Поршневые компрессоры

Виды поршневых компрессоров. Поршневые компрессоры подразделяют по холодопроизводительности, виду холодильного аген­та, области применения, устройству кривошипно-шатунного ме­ханизма, конструкции корпуса, расположению цилиндров, направлению движения пара в последних, числу степеней сжатия, степени герметичности и некоторым другим признакам.

По холодопроизводительности поршневые компрессоры под­разделяют на малые (Q₀ до 12 кВт), средние (Q₀ 12—120 кВт) и крупные (Q₀ более 120 кВт).

По виду холодильного агента различают аммиачные, хладоновые (фреоновые) и универсальные компрессоры.

В зависимости от области применения компрессоры подразде­ляют на стационарные, транспортные и др.

По устройству кривошипно-шатунного механизма различают компрессоры крейцкопфные, или ползунковые (двойного дей­ствия), и бескрейцкопфные (простого действия).

Крейцкопфные компрессоры бывают в основном одноцилинд­ровые, горизонтальные, сальниковые, непрямоточные (см. рис. 6).

Наиболее распространены бескрейцкопфные открытые комп­рессоры вертикальные и V-образные, прямоточные и непрямо­точные (рис. 10).

Число цилиндров у бескрейцкопфных компрессоров колеблет­ся от 2 до 16. Двухцилиндровые компрессоры, как правило, вер­тикальные. Если цилиндров больше, применяют различные про­странственные схемы их расположения.

Бескрейцкопфные компрессоры разнообразны по конструктив­ному исполнению.

По конструкции корпуса компрессоры подразделяют на блок-картерные (общая отливка блока с картером) и разъемные (блок цилиндров и картер представляют собой отдельные детали).

Большое распространение получили блок-картерные компрессо­ры. В цилиндровую часть блок-картера вставляют сменные цилинд­ровые гильзы. Блок-картерные компрессоры по сравнению с разъем­ными отличаются большей жесткостью и прочностью при меньшей толщине стенок цилиндров; их изготовление и ремонт проще.

В зависимости от кинематической схемы и расположения оси цилиндров компрессоры делят на прямоточные и непрямоточ­ные; горизонтальные и вертикальные; с угловым расположением цилиндров — V-, W-образные или веерные, крестообразные, звездообразные.

В прямоточном компрессоре всасывающие клапаны располага­ются на днище поршня, а нагнетательные — в верхней части ци­линдра, в ложной крышке.

В непрямоточных компрессорах клапаны всасывающие и на­гнетательные размещаются в верхней части цилиндра — на кла­панной доске. При движении поршня вниз давление в цилиндре компрессора становится ниже, чем во всасывающей полости, и пар проходит через вентиль во всасывающую полость, а затем че­рез всасывающий клапан в полость цилиндра. При движении порш­ня вверх пар сжимается до давления конденсации и через нагне­тательный клапан попадает в нагнетательную полость.

По числу степеней сжатия компрессоры бывают одно- и мно­гоступенчатые.

По степени герметичности и числу разъемов компрессоры под­разделяют:

на герметичные — со встроенным электродвигателем в запаян­ном кожухе без разъемов;

бессальниковые — со встроенным электродвигателем, с разъе­мами и съемными крышками;

открытые, или сальниковые, в которых ведущий вал уплотня­ется при помощи сальника;

простого действия, в которых сжатие пара осуществляется од­ной стороной поршня, и двойного действия, в которых обе сто­роны поршня рабочие.

Герметичные компрессоры — компрессор и электродвигатель заключены в общий герметически закрытый сварной стальной кожух. Электродвигатели устанавливают однофазные и трехфаз­ные асинхронные. Ротор электродвигателя насаживается непосред­ственно на вал компрессора. Частота вращения вала может быть близка к 50 с^-1, что позволяет уменьшить геометрические разме­ры, габариты и массу компрессора при той же холодопроизводительности. Обмотка электродвигателя охлаждается потоком вса­сываемого пара холодильного агента, благодаря чему возможно повышение на него нагрузки. Герметичные машины почти бес­шумны. Их холодопроизводительность находится в пределах от нескольких сотен ватт до 10 кВт. Герметичные компрессоры изго­тавливают для трех различных диапазонов температур кипения хо­лодильного агента: С — среднетемпературного от-25 до +10 ^оС; Н - низкотемпературного от -40 до -25 °С и В — высокотемпера­турного от -10 до +10 °С.

Компрессоры С используют в торговом холодильном оборудо­вании и бытовых холодильниках. В бытовых холодильниках приме­няют в основном одноцилиндровые поршневые непрямоточные герметичные компрессоры с вертикальным цилиндром и горизонтальным валом. Электродвигатели в последнее время исполь­зуют однофазные асинхронные с пусковой обмоткой и короткозамкнутым ротором, скорость вращения которого, а следователь­но, и вала компрессора 50 с^-1.

Компрессоры Н применяют в низкотемпературном холодиль­ном оборудовании и небольших морозильных устройствах.

Компрессоры В используют для кондиционеров, охладителей напитков, соков, молока и других устройств.

Бессальниковые компрессоры непрямоточные. Разъемное соединение и съемные крышки обеспечивают доступ к их внут­ренним частям. Обмотки электродвигателей, как и герметич­ных компрессоров, охлаждаются всасываемым паром холодиль­ного агента.

Отличительная особенность бессальниковых компрессоров – отсутствие сальников, так как электродвигатель находится на од­ном валу с компрессором и располагается в его картере. Такая конструкция позволяет уменьшить габариты и практически пол­ностью исключить утечку рабочего тела.

Холодопроизводительность таких компрессоров находится в пределах от нескольких до нескольких десятков киловатт (средние по величине холодопроизводительности компрессоры).

 

Рис. 10. Бескрейцкопфный непрямоточный VV-образный

одноступенча­тый компрессор П220:

а - продольный разрез; б — поперечный разрез; 1 — блок-картер; 2 — гильза Цилиндра; 3— поршень с кольцами; 4— шатун; 5— заборный масляный фильтр; 6 - шестеренчатый затопленный насос; 7— шестерни привода масляного насо­са; 8 - коленчатый вал с противовесами; 9 — ложная крышка; 10 — всасываю­щий клапан; 11 — нагнетательный клапан; 12— сальник уплотнения вала

 

В сальниковых компрессорах самым уязвимым конструктивным узлом является уплотнение коленчатого вала, через которое наи­более вероятна утечка холодильного агента. Особенно велика опас­ность утечки в малых хладоновых компрессорах.

По характеру охлаждения блока цилиндров бывают компрес­соры с воздушным и водяным охлаждением. Воздушное охлажде­ние используется в малых холодильных компрессорах, во всех ос­тальных применяют водяное принудительное охлаждение.

Для смазки трущихся деталей используются принудительная, непринудительная или комбинированная системы смазки.

По типу привода различают компрессоры с ременной переда­чей; непосредственно соединенные с электродвигателем муфтой; с электродвигателем, ротор которого насажен на вал компрессора.

По частоте вращения коленчатого вала компрессоры разделя­ют на тихоходные — до 500 об/мин и быстроходные — свыше 500 об/мин.

Унифицированные поршневые компрессоры выпускают для хладонов I и II баз, для аммиака и хладонов — III и IV баз, для аммиака — V базы.

Герметичные компрессоры I базы имеют горизонтальное и вер­тикальное расположения двух или четырех цилиндров.

Компрессоры герметичные и бессальниковые предназначены для хладонов, сальниковые — для аммиака и хладонов. Хладоновые компрессоры I, II и III баз — непрямоточные, IV — прямо­точные; аммиачные III и IV баз — прямоточные; аммиачные комп­рессоры V базы — крейцкопфные непрямоточные с опозитным расположением двух или четырех цилиндров.

Для смазки цилиндров и механизма движения в аммиачных компрессорах используют масла ХА, ХА-30, ХС-40, а в хладоно­вых - ХФ-12-16, ХФ-22-24, ХФ-22с.

При маркировке унифицированных поршневых компрессоров применяют следующие обозначения: П — поршневой, Ф — хладоновый (фреоновый), А — аммиачный, В — вертикальный, V — V-образный, W — веерообразный, Б — бессальниковый, Г — герметичный, О — опозитный. Цифры после букв означают холодо­производительность (кВт).

В сальниковых компрессорах марок П14, П20, П28 и др. распо­ложение цилиндров V-, W-, VV-образное.

В бессальниковых компрессорах марок ПБ5, ПБ7 — ПБ220 рас­положение цилиндров также V-, W-, VV-образное.

Основные конструктивные узлы и детали поршневых компрес­соров — рама, картер, блок-картер, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, поршни, поршневые кольца, клапаны, сальники.

Картер представляет собой конструктивную основу машины. Картер вертикальных и V-образных компрессоров имеет вид ко­робки с боковыми окнами, которые закрываются съемными крыш­ками. Крышку со стороны маховика, через которую проходит ко­ленчатый вал компрессора, называют задней, а противополож­ную ей — передней. Сверху картера крепится блок цилиндров. Мно­гие конструкции вертикальных компрессоров выполняются блок-картерными. В этом случае цилиндры и картеры отливаются в виде единой детали. Блок-картерные компрессоры компактнее, имеют меньше фланцевых соединений, проще и дешевле в производстве.

В каждый цилиндр запрессовывают сменные гильзы, которые в случае износа могут быть заменены новыми. Сменные гильзы уп­лотняют по верхнему и нижнему поясам резиновыми кольцами. Для охлаждения цилиндров верхнюю часть их боковой поверхности от­ливают с ребрами (при охлаждении воздухом) или со специальной полостью (при охлаждении водой — водяной рубашкой).

Коленчатые валы по конструкции могут быть кривошипными и эксцентриковыми. Их выполняют штампованными, литыми или цельноковаными из высококачественной углеродистой или леги­рованной стали. Опорой коленчатого вала служат подшипники, расположенные в крышках картера или корпусе.

Чтобы движение поршня было равномерным, на конец колен­чатого вала, выступающий из картера, насаживается маховик — шкив большего диаметра с тяжелым ободом. При непосредствен­ном соединении компрессора с электродвигателем надобность в маховике отпадает, его роль выполняет ротор двигателя.

Шатуны передают движение от коленчатого вала к поршням. Они — штампованные стальные двутаврового сечения с разъем­ной нижней головкой, с вкладышем, залитым баббитом, и не­разъемной верхней головкой с бронзовой втулкой.

Нижние головки шатунов, которые охватывают шейки колен­чатого вала, стягиваются стальными болтами с зашплинтованны­ми корончатыми гайками. Верхние головки пальцами поршня за­крепляются в поршне.

Поршни по конструкции делят на дисковые и тронковые. Диско­вые используют в крупных крейцкопфных компрессорах двойного Действия, когда по обе стороны поршня расположены рабочие объе­мы цилиндра. Тронковые поршни могут быть двух типов: проходные для прямоточных машин, непроходные для непрямоточных.

Конструкция проходных поршней позволяет увеличить проход­ные сечения всасывающего и нагнетательного клапанов.

Непроходные поршни отличаются простотой конструкции и небольшой массой. Их используют в малых и средних непрямоточ­ных компрессорах. Поршни для герметичных компрессоров дела­ют без поршневых колец. Вместо них на боковой поверхности протачивают неглубокие канавки для сбора и равномерного распре­деления масла по зеркалу цилиндра.

Всасывающие и нагнетательные клапаны выполняют в компрес­соре распределительную функцию. Через всасывающие клапаны происходит засасывание паров холодильного агента из всасываю­щего трубопровода в цилиндр компрессора, а через нагнетатель­ные — выталкивание сжатых паров в нагнетательный трубопро­вод. В поршневых холодильных компрессорах клапаны самодей­ствующие, т.е. они открываются и закрываются под действием разности давлений по обе их стороны.

На всасывающие клапаны прямоточных компрессоров, распо­ложенные в днище поршня, помимо давления газа действуют силы инерции. В вертикальном прямоточном компрессоре при движе­нии поршня вверх и достижении им верхней мертвой точки клапанная пластина по инерции стремится продолжить движение вверх, и клапан открывается, в то время как поршень после оста­новки начинает двигаться вниз. Когда же поршень останавливает­ся в нижней мертвой точке, клапанная пластина по инерции стремится продолжить движение вниз, прижимается к седлу клапана, и он закрывается.

В бескрейцкопфных компрессорах применяют пластинчатые кла­паны, получившие свое название потому, что их рабочей запор­ной деталью служат тонкие (0,8— 1,5 мм) стальные пластины. Пла­стинчатые клапаны в зависимости от конфигурации и крепления клапанных пластин бывают кольцевыми, полосовыми, язычко­выми.

Кольцевые клапаны применяют в средних и крупных компрес­сорах.

В конструкциях клапанов, закрепленных на поршнях, исполь­зуют беспружинные кольцевые и полосовые клапаны. Полосовые клапаны называют еще ленточными, поскольку в них отверстия для прохода пара перекрываются упругими пластинами, имею­щими форму лент.

Предохранительные клапаны предотвращают аварии при чрезмер­ном повышении давления нагнетания. При превышении предель­ной разности давлений нагнетания и всасывания (Δ P = 1,68 МПа) предохранительные клапаны перепускают сжатый пар из полости нагнетания в полость всасывания.

Применяют в основном пружинные самодействующие предо­хранительные клапаны. Когда разность давлений превышает допу­стимую, пружина сжимается, клапан открывается и нагнетатель­ная сторона компрессора соединяется с всасывающей.

Сальниками называют специальные устройства для уплотнения подвижных деталей, например валов, штоков, плунжеров, в це­лях предотвращения утечки жидкостей, пара или газа. Применяют сальники с кольцами трения. Сальники открытых хладоновых компрессоров бывают сильфонного и мембранного типов.