Устройство и принцип действия мембранного компрессора

Мембранный компрессор по своему устройству и принципу действия должен быть отнесен к поршневым компрессорам, т. е. к машинам объемного типа. Сжатие газа в этих компрессорах происходит в результате уменьшения объема камеры сжатия вследствие поступательного движения поршня. В данном случае порш­нем является круглая гибкая мембрана, зажатая по периметру между крышкой и цилиндром и приводимая в колебательное движение. Применяются мембранные компрессоры двух типов: с приводом гибкой мембраны непосредственно от кривошипно-шатунного механизма и с гидроприводом. В этом случае прогиб металлической мембраны вызывается возвратно-поступательным движением столба жидкости, на который воздействует через кривошипно-шатунный механизм поршень гидропривода.

На рис. 1 показан мембранный компрессор первого типа. Мембрана / из эластичного материала прикреплена в центре к штоку 2, имеющему возвратно-поступательное движение от эксцентрика 3, сидящего на коренном валу компрессора. Мембрана защемлена по периферии так, что между ней и крышкой образована герметичная полость сжатия, полностью изолированная от механизма движения.

Смазочное масло из картера может попасть в камеру сжатия только в случае разрушения гибкой мембраны.

Сжимаемая среда (воздух, газ) поступает в камеру сжатия через всасывающий клапан 4. Сжатый газ выходит через нагнетательный клапан 5; оба клапана размещены в чугунной крышке цилиндра, снабженной для охлаждения ребрами. Блоккартер машины 6 также чугунный с расточками для опорных подшипников вала.

Такие мембранные компрессоры используют для сжатия малых количеств газа до невысокого давления. Мембраны изготовляют из материалов, допускающих большое число циклов нагружения при относительно больших прогибах, например, из прорезиненной ткани или просто резины.

Жесткая связь мембраны со штоком позволяет допускать довольно высокую угловую скорость вращения вала (примерно до 100 рад/сек).

Основным рабочим узлом, выполняющим роль цилиндра, этого компрессора является мембранный блок. Он состоит из ограничительного 1 и распределительного 2 дисков, между которыми защемлена по периферии мембрана 3, а также корпуса 4 с гидравлическим цилиндром 5. Внутренние поверхности ограничительного и распределительного дисков имеют одинаковые вогнутые профили, вследствие чего между ними образуется замкнутая полость. Мембрана разделяет эту полость на две части. Наружная часть полости сообщается через всасывающий 6 и нагнетательный 7 самодействующие клапаны с соответствующими газовыми коммуникациями, а внутренняя часть — через равномерно распределительного диска — с гидравлическим цилиндром.

При работе гидропривода (во многих конструкциях поршневого типа с кривошипно-шатунным механизмом движения) мембране сообщается колебательное движение, при этом она прогибается в обе стороны от плоскости ее заделки. Объем, заключенный между профилированными поверхностями ограничительного и распределительного дисков, несколько превышает рабочий объем гидравлического цилиндра. Поэтому, если в конце процесса нагнетания мембрана плотно прижимается к профилированной поверхности мнительного диска, то в конце процесса всасывания она не доходит до поверхности распределительного диска.

При дальнейшем движении поршня до конца его хода избыток жидкости отводится из гидравлической полости блока через специальный перепускной клапан, так называемый ограничитель давления, который открывается при давлении, превышающем давление нагнетания. Этим достигается плотное прилегание мембраны к профилированной поверхности ограничительного диска и полное вытеснение газа из камеры сжатия в нагнетательный канал.

Таким образом, при работе компрессора мембрана полностью изолирует сжимаемый газ от внешней среды и от жидкости гидропривода. Она нагружена со стороны ограничительного диска давлением газа, а со стороны вала — давлением жидкости. Величина этих давлений непрерывно меняется, но в течение всего периода движения мембраны поддерживается некоторая минимальная их разность, необходимая для преодоления внутренних упругих сил мембраны. Слабая зависимость предельного по прочности состояния мембраны от величины давления нагнетаемого газа позволяет применять относительно тонкие мембраны даже в ступенях высокого давления.

При невысоких скоростях вращения мембранные компрессоры обычно приводятся в движение через клиноременную передачу от электродвигателей, поэтому на одном из концов коленчатого вала закрепляют маховик-шкив 9.

Интенсивное охлаждение сжимаемого газа вследствие относительно больших поверхностей мембраны и массы металла блока, а также весьма низкие величины относительного мертвого пространства позволяют достигать высоких отношений давлений в одной ступени. Например, для достижения давления 100 Мн/м² достаточно всего трех ступеней сжатия.

Для усиления охлаждения и повышения этим производительности машины в полости под распределительным диском часто располагают змеевик, охлаждаемый водой.

Мембранный блок крепится болтами к фланцу жидкостного цилиндра; при этом должно обеспечиваться плотное соединение между ограничительным и распределительным дисками и мембраной без каких-либо прокладок.

Металлические мембраны работают в пределах упругих деформаций, их долговечность относительно невелика (500—1500 ч), что относится к недостаткам этих компрессоров.

При разрушении мембраны рабочая жидкость может попасть в сжимаемый газ. Во избежание этого и для повышения надежности работы машины применяют многослойные мембраны.

Долговечность мембраны в значительной мере определяется правильно выбранным профилем вогнутых поверхностей ограничительного диска и величиной максимального прогиба 8.

Профилированная поверхность должна обеспечивать не только снижение максимальных напряжений в мембране во время работы компрессора, но также и создавать условия минимального мертвого объема в камере сжатия и высокий коэффициент подачи. Кроме того, правильно выбранный профиль влияет на величину давления жидкости, необходимого для прогиба мембраны.

Учитывая малое значение компрессоров с непосредственным приводом мембран, в дальнейшем рассматриваются только машины с металлическими мембранами, приводимыми в движение посредством гидравлического привода.

Если вас интересует приобретение компрессора, вы можете ознакомиться с нашим каталогом оборудования или обратиться к специалистам за консультацией.