за, ко­то­рая в про­цес­се сжа­тия по­вы­ша­ет­ся, ци­линдр мо­жет ох­ла­ж­дать­ся с по­мо­щью во­дя­ной ру­баш­ки. Порш­не­вые К. при­ме­ня­ют­ся в осн. в ма­ши­но­строе­нии, строи­тель­ст­ве, хо­ло­диль­ных ус­та­нов­ках, для пи­та­ния пнев­ма­тич. сис­тем и др.

Для уве­ли­че­ния про­из­во­ди­тель­но­сти ма­шин объ­ём­но­го дей­ст­вия ис­поль­зу­ют­ся К. ро­тор­но­го ти­па, в ко­то­рых пор­шень (ро­тор) вра­ща­ет­ся от­но­си­тель­но ци­лин­д­ра, а из­ме­не­ние объ­ё­мов ра­бо­чих ка­мер про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те вра­ще­ния ро­то­ра (ро­то­ров); вы­пол­ня­ют­ся од­но-, двух- и трёх­ро­тор­ны­ми. Диа­па­зон ра­бо­чих па­ра­мет­ров: р до 2 МПа, V = (0,6–720) м³/мин.

Ши­бер­ный К. со­сто­ит из ци­лин­д­рич. кор­пу­са, в ко­то­ром с экс­цен­три­си­те­том рас­по­ло­жен мас­сив­ный ро­тор с ра­ди­аль­ны­ми про­доль­ны­ми па­за­ми. В па­зах сво­бод­но раз­ме­ще­ны пла­сти­ны, вы­пол­нен­ные из ма­те­риа­ла, хо­ро­шо со­про­тив­ляю­ще­го­ся ис­ти­ра­нию. При вра­ще­нии ро­то­ра пла­сти­ны под дей­ст­ви­ем цен­тро­беж­ных сил вы­хо­дят из па­зов, при­жи­ма­ют­ся к внутр. по­верх­но­сти кор­пу­са, за­хва­ты­ва­ют на сто­ро­не вса­сы­ва­ния газ и пе­ре­ме­ща­ют его к на­гне­та­тель­но­му тру­бо­про­во­ду, т. е. пла­сти­ны как бы вы­пол­ня­ют роль порш­ня.

Рис. 2. Винтовой безмасляный компрессор: 1 – корпус; 2 – ведущий ротор; 3 – ведомый ротор.

Наи­бо­лее мно­го­числ. груп­па возд. ро­тор­ных К. об­ще­го на­зна­че­ния – вин­то­вые К., име­ют бóльшую про­из­во­ди­тель­ность (за счёт боль­шой ско­ро­сти вра­ще­ния ро­то­ров), чем порш­не­вые. Ра­бо­чи­ми ор­га­на­ми вин­то­вых К. яв­ля­ют­ся ро­то­ры (рис. 2) с на­ре­зан­ны­ми на них вин­то­вы­ми зубь­я­ми. Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние по­лу­чи­ли двух­ро­тор­ные ма­ши­ны. Ро­то­ры вра­ща­ют­ся на­встре­чу друг дру­гу в кор­пу­се, вы­пол­няю­щем роль ци­лин­д­ра. Сжи­мае­мый газ по­сту­па­ет в про­стран­ст­во ме­ж­ду зубь­я­ми, ко­то­рое при вра­ще­нии вин­тов по­сте­пен­но за­пол­ня­ет­ся га­зом, на­чи­ная с тор­ца вса­сы­ва­ния. При вра­ще­нии вин­тов газ, за­пол­нив­ший впа­ди­ны, пе­ре­ме­ща­ет­ся, а за­тем на­чи­на­ет сжи­мать­ся. По ме­ре вхо­да ве­до­мо­го зу­ба во впа­ди­ну ве­ду­ще­го объ­ём, за­ни­мае­мый га­зом, умень­ша­ет­ся и дав­ле­ние га­за уве­ли­чи­ва­ет­ся. Вин­то­вые К. по спо­со­бу ох­ла­ж­де­ния бы­ва­ют мас­ло­за­пол­нен­ны­ми и су­хо­го сжа­тия (без­мас­ля­ные). В мас­ло­за­пол­нен­ных К. ох­ла­ж­де­ние га­за про­ис­хо­дит за счёт впры­ски­ва­ния в ра­бо­чие по­лос­ти ро­то­ров мас­ла или др. жид­ко­сти. В К. су­хо­го сжа­тия для ох­ла­ж­де­ния га­за в кор­пу­се пре­ду­смат­ри­ва­ют­ся во­дя­ные ру­баш­ки. Осн. не­дос­тат­ком вин­то­вых К. су­хо­го сжа­тия яв­ля­ет­ся соз­да­вае­мый ими шум. Уро­вень шу­ма мас­лоза­пол­нен­ных вин­то­вых К., бла­го­да­ря их мень­шей бы­ст­ро­ход­но­сти (по срав­не­нию с вин­то­вы­ми ком­прес­со­ра­ми су­хо­го сжа­тия) и на­ли­чию мас­ла, не пре­вы­ша­ет уро­вень шу­ма порш­не­вых ком­прес­со­ров. Вы­пус­ка­ют од­но- и двух­сту­пен­ча­тые вин­то­вые К.; р со­от­вет­ст­вен­но 0,4 и 1,15 МПа, V = (10–300) м³/мин, кпд (0,97–0,99), N до 1800 кВт. Пре­иму­ще­ст­ва вин­то­вых К. осо­бен­но про­яв­ля­ют­ся при де­цен­тра­ли­зо­ван­ном ис­поль­зо­ва­нии сжа­то­го воз­ду­ха.

Рис. 3. Схема ступени турбокомпрессора: 1 – вал; 2 – рабочее колесо; 3 – диффузор; 4 – обратный направляющий канал.

К. ди­на­ми­че­ско­го (ки­не­ти­че­ско­го) дей­ст­вия (тур­бо­ком­прес­со­ры, или га­зо­вые тур­бо­ма­ши­ны, ло­па­ст­ные ма­ши­ны) ра­бо­та­ют по прин­ци­пу си­ло­во­го дей­ст­вия на пе­ре­ме­щае­мое ра­бо­чее те­ло (газ). Про­точ­ная часть К. со­сто­ит из вра­щаю­щих­ся ка­на­лов ра­бо­че­го ко­ле­са и не­под­виж­ных ка­на­лов диф­фу­зо­ра, под­во­дя­ще­го и от­во­дя­ще­го уст­ройств, пе­ре­вод­ных и вы­ход­ных ка­на­лов. Ра­бо­чее ко­ле­со с диф­фу­зо­ром, по­во­рот­ны­ми ка­на­ла­ми и об­рат­ным на­прав­ляю­щим ап­па­ра­том на­зы­ва­ет­ся сту­пе­нью тур­бо­ком­прес­со­ра. Ди­на­мич. К. бы­ва­ют цен­тро­беж­ные и осе­вые. В цен­тро­беж­ных К. сре­да пе­ре­ме­ща­ет­ся че­рез ра­бо­чее ко­ле­со от цен­тра к пе­ри­фе­рии, в осе­вых – че­рез ра­бо­чее ко­ле­со в на­прав­ле­нии его оси. В К. ди­на­мич. дей­ст­вия по­вы­ше­ние дав­ле­ния сжи­мае­мо­го га­за про­ис­хо­дит в про­цес­се пре­об­ра­зо­ва­ния энер­гии в по­то­ке (рис. 3): на 1-й ста­дии про­цес­са в ра­бо­чем ко­ле­се за счёт под­во­да энер­гии к ро­то­ру, со­стоя­ще­му из ко­ле­са и ва­ла, ско­рость и ки­не­тич. энер­гия га­за воз­рас­та­ют, а за­тем (2-я ста­дия) в не­под­виж­ных ка­на­лах диф­фу­зо­ра в ре­зуль­та­те тор­мо­же­ния га­за воз­рас­та­ет его дав­ле­ние. Об­рат­ный на­прав­ляю­щий ка­нал слу­жит для под­во­да по­то­ка га­за к сле­дую­щей сту­пе­ни, ес­ли по­вы­ше­ния дав­ле­ния га­за в од­ной сту­пе­ни не­дос­та­точно (мно­го­сту­пен­ча­тый К.). За счёт вы­со­кой ско­ро­сти вра­ще­ния ра­бо­че­го ко­ле­са про­из­во­ди­тель­ность тур­бо­ком­прес­со­ра зна­чи­тель­но боль­ше, чем порш­не­во­го. В К. цен­тро­беж­но­го ти­па V = (3000–7000) м³/мин, p = 0,2–1,2 МПа, n = 1500–10000 (до 30000) об/мин, N от 1500–10000 кВт (для авиа­ци­он­ных – до де­сят­ков тыс. кВт); при­ме­ня­ют­ся на ком­прес­сор­ных стан­ци­ях в ме­тал­лур­гич., ма­ши­но­стро­ит., гор­но­руд­ной, неф­те­пе­ре­ра­ба­ты­ваю­щей пром-сти: в К. осе­во­го ти­па V ≈ 20000 м³/мин, p = 0,2–0,6 МПа, n = 2500–20000 об/мин, N до 4400 кВт (для авиа­ци­он­ных – до 70000 кВт); исполь­зу­ют­ся на до­мен­ных и ста­ле­ли­тей­ных за­во­дах, га­зо­тур­бин­ных ус­та­нов­ках, ави­а­ци­он­ных ре­ак­тив­ных дви­га­те­лях и др. Тур­бо­ком­прес­со­ры в диа­па­зоне V = 250–7000 м³/мин при­ме­ня­ют­ся в цвет­ной и чёр­ной ме­тал­лур­гии, хи­мич. пром-сти, воз­ду­хо­раз­де­ли­тель­ных ус­та­нов­ках.