Когда без воздуха нельзя

Компрессоры

Компрессоры относятся к энергетическому оборудованию и применяются во многих отраслях промышленности и сферах деятельности человека. Это и подача воздуха или газовоздушной смеси (углекислый газ, азот и т. п.) к потребителям – рабочему оборудованию и воздушным установкам, это и привод транспортных средств, зарядка баллонов газом, создание высокого давления в замкнутом пространстве и воздушных магистралях и многое другое. Спектр применения компрессоров и перечисление всех видов запитываемого оборудования охватывает почти все виды производства – транспорт, металлургию, добывающие отрасли, строительство, туризм, отдых, коммунальное хозяйство, аграрный сектор, химическую и пищевую промышленность.

Дизель Isuzu винтового компрессора IR 7/31

По типу привода различают дизельные и электрические компрессорные станции. По негласной классификации «мобильности» компрессорное оборудование делят на портативное (переносное), передвижное (колесный или колесно-рельсовый ход), монтируемое (санное, автомобильное, гусеничное шасси, железнодорожные агрегаты и т. д.) и стационарное (высокопроизводительные машины, используемые в промышленности, медицине, коммунальном и бытовом секторах). Кроме того, необходимо учесть, что компрессоры широко используют в транспортных средствах для привода собственных рабочих и вспомогательных систем, узлов и агрегатов.

На российском рынке представлены практически все типы компрессорного оборудования – винтовые, поршневые, роторно-пластинчатые (роторные или шиберные), роторно-шестеренчатые (шестеренчатые), центробежные, радиальные, спиральные (орбитальные), мембранные и вихревые. Обзор типов конструкций см. в «ОС» № 5, 2005 г.

При выборе компрессорного оборудования необходимо определить, нужен воздух как энергоноситель или как часть технологического процесса. Область применения определяет качество требуемого воздуха. Например, относительная влажность воздуха, попадающего в компрессор, примерно 65%, и при сжатии влага конденсируется в капли воды. Эти капли, вынесенные вместе со сжатым воздухом, попадают в сеть распределения. Часть необходимого для смазывания системы масла и воздушные взвеси (находящаяся в воздухе пыль), несмотря на фильтр на входе в компрессор, также попадают в сжатый воздух. Для тех систем, где воздух – часть технологического процесса, его качество служит определяющим показателем (в ряде случаев воздух должен быть просто стерильным, например, в пищевой промышленности, медицине, при гальванике, окраске, сушке и др., в противном случае брака не избежать).

Так, в цехах для производства микросхем и компьютерных комплектующих устанавливается шесть степеней очистки и доочистки воздуха. Кроме того, под действием грязного, влажного воздуха могут выходить из строя приборы и инструмент, а воздух становится непригодным для окрасочных работ, что влечет увеличение затрат на техническое обслуживание оборудования.

Полтавский компрессор ПКСД-5,25Д (поршневой) и читинский ПВ-10/8 М1 (винтовой)

Наибольшее распространение в строительстве и коммунальном хозяйстве приобрели винтовые компрессоры, поскольку они в числе прочих преимуществ требуют гораздо меньше средств на монтаж и наладку. Различают два подтипа винтовых компрессоров – компрессоры сухого сжатия, которые сжимают и подают воздух, не загрязненный маслом, и маслонаполненные компрессоры, в полость сжатия которых подается в больших количествах масло. Масло охлаждает сжимаемый воздух и уплотняет зазоры между рабочими органами компрессора.

По сравнению с поршневыми компрессорами, где воздух нагнетается за счет поступательного движения поршня, винтовые компрессоры имеют ряд преимуществ – не нужен фундамент, низкий уровень шума и вибрации, не требуется большой объем ресивера для сглаживания пульсаций (у поршневого компрессора воздух подается толчками), меньшее число трущихся деталей.

Малошумный компрессор ATMOS (Чехия)

Использование винтовых компрессоров в строительстве снижает стоимость обслуживания компрессорного оборудования. Так, некоторые поршневые компрессорные станции обслуживают через 500 рабочих часов, а винтовые – от 4000 до 8000 рабочих часов.

Винтовые компрессоры на рынке России и СНГ представлены продукцией ЗИФ (завод «Арсенал», г. С.-Петербург), ОАО «Машзавод» (г. Чита), ПТМЗ (г. Полтава, Украина), «Тошкент Компрессор» (Республика Узбекистан), ЧКЗ (г. Челябинск), Atlas Copco, Atmos, Bitzer, Bottarini, Ceccato, Compare, Ingersol-Rand, FIAC, Fini, Komatsu, Remeza и Rotair.

Поршневые компрессоры тем не менее остаются весьма востребованными на рынке. В России их выпускает ККЗ (г. Краснодар), читинский Машзавод, УКЗ (г. Екатеринбург) и ЧКЗ, на Украине – ПТМЗ и «Мелитополь КОММАШ». Ранее их также делал завод «Арсенал» (ЗИФ-ВКС-5, ЗИФ-ВКС-6, ЗИФ-51, ЗИФ-55ЗИФ ШВКС-5). Также представлены компрессоры компаний Atlas Copco, Bitzer, Fini и Remeza.

Компрессоры радиального типа (производитель – Becker) достигают высокой производительности при низкой пульсации воздуха. Ходовое колесо работает в камере бесконтактно, поэтому камера сжатия износостойкая, процесс всасывания и выброса воздуха осуществляется стопроцентно без смазки маслом. Радиальные компрессоры как циркулирующие вентиляторы идеально подходят для СО-лазеров средней и высокой мощности. Высокая степень герметичности и чистоты допускает их использование в качестве подсосных циркулирующих вентиляторов для инертных газов, таких как гелий, или для подачи защитных газов.

Campair C190TS-12

В последние годы снизилась доля рынка ротационно-пластинчатых компрессоров (ЧКЗ, «Тошкент Компрессор», LBM), хотя их до сих пор эффективно применяют в строительстве для привода инструмента большой мощности.

Основу парка в промышленности, где требуется большая отдача (от 33 000 до 100 000 м³/ч и давление нагнетания до 12,7 МПа), составляют центробежные компрессоры (Дальэнергомаш, Казанькомпрессормаш, ЭНГА, Atlas Copco, Becker). Их выпускают как в масляном исполнении, так и безмасляном.

Роторно-шестеренчатые компрессорные станции («Мелитополь КОММАШ»), часто именуемые компрессорами с внешним сжатием (в процессе переноса от впускного окна к выпускному воздух в рабочей полости не сжимается, т. е. отсутствует так называемое внутреннее сжатие, поэтому компрессоры – роторно-шестеренчатые), работают достаточно эффективно лишь при умеренной степени повышения давления, равной отношению давления на нагнетании к давлению на всасывании. С ростом давления на всасывании КПД компрессора заметно падает. К недостаткам компрессоров этого типа относят также сильную зависимость КПД от величины зазоров между рабочими органами компрессора, сильный шум и пульсации давления нагнетания, особенно в случае применения более простых в изготовлении прямозубых роторов.

Их используют для пневматической транспортировки таких сыпучих материалов и легких фракций по трубам и гибким рукавам, как зерно, мука и другие продукты размола, для транспортировки газов, аэрации водоемов очистки сточных вод, опрыскивания посевов и садов, сушки материалов, пожаротушения, уборки помещений, привода различных приспособлений и механизмов.

Спиральные (орбитальные или зубчатые) компрессоры в строительстве, коммунальном хозяйстве, а также промышленности применяют редко. Их использование ограничивается в музеях и аттракционах, кондиционерах и т. д. В настоящее время их выпускают Atlas Copco, Bitzer, Copeland, Hitachi, Mitsubishi, Remeza и Trane.

Зубчатые компрессоры Atlas Copco и Remeza появились на рынке сравнительно недавно. Это безмасляные зубчатые компрессоры с симметричным профилем элемента и встроенным осушителем адсорбционного типа, гарантирующие стопроцентно безмасляный воздух на выходе компрессора с точкой росы до –40 °С. Их выгодно применять на предприятиях, где в процессе производства существует прямой контакт сжатого воздуха с пищевым продуктом, а также в фармацевтике, качественной промышленной окраске, химии, микроэлектронике, при изготовлении измерительных приборов и в лазерных технологиях.

Шкаф автоматики компрессора СДА-5/101, предназначенного для нефтегазодобычи

Мембранные компрессоры FIBA и LBM применяют в промышленности ограниченно, поскольку предназначены они для работы с компрированным природным газом (гелий, водород) и для привода не используются.

Вихревые компрессоры (вакуум-компрессоры) производства компаний «Казанькомпрессормаш», ЭНГА, Becker оснащены многоступенчатыми внутренними уплотнениями, что позволяет производить слабо пульсирующий всасывающий воздух. Они хорошо подходят для применения в разного рода промышленных процессах с функциональным разделением, обеспечивая сжатие и подачу газов без контакта с маслом и водой. Отсутствие механического трения в рабочей полости обеспечивает экологическую чистоту сжатого воздуха. По своим параметрам (расход газа и создаваемый перепад давления) эти агрегаты занимают промежуточное место между вентиляторами и компрессорами и называются также воздуходувками. Вихревые компрессоры могут работать в двух режимах – компрессорном и вакуумном.

Отличие отечественных компрессоров от импортных заключается прежде всего в идеологии конструирования, в первую очередь из-за применения иных материалов (минимальное использование пластмасс и легких сплавов, основные конструкционные материалы – сталь и чугун, иной, как правило, существенно больший запас прочности). Это определяет их большую теплоемкость, неплохую теплоотдачу головки компрессора и хорошие массогабаритные характеристики.

Суммарный ресурс отечественных компрессоров обеспечивается не столько повышенной надежностью отдельных узлов, сколько ремонтопригодностью, основанной на высокой степени стандартизации и унификации, поскольку в конструкторской школе СССР изначально закладывали необходимость планово-предупредительных ремонтов на протяжении срока эксплуатации. Подразумевалось, что при эксплуатации имеет смысл использовать более дешевые материалы, доступные запасные части, а ремонт должен осуществлять мастер средней квалификации. Наследием этой политики и явилась меньшая стоимость морально устаревших моделей, подчас в ущерб ресурсу.