Než si něco povíme o různých kompresorech a metodách komprese, musíme nejprve představit dva základní principy stlačování plynu. Poté tyto dva typy porovnáme a podíváme se na různé kompresory v těchto kategoriích.
Existují dva obecné principy stlačování vzduchu (nebo plynu): objemová a dynamická komprese. První z nich zahrnuje například pístové kompresory, spirálové kompresory a různé typy rotačních kompresorů (šroubový, zubový a lamelový).
Při objemové kompresi je vzduch nasáván do jedné nebo více kompresních komor, které jsou poté uzavřeny od vstupu. Postupně se objem každé komory zmenšuje a vzduch uvnitř se stlačuje. Když tlak dosáhne navrženého vestavěného kompresního poměru, otevře se otvor nebo ventil. Vzduch je pak vypouštěn do výstupního systému v důsledku pokračujícího snižování objemu kompresní komory.
Při dynamické kompresi je vzduch nasáván mezi lopatky na rychle rotujícím kompresním oběžném kole, kde dochází k jeho zrychlení na vysokou rychlost. Plyn se pak vypouští přes difuzor, kde se kinetická energie transformuje na statický tlak. Většinu dynamických kompresorů tvoří turbokompresory s axiálním nebo radiálním průtokem.
Nejjednodušší formou objemové komprese je hustilka na kolo. Vzduch je nasáván do válce a stlačován pohyblivým pístem. Pístové kompresory mají stejný provozní princip. Používají píst, jehož pohyb vpřed a vzad se uskutečňuje pomocí ojnice a rotujícího klikového hřídele.
Používá-li se ke kompresi pouze jedna strana pístu, takové zařízení se nazývá jednočinný kompresor. Pokud se používá vrchní i spodní strana, kompresor je dvojčinný. Kompresní poměr je vztah mezi absolutním tlakem na vstupní a výstupní straně.
Proto stroj, který nasává vzduch při atmosférickém tlaku (1 bar(a)) a stlačuje jej na přetlak 7 bar, pracuje při kompresním poměru (7 + 1)/1 = 8.
Ve dvou grafech níže naleznete znázorněný vztah tlaku a objemu pro teoretický kompresor a reálný diagram pro pístový kompresor.
Zdvihový objem je objem válce, ve kterém se píst během fáze sání pohybuje. Kompresní prostor (nebo objem) je objem pod vstupními a výstupními ventily a nad pístem. Z mechanických důvodů musí zůstat v horním bodě otáčení pístu.
Rozdíly mezi zdvihovým objemem a sacím objemem jsou způsobeny expanzí vzduchu zbývajícího v kompresním prostoru před zahájením sání. Praktická konstrukce kompresoru, např. pístového kompresoru, vede k rozdílu mezi teoretickým diagramem p/V a skutečným diagramem.
Ventily nejsou nikdy zcela utěsněny a mezi pláštěm pístu a stěnou válce je vždy určitý stupeň netěsnosti. Kromě toho nelze ventily zcela otevřít a zavřít bez minimální prodlevy. To vede k úbytku tlaku, když plyn proudí kanály. V důsledku tohoto konstrukčního provedení se plyn také zahřívá, když proudí do válce.
U dynamického kompresoru dochází ke zvýšení tlaku během průtoku plynu. Proudící plyn zrychluje na vysokou rychlost pomocí rotujících lopatek na oběžném kole (rotoru). Rychlost plynu je následně přeměněna na statický tlak, když je vzduch nucen zpomalit pod expanzí v difuzoru.
V závislosti na hlavním směru použitého průtoku plynu se tyto kompresory nazývají radiální nebo axiální. V porovnání s objemovými kompresory vede malá změna pracovního tlaku dynamických kompresorů k velké změně průtoku.
Otáčky každého oběžného kola mají horní a dolní mez průtoku. Horní mez znamená, že rychlost průtoku plynu dosáhne zvukové rychlosti. Dolní mez znamená, že protitlak je vyšší než akumulace tlaku kompresoru, což vytvoří zpětný průtok uvnitř kompresoru. To vede k pulzaci, hluku a riziku mechanického poškození.
Teoreticky může být vzduch nebo plyn stlačen izoentropicky (při konstantní entropii) nebo izotermicky (při konstantní teplotě). Každý proces může být součástí teoreticky reverzibilního cyklu. Pokud by stlačený plyn mohl být použit okamžitě při své konečné teplotě po stlačení, nabízel by proces izoentropické komprese určité výhody.
Ve skutečnosti se vzduch nebo plyn používá jen zřídka bezprostředně po stlačení a před použitím se obvykle ochladí na okolní teplotu. Proto se upřednostňuje proces izotermické komprese, protože vyžaduje méně práce. Běžný praktický přístup k provádění tohoto procesu izotermické komprese zahrnuje chlazení plynu během stlačování. Při efektivním provozním tlaku 7 bar izoentropická komprese teoreticky vyžaduje o 37 % vyšší energii než izotermická komprese.
Praktickou metodou pro redukci zahřívání plynu je rozdělení stlačování do několika fází, tzv. stupňů. Plyn se ochlazuje po každém stupni, než se stlačí dále na konečný tlak. To také zvyšuje energetickou účinnost, přičemž nejlepších výsledků je dosaženo, když každý stupeň komprese má stejný kompresní poměr. Zvýšením počtu kompresních stupňů se celý proces blíží izotermické kompresi. Existuje však ekonomický limit pro počet stupňů, které může návrh skutečné instalace použít.
Kompresní práce s izotermickou kompresí:
Kompresní práce s izoentropickou kompresí:
Tyto vztahy ukazují, že pro izoentropickou kompresi je zapotřebí více práce než pro izotermickou.
Při konstantních otáčkách se křivka tlaku a průtoku pro turbokompresor výrazně liší od ekvivalentní křivky pro objemový kompresor. Turbokompresor je stroj s proměnlivým průtokem a charakteristikou proměnlivého tlaku. Na druhé straně je objemový kompresor stroj s konstantním průtokem a proměnlivým tlakem. Objemový kompresor poskytuje vyšší kompresní poměr i při nízkých otáčkách. Turbokompresory jsou navrženy pro velké průtoky vzduchu.
30 června, 2022
Existuje mnoho věcí, které musíte vzít v úvahu při výběru kompresoru vzduchu pro vaše podnikání. V tomto článku vysvětlíme, který kompresor je pro vás nejvhodnější, na základě vaší aplikace a potřeb.
16 března, 2023
Když potřebujete vysoký výkon, je ideální volbou dynamický kompresor. Jsou k dispozici v axiálních i radiálních provedeních.
4 srpna, 2022
Stlačený vzduch je všude kolem nás, ale co je to přesně? Představme vám svět stlačeného vzduchu a základní fungování kompresoru.
