Zasada działania sprężarki membranowej

Sprężarka membranowa to specjalny rodzaj sprężarki, który odgrywa ważną rolę w wielu dziedzinach ze względu na swoją unikalną konstrukcję i zasadę działania.

1. Skład strukturalny sprężarki membranowej

Sprężarka membranowa składa się głównie z następujących części:

1.1 Mechanizm napędowy

Zazwyczaj napędzana silnikiem elektrycznym lub spalinowym, moc jest przenoszona na wał korbowy sprężarki poprzez przekładnię pasową, zębatą lub bezpośrednią. Funkcją mechanizmu napędowego jest zapewnienie stabilnego źródła zasilania sprężarki, gwarantując jej prawidłową pracę.

Na przykład w niektórych małych sprężarkach membranowych jako mechanizm napędowy można zastosować silnik jednofazowy, natomiast w dużych przemysłowych sprężarkach membranowych można stosować silniki trójfazowe dużej mocy lub silniki spalinowe.

1.2 Mechanizm korbowodu wału korbowego

Mechanizm korbowodu wału korbowego jest jednym z głównych elementów sprężarki membranowej. Składa się z wału korbowego, korbowodu, wodzika itp., które zamieniają ruch obrotowy mechanizmu napędowego na liniowy ruch posuwisto-zwrotny tłoka. Obrót wału korbowego wprawia korbowód w ruch wahadłowy, popychając wodzik i powodując ruch posuwisto-zwrotny w suwaku.

Na przykład, konstrukcja wałów korbowych zazwyczaj wykorzystuje wysokowytrzymałe materiały ze stali stopowej, poddawane precyzyjnej obróbce mechanicznej i cieplnej, aby zapewnić im odpowiednią wytrzymałość i sztywność. Korbowód wykonany jest z doskonałej stali kutej, a dzięki precyzyjnej obróbce i montażowi zapewnia niezawodne połączenie z wałem korbowym i wodzikiem.

1.3 Tłok i korpus cylindra

Tłok to element mający bezpośredni kontakt z gazem w sprężarce membranowej, który wykonuje ruch posuwisto-zwrotny wewnątrz cylindra, aby sprężyć gaz. Korpus cylindra jest zazwyczaj wykonany z żeliwa o wysokiej wytrzymałości lub staliwa, które charakteryzuje się dobrą odpornością na ciśnienie. Pomiędzy tłokiem a cylindrem stosuje się uszczelnienia, aby zapobiec wyciekom gazu.

Na przykład, powierzchnia tłoka jest zazwyczaj poddawana specjalnym zabiegom, takim jak chromowanie, niklowanie itp., w celu poprawy jego odporności na zużycie i korozję. Kluczowy jest również dobór elementów uszczelniających, zazwyczaj stosując wysokiej jakości uszczelki gumowe lub metalowe, aby zapewnić dobrą szczelność.

1.4 Elementy membrany

Membrana jest kluczowym elementem sprężarki membranowej, który izoluje sprężony gaz od oleju smarującego i mechanizmu napędowego, zapewniając czystość sprężonego gazu. Elementy membrany zazwyczaj składają się z płyt membranowych, półek membranowych, płyt dociskowych membran itp. Płyty membranowe są zazwyczaj wykonane z wysokowytrzymałych materiałów metalowych lub gumowych, które charakteryzują się dobrą elastycznością i odpornością na korozję.

Na przykład, metalowe płyty membrany są zazwyczaj wykonane z materiałów takich jak stal nierdzewna i stop tytanu, a następnie poddawane specjalnym procesom obróbki, aby uzyskać wysoką wytrzymałość i odporność na korozję. Gumowa membrana jest wykonana ze specjalnego syntetycznego kauczuku, który charakteryzuje się dobrą elastycznością i właściwościami uszczelniającymi. Tacka membrany i płyta dociskowa służą do mocowania membrany, zapobiegając jej odkształceniu lub pęknięciu podczas pracy.

1.5 Zawór gazowy i układ chłodzenia

Zawór gazowy to element sprężarki membranowej, który steruje dopływem i odpływem gazu, a jego działanie bezpośrednio wpływa na wydajność i niezawodność sprężarki. Zawór powietrza jest zazwyczaj automatyczny lub wymuszony i dobierany jest do ciśnienia roboczego i wymagań przepływowych sprężarki. Układ chłodzenia służy do redukcji ciepła generowanego przez sprężarkę podczas pracy, zapewniając jej prawidłową pracę.

Na przykład, zawory automatyczne zazwyczaj wykorzystują sprężynę lub membranę jako rdzeń zaworu, który automatycznie otwiera się i zamyka pod wpływem zmian ciśnienia gazu. Zawór wymuszony musi być sterowany za pomocą zewnętrznych mechanizmów napędowych, takich jak napęd elektromagnetyczny, pneumatyczny itp. Układ chłodzenia może być chłodzony powietrzem lub wodą, w zależności od środowiska pracy i wymagań sprężarki.

2. Zasada działania sprężarki membranowej

Proces pracy sprężarki membranowej można podzielić na trzy etapy: ssanie, sprężanie i wydech:

2.1 Etap inhalacji

Gdy tłok przesuwa się w prawo, ciśnienie wewnątrz cylindra spada, zawór dolotowy otwiera się, a gaz z zewnątrz przedostaje się do korpusu cylindra przez rurę dolotową. W tym momencie płyta membrany wygina się w lewo pod wpływem ciśnienia wewnątrz cylindra i ciśnienia w komorze membrany, a objętość komory membrany wzrasta, tworząc proces ssania.

Na przykład, podczas procesu wdechu, otwieranie i zamykanie zaworu wlotowego jest kontrolowane przez różnicę ciśnień wewnątrz i na zewnątrz bloku cylindra. Gdy ciśnienie wewnątrz cylindra jest niższe niż ciśnienie zewnętrzne, zawór wlotowy automatycznie się otwiera, a gaz z zewnątrz przedostaje się do korpusu cylindra. Gdy ciśnienie wewnątrz cylindra jest równe ciśnieniu zewnętrznemu, zawór wlotowy automatycznie się zamyka, a proces zasysania kończy się.

2.2 Stopień sprężania

Gdy tłok przesuwa się w lewo, ciśnienie wewnątrz cylindra stopniowo wzrasta, zawór dolotowy zamyka się, a zawór wydechowy pozostaje zamknięty. W tym momencie płyta membrany wygina się w prawo pod wpływem ciśnienia wewnątrz cylindra, zmniejszając objętość komory membrany i sprężając gaz. W miarę jak tłok kontynuuje ruch, ciśnienie wewnątrz cylindra stale rośnie, aż osiągnie zadane ciśnienie sprężania.

Na przykład, podczas sprężania, odkształcenie zginające membrany jest określane przez różnicę między ciśnieniem wewnątrz cylindra a ciśnieniem w komorze membrany. Gdy ciśnienie wewnątrz cylindra jest wyższe niż ciśnienie w komorze membrany, płytka membrany wygina się w prawo, sprężając gaz; gdy ciśnienie wewnątrz cylindra jest równe ciśnieniu w komorze membrany, membrana znajduje się w stanie równowagi, a proces sprężania kończy się.

3.3 Stopień wydechowy

Gdy ciśnienie w cylindrze osiągnie zadane ciśnienie sprężania, zawór wydechowy otwiera się, a sprężony gaz jest odprowadzany z cylindra przez rurę wydechową. W tym momencie płyta membrany wygina się w lewo pod wpływem ciśnienia wewnątrz cylindra i komory membrany, zwiększając objętość komory membrany i przygotowując się do kolejnego procesu ssania.

Na przykład, podczas procesu wydechu, otwieranie i zamykanie zaworu wydechowego jest kontrolowane przez różnicę między ciśnieniem wewnątrz cylindra a ciśnieniem w rurze wydechowej. Gdy ciśnienie wewnątrz cylindra jest wyższe niż ciśnienie w rurze wydechowej, zawór wydechowy automatycznie się otwiera, a sprężony gaz jest odprowadzany z korpusu cylindra. Gdy ciśnienie wewnątrz cylindra jest równe ciśnieniu w rurze wydechowej, zawór wydechowy automatycznie się zamyka, a proces wydechu kończy się.

3. Charakterystyka i zastosowania sprężarek membranowych

3.1 Charakterystyka

Wysoka czystość sprężonego gazu: Dzięki membranie oddzielającej sprężony gaz od oleju smarującego i mechanizmu napędowego, sprężony gaz nie ulega zanieczyszczeniu olejem smarującym ani zanieczyszczeniami, co przekłada się na jego wysoką czystość.

Dobre uszczelnienie: Sprężarka membranowa wykorzystuje specjalną konstrukcję uszczelniającą, która skutecznie zapobiega wyciekom gazu, gwarantuje wydajność sprężania i bezpieczeństwo.

Płynna praca: Podczas pracy sprężarki membranowej prędkość ruchu tłoka jest stosunkowo niska, a pomiędzy częściami metalowymi nie ma bezpośredniego kontaktu, dzięki czemu praca jest płynna, a hałas niski.

Duża zdolność adaptacji: Sprężarki membranowe mogą dostosować się do różnych wymagań w zakresie sprężania gazów, w tym gazów specjalnych o wysokim ciśnieniu, wysokiej czystości, łatwopalnych i wybuchowych.

3.2 Zastosowanie

Przemysł petrochemiczny: zajmuje się sprężaniem gazów takich jak wodór, azot, gaz ziemny itp., dostarczając surowców i energii do produkcji chemicznej.

Przemysł spożywczy i farmaceutyczny: zajmuje się sprężaniem gazów, takich jak powietrze i azot, zapewniając czyste środowisko gazowe w przetwórstwie żywności i produkcji farmaceutycznej.

Przemysł półprzewodników elektronicznych: zajmuje się sprężaniem gazów o wysokiej czystości, takich jak azot, wodór, hel itp., zapewniając środowisko gazowe o wysokiej czystości do produkcji układów scalonych i półprzewodników.

W dziedzinie eksperymentów naukowo-badawczych stosuje się go do sprężania różnych gazów specjalnych i zapewniania stabilnego zasilania gazowego na potrzeby eksperymentów naukowo-badawczych.

Krótko mówiąc, sprężarki membranowe odgrywają ważną rolę w wielu dziedzinach ze względu na swoją unikalną konstrukcję i zasadę działania. Zrozumienie zasady działania sprężarek membranowych może pomóc w lepszym użytkowaniu i konserwacji tych urządzeń, a także poprawić ich wydajność i niezawodność.