2 Основные узлы и детали поршневых компрессоров. Устройство поршневого компрессора основные узлы
2 Основные узлы и детали поршневых компрессоров
2.1 Коленчатые валы
Коленчатый вал предназначен для передачи вращательного движения от привода к шатуну. Он является одной из главных деталей поршневого компрессора. В холодильных компрессорах валы обычно выполнены с двумя шатунными шейками, смещенными друг относительно друга на (рисунок 9)
Рисунок 9 – Коленчатые валы в сборе
а-компрессора АУ45; б-компрессора П110
1-шестерня промежуточная ; 2-валик промежуточной шестерни; 3-гайка; 4-шестерня привода маслонасоса; 5-упорное кольцо; 6-крышка корпуса; 7-корпус подшипника; 8-подшипник качения; 9-заглушка; 10-коленчатый вал; 11-пробка.
На щеках вала имеются литые съемные противовесы, которые служат для уравновешивания сил и моментов инерции.
В некоторых малых компрессорах применяются консольные или эксцентриковые валы, двухколенные. Валы выполняют цельноковаными, штампованными или литыми. Для компрессоров с принудительной смазкой коленчатые валы изготавливают со специальными просверленными масляными каналами. При смазке разбрызгиванием на валу (иногда на шатунах) устанавливают захватывающие устройства.
Для коленчатых валов применяют высококачественную углеродистую сталь 40, 45 или легированную сталь 40Х с последующей термообработкой. Поверхность шатунных и коренных шеек доводят до твердости 48-62НRС.
2.2 Картеры
Картеры и блок-картеры являются основной несущей конструкцией поршневых компрессоров. В них расположены коленчатый вал, шатунно-поршневая группа и система смазки. Основные требования, предъявляемые к картерам-достаточная прочность и жесткость. Картеры и блок-картеры воспринимают силы, возникающие при работе компрессора и передают на фундамент реакцию от крутящего момента, неуравновешенные силы и моменты от сил инерции движущихся масс, а также вес компрессора. Для наблюдения за уровнем масла в картере предусмотрено смотровое окно, а для обеспечения доступа к кривошипно-шатунному механизму и масляному насосу имеются боковые и торцевые съемные крышки.
Картеры изготавливают обычно литыми из чугуна СЧ18 или СЧ21, иногда сварными из стального листа. В малых компрессорах транспортных машин для уменьшения массы применяют алюминиевые сплавы.
2.3 Цилиндры
В цилиндрах осуществляются рабочие процессы компрессора: разряжение, всасывание, сжатие и нагнетание пара холодильного агента. В крейцкопфных компрессорах цилиндры выполняются в виде самостоятельных отливок, в которых размещают нагнетательные и всасывающие клапаны. Цилиндры бескрейцкопфных блок-картерных компрессоров имеют сменные гильзы на скользящей посадке. Стенки цилиндров воспринимают силы от давления пара холодильного агента, а также силы со стороны поршней (горизонтальные составляющие веса и инерционные силы).
Цилиндры и гильзы цилиндров (рисунок 10) выполняют из чугуна СЧ21 или СЧ24 легированного присадками. Их твердость находится в пределах НВ 170-241.
Рисунок 10 – Гильзы компрессоров
а – прямоточного компрессора АУ-45; б – непрямоточного компрессора П110
2.4 Поршни
Поршень предназначен для создания разряжения в цилиндре компрессора при увеличении его внутреннего объема и сжатия пара хладагента при уменьшении внутреннего объема. По конструкции различают дифференциальные, дисковые и тронковые поршни.
Дифференциальные поршни (рисунок 11а) применяют в компрессорах многоступенчатого сжатия. Поршни изготавливают как цельными, так и составными. Двухступенчатые дифференциальные поршни горизонтальных компрессоров выполняют подвешенными на штоке. Более сложные поршни делают скользящими по поверхности цилиндра. Компрессоры с дифференциальными поршнями применяют в основном для сжатия различных газов и в холодильной технике большого практического значения не получили.
Дисковые поршни используются в крейцкопфных холодильных компрессорах (рисунок 11б). Дисковые поршни делают обычно полыми и днища соединяют между собой ребрами. Высота поршня компрессора небольшая и определяется из условия размещения на нем уплотнительных колец.
Рисунок 11 – Поршни компрессоров
а – дифференциальный; б – дисковый; в – тронковый непроходной; г – тронковый проходной.
Поршни крейцкопфных компрессоров могут подвешиваться на штоке или опираться на рабочую поверхность цилиндра. В последнем случае дисковый поршень снабжают дополнительной несущей поверхностью, воспринимающей вес поршня.
Тронковые поршни применяют в холодильных бескрейцкопфных компрессорах, они соединяются непосредственно с шатуном при помощи поршневого пальца. В непрямоточных бескрейцкопфных компрессорах применяют тронковые непроходные поршни, которые имеют вид перевернутого вверх дном стакана (рисунок 11в). На верхней части поршня имеются канавки для уплотнительных и маслосъемных колец. В отечественных конструкциях принято применять два-три уплотнительных и одно маслосъемное кольцо. Прямоточные бескрейцкопфные компрессоры снабжены тронковыми проходными поршнями. Проходной поршень не имеет дна, вместо которого устанавливается клапанная доска с всасывающими клапанами (рисунок 11г). Форма поршня удлиненная, где предусмотрены окна или каналы для прохода пара холодильного агента из всасывающего трубопровода к всасывающим клапанам.
Тронковые поршни выполняют из высококачественных чугунов СЧ21, СЧ24 или алюминиевых сплавов АЛ10В, АЛ30. Для малых поршней (диаметром до 50мм) без уплотнительных колец применяют чугун, алюминиевые сплавы или низкоуглеродистую автоматную сталь.
Основные узлы и детали поршневых компрессоров
Основными элементами конструкций поршневых компрессов являются картеры (блок-картеры), цилиндры, поршни с поршневыми кольцами, коленчатые или эксцентриковые валы, шатуны, клапаны, сальники и устройства для смазки.
Картер. Картер — конструктивная основа машины, объединяющая ее отдельные части. Он представляет собой пустотелую отливку с окнами для монтажа, гнездами для подшипников и приливами для крепления деталей.
Цилиндры. Цилиндры — наиболее ответственная часть компрессора, поскольку в них осуществляется рабочий процесс (всасывание, сжатие и нагнетание). Цилиндры изготавливают либо в виде отдельного блока, либо в виде общего блока с картером.
Поршни. В малых холодильных компрессорах устанавливают поршни тронкового типа. Они представляют собой цельную полую конструкцию в виде опрокинутого вверх дном стакана.
Валы. Различают валы коленчатые, эксцентриковые, применяемые в малых компрессорах (рис. 5.16), и кривошипные, применяемые в кривошипно-кулисном механизме малых герметичных компрессоров.
Рис. 5.16. Компрессор фирмы "Престколд" (Англия):
1 — маслоразбрызгивающий диск; 2 — масляный, кран; 3 — проходной контакт; 4— клапанная плита; 5— нагнетательный клапан; 6 — поршни,; 7 — шатун; 8 — смотровое стекло; 9 — эксцентриковый вал; 10 — статор электродвигателя; // — ротор электродвигателя
Шатуны. С помощью шатуна, представляющего собой стержень фигурного сечения с верхней неразъемной и нижней разъемной головками, поршень соединяется с коленчатым валом.
Всасывающие и нагнетательные клапаны. На каждом цилиндре компрессора имеются два клапана: всасывающий и нагнетательный.
Всасывающие клапаны предназначены для впуска парообразного хладагента в полость цилиндра во время хода всасывания.
Нагнетательные клапаны предназначены для подачи сжатого хладагента в конденсатор и создания паронепроницаемого уплотнения между сторонами высокого и низкого давлений системы, когда компрессор отключен.
Сальники. Сальниками называют специальные устройства для уплотнения подвижных деталей, например валов, для предотвращения утечекжидкости, пара или газа. В малых и средних холодильных компрессорах открытого типа сальники уплотняют приводной конец коленчатого вала в месте выхода его из картера.
Регулирование холодопроизводительности.
Тепловые нагрузки, в условиях которых работают холодильные установки, испытывают значительные колебания из-за поступающих продуктов, изменения температуры окружающей среды, частоты открывания дверей холодильной камеры и других факторов. В подобных случаях для обеспечения удовлетворительной работы системы необходимо регулировать производительность компрессора.
Это выполняют различными методами. Для малых компрессоров характерно двухпозиционное регулирование, что позволяет поддерживать температурный режим в допустимых пределах путем периодических пусков и остановок компрессора. Число пусков не должно превышать 4...6 в час. Данный метод прост, не требует специальных устройств для регулирования производительности, однако его редко применяют для больших и средних компрессоров из-за колебаний регулируемой температуры. При небольшой тепловой нагрузке компрессор может работать короткими циклами. Частые включения и отключения вызывают повышение силы тока в сети и быстрый износ компонентов двигателя и компрессора.
В основе работы устройств для регулирования производительности, применяемых в средних и крупных компрессорах, лежат следующие методы:
• изменение расхода хладагента за счет регулирования частоты решения электродвигателя компрессора, перепуска пара между нагнетательным и всасывающим коллекторами;
• изменение состояния всасываемых паров за счет регулировании давления испарения.
Изменение частоты вращения электродвигателя компрессора является наиболее простым методом, так как не требует дополнительных устройств и становится особенно актуальным с появлением возможности управлять работой компрессора с помощью микропроцессорной техники, позволяющей плавно изменять частоту вращения в широком диапазоне.
poisk-ru.ru
Общие сведения об узлах и деталях поршневых компрессоров
Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня, имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров используется кривошипно-шатунный, механизм с коленчатым валом. Как показано на рис. 2.1, поршневые компрессоры бывают с различным числом и разнообразным расположением цилиндров, ординарного и двойного действия, а также одноступенчатого и двухступенчатого сжатия. Работа поршневого компрессора заключается в следующем. При вращении коленчатого вала соединенный с ним шатун сообщает поршню возвратно-поступательное движение. При этом в цилиндре, когда поршень движется к нижней мертвой точке, снижается давление и хладагент через всасывающий клапан поступает в цилиндр. При обратном ходе поршня пары хладагента сжимаются, а затем, когда давление паров в цилиндре будет больше давления в нагнетательном патрубке, пар холодильного агента открывает нагнетательный клапан и поступает в нагнетательный трубопровод. При сжатии пара его температура повышается, поэтому цилиндр охлаждается или водой, поступающей в охлаждающую рубашку цилиндра (аммиачные компрессоры), или воздухом. В последнем случае цилиндры снаружи делаются ребристыми. Производительность компрессора регулируют различными способами (изменением частоты вращения коленчатого вала, отключением отдельных цилиндров из работы путем отжима всасывающего клапана, меняя время работы компрессора (пуском-остановкой) и др.).
На рис. 2.2 показана схема 8-цилиндрового компрессора с 4-рядным расположением цилиндров. На каждой шейке коленчатого вала закреплены четыре шатуна 12. Коленчатый вал 10 расположен на двух опорах с подшипниками скольжения, что создает большую компактность его по сравнению с компрессором, в котором использованы подшипники качения.
На рисунке полностью показаны по одному шатуну на каждой шейке, а также сечения остальных.
Рассмотрим узлы и детали компрессоров.
Картер (блок-картер). Он является неподвижной деталью, обычно коробчатого сечения, служит опорой для рабочих деталей и защищает компрессор от загрязнения. В нем расположен кривошипно-шатунный механизм, закреплены цилиндры и вспомогательные узлы компрессора. Эти узлы воспринимают силы, возникающие при сжатии паров хладагента, и передают на фундамент вес компрессора, крутящий момент, неуравновешенные силы и силы инерции движущихся масс. Картер и цилиндры компрессора могут иметь вид отдельных узлов, причем цилиндры крепятся к картеру с помощью шпилек. В этом случае, если блок цилиндров и картер составляет единую деталь (блок-картер), цилиндровые втулки вставляют в гнезда отливки. Втулка цилиндра имеет два посадочных пояса (вверху и внизу детали) (рис. 2.3). Диаметр (DH) нижнего пояса 1, как правило, меньше диаметра (Dв) верхнего пояса 2, чтобы нижний конец втулки можно было свободно ввести через верхнее отверстие блок-картера.
Для осмотра деталей и выполнения ремонтных работ в картере предусмотрены боковые проемы 4, закрываемые крышками. Передний проем служит для выемки коленчатого вала.
Картеры и блок-картера находятся в период работы под давлением паров хладагента. Это давление при работе компрессора, как правило, не превышает 0,35 МПа. Одна ко при неработающем компрессоре вследствие неплотного прилеганияе рабочих клапанов давление в картере может сравняться с давлением в конденсаторе. Картеры блок-картеры отливаются из серого чугуна, однако есть примеры их изготовления из сварной стальной конструкции.
Цилиндровые втулки.При вертикальном и угловом расположение в нижней части они сообщаются с картером компрессора, а сверху закрываются двумя крышками - наружной и внутренней. Во фреоновых компрессорах внутренняя крышка жестко закреплена между цилиндром и наружной крышкой. В аммиачных компрессорах внутренняя крышка служит защитным устройством от гидравлических ударов.
В верхней части цилиндры аммиачных и фреоновых (для R22) компрессоров имеют водяную охлаждающую рубашку. Компрессоры, работающие на R12, имеют на цилиндрах ребра для охлаждения воздухом.
Отсутствие водяной рубашки объясняется тем, что R12 в конце сжатия в компрессоре имеет более низкую температуру перегрева, чем аммиак.
В компрессорах блок-картерной конструкции применяют сменные втулки, отлитые из перлитного чугуна (см. рис. 2.3).
Кривошипно-шатунный механизм. Он состоит из поршня с кольцами, поршневого пальца, шатуна и коленчатого вала.
В вертикальных и угловых прямоточных компрессорах применяют тронковые проходные поршни, в непрямоточных - облегченные непроходные (рис. 2.4, а). Тронковый проходной поршень прямоточного аммиачного компрессора (рис. 2.4, б) представляет собой чугунную полую конструкцию удлиненной формы. В верхней части поршня 2 крепится всасывающий клапан 1. В поршне имеются окна и каналы, по которым пары хладагента из всасывающего трубопровода поступают к всасывающему клапану. Всасывающая полость отделяется от картера перегородкой в поршне. Поршень соединяется с шатуном с помощью поршневого пальца 4, осевое перемещение которого ограничено пружинными кольцами 5. На поверхности поршня (вверху и внизу) имеются канавки для уплотнительных 3 и маслосъемных 6 колец. Поршни отливают из чугуна или из алюминиевых сплавов.
Уплотнительные кольца служат для уплотнения между поршнем и стенками цилиндра (рис. 2.4, г), а маслосъемные кольца - для удаления избытка масла со стенок цилиндра. Маслосъемное кольцо (рис. 2.4, в) на наружной поверхности имеет скос, образующий конусную поверхность. Кольцо устанавливают на поршень конусом вверх.
При движении поршня вверх между кольцом и стенкой цилиндра создается масляный клин, отжимающий кольцо в канавку поршня.
Благодаря этому масло пропускается вниз. Часто маслосъемные кольца делают с вырезами. Чтобы не было препятствия для сжатия кольца, в канавке поршня сверлят отверстия для сообщения ее с внутренней частью поршня. При движении поршня вниз масло снимается, часть масла собирается в канавке под кольцом и через отверстия в поршне стекает внутрь поршня, а затем в картер.
Большинство вертикальных компрессоров имеют 2-3 уплотнительных кольца и 2 маслосъемных кольца.
Поршневые кольца изготовляют, как правило, из чугуна. Они являются одной из ответственных деталей поршневой машины. Пропуски паров хладагента через поршневые кольца снижают эффективность работы компрессора. Надетое на поршень кольцо должно утопать в канавке, а замки колец следует смещать один относительно другого примерно на 90°. Это обеспечивает лучшую их работу. Замки колец в рабочем состоянии должны иметь зазоры во избежание заклинивания колец и задира зеркала цилиндра.
Для лучшего уплотнения и уменьшения износа цилиндра поршневые кольца иногда изготовляют с неметаллической вставкой.
Шатун (рис. 2.5) передает усилие от коленчатого вала к поршню и служит основным звеном npeo6разования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня. В верхнюю головку шатуна 2 вставляется бронзовая втулка, которая является подшипником поршневого пальца. Стержень шатуна 3 в большинстве случаев изготовляется из стали двутаврового сечения. Нижняя разъемная головка шатуна 5 служит для соединения с коленчатым валом. В нижнюю головку вставляют вкладыши 6, залитые антифрикционным сплавом. Крепление нижней головки шатуна в кривошипных шейках коленчатого вала производится шатунными болтами 4.
Коленчатый вал (рис. 2.6) устанавливают коренными шейками 1, 4 на коренные подшипники, расположенные в блок-картере. Коренные шейки щеками 3 соединены с шатунными шейками 2. Для уравновешивания сил инерции к щекам коленчатых валов крепятся противовесы. К коленчатому валу снаружи хвостовик 5 закрепляют маховик, который одновременно выполняет роль полумуфты или шкива для клиноременной передачи. На шатунных шейках валов крепят шатуны.
В зависимости от конструкции компрессора на одной шатунной шейке могут быть закреплены один или несколько шатунов. Валы изготавливают ковкой или штамповкой из углеродистых сталей с последующей механической и термической обработкой, с принудительной смазочной системой у коренных и шатунных подшипников, по оси валов и в Щеках делают каналы, по которым масло от насоса подается к подшипникам.
Уплотнение вала. Картер компрессора находится под давлением хладагента, поэтому коленчатый вал в месте выхода из картера уплотняется с помощью сальника с кольцами трения.
Большое распространение для уплотнения вала компрессора получили пружинные сальники с кольцами трения и масляным затвором. Если диаметр вала не превышает 50 мм, то сальник выполняют с одной центральной пружиной, при большем диаметре вала обычно устанавливают несколько пружин, заключенных в сепараторе (рис. 2.7). В качестве трущейся пары в сальниках применяют высокооловянистую фосфористую бронзу и цементируемую закаленную сталь.
Подвижные кольца 2 сальника стальные, уплотняются по валу резиновыми кольцами 6, стойкими к фреону, аммиаку и маслу. Этими же кольцами достигается уплотнение по поверхности вала. В неподвижные кольца 1 впрессованы графитовые вставки. Подвижные кольца 2 с помощью пружин 10 прижимаются к неподвижным - графитовым. Эти трущиеся пары колец и образуют уплотнительные пояски. Для смазки трущихся поверхностей и для создания масляного гидравлического затвора в пространство между наружной крышкой 3 и промежуточной крышкой 11 подается масло от насоса. Из сальника масло отводится по сверлению а в валу. Манжета 5 служит для улавливания контрольной утечки масла из сальника и предотвращает разбрызгивание масла по валу и маховику.
Клапаны компрессора. В компрессорах применяют самодействующие клапаны. Они должны легко открываться и оказывать незначительное сопротивление при проходе паров хладагента, своевременно и плотно закрываться. Открываются клапаны под давлением паров хладагента. Нагнетательный клапан, преодолевая усилие пружины клапана, начинает открываться, когда давление в цилиндре будет выше, чем в нагнетательной полости. Сходные явления происходят и во всасывающем клапане. Он открывается, когда давление в цилиндре будет ниже, чем во всасывающей полости компрессора.
По-разному расположены клапаны в цилиндре. В прямоточных компрессорах всасывающие клапаны изготовляют без пружины (рис. 2.8, а), размещают их в верхней части поршня. В современных компрессорах применяются кольцевые пластинчатые клапаны. Основными частями кольцевого нагнетательного клапана (см. рис. 2.8) являются седло 1, ограничитель подъема 2 (розетка), пружина 8 и пластинка 3. Пружина 8 (рис. 2.8, б, в) прижимает пластинку 3 к седлу 6 и этим перекрывает проходное сечение клапана. Розетки 2, 7 ограничивают подъем пластин и обеспечивают направление их при подъеме и опускании. Отверстия для выхода пара расположены в розетке по окружности между пластинами. Кроме того, в розетке имеются небольшие отверстия, расположенные против пластин, которые препятствуют "прилипанию" пластин к ограничителям подъема.
Пластины кольцевых клапанов изготовляют толщиной 1,5-2 мм из специальной хромированной стали. Высота подъема пластины клапана обычно 1-2 мм. Скорость пара при проходе клапанных отверстий изменяется в широких пределах и составляет для аммиачных компрессоров 25-30, для фреоновых - 20-35 м/с.
Наряду с кольцевыми пластинчатыми клапанами используются также ленточные самопружинящие (рис. 2.9). Седло и направляющая клапана 5 имеют расположенные рядом отверстия для прохода пара. В некоторых случаях вместо отверстий делают продольные пазы. Ленточная пластина, перекрывая отверстия для прохода пара. Под действием разности давлений пара лента выгибается в сторону направляющей и создает продольные щели для прохода хладагента. Ленточные пластины изготовляют из легированной стали. Большое проходное сечение и простота конструкции являются достоинствами ленточных клапанов.
Предохранительный клапан компрессора. Он служит для защиты компрессора от разрушения при чрезмерном повышении давления со стороны нагнетания. На рис. 2. показан наперстковый предохранительный клапан, в котором уплотнение производится с помощью резинового кольца, стойкого при взаимодействии с маслом и холодильным агентом. В некоторых компрессорах вместо пружинного предохранительного клапана устанавливают ломающуюся чугунную пластину, которая при превышении разности давления ломается. Как видно из (рис. 2.10), регулировку открытия предохранительного клапана производят, изменяя силу пружины. Отрегулированный клапан пломбируют, а дату регулировки записывают в формуляр компрессора.
Смазочная система компрессора. Смазка может быть принудительная (под давлением насоса) и разбрызгиванием. Первую осуществляют от шестеренного или плунжерного насоса. Наиболее надежен насос, работающий под заливом масла. Привод насоса осуществляют от коленчатого вала непосредственно с помощью зубчатой передачи или эксцентрика.
На всасывающей линии насоса устанавливают сетчатый фильтр грубой очистки (сетку располагают на высоте 10-15 мм от дна картера; число ячеек сетки фильтра 150-300 на 1 см2). На нагнетательной линии насоса в средних и крупных компрессорах устанавливают щелевые пластинчатые или сетчатые фильтры тонкой очистки. Щелевой фильтр снабжен пружинным предохранительным клапаном. При загрязнении фильтра, приводящем к резкому повышению давления масла, клапан открывается и перепускает масло в картер компрессора. Давление масла регулируется специальным перепускным клапаном, сбрасывающим масло из нагнетательного трубопровода в картер. Обычно давление масла поддерживается на 0,06-0,2 МПа выше, чем в картере. Если давление масла будет слишком велико, то увеличится унос масла из компрессора. При использовании коренных подшипников скольжения к ним обычно подводится все масло, подаваемое насосом, которое затем по масляным каналам коленчатого вала поступает к подшипникам шатунов и к сальнику. Если вал опирается на подшипники качения, то масло подводится к сальнику, из которого по сверлениям вала оно поступает к другим деталям компрессора. Зеркало цилиндров в бескрейцкопфных компрессорах смазывается маслом, стекающим из подшипников коленчатого вала методом разбрызгивания. В небольших компрессорах смазка производится, как правило, разбрызгиванием.
В судовых компрессорах часто применяют водяное охлаждение масла. Охлаждающее устройство в виде змеевика монтируют непосредственно в масляной ванне картера компрессора или выносят в виде специального теплообменника.
На рис. 2.11 приведена схема смазочной системы аммиачного компрессора с коренными подшипниками качения. Масло от насоса 2 через фильтр тонкой очистки 7 с предохранительным клапаном 6 подводится к сальнику 3, по сверлениям в коленчатом валу подается к кривошипным и головным подшипникам шатунов. Давление масла после фильтра перед подачей к местам смазки контролируют по манометру 4. На компрессоре имеется манометр 5, показывающий давление в картере. По разности давлений масла (в картере и после фильтра) судят о работе масляного насоса. Масляный насос приводится в действие от коленчатого вала через систему шестерен, масло всасывается из картера через фильтр грубой очистки 1.
pdnr.ru
Основные узлы и детали поршневых компрессоров
Количество просмотров публикации Основные узлы и детали поршневых компрессоров - 304
Рисунок 8 - Бессальниковый холодильный компрессор.
Рисунок 8 - Герметичный холодильный компрессор
Классификация поршневых компрессоров
3 2 1 2
Pн 2
Теоретический поршневой компрессор
Поршневые компрессоры
P
Pвс
4 1
Vт
4
Vцил(Sп)
ВМТ НМТ
Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма теоретического поршневого компрессора.
Теоретическим принято называть компрессор, у которого отсутствуют все энергетические и объёмные потери.
Основными элементами теоретического поршневого компрессора являются: цилиндр (1),поршень (2),всасывающий клапан (3), нагнетательный клапан (4).
Возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре, в сочетании с работой всасывающего и нагнетательного клапана обеспечивают последовательное протекание процессов всасывания, сжатия и нагнетания.
За один оборот коленчатого вала совершается один рабочий цикл компрессора.
Работу теоретического компрессора можно изучить по индикаторной диаграмме в V,P координатах.
Vц – внутренний объём цилиндра.
P – давление в цилиндре.
В первоначальный момент времени поршень находится в Верхней мертвой точке (ВМТ), всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. При вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться от ВМТ к НМТ. Всасывающий клапан открывается, объём цилиндра увеличивается и пар поступает в цилиндр через проходные сечения всасывающего клапана, ᴛ.ᴇ. начинается процесс всасывания. Процесс всасывания (4-1) протекает при постоянном давлении, по мере движения поршня от ВМТ к НМТ. Он заканчивается, когда поршень достигнет НМТ. При этом всасывающий клапан закрывается. Цилиндр максимально заполняется паром холодильного агента. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться в обратном направлении: от НМТ к ВМТ. Объём цилиндра начинает уменьшаться, т.к. всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. В цилиндре повышается давление, ᴛ.ᴇ. происходит процесс сжатия (1-2). При достижении давления в цилиндре, равного давлению нагнетания (т.2), открывается нагнетательный клапан и пар начинает выходить через нагнетательный клапан из цилиндра. Процесс нагнетания (2-3) протекает при постоянном давлении Pн по мере движения поршня от т.2 до ВМТ. Процесс нагнетания заканчивается тогда, когда поршень достигнет ВМТ. При этом внутренний объём цилиндра будет равен нулю. Нагнетательный клапан закрывается. При дальнейшем вращении коленчатого вала открывается всасывающий клапан и начинается новый рабочий цикл.
Холодильные поршневые компрессоры классифицируются по множеству отличительных особенностей, из которых наиболее значительные следующие:
1.По виду рабочего вещества холодильные компрессоры делятся на аммиачные, фреоновые, пропановые, воздушные и др.
Детали и узлы компрессоров изготавливают из таких конструкционных материалов, которые не вступают в химическую реакцию с холодильным агентом. К примеру, в аммиачных компрессорах исключается применение медных деталей, так как аммиак окисляет медь, что может привести к нежелательному омеднению стальных поверхностей. Фреоны являются наиболее текучими холодильными агентами. По этой причине, во избежание утечек, к материалам блок-картеров предъявляются повышенные требования (отсутствие микротрещин, раковин, рисок и т. д.).
2.По диапазону работы на высоко-, средне- и низкотемпературные.
Для высокотемпературных компрессоров стандартная температура кипения холодильного агента равна , для среднетемпературных компрессоров ,для низкотемпературных .
3.По холодопроизводительности на малые, средние и крупные.
К малым относятся компрессоры, имеющие холодопроизводительность менее 12 кВт, к средним от 12 до120 кВт, к крупным - более 120кВт при стандартном среднетемпературном режиме.
4.По конструкции кривошипно-шатунного механизма: крейцкопфные и бескрейцкопфные. (рисунок 3)
Рисунок 3 – Конструкции механизма движения компрессора.
а) крейцкопфный; б) бескрейцкопфный;
1-цилиндр;2-шатун; 3-поршень; 4-коленчатый вал; 5-крейцкопф; 6-шток; 7-нагнетательный клапан; 8-всасывающий клапан.
В крейцкопфных конструкциях компрессоров (рисунок 3а) движение от шатуна к поршню передается через специальный механизм-крейцкопф и шток. В бескрейцкопфных компрессорах движение от шатуна непосредственно передается поршню (рисунок 3б). В крейцкопфных компрессорах поршень имеет небольшую высоту, достаточную только для размещения колец, так как всю боковую нагрузку воспринимает на себя крейцкопф. В бескрейцкопфных компрессорах высота поршня значительно больше, здесь роль крейцкопфа выполняет нижняя часть поршня. Сегодня в холодильной технике применяются в основном бескрейцкопфные компрессоры, как наиболее простые.
5.По количеству цилиндров: одно-, двух-, четырех-, шести- и так далее цилиндров (количество цилиндров должна быть до шестнадцати). Так как валы холодильных компрессоров преимущественно двухколенчатые, то число цилиндров всегда четное, кроме одноцилиндровых с консольным или эксцентриковым валом.
6.По расположению осей цилиндров – вертикальные, горизонтальные, оппозитные и угловые (рисунок 4).
Рисунок 4 – Расположение осей цилиндров компрессоров.
а – вертикальный; б – горизонтальный; в – угловой; г – оппозитный, д – V-образный; е – W-образный.
В вертикальных компрессорах оси цилиндров расположены вертикально (рисунок 4а). У горизонтальных компрессоров оси цилиндров проходят горизонтально по одну сторону коленчатого вала (рисунок 4б). Расположение осей цилиндров у оппозитного компрессора также горизонтальное, только по обе стороны коленчатого вала (рисунок.4г). Угловые компрессоры имеют часть цилиндров, расположенных горизонтально, часть - вертикально (рисунок 4в). В последнее время большое распространение получили угловые компрессоры, у которых оси цилиндров расположены Y-образно с углом развала от до (рисунок 4д) и веерообразно с углом развала от до (рисунок 4е).
7.По типу газораспределения в цилиндре: прямоточные и непрямоточные (рисунок 5,6,7).
Рисунок 5 – Схема прямоточного (а) и непрямоточного (б) компрессора.
Рисунок 6 – Прямоточный компрессор
Рисунок 7 – Непрямоточный компрессор
1 — блок картер, 2 — всасывающий патрубок, 3 — блок цилиндров, 4 — крышка цилиндров, 5 — клапанная группа, 6 — нагнетательный патрубок, 7 — шатунно-поршневая группа, 8—коленчатый вал, 9 – фильтр
В прямоточных компрессорах пар всегда движется в одном направлении. Нагнетательный клапан неподвижно закреплен в клапанной доске в верхней части цилиндра, а всасывающий клапан находится в верхней части поршня и движется вместе с ним (рисунок 5а). В непрямоточных компрессорах, всасывающий и нагнетательный клапан неподвижны и расположены в клапанной доске в верхней части цилиндра. При всасывании и нагнетании пар холодильного агента в цилиндре меняет свое направление (рисунок 5б).
8.По количеству ступеней сжатия на одно-, двух-, многоступенчатые.
Количество ступеней сжатия выбирается исходя из того, какой термодинамический цикл осуществляется в холодильной машине. Сжатие в одной ступени экономически не эффективно при отношении давления нагнетания и всасывания :
В многоступенчатом поршневом компрессоре одна часть цилиндров работает на низкую ступень, другая – на ступень высокого давления.
9.По степени герметичности на герметичные, бессальниковые и сальниковые.
1 – электродвигатель , 2 – коленчатый вал , 3 – шатунно-поршневая группа, 4 – блок цилиндров, 5 – глушитель шума , 6 – кожух.
В герметичных компрессорах весь механизм движения вместе с электродвигателем помещен в один неразъемный сварной кожух (рисунок 8). Бессальниковый компрессор имеет картер со встроенным электродвигателем (рисунок 9). Картер выполнен со съемными крышками, обеспечивающим доступ к клапанам, механизму движения и электродвигателю. Сальниковые компрессоры соединяются с приводом через муфту или ременную передачу. Тут герметичность между выходным концом коленчатого вала и корпусом достигается установкой специального устройства-сальника.
1 — блок картер, 2 — ротор электродвигателя, 3 — статор электродвигателя, 4 — герметизированные электровводы
10.По взаимному креплению цилиндра и картера: на блок-картерные и блок-цилиндровые.
Блок-картерные конструкции имеют блок цилиндров и картер в общей отливке. В блок-цилиндровых компрессорах картер и блок цилиндров отдельные детали, крепящиеся друг к другу болтами. Блок-цилиндровые компрессоры применяются в настоящее время сравнительно редко и только в малых холодильных компрессорах.
11.По числу рабочих полостей цилиндра: на компрессоры простого действия и двойного действия.
В компрессорах простого действия сжатие пара осуществляется одной стороной поршня, а в компрессорах двойного действия обеими сторонами поршня, соответственно в двух рабочих полостях цилиндра. Крейцкопфные компрессоры в основном двойного действия (рисунок 3а), бескрейцкопфные – простого действия (рисунок 3б).
12.По виду охлаждения: на компрессоры с водяным охлаждением и с воздушным охлаждением, с охлаждением паром холодильного агента͵ с комбинированным охлаждением.
При водяном охлаждении верхняя часть цилиндров, а иногда и крышки, имеют водяную рубашку, выполненную в блок-картере или в блок-цилиндре. В компрессорах с воздушным охлаждением для увеличения теплопередающей поверхности на блок-цилиндрах и крышках делается оребрение.
13.По способу смазки трущих деталей: на компрессоры с принудительной смазкой, разбрызгиванием, комбинированной смазкой и без смазки.
Важно заметить, что для смазки поверхностей трения используется специальное жидкое масло, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ находится в нижней части картера компрессора. Принудительная смазка осуществляется при помощи масляного насоса через просверленные отверстия в коленчатом вале и шатуне.
При смазке разбрызгиванием, масляного насоса нет, а смазка осуществляется за счёт разбрызгивания масла по всему внутреннему объёму компрессора. При комбинированной смазке применяется совместное действие принудительной системы смазки и разбрызгиванием. Сегодня выпускаются крейцкопфные компрессоры, у которых цилиндропоршневая группа не смазывается, а кривошипно-шатунный механизм имеет обычную циркуляционную смазку от насоса. Для предотвращения попадания масла к цилиндрам, в них на штоке, между поршнем и крейцкопфом, устанавливается сальник. Прошли успешные испытания бескрейцкопфные поршневые компрессоры без смазки, где полностью отсутствует жидкое масло. В таких компрессорах шатунные подшипники, поршневые кольца, втулки верхних головок шатунов изготовлены из композиционных антифрикционных материалов с низким коэффициентом трения. Имеются также компрессоры без смазки, в нижних головках шатунов которых установлены герметизированные подшипники качения с консистентной смазкой. Такие компрессоры имеют разъемный вал.
referatwork.ru
