Razlika med kompresorjem z iztiskavanjem in kompresorjem z dinamičnim stiskanjem
Vrste kompresorjev Zračni kompresorji Osnovna načela Članek o stisnjenem zraku Izpodrivanje Stisnjen zrak
Preden se seznanite z različnimi kompresorji in načini stiskanja, vam moramo najprej predstaviti dve osnovni načeli stiskanja plina. Nato ju bomo primerjali in opisali različne kompresorje v teh kategorijah.
Obstajata dve splošni načeli stiskanja zraka (ali plina): iztiskavanje in dinamično stiskanje. Ti načeli temeljita na teoriji o tem, kako se zrak stiska in odvaja.
Pri iztiskavanju je zrak vsesan v eno ali več kompresijskih komor, ki se nato zaprejo na vhodu. Prostornina vsake komore se postopoma zmanjšuje in zrak v notranjosti se stisne. Ko tlak doseže načrtovano vgrajeno tlačno razmerje, se odprejo vrata ali ventil. Zaradi stalnega zmanjševanja prostornine kompresijske komore se zrak nato odvaja v izhodni sistem.
Pri dinamičnem stiskanju je zrak vsesan med lopatice hitro vrtečega se kompresijskega rotorja in pospeši do visoke hitrosti. Plin je nato odveden skozi difuzor, kjer se kinetična energija pretvori v statični tlak.
Kompresorji z iztiskavanjem
- Stalna hitrost pretoka
- Višji tlak
- Delovanje pri nizki hitrosti
- Manjše, stabilne vrste uporabe
- Preprostejša zasnova
Kompresorji z iztiskavanjem zagotavljajo enakomeren pretok zraka ne glede na tlak v sistemu. Zrak stisnejo tako, da zajamejo določeno prostornino in jo mehansko stisnejo, na primer z bati ali vrtljivimi vijaki.
Ti kompresorji zagotavljajo višja tlačna razmerja tudi pri nižjih hitrostih in so idealni za manjše, stabilne vrste uporabe, npr. v proizvodni in avtomobilski industriji. Njihova preprosta zasnova zagotavlja zanesljivost in preprosto vzdrževanje.
Kompresorji z dinamičnim stiskanjem (turbinski kompresorji)
- Spremenljiva hitrost pretoka
- Spremenljiv tlak
- Višja hitrost
- Vrste uporabe, ki zahtevajo velike količine zraka
- Napredna zasnova
Kompresorji z dinamičnim stiskanjem za stiskanje velikih količin zraka uporabljajo hitro vrteče se lopatice.
Njihova hitrost pretoka in tlak se spreminjata glede na hitrost delovanja, zato so primerni za področja uporabe, ki zahtevajo velike količine zraka, kot so proizvodnja električne energije ter sistemi za ogrevanje, prezračevanje in klimatizacijo. Njihova zapletena zasnova je optimizirana za spremenljivo hitrost pretoka in učinkovito delovanje pri visoki hitrosti.
Kaj so kompresorji z iztiskavanjem?
Kolesarska črpalka je najpreprostejši primer iztiskavanja. Zrak je vsesan v valj in stisne ga premikajoči se bat. Batni kompresorji imajo enako načelo delovanja. Uporabljajo bat, katerega gibanje naprej in nazaj omogočata ojnica in vrteča se ročična gred.
Če se za stiskanje uporablja samo ena stran bata, to imenujemo kompresor z enostranskim delovanjem, če pa se uporabljata zgornja in spodnja stran bata, gre za kompresor z dvostranskim delovanjem. Tlačno razmerje je razmerje med absolutnim tlakom na vhodni in izhodni strani.
Tako stroj, ki vsesava zrak pri atmosferskem tlaku (1 bar(a)) in ga stisne do nadtlaka 7 barov, deluje s tlačnim razmerjem (7 + 1)/1 = 8.
Vrste kompresorjev z iztiskavanjem
- Batni kompresorji: kompresorji, ki za stiskanje zraka v valju uporabljajo bate, ki jih poganja ročična gred.
- Spiralni kompresorji: kompresorji, ki za nemoteno stiskanje zraka uporabljajo dva spiralno oblikovana elementa, ki se prepletata.
- Vijačni kompresorji: kompresorji, ki za neprekinjeno stiskanje zraka uporabljajo dva vrteča se spiralna vijaka.
- Vrtljivi zobati kompresorji: kompresorji, ki za stiskanje zraka uporabljajo dva nasprotno vrteča se zobata rotorja, ki se ne stikata.
- Kompresorji z vrtljivimi lopaticami: kompresorji, ki za stiskanje zraka v valjasti odprtini uporabljajo rotor z lopaticami, ki drsijo navzven in navznoter.
V spodnjih dveh grafih sta prikazana razmerje med tlakom in prostornino za teoretični kompresor in realni diagram za batni kompresor.
Prostornina hoda je prostornina valja, ki jo bat prepotuje med sesalno fazo. Zračna prostornina je prostornina pod vhodnimi in izhodnimi ventili ter nad batom. Zaradi mehanskih razlogov mora ostati na zgornji točki vrtenja bata.
Razlike med prostornino hoda in sesalno prostornino so posledica širjenja zraka, ki ostane v zračnem prostoru pred začetkom sesanja. Zaradi praktične zasnove kompresorja, npr. batnega kompresorja, pride do razlike med teoretičnim diagramom p/V in dejanskim diagramom.
Ventili niso nikoli popolnoma zatesnjeni, zato med steno bata in steno valja vedno obstaja določena stopnja puščanja. Poleg tega se ventili ne morejo popolnoma odpreti in zapreti brez minimalne zakasnitve. To povzroči padec tlaka pri pretoku plina skozi kanale. Zaradi te zasnove se plin pri pretoku v jeklenko tudi segreva.
Kaj so kompresorji z dinamičnim stiskanjem?
V kompresorju z dinamičnim stiskanjem se med pretokom plina tlak zvišuje. Zaradi vrtečih se lopatic na rotorju pretok plina doseže visoko hitrost. Ko je zaradi ekspanzije v difuzorju hitrost plina nato prisiljena v upočasnitev, se pretvori v statični tlak.
Glede na glavno smer pretoka plina se ti kompresorji imenujejo radialni ali aksialni kompresorji. Zaradi majhne spremembe delovnega tlaka se pri kompresorjih z dinamičnim stiskanjem v primerjavi s kompresorji z iztiskavanjem znatno spremeni hitrost pretoka.
Vsaka hitrost rotorja ima zgornjo in spodnjo omejitev hitrosti pretoka. Zgornja omejitev pomeni, da hitrost pretoka plina doseže zvočno hitrost, spodnja omejitev pa pomeni, da protitlak postane višji od povečanega tlaka v kompresorju, kar pomeni povratni pretok znotraj kompresorja. To pa povzroča pulziranje, hrup in nevarnost mehanskih poškodb.
Če želite izvedeti več o načinu regulacije kompresorjev z dinamičnim stiskanjem in optimizaciji njihove zmogljivosti, preberite ta vodnik o regulaciji kompresorjev z dinamičnim stiskanjem.
Vrste kompresorjev z dinamičnim stiskanjem
- Centrifugalni kompresorji: kompresorji, ki z vrtečim se rotorjem pospešujejo in pretvarjajo hitrost zraka v tlak skozi difuzor.
- Aksialni kompresorji: kompresorji, ki stiskajo zrak, ko teče vzporedno z osjo vrtenja; pogosto se uporabljajo v reaktivnih motorjih in pri vrstah uporabe, ki zahtevajo visoko hitrost.