1. UVOD

Kompresori uz pumpe, elektro-motore i motore s unutrašnjim sagorijevanjem udahnjuju život mnogim mašinskim instalacijama. Kompresori su naprave koje sisaju gasove iz nekog rezervoara, cjevovoda ili okoline i tlače ih (uz znatniji porast pritiska) u drugi reyervoar, cjevovod, ili uopšteno do nekog potrošača. Tzv. "booster" kompresori su naprave za kompresovanje zraka s početnog pritiska koji je znatno iznad atmosferskog na još viši pritisak. Vakum pumpe su naprave za komprimmovanje zraka sa početnog pritiska koji je niži od atmosferskog do konačnog pritiska koji je blizu atmosferskog.

Kompresori se primjenjuju u sljedećim područjima:

Rashladna tehnika: frižideri, vitrine, klima uredjaji, hladnjače.

Procesna industrija: pivare (CO2), rafinerije, fabrike tehničkih gasova (boce O2, N2).

Željezare, čeličane i livnice.

Lakirnice, vulkanizeri.

Pneumatski alati i automatika: brodogradnja, graditeljstvo, vozila (kočnice, vrata...), hoteli, robne kuće, industrija, pneumatski transport.

Posebne primjene: brodovi (za startovanje motora i/ili instrumentalni vazduh), bolnice (medicinski gasovi), transport gasovodima, podmornice (torpeda, zračne komore), kesoni, dizanje potonulih brodova, ronioci, plinsko turbinska postrojenja (turbo kompresori), turbopunjači…

1

2. Brodski kompresori

Kompresori su radne mašine koje se koriste za povećanje pritiska gasova ili para uz smanjenje njihove zapremine, koje se nakon toga prebacuju na potrebno mesto. Energiju najčešće dobijenu od elektromotora, kompresori prenose na gasove (pare) koje kroz njih prolaze.

Brodski kompresori se u principu ne razlikuju mnogo od kompresora koji se koriste u industriji, a najčešće se na brodovima koriste za sabijanje vazduha koji se upotrebljava za produvavanje artiljerijskih oruđa, punjenje torpednih spremnika, lansiranje torpeda, upućivanje dizel motora, za rad gasnih turbina, produvavanje kotlovskih cevi, daljinsko upravljanje brodskim mašinama i uređajima, za pirne tankove podmornica, razne pneumatske uređaje i alate.

a) Sabijene pare (na primer amonijaka, freona i ugljen dioksida) koriste se za rad brodskih rashladnih i klima uređaja.

b) Kompresore možemo podeliti:c) prema konstruktivnoj izvedbi: na klipne, rotacione, centrifugalne i

aksijalne;d) prema principu rada: na zapreminske (klipni i rotacioni) i lopataste

(centrifugalni i aksijalni);e)  prema vrsti sabijenog gasa (pare): na kompresore za vazduh, za

amonijak, freon itd.;

f)  prema vrsti pogonskog motora: na na parne, elektromotorne, motorne i kompresore pogonjene gasnom turbinom;

g) prema kapacitetu: na kompresore malog i velikog kapaciteta;h) prema pritisku: na kompresore niskog, srednjeg i visokog pritiska;i) prema nameni: na kompresore brodskih uređaja, kompresore specijalne

namene i opšte brodske kompresore.j) Klipni kompresori

2

2.2. Klipni kompresori

Prema položaju klipa, klipni kompresori mogu biti vertikalni i horizontalni, a cilindri mogu da budu razmešteni u obliku slova "V", "W" ili "L". Osim toga, postoje i kompresori čiji su cilindri razmešteni zvjezdasto, ali se ovaj tip na brodovima vrlo rijetko koristi. Šema klipnog kompresora:

Slika 1. Principijelna šema jednostepenog vertikalnog klipnog kompresora

U gornjem delu cilindra nalazi se ploča sa usisnim i potisnim ventilom. Na usisnoj strani nalazi se prečistač vazduha, a potisna cijev je spojena sa rezervoarom (bocom) za vazduh. Kretanjem klipa na dolje, u cilindru se stvara potpritisak koji otvara usisni ventil i uvlači vazduh u cilindar. Daljim kretanjem klipa, klip kreće prema gore, usisni ventil se zatvara a vazduh sabija do određenog pritiska, na kome se otvara potisni ventil i vazduh se prebacuje u rezervoar. Ponovno kretanje klipa na dolje izaziva zatvaranje potisnog ventila, odmah nakon toga otvaranje usisnog, tako se ovaj ciklus ponavlja sve dok kompresor radi.

3

2.3. Višestepeni klipni kompresori

Princip rada višestepenih klipnih kompresora isti je kao kod jednostepenih, uz jednu razliku: vazduh potisnut iz prvog stepene ne ide u rezervoar nego na usis drugog stepena i tako dalje, dok iz poslednjeg stepena ne bude prebačen u rezervoar. Između stepeni kompresora, vazduh se hladi radi lakšeg ponovnog sabijanja u sledećem stepenu. Ova vrsta kompresora koristi se za sabijanje vazduha na veće pritiske, koje nije moguće postići u jednostepenom kompresoru zbog povećanja temperature kod kompresije što otežava podmazivanje kompresora.

Postupak sabijanja vazduha u dvostepenom klipnom kompresoru prikazan je na sledećoj šemi:

Slika 2. Principijelna sema dvostepenog kompresora

4

2.4. Hlađenje vazduha prilikom kompresije

Radi smanjenja utrošene energije za sabijanje vazduha, nakon izlaska iz svakog stepena višestepenog klipnog kompresora vazduh se hladi, čime se smanjuje potreban rad za sabijanje u sledećem stepenu, a time i utrošena energija. Međutim, prilikom hlađenja vazduha dolazi do kondenzacije vodene pare koja se normalno nalazi u vazduhu, u vodu. Voda u vazduhu pod pritiskom nije poželjna iz mnogo razloga, te se odstranjuje u posebnom uređaju - sušaču, pre konačnog spremanja u razervoare - boce.

2.5. Regulacija rada klipnog kompresora

Brodski kompresori su do sredine XX vijeka najčešće bili pokretani parnim mašinama, dok je danas najviše u upotrebi pogon kompresora elektromotorima. Prilikom upućivanja kompresora, elektromotor mora da bude potpuno rasterećen do postizanja punog broja obrtaja, što znači da kompresor ne sme da sabija vazduh, odnosno i on mora biti rasterećen. Ovo se postiže držanjem usisnih ventila kompresora otvorenim, tako da kompresor radi "u prazno":

Slika 3. Regulacija držanjem otvorenih usisnih ventila

5

Osim prilikom upućivanja, ponekad je i tokom rada potrebno regulisati kapacitet kompresora, što se postiže regulacijom broja obrataja pogonskog motora ili regulacijom pritiska u potisnom vodu kompresora uz konstantni kapacitet.

2.6. Konstruktivne izvedbe klipnih kompresora

U zavisnosti od potreba, klipni višestepeni kompresori se izvode u različitim konstruktivnim izvedbama. Evo nekoliko primera:

Slika 4. Dvostepeni klipni kompresor - nacin razmestanja cilindara

6

Slika 5. trostepeni klipni kompresor - nacin razmestanja cilindara

Slika 6. Četverostepeni kompresor - nacin razmestanja cilinidara

7

2.7. Vijačni kompresori

Ova vrsta kompresora je relativno nova, tako da imaju neke tehničke novine u svojoj konstrukciji. Ulogu klipa kod njih imaju vijci koji se obrću u zajedničkom kućištu. Rade ne istom principu na kojem rade vijčane pumpe. Najčešće imaju dva vijka, vodeći i vođeni, a princip rada prikazan je na sledećoj slici:

Slika 7. Princip rada vijcanih kompresora

Na jednom kraju kućišta nalazi se usisni, a na drugom potisni otvor. Vijci zahvataju gas, komprimiraju ga i istiskuju u potisni otvor. Ovaj tip kompresora koristi se u svim oblastim u kojima se primenjuju i ostale vrste kompresora. Na brodovima se uglavnom koriste u klimatizacionim i rashladnim uređajima i za pred-nabijanje dizel motora vazduhom.

Prema načinu rada, vijčani kompresori se dele na dve grupe:

- vijčani kompresori sa suvom kompresijom- vijčani kompresori ispunjeni uljem.

Kod vijčanih kompresora sa suvom kompresijom radni prostor je potpuno odeljen od ulja (ležajeva) i ulje ne dolazi u njega, pa u vazduhu nema čestica ulja, što znači da nema potrebe za montiranje oduljivača. To smanjuje dimenzije kompresora, dok stepen kompresije iznosi do 5.

8

Vijčani kompresori ispunjeni uljem gas (vazduh) prebacuju zajedno sa uljem (7-10 litara ulja na svaki kubni metar sabijenog vazduha cirkuliše kompresorom) koje istovremeno hladi sabijeni vazduh, obezbeđuje hermetičnost radnog prostora kompresora i smanjuje šumove pri radu. Ovaj tip kompresora zahteva uređaj za odvajanje ulja iz sabijenog vazduha, a kompresioni odnos može da bude i do 20.

Za dobijanje većih pritisaka sabijenog vazduha, koriste se dvostepeni vijčani kompresori:

Slika 8. Dvostepeni vijcani kompresor

Dvostepeni vijčani kompresori mogu da imaju četiri vijka (a na gornjoj slici) ili dva vijka koji na sebi imaju navoje prvog i drugog stepena (b na gornjoj slici).

Vijčani kompresori su veoma perspektivne mašine. Na primer, u poređenju sa klipnim kompresorima, za isti stepen sabijanja i kapacitet, vijčani kompresori imaju od 10 do 100 puta manju masu i od 3 do 10 puta manje dimenzije. Broj obrtaja kod vijčanih kompresora kreće se od 3 000 do 10 000 min-1.

9

Ekonomičnost vijčanih kompresora ogleda se u malim hidrauličnim gubicima jer nema ventila, maloj pulsaciji protoka gasa koji sabijaju, malom zagrevanju gasa i velikom broju obrtaja čime se smanjuju gubici gasa kroz zazore radnog prostora.

2.8. Kolovrtrni kompresori

Ova vrsta kompresora uglavnom se upotrebljava u sklopu klimatizacionih i rashladnih uređaja.

Slika 9. Principijelna sema kolovrtnog kompresora

1 – Cilindar2 – Rotor3 – Potisni vod4 – Lopatica (pregrada)5 – Opruga6 – Usisni vod

Rotor, ekscentrično postavljen u cilindru kao kod kolovrtnih pumpi, kod ove vrste komoresora naziva se i obrtni klip. Lopatica dijeli šupljine cilindra sa različitim pritiscima. Tokom rotacije, rotor dodiruje unutrašnju površinu cilindra - kotrlja se po njoj,

10

a lopatica dijeli prostor cilindra na dva dijela od kojih je jedan povezan sa usisnom, a drugi sa potisnom cijevi. Na principu potpritiska, vazduh se usisava u usisni prostor, postepeno se sabija i usled rotacije klipa na kraju šalje u potisnu cijev.

Kompresor najčešće pogoni elektromotor preko klinastog remena i remenice. Ovi kompresori su relativno jednostavne konstrukcije, dobro uravnoteženih masa pošto nema pravolinijskog kretanja, ali imaju relativno nizak koeficijent korisnog dejstva i bučni su u radu.

2.9. Krilni kompresori

Ova vrsta kompresora praktično se ne razlikuje od krilnih pumpi, osim po medijumu koji potiskuju.

Slika 10. Šema rada krilnog kompresora3

1 – Tijelo2 – Rotor3 – Krilca (lopatice)4 – Prostor za hlađenje5 – Potisni vod6 – Potisni ventil7 – Usisni vod8 – Komora (međukrilni prostor)

11

Pri rotaciji rotora krilca (3) se pod dejstvom centrifugalne sile izvlače iz ležišta i upiru na cilindričnu površinu tijela (1) čime dijele radni prostor između rotora i unutrašnje površine cilindra na dvije komore (8) različitih zapremina. Lijeve komore spojene su sa usisnom cijevi (7). Pri obrtanju, njihova zapremina se povećava, stvara se potpritisak koji "uvlači" gas u kompresor. Kada postigne maksimalnu zapreminu, komora (8) se odvaja od usisne cijevi, pri daljem kretanju zapremina te komore se smanjuje - počinje proces sabijanja. Kada krilce bude potpuno uvučeno u svoju šupljinu, prolazi ivicom potisnog prostora i gas se šalje u potisni cjevovod a nakon odvajanja od potisne cijevi počinje novi proces usisa gasa. Proces se ponavlja sve dok kompresor radi. Kroz prostor za hlađenje cirkuliše rashladna voda koja hladi kompresor i gas u njemu.

2.10. Turbokompresori

Turbokompresori su rotacione mašine koje lopaticama zahvataju i potiskuju gas. Često se u praksi nazivaju višestepeni kompresori, višestepeni ventilatori ili turboduvala. Pogonski motor za ovu vrstu kompresora može biti elektromotor, gasna ili parna turbina. Po načinu rada, mogu biti centrifugalni (radijalni) i aksijalni.

Centrifugalni turbokompresori ne razlikuju se mnogo po konstruktivnoj izvedbi od centrifugalnih pumpi:

Slika 11. Šema visestepenog centrifugalnog turbokompresora

12

1 – Usisni vod2 – Vratilo3 – Rotor4 – Difuzor5 – Sprovodni apart6 – Spiralno kućište7 – Ležaj

Pri obrtanju rotora (3) u njegovom centralnom dijelu stvara se potpritisak koji usisava gas iz usisnog voda. Dalje obrtanje rotora centrifugalnom silom izbacuje gas ka periferiji lopatica uz porast brzine kretanja i pritiska gasa. Gas na kraju dolazi u difuzor, gdje mu pritisak dodatno raste na račun pada brzine. Nakon toga gas ide na usis sledećeg stepena kompresora, a nakon prolaska kroz sve stepene, odlazi u potisnu cijev.

Šema aksijalnog turbokompresora:

Slika 12. Šema aksijalnog turbokompresora

13

1 – Usisna cijev2 – Suženje (grlo)3 – Ulazni sprovodni aparat4 – Rotor5 – Statorske lopatice6 – Izlazni sprovodni aparat7 – Difuzor8 – Ležaj9 – Potisna cijev10 – Lopatice

Kod aksijalnog turbokompresora, gas u kompresor ulazi paralelno sa osom rotora kroz ulazni sprovodni aparat koji usmjerava gas na lopatice. Prolazeći kroz stepene kompresora, gas prima energiju od obrtanja lopatica te mu se povećava pritisak i brzina kretanja. Na kraju, kroz izlazni sprovodni aparat gas u difuzoru dobija dodatno povećanje pritiska na račun smanjenja brzine, odakle odlazi u potisnu cijev.

Aksijalni turbokopresori mogu da budu hlađeni i nehlađeni, zavisno od kapaciteta i karakteristika kompresora. Hlađeni imaju kompresioni odnos od 5 do 12, a nehlađeni 1,4 do 4.

Pri istom kompresionom odnosu, aksijalni turbokompresori daju veće kapacitete od centrifugalnih.

Na brodovima se turbokompresori najčešće koriste u sklopu gasnih turbina, kao i kod velikih brodskih rashladnih uređaja.

Prednost turbokompresora u odnosu na ostale konstruktivne izvedbe je to što se sa gasom koji se prebacuje ne meša kompresorsko ulje, kompaktne su konstrukcije i malih dimenzija, rade tiho, bez vibracija a održavanje im nije skupo. Glavni nedostatak im je što ne mogu da daju visoke pritiske, a ne mogu ni da prebacuju male količine gasova.

14