Pístové kompresory

 

Pístové kompresory jsou stroje, které slouží k opakovanému stlačování vzdušnin.

Používají se pro menší a střední objemové průtoky a střední až nejvyšší tlaky.

 

Můžeme si je rozdělit na:

 

a)      Ležaté kompresory- Jsou nejstarším druhem pístových kompresorů, při jejichž konstrukci byly aplikovány zkušenosti ze stavby parních strojů.

 

b)      Stojaté kompresory – Snaha zlevnit výrobu zvyšováním otáček vedla ke konstrukci stojatých kompresorů podle vzoru spalovacích motorů. Víceválcové uspořádání umožňuje lepší vyvážení setrvačných sil i momentů.

 

 

c)      Boxerové kompresory – Osy válců jsou horizontální a ke každému zalomení hřídele je přiřazena dvojice pístů pohybujících se proti sobě. Takto jsou vytvořeny předpoklady pro úplné vyvážení setrvačných sil a při vhodném uspořádání i setrvačných momentů.

 

 

d)      Úhlové kompresory – Mají válce s vodorovnými i svislými osami. Zalomení klikového hřídele  přesazené o 90° umožní dobré vyvážení setrvačných sila  úsporu půdorysné plochy. Podobně jako boxerové kompresory i tyto typy se vyznačují klidným chodem.

 

 

Hlavní části pístových kompresorů

 

a)      Pracovní prostor – pístových kompresorů je ohraničen vnitřním povrchem válce, hlavou válce (víkem), pohybujícím se pístem a ventily.

 

 

b)      Rozvody kompresorů – (ventily) jsou téměř výhradně samočinné, ovládané tlakem plynu a silou ventilové pružiny. Nejrozšířenější jsou ventily kroužkové a deskové.

 

     

 

c)      Klikový mechanismus – mění točivý pohyb pohonu na pohyb přímočarý, vratný. Je složen z klikového hřídele, ojnice, pístu a pístních kroužků.

 

 

            Princip pístových kompresorů je podobný jako princip pístových čerpadel. Schéma jednostupňového jednoválcového pístového kompresoru je uvedeno na níže popsaném obrázku.

 

 

Schéma pístového kompresoru

 

1/Kryt ventilů

2/Výtlačný ventil

3/Válec

4/Ojnice

5/Kliková skříň

6/Olejová náplň

7/Setrvačník

8/Píst

9/Sací ventil

 

 

 

 

 

 

 


 

 

            Princip činnosti můžeme sledovat na obr. 2.2 a. Při pohybu pístu z horní úvratě je do dolní je sací ventil otevřen, nastává sání (úsečka 1-2). V bodě 2 se sací ventil uzavře . Při zpětném pohybu pístu se nejprve vzdušnina uzavřená ve válci adiabaticky stlačuje podle křivky 2-3. Když se v bodě 3 otevře výtlačný ventil, nastává výtlak (úsečka 3-4). V bodě 4 se uzavře výtlačný ventil. Píst z válce nevytlačí všechnu vzdušninu, určitý (tzv. škodlivý) objem zůstává  v tzv. škodlivém prostoru u hlavy válce. Když se začne píst pohybovat z horní úvratě (doprava), dochází nejprve k adiabatické expanzi vzdušniny ze škodlivého prostoru (z výtlačného tlaku na sací podle křivky 4-1). Až pak se v bodě 1 otevírá sací ventil, nastává sání a celý cyklus se opakuje.

 

            Na obr. 2.2 b je znázorněn skutečný p-V diagram činnosti pístového kompresoru. Rozdíly oproti ideálnímu jsou způsobeny škrcením při průchodu ventily a sacími kanály. Sací tlak je nižší než atmosférický (případně tlak v prostoru, z něhož je čerpáno).

 

 

 

 

            Je-li zvyšován kompresní poměr (tedy poměr tlaku výtlačného ku sacímu), klesá objemová účinnost. Současně stoupá i teplota, což nepříznivě působí na činnost výtlačných ventilů a mazání. Proto se komprese dělí do několika stupňů a mezi jednotlivé stupně se zařazují mezichladiče. Výtlačný tlak prvního stupně je teoreticky sacím tlakem druhého stupně. Počet stupňů závisí na požadavku konečné hodnoty výtlačného tlaku. Při stupňovité kompresi je menší i energie spotřebovaná na stlačování. Konstrukční řešení a uspořádání vícestupňových kompresorů je různorodé.

 

            Kompresory se chladí vzduchem nebo vodou. Chlazení vzduchem se používá u malých a mobilních kompresorů. Hlavy i válce jsou opatřeny žebry, které zvětšují plochu pro přestup tepla. Střední a velké kompresory se chladí vodou, protéká dutinami i v odlitku bloku válců  a v hlavě válců.

 

            Mezichladiče vzdušniny mezi jednotlivými stupni jsou také buď vodní nebo vzduchové.

 

            Pístové kompresory mají široké pole uplatnění například v průmyslu strojírenském, hutnickém, stavebním, chemickém, hornickém, sklářském a energetice.

 

 

 

Membránové kompresory

           

patří mezi speciální druhy kompresorů, neboť změny objemu pracovního prostoru se dosahuje prohýbáním pružné kruhové membrány. U jednodušších konstrukcí se používá měkká, nejčastěji pryžová membrána, která je ovládána mechanicky.


 

Rotační pneumostatické kompresory a dmýchadla

 

            U těchto strojů konají výtlačná tělesa rotační pohyb. Jejich hlavní výhody oproti pístovým kompresorům s přímočarým vratným pohybem pístu jsou menší rozměry, menší hmotnost, možnost úplného vyvážení rotoru, odpadá setrvačník a většinou i ventily. Nevýhodami jsou především větší ztráty netěsnostmi, větší ztráty třením a větší opotřebení.

 

 

            Lamelové kompresory a dmýchadla (někdy zvané také křídlové či lopatkové) mají excentricky uložený rotor, v jehož žlábcích jsou uloženy lamely, které odstředivá síla přitlačuje na vnitřní stranu válcového statoru. Při rotaci se prostor mezi lamelami, statorem a rotorem postupně zvětšuje a zmenšuje, a tak probíhá nasávání a stlačování vzdušniny. Přetlak dosahuje až 0,4 MPa, u dvoustupňových až 0,9 MPa. Chladí se většinou vodou.

 

 

Schéma rotačního lamelového kompresoru;

1/ stator;

2/ rotor;

3/ lamely;

4/ sání;

5/ výtlak;

6/ vodní chlazení (e . excentricita, R . poloměr rotoru)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Schéma rotačního lamelového kompresoru a jeho tlakový diagram


  

 

 

Klinutím na barevný obrázek v červeném rámečku spustíte animaci.

 

Kompresory a dmýchadla s valivým pístem mají válcový píst, který se valí po válcové ploše statoru. Sací a výtlačný prostor odděluje těsnící lišta posuvně a výkyvně uložená ve stěně statoru. Používají se například v chladících zařízeních s malým výkonem a jako brzdové kompresory nákladních automobilů.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Schéma kompresoru s valivým pístem

 

            Rotační vodokružné kompresory a dmýchadla mají válcový stator částečně naplněn vodou.  V něm je excentricky uložen rotorový kotouč s pevnými radiálními lopatkami po obvodu. Rotor roztáčí vodu, která na stěně statoru vytváří prstenec. Objem prostoru mezi kotouči rotoru, lopatkami a vodním prstencem se při otáčení mění, což způsobuje nasávání a vytlačování vzdušniny. Používají se především v chemickém a potravinářském průmyslu. Dosažitelný přetlak u jednostupňových strojů je do 0,5 MPa , objemový průtok do 2m3.s-1.

 

schéma rotačního vodokružného kompresoru;

1/ výtlačný otvor;

2/ vodní prstenec;

3/ stator;

4/ rotor;

5/ sací otvor.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

Klinutím na barevný obrázek v červeném rámečku spustíte animaci.

 

            Rotační dvourotorové kompresory a dmýchadla mají dva rotory speciálních tvarů. Pracovní prostor je mezi rotory a stěnami statoru. Výtlak vzdušniny není rovnoměrný. Nejznámější je Rootsovo dmýchadlo (obr.2.6) u něhož je činná plocha rotorů tvořena dvěmi epicykloidami a dvěmi hypocykloidami. Nachází uplatnění například jako plnící dmýchadla spalovacích motorů nebo jako dmýchadlo ve slévárnách.

 

Obr. 2.6: Schéma Rootsova dmýchadla;

1/ rotory;

2/ stator.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

Klinutím na barevný obrázek v červeném rámečku spustíte animaci.

 

 

Šroubové kompresory (obr. 2.7) vzdušninu postupně plynule stlačují pomocí dvou šroubových rotorů s velkým stoupáním. Tyto typy kompresorů postupně nahrazují pístové kompresory v oblasti výtlačných tlaků 1 až 2,5 MPa při objemových průtocích až 4,5 m3.h-1.

Používají se hlavně v potravinářském a chemickém průmyslu, ve stavebnictví a v pneumatické dopravě.

 

  

 

Obr. 2.7: Schéma šroubového kompresoru; 1/ rotory; 2/ sání; 3/ výtlak (5).

 

 

  

 

 

  

 

                                                                                                                                           

Klinutím na barevný obrázek v červeném rámečku spustíte animaci.