Поршневые стоматологические компрессоры

Принцип действия поршневого компрессора

Схема устройства одноцилиндрового цилиндра приведена на рис. 6.1. Одноцилиндровые поршневые компрессоры в своем устройстве имеют цилиндр и поршень, который при вращении коленчатого вала сжимает воздух в цилиндре. Двигаясь вниз, поршень увеличивает объем цилиндра, что приводит к падению давления внутри цилиндра и открытию всасывающего клапана. Через всасывающий клапан в цилиндр из всасывающего трубопровода поступает воздух. Двигаясь вверх, поршень сжимает воздух и повышает давление в цилиндре, под действием которого закрывается всасывающий клапан, отсекая всасывающий трубопровод от внутреннего объема цилиндра. Когда давление в цилиндре становится выше давления в нагнетательном трубопроводе, идущем в ресивер, открывается нагнетательный клапан. Воздух в нагнетательном трубопроводе сжимается до тех пор пока давление в нем не превзойдет давление в ресивере (от английского recive – принимать), т.е. приемнике, после чего входной клапан ресивера открывается и сжатый воздух подается во внутренний объем ресивера. Далее, двигаясь вниз, поршень уменьшает давление в цилиндре. Как только внутреннее давление в цилиндре станет меньше, чем давление в ресивере и, соответственно, в нагнетательном трубопроводе, закрываются клапаны: входной клапан ресивера, нагнетательный клапан цилиндра.

Затем рабочий процесс повторяется.

При достижении давления воздуха в ресивере 6,5 кгс/см² компрессор отключается пневматическим реле.

В случае отказа пневматического реле при повышении давления до 7,5 кгс/см² срабатывает предохранительный клапан, установленный на ресивере, и излишки воздуха стравливаются наружу.

При падении давления в ресивере до 3,5 кгс/см² пневмореле вновь включает электродвигатель и цикл повторяется. Из ресивера по трубопроводу сжатый воздух поступает к выходному штуцеру, к которому присоединяется стоматологическое оборудование.

Рис. 6.1. Схема работы одноцилиндрового компрессора

 

Привод коленчатого вала осуществляется либо от электродвигателя (характерно для стоматологических компрессоров), либо от автономного двигателя (бензинового или дизельного).

 

Разновидности поршневых компрессоров

Поршневые группы бывают одно- и многоступенчатыми.

Двухцилиндровый одноступенчатый компрессор имеет два цилиндра одинакового размера. Оба они, работая в противофазе, поочередно всасывают воздух, сжимают его до максимального давления и вытесняют в линию нагнетания.

 

 

Рис. 6.2. Схема работы двухцилиндрового одноступечатого компрессора

 

Двухцилиндровый двухступенчатый компрессор также имеет два цилиндра, но уже разного размера. В цилиндре первой ступени воздух сжимается до некого промежуточного значения, затем охлаждается в межступенчатом охладителе и дожимается до максимального давления в цилиндре второй ступени. Роль межступенчатого охладителя выполняет специальная медная трубка. Она обеспечивает промежуточное охлаждение сжатого воздуха, благодаря чему процесс сжатия приближается к идеальному, повышая тем самым КПД поршневой группы.

 

 

Рис. 6.3. Схема работы двухцилиндрового двухступенчатого компрессора

 

Размеры цилиндров подобраны таким образом, чтобы на каждой ступени сжатия совершалась примерно одинаковая работа.

Двухцилиндровые двухступенчатые компрессорные группы имеют ряд преимуществ перед двухцилиндровыми одноступенчатыми группами:

- при одной и той же мощности двигателя при двухступенчатом сжатии затрачивается меньше энергии, чем при одноступенчатом;

- реальная производительность двухступенчатого компрессора выше примерно на 20%;

- в двухступенчатом компрессоре температура в цилиндрах значительно ниже, что существенно повышает надежность и увеличивает ресурс поршневой группы.

По способу передачи силы от коленчатого вала к поршням поршневые компрессоры бывают тронковыми и крейцкопфными.

Поршни в тронковых компрессорах соединяются непосредственно с шатуном с помощью поршневого пальца. Цилиндрическая поверхность таких поршней состоит из верхнего пояса и юбки. В верхнем поя­се устанавливают уплотняющие поршневые кольца, в юбке — маслосъемные кольца, назначение которых заключается в удалении частиц масла, попадающего из картера. Тронковые поршни применяют обычно в ступенях одностороннего действия. Поэтому они воспринимают нормальные усилия, возникающие в процессе работы.

 

Рис. 6.4. Схема тронкового компрессора

В крейцкопфных компрессорах сила передается на поршень через крейцкопф (ползун).

 

 

 

Рис. 6.5. Схема крейцкопфного компрессора

Поршневые компрессоры подразделяются:

- по количеству цилиндров на одно -, двух- и многоцилиндровые;

- тронковые по расположению цилиндров на рядные, V- или W-oбразные;

 

 

Рис. 6.6. Схемы многопоршнеых тронковых компрессоров

 

- крейцкопфные по расположению цилиндров на V-, W-, или L-образные:

 

 

 

Рис.6.7. Схемы многопоршневых крейцкопфных компрессоров

 

Компрессоры такого типа считаются масляными. Т.к. для целей стоматологии нужен сжатый воздух с низким содержанием масла (а лучше вообще без масла), то на выходе компрессора стоит масловодосборник, где происходит предварительная очистка воздуха от паров воды и масла.

Для получения воздуха необходимого качества компрессоры оснащаются отделителями влаги (принцип работы чаще всего основан на центробежном разделении сред с различной плотностью) и осушителями воздуха (принцип работы – впитывание влаги из воздуха абсорбирующим материалом).

Тепловой режим компрессора

При сжатии воздуха в цилиндрах выделяется тепло, и температура воздуха на выходе цилиндров может превышать 140 °С, что приводит к нагреву деталей всего компрессора. Если это тепло не отводить, то это приведет к уменьшению зазоров в узлах трения, и как следствие к их преждевременному износу или, в худшем случае, заклиниванию и немедленному выходу компрессора из строя.

Для отвода тепла применяют принудительный обдув компрессорной головки. Для этого используют вентилятор электродвигателя. Чтобы повысить эффективность охлаждения, корпус головки изготавливают из материалов с высокой теплопроводностью, а ее наружную поверхность выполняют с ребрами для увеличения поверхности охлаждения. Эти меры просты и дешевы, но недостаточны для того, чтобы обеспечить непрерывную работу поршневого компрессора. Поэтому поршневой компрессор изначально рассчитывается на эксплуатацию с обязательным наличием перерывов, необходимых для обеспечения требуемых режимов охлаждения компрессорной головки.

Количественно режим эксплуатации оценивается коэффициентом внутрисменного использования (К_ви), показывающим какую часть времени компрессор способен работать непрерывно без перегрева. В зависимости от конструкции компрессора этот коэффициент колеблется в широких пределах, но всегда меньше единицы. В технике определяют три вида режимов компрессора: кратковременный (К_ви=0,15), непродолжительный (К_ви=0,5) и продолжительный (К _ви=0,75).

Чтобы обеспечить требуемый режим эксплуатации компрессора, нужно соблюдать правильный баланс между объемной производительностью компрессора и средним потреблением воздуха в стоматологической клинике. Для нормальной работы стоматологического оборудования надо, чтобы подача компрессора (подача компрессора - отношение объема подаваемого воздуха ко времени подачи) должна быть всегда больше, чем среднее потребление воздуха. Производя сжатого воздуха больше, чем расходуется, компрессор сам создает себе задел, позволяющий ему время от времени прекращать работу. Этот задел хранится в ресивере.

 

Достоинства и недостатки поршневых компрессоров

Недостатки поршневых компрессоров:

- мало приспособлены к динамичным изменениям потребления;

- высокий расход масла (низкое качество сжатого воздуха);

- высокий уровень шума и вибрации;

- вследствие большого количества двигающихся деталей поршневых компрессоров проведение их технического обслуживания становится длительным и дорогостоящим;

- взрывоопасность вследствие образования отложений, появляющиеся из-за термического окисления масла. Эти отложения аккумулируются вокруг самых горячих деталей системы - выпускных клапанов и в нагнетательных трубах. Отложения на клапанах нарушают работу компрессора и могут вызвать течи, деформацию и перегрев. Отложения в выпускных трубах могут ограничить выход воздуха и увеличить давление в цилиндрах - замкнутый круг, результатом которого может явиться пожар или взрыв.

Однако, несмотря на все недостатки поршневых компрессоров, они сохраняют свою потребительскую привлекательность в стоматологических клиниках по следующим причинам:

- возможно достижение высоких давлений;

- низкая стоимость при приобретении компрессора.

 

Особенности работы реальных поршневых компрессоров

Примером реального стоматологического поршневого компрессора может послужить прошедший государственную регистрацию компрессорный агрегат 1-JSK46.4, устройство которого изображено на рис. 6.8.

Изделие состоит из одноцилиндрового, одноступенчатого вертикального поршневого компрессора, электродвигателя (26) и ресивера (4).

Поршневой компрессор состоит из картера (28), в котором помещен колен­чатый вал, соединенный с валом электродвигателя. К коленчатому валу крепится шатун. Шатун посредством поршневого пальца соединен с поршнем. Поршень имеет два металлических уплотнительных кольца и пластинчатый всасывающий клапан. Поршень помещен в цилиндр (24). К верхней части цилиндра привинчена головка (3) компрессора. Между головкой и цилиндром зажата плита выпускного клапана. Нижняя часть картера образует поддон для масла. К нижней головке шатуна привинчен бродильник, который во время движения шатунного механизма разбрызгивает масло на подшипник коленчатого вала, подшипник поршневого пальца и на стены цилиндра. Масло в картер заливается через отверстие, закрытое крышкой (11). В крышке имеется всасывающее отверстие, перекрытое войлочной вставкой (10). Высота уровня масла проверяется по­средством отверстия, закрытого контрольным винтом (10). Компрессор привинчен четырьмя винтами к электродвигателю.

Электродвигатель — однофазный асинхронный, короткозамкнутым ро­тором, с емкостной вспомогательной фазой, которая отсоединяется цен­тробежным выключателем. Электродвигатель имеет лапки, стоящие на резиновых блоках (15), прикрепленных к основанию (16). Ресивер с помощью двух держателей (14) прикреплен к основанию. На ресивере имеется арматура (2) для отвода сжатого воздуха, арматура (22) для присоединения пневматического выключателя (2), арматура (25) для спуска загрязнений и конденсированной воды и предохранительный кла­пан (1).

Основание имеетформу, подходящую для привинчивания агрегат в ком­плекты зубного врача. На нижней стороне основания наклеена прокладка из пенополиуретана.

Электрические проводники из электродвигателя, конденсаторов (27), то­ковой защиты (21), пневматического выключателя (20) и подвижной под­водящий провод (18) подведены к клеммной коробке (23).

Технические данные компрессорного агрегата 1-JSK46.4:

Компрессор имеет производительность 50 ^{+5 л мин-1} при давлении 0,4 МПа.

Электродвигатель имеет мощность 550 Вт. Количество оборотов 1460 мин^-1. Напряжение питания 110 В при частоте 60 Гц или 220 В при частоте 50 Гц в зависимости от требования потребителя. Объем ресивера 4 л, он сконструирован для эксплуатации при давлении 0,5 МПа. Предохранительный клапан срабатывает при давлении 0,53 ^{+ 0,03} МПа. Ход компрессора регулируется остановкой и пуском электродвигателя с помощью пневматического выключателя.

Пневматический выключатель включает электродвигатель при давлении 0,53±0,03 МПа и выключает при давлении 0,46 ± 0,04 МПа. Рабочая на­грузка электродвигателя 30%, в цикле 10 минут, т. е. 3 минуты ход и 7 ми­нут остановка. Масса агрегата 28 кг.

 

 

Рис. 6. 8. Внешний вид компрессора 1-JSK46.4 (вид спереди)

Рис. 6.9. Внешний вид компрессора 1-JSK46.4 (вид сбоку) и схема электрическая

 

 

Обозначения к рисункам 8 и 9:

1. Предохранительный клапан. 2. Арматура (для отвода сжатого воздуха). 3. Головка цилиндра 4. Напорный бак. 5. Обратный клапан. 6. Заземляющий винт. 7. Очиститель воздуха.

8. Дно (очистителя воздуха). 9. Выпускной трубопровод. 10. Фильтровальный вкладыш. 11. Крышка. 12. Контрольный винт. 13. Пробка 14. Держатель. 15. Резиновый блок. 16. Плита основания. 17. Платформа. 18. Подвижной привод (электрического тока). 19. Пробка очистителя воздуха. 20. Пневматический выклю­чатель. 21. Токовая защита.22. Арматура (для подсоеди­нения пневматического выключателя). 23. Клеммная коробка. 24. Цилиндр. 25. Арматура (для спуска загрязнений). 26. Электродвигатель. 27. Конденсатор. 27а. Конденсатор. 28. Картер. 29. Зажим. 30. Спуск конденсата.