На Рис. 1 представлена общепринятая упрощенная классификация компрессоров.

 

 

В данной статье мы коснемся мембранных компрессоров, как представителей класса машин объемного действия.

 

Понятие «компрессор объемного действия возвратно-поступательный» означает, что сжатие рабочего газа в нем происходит посредством уменьшения объема камеры сжатия при возвратно-поступательном движении рабочего органа. Такое движение обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом (далее – КШМ), являющимся неотъемлемой частью всех компрессоров данного типа

 

В мембранных компрессорах в качестве рабочего органа выступает металлическая или полимерная мембрана, выполняющая колебательные движения. Причем усилие к мембране может прикладываться как непосредственно от КШМ, так и при помощи гидравлического привода.

 

Схематично устройство компрессора с непосредственным приводом мембраны от КШМ показано далее на Рис. 2.

 

Как видите, в такой конструкции компрессора нет ничего сложного.

 

Вращательное движение приводного вала преобразуется в возвратно-поступательное движение штока, жестко связанного с гибкой мембраной.

 

В результате колебаний мембраны объем камеры сжатия сначала увеличивается – порция газа попадает в камеру через впускной клапан, а затем уменьшается – сжатый газ через выпускной клапан подается на выход компрессора.

 

Но даже из такой, казалось бы, простейшей схемы становится очевидным главное отличие мембранных компрессоров от компрессоров поршневых – камера сжатия герметично отделена от картера компрессора.

 

Отсюда следуют два основных преимущества мембранных компрессоров:

 

• отсутствие вероятности загрязнения маслом сжимаемого газа;
• полное отсутствие утечек сжимаемого газа через поршневые кольца и сальники привода.

 

Именно поэтому мембранные компрессоры очень часто используются там, где предъявляются жесткие требования к чистоте сжимаемых газов, а также при работе с взрывоопасными или высокотоксичными газами.

 

Следует отметить, что компрессоры с непосредственным приводом мембран в настоящее время используются редко и при невысоких давлениях. Слабое место таких компрессоров – соединение штока с мембраной.

 

Гораздо более привлекательной является конструкция компрессора с гидравлическим приводом мембраны. В таких компрессорах колебательные движения мембране передаются также от КШМ, который оканчивается не током, а поршнем гидравлического цилиндра. И давление на мембрану передается не в центральной точке, а по всей ее поверхности через слой гидравлической жидкости (наиболее часто используется масло).

 

Такая конструкция компрессора, несомненно, является более сложной – в нее включены дополнительные компоненты, о которых мы поговорим позднее. Но именно такой способ передачи движения мембране позволяет значительно увеличить надежность и долговечность агрегата с одной стороны и работать с высокими и сверхвысокими давлениями – с другой.

 

Остановимся на конструкции мембранного компрессора с гидравлическим приводом подробнее.

 

Принцип работы гидравлического привода становится понятен из простой схемы:

 

 

Возвратно-поступательные движения поршню передаются через КШМ. В свою очередь, поршень через слой гидравлической жидкости воздействует на мембрану, заставляя ее совершать колебательные движения.

 

При движении поршня вправо (по Рис. 3) мембрана прогибается в том же направлении и прилегает к распределительному диску. Газовая полость в это время заполняется газом через всасывающий клапан. При движении поршня влево гидравлическая жидкость через отверстия в распределительном диске воздействует на всю поверхность мембраны, заставляя ее выгибаться в сторону крышки и сжимать газ, который, в конце цикла, через нагнетательный клапан подается на выход компрессора.

 

Таков общий принцип действия гидравлического привода мембранного компрессора.

 

Пневматическая схема типичного мембранного компрессора выглядит следующим образом:

 

На рисунке можно заметить наличие нескольких, пока еще не знакомых нам устройств. Это перепускной клапан ПК, невозвратный клапан НК и компенсационный насос КН.

 

Здесь мы кратко остановимся на их назначении. Для этого рассмотрим работу мембранного блока более подробно.

 

 

Каким образом регулируется конечное давление на выходе мембранного компрессора? 

 

Дело в том, что объем масла, вытесняемый поршнем в гидравлическую полость несколько больше, чем объем газовой полости (см. Рис. 3). Поэтому, как только мембрана достигнет внутренней вогнутой поверхности крышки, давление масла в гидравлической полости резко возрастает (ведь масло, как и любая жидкость, сжимается очень незначительно). Возникает необходимость «сбросить» излишки масла из гидравлической полости.

 

Для этого и служит перепускной клапан. Он открывается при строго определенном (регулируемом) давлении на его входе и сбрасывает остатки масла в картер компрессора. Таким образом, настроив давление открытия перепускного клапана, мы тем самым определяем, до какого максимального давления может быть сжат газ в газовой полости мембранного блока.

 

Но если в каждой фазе сжатия часть масла будет удаляться из гидравлической полости, его количество будет достаточно быстро уменьшаться (а ведь есть еще утечки масла через поршневые кольца). И, в конечном итоге, оно станет недостаточным для создания необходимого давления сжатия газа. Для решения данной проблемы в компрессоре предусмотрен компенсационный насос. Он небольшими, но точно рассчитанными при проектировании компрессора порциями возвращает масло в гидравлическую полость в конце каждой фазы всасывания (когда давление в полости минимально).

 

А невозвратный клапан предотвращает воздействие высокого давления во время фазы сжатия на выход компенсационного насоса. Как видите, все достаточно просто.

 

О чем еще хотелось бы упомянуть в этой, своего рода, вступительной статье?

 

О том, что для работы с высокими давлениями мембранные компрессоры, та же, как и поршневые, требуют многоступенчатого сжатия. Конструкция современных мембранных компрессоров позволяет организовать в пределах одного агрегата до четырех ступеней сжатия.

 

Каким образом это организуется?

 

Не секрет, что при многоступенчатом сжатии каждая следующая ступень должна работать «в противофазе» с предыдущей. Т.е. фаза сжатия первой ступени должна совпадать с фазой всасывания второй, а фаза сжатия второй – с фазой всасывания третьей. Ступени при этом располагаются так, как показано ниже.

 

 

Здесь все понятно – поршни гидравлического привода работают «в противофазе».

 

С трех- и четырехступенчатыми компрессорами дело обстоит несколько иначе.

 

 

 

В этом случае поршень меньшей по порядковому номеру ступени является поршнем «двойного» действия, т.е. нагнетает масло поочередно в гидравлические полости при «прямом» и «обратном» ходе. А поршень большей по порядковому номеру ступени выполняет запирающую функцию – на дает маслу вернуться в картер на «обратном» ходе.

 

Вот как это выглядит на практике применительно ко 2-ой и 3-ей ступеням:

 

 

На этом, пожалуй, можно завершить ознакомительную статью о мембранных компрессорах. Подробнее о деталях их конструкции мы поговорим в следующих публикациях.

 

Прокомментировать эту запись или задать вопрос вы можете в форме ниже. Мы ответим в течение одного-двух рабочих дней.

 

С уважением,

Константин Широких

Вернуться в раздел Полезная информация