Задание к лабораторной работе. 1. Изучить устройство, принцип работы компрессорных станций на базе поршневых и винтовых компрессоров
1. Изучить устройство, принцип работы компрессорных станций на базе поршневых и винтовых компрессоров, и гидравлических станций. 2. Вычертить принципиальную схему компрессорной станции. 3. Определить производительность и мощность привода компрессорной станции в соответствии с данными по варианту задания.
Таблица 3.1
Общие сведения о конструкции и работе компрессорных и гидравлических передвижных станций
В транспортном строительстве, при ремонтных и отделочных работах дорожного полотна широкое применение получили пневматические и гидравлические инструменты для бурения, резания и разрушения цементобетона, асфальта и прочных грунтов. Появление разнообразного механизированного инструмента с гидро- и пневмоприводом неразрывно связано с развитием конструкций передвижных компрессорных и гидравлических станций в дорожно-строительной области. Пневматический инструмент более тяжел и шумен, работает только в паре с компрессором, менее подвижен из-за толстого воздухоподводящего трубопровода. Вместе с тем он экологически-, пожаро- и взрывобезопасен, а при работе в стесненном пространстве, лишенном вентиляции, обеспечивает постоянный приток свежего воздуха. Гидравлический инструмент практически бесшумен (если не считать привода маслонасосной установки), легок, компактен и транспортабелен (благодаря высокому давлению жидкости, гарантирующему малые объем и вес гидростанции). Однако гидроинструмент, соединенный с насосом двумя гибкими трубопроводами, потенциально (в случае аварии) опасен для окружающей среды. Кроме того, эксплуатация гидростанции дороже в сравнении с компрессором по причине использования в качестве рабочего тела дорогих рабочих жидкостей. Области применения механизированного строительного инструмента: дрель – разрушение бетона; перфоратор – сверление бетона; отбойный молоток – разрушение бетона, асфальта, грунта, уплотнение грунта; дисковая пила – резка бетона, асфальта, грунта, уплотнение грунта; строительный пистолет – забивка дюбелей; насос – откачивание воды. Компрессорные станции и гидростанции оборудуются автономными двигателями внутреннего сгорания или электродвигателями, главным преимуществом которых является полная независимость инструмента от каких-либо посторонних источников энергии. Компрессоры предназначаются для преобразования механической энергии двигателя в потенциальную энергию сжатого воздуха, применяемого для привода машин и инструментов, оборудованных пневматическим двигателем. Компрессор вместе с двигателем и обслуживающими их системами образуют компрессорную станцию. Компрессорные станции могут оборудоваться винтовыми и поршневыми компрессорами, которые бывают с одно- и двухступенчатой системой сжатия воздуха. Принципиальная схема передвижной компрессорной станции на базе поршневого компрессора с двухступенчатой системой сжатия воздуха приведена на рисунке 3.1.
Рис. 3.1. Принципиальная схема компрессорной станции на базе поршневого компрессора
Поршни цилиндров 7 первой и 6 второй ступеней сжатия приводятся в возвратно-поступательное движение двигателем 1 посредством коленчатого вала 13 и шатунов 14 и 15. При движении шатуна 15 вниз в верхней части цилиндра первой ступени 7 создается разрежение, в результате которого открывается впускной клапан 10 и атмосферный воздух, пройдя через воздухоочиститель 11 поступает в цилиндр. Кода шатун придет в крайнее положение, увеличение объема надпоршневого пространства прекратится и закроется впускной клапан 10. При дальнейшем вращении коленчатого вала шатун 15 пошлет поршень вверх и начнет сжимать воздух в надпоршневом пространстве. Когда давление воздуха в надпоршневом пространстве достигнет величины 0, 28…0, 32 МПа, откроется выпускной клапан 8 и воздух через воздухоохладитель начнет поступать через всасывающий клапан 8 в цилиндр второй ступени 6. Работа цилиндра второй ступени выполняется аналогично, однако воздух в него из воздухоохладителя через всасывающий клапан поступает под давлением 0, 28…0, 32 МПа, а нагнетается через выпускной клапан в воздухосборник 19 при достижении давления 0, 7…0, 72 МПа. Впускные и выпускные клапаны цилиндров первой и второй ступеней сжатия закрыты сверху головками 12 цилиндров, снабженными перегородками, разделяющими впускное и выпускное пространства. Для обеспечения более равномерного движения коленчатого вала 13 на нем закреплен маховик 5, выполненный совместно с упругой муфтой 4. Для обеспечения безопасной работы воздухоохладитель и воздухосборник оснащены предохранительными клапанами, отрегулированными соответственно на давление 0, 32…0, 72 МПа. Воздухосборник снабжен шестью штуцерами с вентиляторами для подсоединения гибких трубопроводов для подачи сжатого воздуха к пневматическим инструментам. Для контроля работы компрессорной станции на щитке приборов установлены манометры, показывающие давление воздуха в воздухоочистителе и воздухосборнике. Общий вид передвижной компрессорной станции на базе винтового компрессора представлен на рисунке 7.2. Конструкция винтового компрессора представлена на рисунке 7.3. Винтовой компрессор состоит из следующих основных деталей: корпуса компрессора 1, входного вала с ведущим винтовым ротором 2, ведомого винтового ротора 3, подшипников 4, шестерен 5, уплотнений. На средней утолщённой части роторов 2 и 3 нарезаны винты – наиболее сложные и точные детали винтового компрессора. Вращение винтовых роторов 2 и 3 синхронизируется шестернями 5, посаженными на валах роторов. Винты современных винтовых компрессоров представляют собой цилиндрические косозубые крупные модульные шестерни с зубьями специального профиля. Профили зубьев парных винтов подбираются таким образом, чтобы они при взаимной обкатке сопрягались с минимальными, но безопасными для движения роторов зазорами.
Рис. 3.2. Передвижная компрессорная станция на базе винтового компрессора
В свою очередь вершины зубьев, при вращении винтов, описывающие цилиндрические поверхности, образуют с корпусом также сопряжение с минимальными зазорами. Величина этих зазоров является одним из основных факторов, определяющих экономичность винтовых машин. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
Рис. 3.3. Компрессор винтовой
В винтовых компрессорах отсутствуют клапаны или какие-либо другие распределительные органы. Они не имеют также деталей и конструкций, совершающих возвратно- поступательное движение. Расточки корпуса в участках, где установлены винты, в поперечном сечении образуют фигуру в виде восьмёрки. Внутреннее пространство корпуса с одного торца сообщается посредством окна всасывания с патрубком всасывания, с другого – посредством окна нагнетания с патрубком нагнетания. Окна всасывания и нагнетания расположены диаметрально противоположно по диагонали корпуса. Окна всасывания и нагнетания, расположенные с торцов корпуса, имеют в поперечном сечении форму двух соприкасающихся разомкнутых кольцевых секторов. Последовательность рабочего процесса в винтовом компрессоре представлена на рисунке 3.4. При вращении винтов на стороне выхода зубьев из зацепления постепенно, начиная от торца всасывания, освобождаются впадины между зубьями. Эти впадины, образуя с внутренней поверхностью корпуса рабочие полости с непрерывно изменяющимся объемом, благодаря создаваемому в них разряжению заполняются газом, поступающим через окно из камеры всасывания (см. рис. 3.4, а). В тот момент, когда объем рабочих полостей в результате вращения винтов достигнет максимальной величины; пройдя окно всасывания, они разъединяются с камерой всасывания. Объёмы газа (воздуха), ограниченные поверхностями винтов и корпусом, разобщенные с камерой всасывания, но ещё не достигшие камеры нагнетания, сжимаются по мере входа зуба ведомого винта во впадину ведущего (см. рис. 3.4, б). Полости ведущего и ведомого винтов, соединенные между собой, образуют одну общую парную полость. Зуб ведущего винта заполняет полость ведомого, что вызывает интенсивное сжатие газа (воздуха) в парной рабочей полости. Процесс сжатия газа в рабочей полости продолжается до тех пор, пока всё уменьшающийся её объём со сжатым газом не подойдёт к кромке окна нагнетания (см. рис. 3.4, в). В этот момент процесс внутреннего сжатия газа в компрессоре заканчивается. Величина внутреннего сжатия газа в винтовом компрессоре зависит во многом от параметров окна нагнетания: с уменьшением объема камеры нагнетания внутреннее сжатие газа будет увеличиваться, с увеличением – уменьшаться. При дальнейшем вращении винтов, после соединения парной полости со сжатым газом с камерой нагнетания, происходит процесс выталкивания газа (см. рис. 3.4, г).
Рис. 3.4. Последовательность рабочего процесса в винтовом компрессоре: а – всасывание воздуха, б – сжатие, в – окончание внутреннего сжатия, г – вытеснение воздуха Для охлаждения сжатого газа (воздуха) в маслозаполненных компрессорах используется подача масла в значительном количестве в полости сжатия. Подача масла осуществляется через масляный штуцер в корпусе со стороны всасывания в момент начала образования парной рабочей полости. Газ (воздух), выходящий из компрессора охлаждается в трубчатом теплообменном аппарате, где охлаждающим веществом является вода. Общий вид гидравлической станции со сменным рабочим инструментом представлен на рисунке 3.5.
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]()
Рис. 3.5. Гидравлическая станция со сменным рабочим инструментом На рисунке 3.6 представлена принципиальная гидравлическая схема передвижной гидростанции. Насос 1, приводимый в работу двигателем 2, подает рабочую жидкость под давлением, контролируемым манометром 3, через регулируемый гидродроссель 4, установленный в гидроклапанной коробке 5, к гидрораспределителю 6, соединенному двумя трубопроводами с быстроразъемными муфтами 7 для подключения гидроинструмента. Когда гидрораспределитель 6 установлен в нейтральное положение, гидроинструмент находится в состоянии готовности к работе, но не приводится в движение. В крайние рабочие положения гидрораспределитель 6 переключается посредством электромагнитов, оборудованных кнопками, находящимися на панели управления гидростанции. Слив рабочей жидкости осуществляется через маслоохладитель 8 и фильтр 10 в гидробак 12. Гидростанция оборудована системой предохранительных клапанов 5, 9, 11, через которые осуществляется отвод рабочей жидкости в гидробак с целью снижения давления в гидросистеме при повышенных нагрузках и в аварийных ситуациях. Скорость движения (или частота вращения) выходных звеньев гидроинструмента контролируется регулируемым дросселем 4. Гидравлические станции комплектуются следующим набором гидравлического рабочего инструмента: - молоток гидравлический отбойный, - пила дисковая гидравлическая, - помпа погружная шламовая, - машинка шлифовальная угловая, - ручное гидравлическое сверло, - гайковерт. Ручные гидравлические отбойные молотки предназначены для разрушения бетона, асфальтобетона, кирпичных и каменных кладок, горных пород, оптимальны при проведении аварийно - спасательных работ. Современными конструкторами дорожных машин большое внимание уделяется снижению шума и вибрации. Отдельные модели гидравлических станций оборудуются специальными рукоятками, поглощающими вибрацию и снижающими риск повреждения суставов оператора. Погружные насосы (помпы) являются высокоэффективным оборудованием для откачки жидкости с примесью твердых частиц с крупностью до 10 мм. Насос (помпа) может быть использован для выполнения различных работ, таких, как аварийная откачка жидкостей в туннелях, подвалах, траншеях.
Рис. 3.6. Принципиальная гидравлическая схема передвижной гидростанции
Гидравлические дисковые пилы являются мощным, надёжным, лёгким в использовании инструментом для резки металла, бетона и асфальтобетона, с диаметром алмазного диска от 300 до 400 мм. Пилы могут быть установлены на специальную тележку, которая оснащается комплектом для водяного охлаждения алмазного инструмента.
Методические указания по определению производительности и мощности привода компрессорной станции
Производительность поршневого компрессора определяется по формуле:
где F – площадь поршня первой ступени сжатия, м2 ( S – ход поршня первой ступени сжатия, м; λ – коэффициент подачи компрессора; m – число цилиндров первой ступени сжатия; n – число оборотов вала, мин; i – коэффициент, зависящий от способа действия компрессора (для компрессоров простого действия, сжатие воздуха в которых происходит только с одной стороны поршня, i = 1, для компрессоров двойного действия, сжатие воздуха в которых происходит с двух сторон поршня i = 2). Коэффициент подачи компрессора λ зависит от давления в результате обратного расширения воздуха, сжатого во вредном пространстве, и от сопротивления в воздухопроводах и клапанах. Значения коэффициента подачи λ при значениях вредного пространства, равных 4% от объема цилиндра, приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2 Значения коэффициента подачи поршневого компрессора
Производительность компрессора выражается в единицах объема воздуха, приведенного к нормальным условиям, т.е. к давлению 760 мм ртутного столба и к температуре 0о С. Приведенная к нормальным условиям производительность компрессора:
где Q – действительная производительность компрессора, м3/мин, H – барометрическое давление, мм. рт. ст., h – упругость паров воды при действительной температуре окружающего воздуха, Па, t – действительная температура окружающего воздуха, оС.
Значения h для различных температур приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 Значения упругости паров воды
Мощность, потребляемая компрессором
где QН – производительность компрессора, приведенная к нормальным условиям, м3/мин; η – коэффициент полезного действия компрессора; L – работа компрессора, затрачиваемая при изотермическом сжатии в цилиндрах до конечного давления 1 м3 воздуха.
где Р1 и Р2 – соответственно начальное (барометрическое) и конечное (рабочее) давление, МПа. Коэффициент полезного действия компрессора
где η из – изотермический кпд, представляющий собой отношение теоретической работы сжатия при изотермическом процессе к работе сжатия по индикаторной диаграмме; η мех – механический кпд.
Мощность приводного двигателя
где η т – КПД трансмиссии.
|