Il principio di funzionamento del compressore a membrana

Il compressore a membrana è un tipo speciale di compressore che, grazie alla sua struttura e al suo principio di funzionamento unici, svolge un ruolo importante in molti settori.

1、 Composizione strutturale del compressore a membrana

Il compressore a membrana è costituito principalmente dalle seguenti parti:

1.1 Meccanismo di guida

Solitamente alimentato da un motore elettrico o a combustione interna, la potenza viene trasmessa all'albero motore del compressore tramite trasmissione a cinghia, a ingranaggi o collegamento diretto. La funzione del meccanismo di azionamento è quella di fornire una fonte di alimentazione stabile al compressore, garantendone il normale funzionamento.

Ad esempio, in alcuni piccoli compressori a membrana può essere utilizzato un motore monofase come meccanismo di azionamento, mentre nei grandi compressori industriali a membrana possono essere utilizzati motori trifase ad alta potenza o motori a combustione interna.

1.2 Meccanismo di biella dell'albero motore

Il meccanismo di biella dell'albero motore è uno dei componenti principali del compressore a membrana. È costituito da un albero motore, una biella, una testa a croce, ecc., che converte il moto rotatorio del meccanismo di azionamento nel moto lineare alternativo del pistone. La rotazione dell'albero motore aziona l'oscillazione della biella, spingendo così la testa a croce a creare un moto alternativo nella slitta.

Ad esempio, la progettazione degli alberi motore utilizza tipicamente materiali in lega di acciaio ad alta resistenza, sottoposti a lavorazioni meccaniche di precisione e trattamento termico per garantire resistenza e rigidità adeguate. La biella è realizzata in acciaio forgiato di alta qualità e, grazie a lavorazioni e assemblaggi accurati, garantisce un collegamento affidabile con l'albero motore e la testa a croce.

1.3 Pistone e corpo del cilindro

Il pistone è il componente a diretto contatto con il gas in un compressore a membrana, che esegue un movimento alternato all'interno del cilindro per ottenere la compressione del gas. Il corpo del cilindro è solitamente realizzato in ghisa ad alta resistenza o acciaio fuso, con un'ottima resistenza alla pressione. Tra il pistone e il cilindro vengono utilizzate guarnizioni per evitare perdite di gas.

Ad esempio, la superficie del pistone viene solitamente trattata con trattamenti speciali come cromatura, nichelatura, ecc. per migliorarne la resistenza all'usura e alla corrosione. Anche la selezione dei componenti di tenuta è fondamentale, solitamente utilizzando guarnizioni in gomma o metallo ad alte prestazioni per garantire un'ottima tenuta.

1.4 Componenti del diaframma

Il diaframma è un componente chiave del compressore a membrana, che isola il gas compresso dall'olio lubrificante e dal meccanismo di azionamento, garantendone la purezza. I componenti del diaframma sono solitamente composti da lamine, vassoi, piastre di pressione, ecc. Le lamine sono generalmente realizzate in materiali metallici o in gomma ad alta resistenza, che presentano una buona elasticità e resistenza alla corrosione.

Ad esempio, le piastre metalliche del diaframma sono solitamente realizzate in materiali come acciaio inossidabile e lega di titanio e sono lavorate con tecniche speciali per garantire elevata resistenza e resistenza alla corrosione. Il diaframma in gomma è realizzato in uno speciale materiale sintetico, che presenta buone proprietà di elasticità e tenuta. Il vassoio del diaframma e la piastra di pressione del diaframma vengono utilizzati per fissare il diaframma, garantendo che non si deformi o si rompa durante il funzionamento.

1.5 Valvola del gas e sistema di raffreddamento

La valvola del gas è un componente di un compressore a membrana che controlla l'afflusso e il deflusso del gas, e le sue prestazioni influiscono direttamente sull'efficienza e l'affidabilità del compressore. La valvola dell'aria solitamente adotta una valvola automatica o forzata e viene selezionata in base alla pressione di esercizio e ai requisiti di portata del compressore. Il sistema di raffreddamento viene utilizzato per ridurre il calore generato dal compressore durante il funzionamento, garantendone il normale funzionamento.

Ad esempio, le valvole automatiche di solito utilizzano una molla o una membrana come meccanismo di apertura e chiusura automatica in base alle variazioni di pressione del gas. La valvola forzata deve essere controllata tramite meccanismi di azionamento esterni, come azionamenti elettromagnetici, pneumatici, ecc. Il sistema di raffreddamento può essere ad aria o ad acqua, a seconda dell'ambiente operativo e dei requisiti del compressore.

2. Principio di funzionamento del compressore a membrana

Il processo di funzionamento di un compressore a membrana può essere suddiviso in tre fasi: aspirazione, compressione e scarico:

2.1 Fase di inalazione

Quando il pistone si muove verso destra, la pressione all'interno del cilindro diminuisce, la valvola di aspirazione si apre e il gas esterno entra nel corpo del cilindro attraverso il condotto di aspirazione. In questo momento, la membrana si piega verso sinistra sotto l'azione della pressione all'interno del cilindro e della pressione nella camera della membrana, e il volume della camera della membrana aumenta, dando origine a un processo di aspirazione.

Ad esempio, durante il processo di inalazione, l'apertura e la chiusura della valvola di aspirazione sono controllate dalla differenza di pressione tra l'interno e l'esterno del blocco cilindro. Quando la pressione all'interno del cilindro è inferiore a quella esterna, la valvola di aspirazione si apre automaticamente e il gas esterno entra nel corpo del cilindro; quando la pressione all'interno del cilindro è uguale a quella esterna, la valvola di aspirazione si chiude automaticamente e il processo di aspirazione termina.

2.2 Fase di compressione

Quando il pistone si muove verso sinistra, la pressione all'interno del cilindro aumenta gradualmente, la valvola di aspirazione si chiude e la valvola di scarico rimane chiusa. A questo punto, la membrana si piega verso destra sotto la pressione all'interno del cilindro, riducendo il volume della camera della membrana e comprimendo il gas. Man mano che il pistone continua a muoversi, la pressione all'interno del cilindro aumenta costantemente fino a raggiungere la pressione di compressione impostata.

Ad esempio, durante la compressione, la deformazione del diaframma è determinata dalla differenza tra la pressione all'interno del cilindro e la pressione nella camera del diaframma. Quando la pressione all'interno del cilindro è superiore a quella nella camera del diaframma, la membrana si piega verso destra, comprimendo il gas; quando la pressione all'interno del cilindro è uguale a quella nella camera del diaframma, il diaframma è in equilibrio e il processo di compressione termina.

3.3 Fase di scarico

Quando la pressione all'interno del cilindro raggiunge il valore di compressione impostato, la valvola di scarico si apre e il gas compresso viene scaricato dal cilindro attraverso il tubo di scarico. A questo punto, la piastra della membrana si piega verso sinistra sotto la pressione esercitata all'interno del cilindro e della camera della membrana, aumentando il volume della camera della membrana e preparandosi per il successivo processo di aspirazione.

Ad esempio, durante il processo di scarico, l'apertura e la chiusura della valvola di scarico sono controllate dalla differenza tra la pressione all'interno del cilindro e la pressione nel tubo di scarico. Quando la pressione all'interno del cilindro è superiore a quella nel tubo di scarico, la valvola di scarico si apre automaticamente e il gas compresso viene scaricato dal corpo del cilindro; quando la pressione all'interno del cilindro è uguale a quella nel tubo di scarico, la valvola di scarico si chiude automaticamente e il processo di scarico termina.

3. Caratteristiche e applicazioni dei compressori a membrana

3.1 Caratteristiche

Elevata purezza del gas compresso: grazie al diaframma che separa il gas compresso dall'olio lubrificante e al meccanismo di azionamento, il gas compresso non viene contaminato dall'olio lubrificante e dalle impurità, con conseguente elevata purezza.

Buona tenuta: il compressore a membrana adotta una speciale struttura di tenuta, che può prevenire efficacemente le perdite di gas, garantendo efficienza di compressione e sicurezza.

Funzionamento regolare: durante il processo di funzionamento del compressore a membrana, la velocità di movimento del pistone è relativamente bassa e non vi è alcun contatto diretto tra le parti metalliche, quindi il funzionamento è regolare e il rumore è basso.

Elevata adattabilità: i compressori a membrana possono adattarsi a vari requisiti di compressione del gas, tra cui gas speciali ad alta pressione, elevata purezza, infiammabili ed esplosivi.

3.2 Applicazione

Industria petrolchimica: utilizzata per comprimere gas quali idrogeno, azoto, gas naturale, ecc., fornendo materie prime ed energia per la produzione chimica.

Industria alimentare e farmaceutica: utilizzata per comprimere gas quali aria e azoto, garantendo un ambiente di gas pulito per la lavorazione alimentare e la produzione farmaceutica.

Industria dei semiconduttori elettronici: utilizzata per comprimere gas ad elevata purezza quali azoto, idrogeno, elio, ecc., fornendo un ambiente gassoso ad elevata purezza per la produzione di chip elettronici e di semiconduttori.

Nel campo degli esperimenti di ricerca scientifica, viene utilizzato per comprimere vari gas speciali e garantire una fornitura di gas stabile per gli esperimenti di ricerca scientifica.

In breve, i compressori a membrana svolgono un ruolo importante in molti settori grazie alla loro struttura e al loro principio di funzionamento unici. Comprendere il principio di funzionamento dei compressori a membrana può aiutare a utilizzare e manutenere al meglio queste apparecchiature, migliorandone l'efficienza e l'affidabilità.