Kompresor

Kompresor (njem. Kompressor, prema lat. compressus: stisnut) je stroj ili uređaj za stlačivanje (kompresija) plina ili pare. Omjer početnog i konačnoga tlaka u kompresoru naziva se omjerom ili stupnjem kompresije. Katkad se kompresorima nazivaju samo strojevi i uređaji koji ostvaruju omjer kompresije veći od 1 : 3, dok se oni s omjerom kompresije manjim od toga nazivaju puhalima, a oni s manjim od 1 : 1,1 ventilatorima. Za pogon različitih pneumatskih alata (zubarske bušilice, prskalice za bojenje, pneumatski čekići, industrijske preše) najčešće se stlačuje zrak, dok se u rashladnim procesima (u kućanskim hladnjacima, klimatizacijskim uređajima, industrijskim hladnjačama i drugo) stlačuju pare različitih organskih i anorganskih tvari. Kompresor se koristi i pri prijenosu (transportu) prirodnoga plina cjevovodima, sintezi na primjer vinil-klorida ili amonijaka u kemijskoj industriji, ukapljivanju plinova (na primjer zraka pri dobivanju ukapljenoga dušika i plinovitoga kisika) i drugo. Posebna vrsta kompresora, takozvana vakuumska pumpa, primjenjuje se u vakuumskoj tehnici za proizvodnju žarulja, mikroelektronskih sklopova i drugo. ^[1]

Klipni dvoradni kompresor sa 6 cilindara.

Mehanička lamelna pumpa koja se često koristi kao vakuumska pumpa.

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 na primjer punjenje i pražnjenje cilindra klipnog motora ili kompresora vrši preko usisnih i ispušnih ventila, motor mora imati mehanizam za prisilno otvaranje/zatvaranje ventila (koljenasto 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

Prema načinu rada kompresori mogu biti volumetrički, strujni i mlazni. 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. ^[2]

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.

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

Volumetrički ili stapni kompresori

Volumetrički ili stapni kompresori svoj učinak ostvaruju periodičkim povećavanjem i smanjivanjem radnoga prostora, a osnovne su faze rada usisavanje plina ili pare, njihova kompresija i istiskivanje. Izvode se s oscilirajućim ili s rotirajućim potisnim elementima (stapom ili rotorom). U kompresoru s oscilirajućim stapom valjkasti se stap pravocrtno (linearno) giba u cilindru naizmjence u jednom pa u drugom smjeru, smanjujući tako i povećavajući radni volumen, dok rotorni kompresor taj učinak ostvaruje rotacijom jednog ili dvaju rotora unutar statora. Prema obliku rotora i načinu njegova gibanja, rotorni kompresori mogu biti lamelni, vijčani ili ekscentrični. Većina se volumetričkih kompresora oprema usisnim i tlačnim samoradnim ventilima, kojima se radni medij u određenim vremenskim razmacima pušta u radnu komoru i ispušta iz nje. Ventili se, zbog promjena tlaka, otvaraju i zatvaraju automatski. Namještanjem tlaka pri kojem će se pojedini ventil otvoriti, odnosno zatvoriti, određuje se i omjer kompresije, koji kod tih kompresora obično iznosi između 1 : 5 i 1 : 10. Za veće omjere primjenjuje se stupnjevana kompresija serijskim povezivanjem dvaju ili više kompresora. Tako se mogu postići tlakovi i od nekoliko tisuća bara. Neki rotorni kompresori grade se bez samoradnih ventila (na primjer vijčani), pa im je omjer kompresije nepromjenljiv, zadan izmjerama i oblikom rotora i statora. Volumetrički se kompresori primjenjuju onda kada je potrebno ostvariti velike omjere kompresije uz male dobave (stlačeni volumen u jedinici vremena). Obično su pogonjeni električnim ili dieselovim motorom.

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.

Strujni kompresori ili turbokompresori

Strujni kompresori ili turbokompresori imaju brzorotirajuće rotore s radijalnim ili aksijalnim kanalima (radijalni ili aksijalni turbokompresori). Plin ili para neprekidno se dovode u kanale rotora, gdje se zbog rotacije znatno ubrzavaju i odvode u difuzorske kanale statora, u kojima se njihova kinetička energija pretvara u potencijalnu energiju tlaka. Prirast tlaka po pojedinom paru rotora i statora relativno je malen (posebice u aksijalnom turbokompresoru) pa se kompresija redovito obavlja u nekoliko stupnjeva. Takvi se kompresori primjenjuju onda kada su potrebni manji omjeri kompresije uz veliku dobavu, na primjer u prijenosu (transportu) prirodnoga plina (radijalni turbokompresor), u mlaznim motorima zrakoplova (aksijalni turbokompresor). Osim električnim ili Dieselovim motorima, mogu biti pogonjeni i plinskim ili parnim turbinama.

Mlazni kompresori

Mlazni kompresori nemaju pokretnih dijelova, pa se, za razliku od drugih, odlikuju niskim troškovima nabave i održavanja, ali imaju manju energetsku učinkovitost, to jest malen stupanj djelovanja. Za pogon koriste visokotlačnu paru ili plin koji, strujeći Lavalovom sapnicom, ekspandiraju i postižu nadzvučnu brzinu strujanja (Gustaf de Laval). Taj mlaz svoju kinetičku energiju predaje plinu ili pari koje usisava u komoru za miješanje. Smjesa se odvodi u difuzor, gdje se njezina kinetička energija, zbog proširenja na kojem joj opada brzina strujanja, pretvara u potencijalnu energiju tlaka. Mlazni kompresor koji služi kao vakuumska pumpa, to jest koji usisava medij i stlačuje ga na tlak okoline, naziva se ejektorom, a onaj koji usisani medij komprimira na tlak veći od tlaka okoline injektorom.

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/kg K 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. ^[3]

Atmosferski tlak ili barometarski tlak p_a 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 p_a, 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.

Izvori

↑ kompresor, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.
↑ [2] Arhivirano 2013-07-18 na Wayback Machine-u "Pneumatika i hidraulika" Radoslav Korbar, Veleučilište u Karlovcu, www.vuka.hr, 2007.
↑ [3]^{[mrtav link]} "Statika fluida", Kemijsko – tehnološki fakultet Sveučilišta u Splitu, prof. Ivica Sorić, marjan.fesb.hr, 2011.

[1] kompresor, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2016.

[2] [2] Arhivirano 2013-07-18 na Wayback Machine-u "Pneumatika i hidraulika" Radoslav Korbar, Veleučilište u Karlovcu, www.vuka.hr, 2007.

[3] [3]^{[mrtav link]} "Statika fluida", Kemijsko – tehnološki fakultet Sveučilišta u Splitu, prof. Ivica Sorić, marjan.fesb.hr, 2011.

[1]

[2]

[3]