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, riveste 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 azionamento

Generalmente alimentato da un motore elettrico o da un motore a combustione interna, l'energia 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 energia stabile al compressore, garantendone il normale funzionamento.

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

1.2 Meccanismo della biella dell'albero motore

Il meccanismo biella-albero motore è uno dei componenti principali del compressore a membrana. È costituito da albero motore, biella, testa a croce, ecc., che converte il moto rotatorio del meccanismo di azionamento in moto lineare alternativo del pistone. La rotazione dell'albero motore fa oscillare la biella, spingendo così la testa a croce e generando un moto alternativo nella slitta.

Ad esempio, la progettazione degli alberi a gomiti prevede in genere l'utilizzo di materiali in acciaio legato ad alta resistenza, sottoposti a lavorazioni di precisione e trattamenti termici per garantire sufficiente resistenza e rigidità. La biella è realizzata in acciaio forgiato di alta qualità e, grazie a una lavorazione e un assemblaggio accurati, assicura un collegamento affidabile con l'albero a gomiti e la testa a croce.

1.3 Pistone e corpo del cilindro

In un compressore a membrana, il pistone è il componente a diretto contatto con il gas, che compie un movimento alternativo all'interno del cilindro per comprimere il gas. Il corpo del cilindro è solitamente realizzato in ghisa ad alta resistenza o acciaio fuso, materiali che offrono una buona resistenza alla pressione. Tra il pistone e il cilindro vengono utilizzate delle guarnizioni per impedire perdite di gas.

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

1.4 Componenti del diaframma

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

Ad esempio, le piastre del diaframma metallico sono generalmente realizzate con materiali come acciaio inossidabile e lega di titanio e vengono lavorate con tecniche speciali per garantire elevata resistenza e resistenza alla corrosione. Il diaframma in gomma è realizzato in uno speciale materiale di gomma sintetica, 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, assicurando 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 del compressore a membrana che controlla l'afflusso e il deflusso del gas e il suo funzionamento influisce direttamente sull'efficienza e sull'affidabilità del compressore. La valvola dell'aria è generalmente di tipo automatico o forzato e viene selezionata in base alla pressione di esercizio e alla portata richieste dal compressore. Il sistema di raffreddamento serve a ridurre il calore generato dal compressore durante il funzionamento, garantendone il normale funzionamento.

Ad esempio, le valvole automatiche utilizzano solitamente una molla o un diaframma come nucleo della valvola, che si apre e si chiude automaticamente in base alle variazioni di pressione del gas. La valvola forzata, invece, 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 sposta 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 flette 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 luogo 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 cilindro. Quando la pressione all'interno del cilindro è inferiore alla pressione esterna, la valvola di aspirazione si apre automaticamente e il gas esterno entra nel cilindro; quando la pressione all'interno del cilindro è uguale alla pressione esterna, la valvola di aspirazione si chiude automaticamente e il processo di aspirazione termina.

2.2 Fase di compressione

Quando il pistone si sposta 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 flette verso destra sotto la pressione interna del cilindro, riducendo il volume della camera di compressione 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 flessionale 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 alla pressione nella camera del diaframma, la piastra del diaframma si flette verso destra, comprimendo il gas; quando la pressione all'interno del cilindro è uguale alla pressione nella camera del diaframma, il diaframma è in equilibrio e il processo di compressione termina.

3.3 Stadio di scarico

Quando la pressione all'interno del cilindro raggiunge la pressione di compressione impostata, la valvola di scarico si apre e il gas compresso viene espulso dal cilindro attraverso il tubo di scarico. A questo punto, la membrana si flette verso sinistra sotto la pressione all'interno del cilindro e della camera della membrana, aumentando il volume di quest'ultima e preparandosi per la successiva fase di aspirazione.

Ad esempio, durante la fase 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 alla pressione nel tubo di scarico, la valvola di scarico si apre automaticamente e il gas compresso viene espulso dal cilindro; quando la pressione all'interno del cilindro è uguale alla pressione nel tubo di scarico, la valvola di scarico si chiude automaticamente e la fase 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 dal meccanismo di azionamento, il gas compresso non viene contaminato dall'olio lubrificante e dalle impurità, risultando così altamente puro.

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

Funzionamento fluido: durante il funzionamento del compressore a membrana, la velocità di movimento del pistone è relativamente bassa e non vi è contatto diretto tra le parti metalliche, pertanto il funzionamento è fluido e silenzioso.

Elevata adattabilità: i compressori a membrana possono adattarsi a diverse esigenze di compressione del gas, inclusi gas speciali ad alta pressione, elevata purezza, infiammabili ed esplosivi.

3.2 Applicazione

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

Industria alimentare e farmaceutica: utilizzata per comprimere gas come aria e azoto, fornendo un ambiente gassoso pulito per la lavorazione degli alimenti e la produzione farmaceutica.

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

Nell'ambito della ricerca scientifica, viene utilizzato per comprimere vari gas speciali e fornire un apporto stabile di gas per gli esperimenti di ricerca scientifica.

In sintesi, 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.