SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – TIPURI DE COMPRESOARE

Sursa: Actionari Hidraulice si Pneumatice – Editura Universitara Bucuresti – Autor: Mihai Avram

Compresoare

Aşa cum s-a arătat, compresorul transformă energia furnizată de către motorul de antrenare (electric sau termic) în energie pneumatică.
Compresoarele se pot clasifica în două mari familii: compresoare volumice şi compresoare dinamice (turbocompresoare).

Compresoarele volumice realizează creşterea presiunii agentului de lucru prin reducerea volumului unei cantităţi de aer închise în interiorul unui spaţiu delimitat (spaţiu numit în continuare cameră activă). Aspiraţia aerului în compresor şi refularea se fac cu intermitenţe.
Compresoarele dinamice realizează creşterea presiunii agentului de lucru prin transmiterea unei energii cinetice ridicate unui curent de aer şi apoi prin transformarea acestei energii în presiune statică. Aspiraţia aerului în compresor şi refularea se fac continuu.
Cele mai utilizate sunt compresoarele volumice, al căror principiu de funcţionare este identic cu cel al pompelor volumice (paragraful 3.2.1). Aceste compresoare se construiesc pentru o gamă largă de debite şi presiuni, putând deservi în condiţii optime orice sistem pneumatic de acţionare. Din punct de vedere constructiv compresoarele se clasifică în:
– compresoare cu piston
– compresoare cu membrană
– compresoare rotative.

Compresoare cu piston

Acest tip de compresor este prezentat principial în figura 4.7. Pistonul p culisează în interiorul cilindrului c, mişcarea acestuia fiind obţinută prin intermediul unui mecanism format din manivela m şi biela b. La partea superioară a cilindrului există două supape, una de aspiraţie A şi una de refulare R; aceste două supape controlează admisia şi respectiv evacuarea în şi din
camera activă a compresorului, cameră delimitată de suprafaţa superioară a pistonului, suprafaţa interioară a cilindrului şi capacul superior, în care sunt amplasate cele două supape. Manivela este pusă în mişcare de rotaţie de motorul de antrenare (nefigurat), mecanismul bielă – manivelă transformând această mişcare într-o mişcare rectilinie alternativă a pistonului p.

Fig. 4.7

Fazele succesive ale unui ciclu de lucru al compresorului sunt prezentate în figura 4.8. Curbele din componenţa acestei figuri au în ordonată presiunea absolută P din camera activă a compresorului şi în abscisă volumul V al acestei camere, volum ce se modifică continuu în timpul funcţionării. Când pistonul se găseşte în poziţia 1 camera activă este umplută cu aer la presiunea atmosferică Po punctul 1 corespunde poziţiei celei mai de jos a pistonului, când volumul camerei active este maxim (fig.4.8 a).

Fig.4.8

Fig.4.9

Prin deplasarea pistonului din punctul 1 în punctul 2 (fig.4.8 b), deoarece cele două supape de admisie A şi de refulare R sunt închise, aerul din volumul V este comprimat până la presiunea Pr. în punctul 2 supapa de evacuare R se deschide (fig.4.8 c) şi aerul comprimat este expulzat către consumatori la presiunea Pr. Deplasarea are loc până în punctul 3, punctul cel mai de sus, căruia îi corespunde valoarea minimă a volumului V0. Din acest moment pistonul inversează mişcarea, iar supapa de refulare R se închide. Aerul reţinut în camera activă în urma coborârii pistonului se destinde. În punctul 4 (fig.4.8 d) supapa de aspiraţie A se deschide şi în continuare aerul pătrunde în cilindru (fig.4.8 e) până când pistonul revine în punctul 1. Din acest moment ciclul se reia.
Ciclul real (fig.4.9) însă este diferit de cel teoretic din cauza pierderilor de debit prin etanşarea pistonului şi a pierderilor de presiune pe cele două supape. De exemplu, considerând supapa de refulare, pentru a furniza consumatorilor aer la presiunea Pr este necesar ca comprimarea aerului să se facă la o presiune mai mare pentru a compensa pierderile de presiune pe această supapă. În ceea ce priveşte supapa de admisie, curgerea prin ea este posibilă numai dacă presiunea în camera activă este mai mică decât presiunea atmosferică Po.
La acest tip de compresor etanşarea camerei active se face cu segmenţi metalici sau din teflon grafitat amplasaţi pe piston.
Compresoarele cu segmenţi metalici necesită o ungere abundentă, mai pronunţată în perioada de rodaj şi în stadiul de uzură avansată. Ungerea se asigură prin introducerea mecanismului bielă – manivelă într-o baie de ulei, prevăzută la partea inferioară a carcasei compresorului.
O mare cantitate din uleiul de ungere ajunge în camera activă a compresorului şi de aici odată cu aerul refulat în întregul sistem deservit de compresor. Aşa cum s-a arătat, prezenţa uleiului în exces este de nedorit, motiv pentru care se impune folosirea unor mijloace speciale pentru reţinerea unei părţi însemnate din acest ulei. Odată cu creşterea presiunii de refulare Pr are loc şi o creştere a temperaturii, ceea ce favorizează formarea vaporilor de ulei, existând pericolul ca la un moment dat aceşti vapori să se autoaprindă. Pentru presiuni mai mari de 10 [bar], pentru a da posibilitatea unei răciri intermediare a aerului, compresoarele se construiesc cu mai multe trepte de compresie (fig.4.10). La această construcţie, pe traseul de legătură dintre cele două trepte se amplasează un schimbător de căldură.
La ieşirea din compresor aerul poate avea temperaturi de până la 200 °C. Alimentarea sistemelor de acţionare cu aer la această temperatură poate avea efecte negative cum sunt: deformarea sau topirea elementelor constructive ale echipamentelor sistemului şi a conductelor confecţionate din plastic, degradarea elementelor de etanşare nemetalice, griparea unor elemente mobile în urma modificării jocurilor funcţionale datorită dilatărilor. Iată de ce este necesar ca la consumator aerul să ajungă la o temperatură apropiată de temperatura mediului ambiant.

Fig.4.10

Pentru aceasta se impune o răcire a aerului, o primă etapă fiind realizată chiar la nivelul compresorului. In acest scop compresorul este prevăzut cu un circuit de răcire cu apă care îmbracă cilindrul (ca la motoarele termice). O altă posibilitate constă în suflarea de aer asupra cilindrului, acesta din urmă fiind prevăzut cu aripioare, care au rolul de a mări suprafaţa de schimb de căldură cu mediul înconjurător.
De cele mai multe ori răcirea aerului făcută la nivelul compresorului nu este suficientă, motiv pentru care staţiile de compresoare sunt prevăzute cu agregate de răcire (fig.4.6, schimbătorul de căldură Sc).
La variantele de compresoare cu o singură treaptă de compresie mecanismul bielă – manivelă este neechilibrat, motiv pentru care în timpul funcţionării, datorită forţelor mari de inerţie, apar solicitări importante. Pentru diminuarea acestor solicitări s-au realizat compresoare cu mai mulţi cilindri, dispuşi în linie, V, W sau I.

Compresoare cu membrana

Din punct de vedere constructiv – funcţional aceste compresoare (fig.4.11) sunt asemănătoare celor cu piston. Diferenţa constă în aceea că locul pistonului este luat de o membrană. Avantajele unei asemenea construcţii sunt: realizează o etanşare perfectă a camerei active, nu necesită ungere, sunt compacte. Ca dezavantaje se pot aminti: debitele furnizate sunt mici, au o durabilitate mai redusă. La aceste construcţii presiunea de refulare nu depăşeşte 8 … 10 [bar].

Fig. 4.11

Compresoare rotative

Din punct de vedere constructiv există mai multe variante de compresoare rotative, şi anume: cu palete, cu şurub, cu roţi dinţate, cu rotor profilat etc. De altfel, aceste construcţii sunt similare cu cele ale motoarelor pneumatice rotative. Compresoarele rotative prezintă o serie de avantaje cum ar fi: sunt simple constructiv, pot furniza debite într-un domeniu larg, au o funcţionare silenţioasă, nu necesită ungere abundentă.

Deşi simple constructiv compresoarele rotative ridică probleme deosebite la execuţie şi montaj. La aceste compresoare etanşarea camerelor active este o etanşare “vie”, metal pe metal. Din acest motiv, presiunea de refulare nu poate depăşi 8 [bar], ceea ce limitează domeniul de utilizare a lor. Spre exemplificare, în figura 4.12 este prezentat un compresor cu palete, ce are în componenţa sa următoarele elemente constructive: statorul 1, rotorul 2, paletele 3 şi arborele de antrenare 4. Compresorul are un număr de camere active egal cu numărul de palete; o cameră activă este delimitată de două palete consecutive, suprafaţa exterioară a rotorului şi suprafaţa interioară a statorului. Variaţia volumului V al unei camere active este o consecinţă a excentricităţii e care există între axa rotorului şi axa alezajului prelucrat în stator. în timpul funcţionării paletele culisează în canalele radiale prelucrate în rotor între două poziţii extreme. În permanenţă paletele menţin contactul cu suprafaţa interioară a statorului datorită forţelor centrifuge. Pentru a avea un contact ferm, uneori în spatele fiecăreia dintre palete se montează un arc elicoidal sau se aduce presiune de la refulare prin nişte canale special prelucrate în acest scop.
Construcţia luată în discuţie poate fi folosită şi ca motor, situaţie în care orificiul de admisie A se conectează la sursa de presiune.
Pentru că la aceste construcţii camerele active sunt puse în legătură cu orificiul de refulare în mod continuu, randamentul volumic al acestor compresoare este mai bun decât în cazul compresoarelor cu piston.
Figura 4.13 [4.7] pune în evidenţă gama de debite şi presiuni acoperită de fiecare tip de compresor. Informaţiile din această figură pot fi folosite pentru alegerea tipului de compresor care poate deservi o anumită aplicaţie atunci când se cunosc debitul şi presiunea necesare.

Fig.4.12

 

Autor: Prof. Dr. Ing. Mihai Avram

Articole relationate:

SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – INTRODUCERE

SISTEME DE ACTIONARE PNEUMATICE – GENERATOARE DE ENERGIE PNEUMATICA

Alte articole:

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – INTRODUCERE

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 2/2

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 3/2

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 4/2 SI 4/3

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 5/2

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – TIPURI, DISTRIBUITORUL SCHEMA 5/3

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – COMENZILE DISTRIBUITOARELOR

TOTUL DESPRE DISTRIBUITOARE – ELECTRODISTRIBUITOARELE

STRUCTURA SISTEMELOR AUTOMATE PNEUMATICE – DIMENSIONAREA CILINDRILOR PNEUMATICI

STRUCTURA SISTEMELOR AUTOMATE PNEUMATICE – CILINDRII PNEUMATICI

Introducere in pneumatica – partea 1

Link-uri utile:

Cilindru patrat standard SI ISO15552 (original ISO6431) 

Cilindrii pneumatici rotunzi ISO6432 seria MI 

Cilindri pneumatici compacti ACQ

Cilindri patrati ISO6431-ISO15552 seria SE

Distribuitoare actionate pneumatic 5/2 5/3 Seria 4A200

Distribuitoare pneumatice comanda electrica 3/2 seria 3V200

Vane trecere 2/2

Pedala pneumatica 5/2

Fitinguri pneumatice

Vane, actuatori, robineti

Filtre Y

Supape