Kompresor

Vijčani kompresor zraka.

Klipni dvoradni kompresor sa 6 cilindara.

Dijelovi krilnog kompresora:
1. kućište kompresora
2. rotor
3. krila
4. opruga.

Kompresor zraka je pneumatski stroj koji služi za pretvorbu mehaničke energije u energiju stlačenog zraka, dok se u pneumatskim motorima obavlja pretvorba energije u suprotnom smjeru. Kompresori zraka i pneumatski motori se bitno ne razlikuju, a konstrukcijski se razlikuju samo u detaljima. Ako se npr. punjenje i pražnjenje cilindra klipnog motora ili kompresora vrši preko usisnih i ispušnih ventila, motor mora imati mehanizam za prisilno otvaranje/zatvaranje ventila (koljenčasto ili bregasto vratilo), dok je kod kompresora moguće samoradno pokretanje ventila (pomoću samog tlaka zraka u cilindru). Često isti stroj može raditi kao kompresor ili motor, zavisno od ugradnje, odnosno povezivanja u sustav.

Vrste kompresora zraka

Osnovna podjela kompresora zraka je podjela na volumetričke kompresore i turbokompresore. U pneumatici se gotovo isključivo koriste volumetrički kompresori. Njihov način rada zasniva se na radnoj komori promjenljivog obujma (npr. cilindar s klipom). Smanjenjem obujma radne komore smanjuje se i volumen zraka u njoj, što uzrokuje odgovarajući prirast tlaka zraka.

Podjela volumetričkih kompresora:

• Klipni kompresori:

• mehanizam: koljeničasti, radijalni, aksijalni ili kulisni,
• jednostupanjski ili višestupanjski
• jednoradni ili dvoradni
• vertikalni ili vodoravni
• mobilni ili stacionarni (za veće kapacitete)

• Rotacijski kompresori:

• krilni,
• vijčani,
• zupčasti,

• Membranski kompresori.

Turbokompresori se dijele na radijalne i aksijalne turbokompresore. Općenito radijalni turbokompresori postižu veći tlak i manji protok nego aksijalni.

Klipni kompresor

Cilindar jednoradnog klipnog kompresora puni se i prazni samo s jedne strane klipa. Pri hodu klipa prema dolje, cilindar se puni kroz usisni ventil (takt usisa), dok se pri kretanju u suprotnom smjeru zrak tlači kroz tlačni ventil (takt tlačenja). Klipni kompresor obično pretvara pravocrtnog gibanje klipa u kružno gibanje pomoću mehanizma s koljenčastim vratilom. Dvoradni cilindri usisavaju i tlače zrak s obje strane klipa.

U višestupanjskim kompresorima zrak se uzastopno tlači u većem broju cilindara kroz koje prolazi (serijski spoj). Jednostupanjski kompresori koriste se za povećanje tlaka do 4 bar, dvostupanjski do 15 bar, a višestupanjski za veće tlakove. Zbog mogućnosti zapaljenja kompresorskog ulja, izlazna temperatura zraka ne smije prelaziti 200 ºC.

Krilni kompresor

Kod krilnih kompresora zrak zarobljen u volumenu između krila, statora i rotora tlači se smanjenjem tog volumena prilikom rotacije rotora postavljenog ekscentrično u odnosu na os statora. Promjenom ekscentriciteta moguće je regulirati protok.

Vijčani kompresor zraka

Vijčani kompresori zraka nešto su skuplji i imaju lošiji stupanj korisnog djelovanja, a prednost im je dugi vijek trajanja i mali troškovi održavanja. Tlačni mehanizam je spregnuti vijčani par koji se okreće u međusobno suprotnim smjerovima. Radne komore stvaraju se između vijaka i statora. Zrak se kontinuirano usisava na jednoj strani vijka (komore se otvaraju) i tlači na suprotnoj strani (komore nestaju).

Zupčasti kompresor zraka

Zupčasti kompresori zraka imaju sličan način rada kao i vijčani. Radni mehanizam je jedan par zupčanika koji su u zahvatu, pa se okreću u međusobno suprotnim smjerovima. I ovdje se radne komore stvaraju između rotora i statora, na strani na kojoj zubi izlaze iz zahvata otvara se i puni uvijek nova radna komora (usis), a na suprotnoj strani, ulaskom zuba u zahvat, komora nestaje.

Fizikalne osnove pneumatskog sustava

Objašnjenje predtlaka, podtlaka i vakuuma.

Termodinamičke osnove

Normalno stanje plina je stanje pri standardnoj temperaturi t = 0 ºC i apsolutnom tlaku p = 1,01325 bar (standardni atmosferski tlak). Pri normalnom stanju, suhi zrak ima sljedeća svojstva:

• R = 287,1 J/kgK plinska konstanta,
• к = 1,4 eksponent izentrope,
• c_v = 722 J/kgK specifična toplinski kapacitet zraka (pri konstantno volumenu),
• c_p = 1011 J/kgK specifična toplinski kapacitet zraka (pri konstantnom tlaku),
• ρ = 1,293 kg/m³ gustoća,
• μ = 17,5٠10-6 kg/ms dinamička viskoznost.

Apsolutni i manometarski tlak

Apsolutni tlak p je normalno naprezanje kojem su podvrgnuta plinovita i kapljevita tijela (fluidi) uslijed mehaničkog djelovanja čestica tih tijela (sudaranje molekula). Ovom naprezanju podvrgnute su i sve čvrste površine uronjene u fluid.

Atmosferski tlak ili barometarski tlak pa je apsolutni tlak okolnog atmosferskog zraka koji zavisi od geodetske visine i meteoroloških uvjeta.

Manometarski tlak p_M dobije se tako da se od vrijednosti apsolutnog tlaka p u nekom fluidu računski oduzme vrijednost atmosferskog tlaka, pa vrijedi:

p_M = p - p_a

ili očitavanjem odgovarajućeg manometra. Manometar je instrument za mjerenje tlaka koji u suštini mjeri razliku tlaka između dva fluida: u ovom slučaju između mjerenog fluida i okolnog atmosferskog zraka).

U slučaju p > p_a dobiva se pozitivna vrijednost manometarskog tlaka (p_M > 0) koji se tada naziva pretlak. Ako je p < p_a, manometarski tlak poprima negativnu vrijednost (p_M < 0) i tada se naziva podtlak. Apsolutna vrijednost podtlaka naziva se vakuum p_V (p_V = -p_M > 0) i često se izražava u postocima atmosferskog tlaka (p_V% = -p_M / p_a •100%).

Treba naročito naglasiti da je u pneumatici i hidraulici uobičajeno koristiti naziv tlak i oznaku p za pretlak. Zato je pri računanju s tlakom uvijek potreban izvjestan oprez. U termodinamičkim relacijama pojavljuje se gotovo isključivo apsolutni tlak. Kod određivanja sile tlaka na površinu mjerodavna je razlika tlaka na obje strane te površine. Zato se može koristiti pretlak, a to je i pogodnije ako na jednoj strani površine djeluje atmosferski tlak. U Bernoullijevoj jednadžbi tlak se pojavljuje na obje strane jednadžbe, pa jednadžba u istom obliku vrijedi kako za apsolutni tlak, tako i za pretlak.