[Compresor de aire] Conocimientos básicos

Un compresor de aire es el componente principal de un sistema de suministro de aire. Es un dispositivo que convierte la energía mecánica de un motor primario (generalmente un motor eléctrico) en energía de presión de gas, sirviendo como generador neumático de aire comprimido.

Como tipo de maquinaria eléctrica, un compresor reduce el volumen de gas y aumenta la presión, generando una cierta cantidad de energía cinética que puede utilizarse como energía mecánica o para otros fines.

El diagrama esquemático del sistema de aire comprimido se muestra a continuación:

1. Clasificación por Definición:

1）Compresor de aire volumétrico: Reduce el volumen de gas y aumenta la presión del gas.

Convierte la energía mecánica en energía potencial.

Compresor alternativo: el volumen de trabajo cambia periódicamente, mientras que la posición espacial permanece sin cambios.

Compresor rotativo: el volumen de trabajo cambia periódicamente y la posición espacial cambia.

2）Compresor dinámico

Aumenta la velocidad de movimiento de las moléculas de gas, convirtiendo la energía cinética de las moléculas de gas en energía de presión del gas, aumentando así la presión del gas comprimido.

Energía Cinética → Energía Potencial

Compresor centrífugo: es un tipo de compresor de velocidad. En este dispositivo hay uno o más impulsores giratorios (las palas suelen estar a los lados) que aceleran el gas. El flujo principal es radial.

2. Clasificación por presión de descarga

1）Soplador: 0,01 ～ 0,1 MPa

2）Baja presión: 0,2 ～ 1,0 MPa

3）Presión media: 1 ～ 10 MPa

4）Alta presión: 10 ～ 100 MPa

5）Presión ultraalta: > 100 MPa

3. Clasificación por Desplazamiento

Miniatura: < 1 m³/min

Pequeño: 1 ～ 10 m³/min

Medio: 10 ～ 100 m³/min

Grande: > 100 m³/min

4. Clasificación por método de enfriamiento

1）Refrigerado por aire: utiliza aire como medio de enfriamiento y completa la circulación del aire con su propio ventilador de enfriamiento.

2）Refrigerado por agua: utiliza agua como medio de enfriamiento, equipado con una torre de enfriamiento dedicada o un sistema especial de circulación de agua de enfriamiento.

5. Clasificación por método de lubricación

1）Lubricado con aceite

a. Compresor de inyección de aceite

b. Microcompresor de aceite

2）Lubricado sin aceite

a. Lubricado con agua

b. tornillo seco

do. Pistón sin aceite

d. Centrífugo

3. Principio de funcionamiento de los compresores de aire

1. Compresor de aire de pistón

Cuando el pistón se mueve desde el punto muerto superior al punto muerto inferior del cilindro, el volumen dentro del cilindro aumenta y la presión cae.

Cuando la presión dentro del cilindro cae por debajo de la presión atmosférica externa, el aire exterior empuja la válvula de admisión para abrirla contra la tensión del resorte bajo la diferencia de presión y ingresa al cilindro (la válvula de escape permanece cerrada).

Cuando el pistón alcanza el punto muerto inferior, el cilindro se llena de aire y su presión es igual a la presión atmosférica exterior. Debido al equilibrio de presión, el resorte de la válvula cierra la válvula de admisión, completando la carrera de admisión.

A medida que el pistón se mueve hacia arriba desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior, se cierran las válvulas de admisión y de escape y se comprime el aire dentro del cilindro.

Con el movimiento ascendente del pistón, el volumen del cilindro disminuye continuamente y la presión del aire comprimido aumenta cada vez más. Esta es la carrera de compresión.

Cuando la presión del gas comprimido excede la fuerza combinada de la tensión del resorte de la válvula y la presión en el tubo de descarga, la válvula de escape se abre y el aire comprimido se descarga a través del tubo de descarga hasta que el pistón alcanza el punto muerto superior.

En este punto, la mayor parte del aire comprimido del cilindro se descarga, la presión cae bruscamente y la válvula de escape se cierra bajo la tensión del resorte. Esta es la carrera de descarga.

Luego, el pistón vuelve a descender, aspira aire fresco y comienza el siguiente ciclo.

El compresor de aire de pistón funciona en ciclos repetidos de admisión, compresión y descarga.

Nota: Los compresores de aire de pistón en el mercado de baja presión están siendo reemplazados gradualmente por compresores de aire de tornillo, por lo que solo se requieren conocimientos básicos.

Los compresores de aire de tornillo se clasifican en dos tipos:

compresores de aire de doble tornillo y compresores de aire de un solo tornillo.

1) Principio de funcionamiento e introducción del compresor de aire de doble tornillo

Un compresor de aire de doble tornillo consta de un par de rotores (o tornillos) macho y hembra paralelos y entrelazados que giran dentro del cilindro.

Esto crea cambios de volumen periódicos en los espacios entre las ranuras del rotor, de modo que el aire se transporta axialmente de forma continua desde el lado de succión al lado de descarga.

De esta forma se completan los procesos de admisión, compresión y descarga del compresor de aire de tornillo.

La entrada y salida de aire están ubicadas en extremos opuestos del compresor.

Las ranuras del rotor hembra y los dientes del rotor macho son impulsados ​​para girar por el motor principal.

2) Principio de funcionamiento e introducción del compresor de aire de un solo tornillo

Un compresor de aire monotornillo se caracteriza por tener un solo rotor de tornillo.

Sin embargo, en la práctica tiene tres ejes giratorios: un rotor de tornillo y dos ruedas de estrella (engranajes planetarios) perpendiculares al rotor de tornillo. Como miembro de la familia de compresores de aire de tornillo, el compresor de aire de tornillo único ofrece ventajas similares a las del compresor de aire de tornillo doble. Sin embargo, no ha sido ampliamente adoptado en la industria debido a varios problemas técnicos difíciles que siguen siendo difíciles de resolver.

a. Muchas partes móviles:

El compresor de aire de un solo tornillo tiene tres ejes giratorios.

Además, la rigidez del rotor de tornillo y las ruedas en estrella (engranajes planetarios) difieren mucho, lo que provoca una deformación desigual durante el funcionamiento. Esto dificulta garantizar un engrane preciso, lo que da como resultado una baja eficiencia volumétrica. En los compresores de un solo tornillo disponibles comercialmente, las ruedas en estrella están hechas de materiales no metálicos con poca resistencia al desgaste. Durante el funcionamiento a alta velocidad, el desgaste intenso aumenta las fugas internas, lo que provoca una caída significativa en el caudal después de un período de uso. 4.000 horas de funcionamiento, el caudal disminuye en un promedio de 5 % a 10 %. Por lo tanto, el compresor de aire de un solo tornillo tiene una eficiencia económica muy pobre en aplicaciones industriales. Además, la deformación desigual y la mala precisión del engrane reducen la estabilidad mecánica de toda la unidad, lo que genera altas tasas de falla y altas tasas de mantenimiento, lo que limita aún más su alcance de aplicación.

b. El material de las ruedas de estrella (engranajes planetarios) necesita mejoras adicionales.

Como uno de los componentes principales de un compresor de un solo tornillo, las ruedas de estrella funcionan principalmente como sellos. Si se utilizan ruedas de estrella de acero, el gran coeficiente de expansión térmica y el volumen de expansión del acero requieren un espacio relativamente grande entre las ruedas de estrella y el tornillo. Esto no sólo resulta en altas fugas y baja eficiencia, sino que también puede fácilmente causar agarrotamiento y fallas importantes. Si se adoptan materiales compuestos, se pueden evitar los problemas anteriores. Sin embargo, los materiales compuestos actuales tienen baja resistencia y poca resistencia al desgaste. Bajo fuerza de corte y fricción mecánica durante la operación, se desgastan rápidamente, lo que lleva a a un aumento de las fugas internas y una menor eficiencia. Las reparaciones frecuentes también aumentan la carga de trabajo del personal de mantenimiento y los costos de mantenimiento. Encontrar un material con alta resistencia, baja expansión y alta resistencia al desgaste se ha convertido en otro problema importante para los fabricantes. Sin embargo, dado el progreso actual en la ciencia de los materiales, es poco probable que se encuentre una solución fundamental en el corto plazo.

do. El perfil de tornillo necesita una mayor optimización. Debido a los dos problemas anteriores y a la falta de soluciones efectivas en el futuro previsible, la promoción de compresores de aire de un solo tornillo es limitada. Por lo tanto, las instituciones de investigación y los principales fabricantes de compresores de aire no han invertido mucho en la investigación de perfiles de un solo tornillo y no se han logrado avances significativos. Encontrar el perfil de tornillo óptimo es otra tarea clave antes de la promoción a gran escala.

En resumen, desde la perspectiva del desarrollo tecnológico actual, los compresores de aire de doble tornillo no sólo son tecnológicamente avanzados sino que también están completamente maduros en aplicaciones prácticas.

3. Compresor centrífugo

En un compresor centrífugo, el impulsor con palas gira sobre el eje del compresor.

El gas que ingresa al impulsor es impulsado a girar por las palas, obteniendo un aumento en la energía cinética (velocidad) y la carga de presión estática (presión). Luego, el gas sale del impulsor y ingresa al difusor, donde la velocidad del gas se convierte en presión, aumentando aún más la presión. El gas comprimido pasa a través del canal de curvatura y retorno para ingresar al impulsor de la siguiente etapa para una mayor compresión hasta que se logre la presión requerida.

4. Compresor de aire tipo vórtice

Un compresor de aire tipo Vortex consta de dos espirales con perfiles de ecuación de doble función: una espiral orbital y una espiral fija, entrelazadas entre sí. Durante el proceso de admisión, compresión y descarga, la espiral fija se monta en el marco, mientras que la espiral orbital es impulsada por un eje excéntrico y restringida por un mecanismo antirotación. Realiza un movimiento orbital con un radio pequeño alrededor del centro del círculo base de la espiral fija. El gas se aspira a través del filtro de aire en la periferia de la espiral fija. A medida que el eje excéntrico gira, el gas se comprime gradualmente en varias cámaras de compresión en forma de media luna formadas por espirales fijas y orbitales engranadas, y luego se descarga continuamente a través del orificio axial en la parte central de la espiral fija.

5. Compresor de aire de paletas

Se instala un rotor excéntricamente en la cámara de compresión. Hay de 4 a 6 paletas en el rotor que pueden deslizarse axialmente hacia el centro del rotor. Se instalan resortes en la parte inferior de las paletas para mantenerlas en contacto con la cámara en todo momento.