Сколько ступеней сжатия компрессора существует?

Многие пользователи, неискушенные в устройстве компрессорной техники, часто задаются вопросом: как влияет число ступеней сжатия компрессора на его эффективность? Для того чтобы это понять, необходимо знать конструкцию одно, двух и многоступенчатых компрессоров и принцип их работы.

В этой статье мы разберем все тонкости работы разных типов машин сжатого воздуха и ответим на вопрос: сколько ступеней сжатия компрессора необходимо для продуктивной работы в течение продолжительного времени.

Одноступенчатый компрессор

К такому виду компрессорного оборудования относятся воздушные компрессоры поршневого и винтового типа. Рассмотрим на примере конструкцию и принцип работы одноступенчатого поршневого компрессора. 

Конструкция состоит из:

• Корпуса.
• Цилиндра.
• Поршня.
• Коленвала.
• Шатуна.
• Головки с клапанным механизмом.
• Рубашки системы охлаждения. 

Схема работы одноступенчатого компрессора:

Работа одноступенчатого компрессора совершается за один такт (полный оборот коленчатого вала). При движении поршня вверх происходит сжатие воздуха в пространстве между поршнем и цилиндром. При достижении критического значения давления открывается перепускной клапан, через который воздух стравливается в ресивер. При обратном ходе поршня создается разряжение, и воздушная масса из атмосферы через всасывающий механизм заполняет свободное пространство. 

Так происходит работа компрессора простого или одинарного действия. Поршневая машина двойного действия работает по другому принципу. Сжатие происходит как в пространстве над поршнем, так и в полости картера. Такие устройства имеют большую эффективность, чем компрессоры простого действия, но сложнее в изготовлении: добавлены еще пара нагнетательных и всасывающих клапанов.

Двухступенчатый компрессор

Работа двухступенчатого компрессора заключается в двойном сжатии воздушной массы с промежуточным охлаждением. Такой подход имеет большую эффективность по сравнению с одноступенчатым.

Конструкция состоит из:

• Поршня и цилиндра низкого давления.
• Поршня и цилиндра высокого давления.
• Охлаждающей трубки между ступенями.
• Рубашки охлаждения цилиндропоршневой группы.
• Клапанного механизма.

Схема двухступенчатого компрессора:

Принцип двухступенчатого компрессора – попеременное сжатие воздуха в двух рабочих цилиндрах. В первой ступени воздух сжимается в цилиндре низкого давления до объемов, предусмотренных конкретной моделью. Затем через клапанный механизм сжатая масса поступает в холодильник, где охлаждается до определенной температуры. В цилиндре высокого давления второй ступени воздух дожимается до пороговых значений и поступает в ресивер.

Важным преимуществом двухступенчатых машин является охлаждение сжатого воздуха между первой и второй ступенью. Это дает возможность перемещать большие объемы воздуха при низких давлениях. При этом снижается температура сжимаемых масс, повышается эффективность установок, уменьшается энергопотребление. Большинство компрессорного оборудования в настоящее время имеют двухступенчатый принцип сжатия. Это дает возможность при меньших затратах создать эффективную пневматическую систему для большинства промышленных предприятий.

Двухступенчатые винтовые компрессоры

В двухступенчатых машинах винтового типа в работе задействованы две винтовые пары, которые чаще всего находятся в одном блоке и работают от одного привода. Как и в случаях с двухступенчатыми поршневыми агрегатами, в первой ступени воздух сжимается до начальных величин. Во второй ступени происходит окончательное сжатие до заданных параметров. Такой принцип позволяет снизить количество выделяемого тепла, а если меньше нагрев, то меньше усилий требуется для сжатия воздушных масс. Эти компрессоры гораздо экономичнее, но сложнее в изготовлении. Применение их оправдано только в качестве бустеров дополнительного сжатия.

Многоступенчатые компрессоры

Работа многоступенчатого компрессора во многом совпадает с принципом работы двухступенчатой машины. Разница заключается в том, что в этом оборудовании применяется столько ступеней, сколько необходимо для производственного цикла. После сжатия в первой ступени охлажденный воздух поступает во вторую ступень, затем в третью и так далее по цепочке, пока не будет достигнуто нужное значение давления. 

Схема работы многоступенчатого компрессора:

Преимущества многоступенчатого подхода:

• Высокая экономичность.
• Меньшая температура сжатого газа.
• Высокие эксплуатационные характеристики.
• Длительный период эксплуатации. 

Эксплуатационные характеристики многоступенчатого компрессора намного выше компрессоров простого сжатия. Их часто применяют как промежуточные установки дожатия газа (бустеры). Их применение целесообразно в случаях, когда необходимо повысить давление на определенных участках пневмосети. Например, при увеличении длины трубопровода или подключении дополнительных высокопроизводительных потребителей.