1.5. Конструкції поршневих компресорів
Поршневі компресори класифікують за величиною холодопродуктивності, за конструктивними і функціональними ознаками, за родом робочої речовини.
За холодопродуктивністю компресори поділяють на:
малі – Q0 менше 12 кВт;
середні – Qo = 12-120 кВт;
великі - понад 120 кВт.
За функціональними ознаками компресори можна розділити на такі групи:
стаціонарні і транспортні;
високо-, середньо- і низькотемпературні;
одно-, двох- і багатоступеневі;
з пристроєм для регулювання продуктивності і без нього.
За родом робочої речовини:
аміачні;
фреонові;
універсальні.
Найбільш розгорнутою є класифікація компресорів за конструктивними ознаками. Класифікація за цими ознаками може бути представлена у вигляді схеми:
Щоб зрозуміти роль деталей компресорів, які будуть згадуватися в лекціях, необхідно коротко їх описати.
Блок циліндрів – в багатоциліндровому компресорі частина корпусу, в якому розташовані циліндри.
Верхня головка шатуна – розширений кінець шатуна, що з’єднується з поршнем.
Водяна сорочка – простір між стінками циліндрів і корпусом (головкою циліндрів), в якому циркулює охолодна вода.
Всмоктувальний клапан – клапан, що забезпечує проходження холодильного агенту із всмоктувального патрубка в циліндр, і перешкоджаючий нагнітанню його в цей трубопровід.
Гільза циліндра – циліндрична вставка, що знімається з блоку циліндрів, всередині якої рухається поршень.
Головка циліндрів – закрита сторона циліндра компресора.
Запірний всмоктувальний вентиль – вентиль, вмонтований в компресор чи змонтований на ньому і призначений для перекриття всмоктувального трубопроводу.
Запірний нагнітальний вентиль – вентиль, вмонтований в компресор чи змонтований на ньому і призначений для перекриття нагнітального трубопроводу.
Картер – нерухома жорстка опора колінчатого валу (корпус компресора).
Колінчатий вал – деталь кривошипно-шатунного механізму, що перетворює обертальний рух у зворотно-поступальний рух поршнів.
Корпус підшипника – гніздо, що призначене для розміщення в ньому підшипника кочення чи ковзання (може відокремлюватися від картера).
Лабіринтове ущільнення – безконтактне ущільнення у вигляді серії канавок, виступів, ребер, пазів на поверхні осей, поршнів чи стиків для запобіганні витіканню середовища.
Мостилознімне кільце – поршневе кільце, що запобігає потраплянню мастила з картеру у циліндр, а потім в головку циліндра і далі у нагнітальний трубопровід.
Нагнітальний клапан – клапан, що дозволяє видаляти стиснений газ в нагнітальний трубопровід і зашкоджує його протіканню у зворотному напрямку.
Нижня головка шатуна – розширений кінець шатуна, з’єднаний з кривошипом колінчатого вала.
Опорне кільце – деталь, поперечна поверхня якої сприймає навантаження вздовж осі.
Підшипник (втулка) – деталь, що служить опорою і направляючим елементом осі, що обертається.
Поршень – циліндрична деталь, що переміщуючись в циліндрі стискає робоче середовище.
Поршневе кільце – пружинне розрізане кільце встановлене в канавці поршня для підвищення герметичності робочого простору над поршнем чи знімання із стінок циліндра мастила.
Поршневий палець – деталь, що з’єднує поршень з верхньою головкою шатуна.
Сальник з набивкою – пристрій, що забезпечує герметичність зазору між рухомою віссю та нерухомим корпусом.
Ущільнення валу – пристрій, що герметизує зазор між валом відкритого компресора та його корпусом на виході з останнього.
Циліндр – порожниста деталь з циліндричною внутрішньою поверхнею, в яку розміщується поршень, здійснюючи цикли стискання і всмоктування.
Шатун – деталь, що з’єднує поршень та колінчатий вал.
Шийка кривошипа – частина колінчатого валу, до якої шарнірно приєднано шатун.
У крейцкопфних конструкціях рух від шатуна до поршня передається через крейцкопф (повзун) і шток, а шатун з’єднаний з крейцкопфом за допомогою пальця. Крейцкопфні компресори, за звичайне, є компресорами подвійної дії (робоча речовина стискається у циліндрі двома сторонами поршня), а шток ущільнюється сальником спеціальної конструкції. На тепер випускаються опозитні крейцкопфні компресори з числом циліндрів z=2, 4, 6. Важливою особливістю таких компресорів є те, що вони можуть працювати без змащення циліндра і не забруднюють теплообмінні апарати мастилом і тим самим значно підвищують ефективність їхньої роботи. В даний час одержали, поширення крейцкопфні компресори, у яких циліндри не змазуються, а механізм руху має звичайне циркуляційне змазування. По такій схемі модернізовані серійні опозитні компресори А0600 і А01200, що працюють на аміаку.
У безкрейцкопфних компресорах поршні приєднані до шатунів через поршневі пальці. Поршень у цьому випадку має розвинену по висоті циліндра поверхню і виконує роль крейцкопфа. В таких компресорах пара стискається лише однією стороною поршня.
У прямотечійних компресорах пара протягом усього робочого процесу рухається в одному напрямку, а всмоктувальний клапан кріпиться до поршня і рухається разом із ним. У непрямотечійних конструкціях всмоктувальні і нагнітальні клапани нерухомі, а пара при всмоктуванні і нагнітанні змінює напрямок руху.
Блок-картерні конструкції мають циліндри і картер у загальному виливку. Блок-циліндрові конструкції застосовуються в даний час порівняно рідко; тут картер і блок циліндрів – окремі деталі, що кріпляться один до одного болтами.
Назва “компресор” нічого не говорить про те, чи є у складі такої машини привідний двигун. Тому частіше використовують поняття компресорний агрегат, що означає машину, яка складається із компресора та його приводного двигуна. Виходячи з цього можна назвати основні типи компресорних агрегатів:
герметичні компресорні агрегати, в яких компресор та його електродвигун об’єднані в один механізм, що має загальний вал і розміщені в загальний, герметично заварений корпус;
напівгерметичні (безсальникові) компресорні агрегати, в яких компресор та його електродвигун об’єднані в один механізм, мають загальний вал і розміщені в загальний корпус, герметичність якого забезпечується болтовими з’єднаннями (має знімні кришки, що забезпечують доступ до клапанів і механізму руху;
компресорні агрегати відкритого типу (сальникові), які складаються з компресора, вал якого виходить з корпусу назовні через спеціальне ущільнення (сальник), і двигуна розташованого зовні, з яким з’єднуються через муфту, ремінну чи цепну передачу. Двигун при цьому не обов’язково електричний.
Залежно від схеми розташування циліндрів розрізняють вертикальні, горизонтальні, кутові (V-, W- або VV- подібні), опозитні чи зіркоподібні компресори. Загальна кількість циліндрів у сучасних конструкціях доходить до 16. Більшість сучасних компресорів мають горизонтально розташований колінчастий вал, однак є конструкції з вертикальним валом (переважно герметичні компресори).
У вертикальних компресорах осі циліндрів розташовані вертикально, а їхнє число – один, два або три.
Опозитні компресори найчастіше виконуються з горизонтальними, з кутом між циліндрами 180° . Кількість циліндрів – 2, 4 або 6.
У кутових кут між циліндрами у більшості конструкцій становить 90, 60 або 45°. Такі кути забезпечують найкраще врівноваження компресорів. Кут у 90° використовується при кількості циліндрів 2, 4 чи 6, при цьому кількість циліндрів у одному блоці 1-3. Кут у 60° використовується при кількості циліндрів 3, 6, 9 чи 12, при цьому кількість циліндрів у одному блоці 1-4. Кут у 45° використовується при кількості циліндрів 4, 8 чи 16, при цьому кількість циліндрів у одному блоці 1-2. В переважній більшості конструкцій компресорів у одному блоці розташовують по два циліндри.
У компресорах, що мають вільну (безнасосну) систему змащування, мастило подається до тертьових поверхонь за рахунок розбризкування. У примусових системах змащення мастило подається під тиском, утворюваним насосом. Переважна більшість компресорів, у тому числі малі герметичні, оснащуються примусовою системою змащення.
Безкрейцкопфні компресори. Безкрейцкопфні компресори, натепер найбільш поширені, відрізняються великим розмаїттям та простотою конструкції, надійністю і компактністю. Ці машини, як правило, простої дії: порожнина циліндра, звернена до картера, у них неробоча. Цей недолік компенсується більш високою частотою обертання валу, меншою металоємністю, можливістю застосування більш прогресивної технології виготовлення. Істотною хибою безкрейцкопфних компресорів є значне винесення мастила з картера в теплообмінні апарати, що знижує інтенсивність теплопередачі в апаратах і збільшує їхні розміри і вартість.
Безкрейцкопфні компресори виконуються з повітряним або водяним охолодженням циліндрів у залежності від величини холодопродуктивності, від типу застосовуваного холодильного агента і температурного інтервалу робочих режимів. При водяному охолодженні верхня частина циліндрів, а іноді і кришки, має водяну сорочку, виконану в блок-картері або блоці-циліндрі.
Безкрейцкопфні компресори випускаються як прямотечійними, так і непрямотечійними.
У такій конструкції площа, що займається клапаном (закріпленим на головці поршня), як правило, більша, ніж у непрямоточному компресорі, а отже, більше і прохідні перетини. Це забезпечує менші швидкості пари і менші енергетичні втрати через газодинамічні опори. У прямотечійному компресорі з водяним охолодженням водяна сорочка розділяє усмоктувальну і нагнітальну порожнини. Це послаблює теплообмін між парою, що всмоктується в компресор та нагнітається у трубопровід і збільшує коефіцієнт підігрівання.
Істотними недоліками прямотечійного компресора є порівняно більша маса поршня і неможливість регулювання продуктивності компресора примусовим відкриттям всмоктувального клапана. Збільшення маси поршня за рахунок встановленого на ньому всмоктувального клапанна призводить до збільшення сил інерції мас, що поступально рухаються, викликає додаткове напруження в деталях кривошипно-шатунного механізму й обмежує можливість підвищення частоти обертання колінчатого валу.
Сучасні безкрейцкопфні компресори мають двоопорні колінчаті вали з двома колінами, розташованими під кутом 180°. Корінними опорами валу служать підшипники кочення. Чи ковзання. Шатунні підшипники виконані у вигляді тонкостінних вкладишів із бабітовим заливанням.
У сальникових конструкціях компресорів картер заповнений парами холодильного агента, тому вихідний кінець валу повинний бути надійно ущільнений як під час роботи, так і під час стоянки. Це досягається установкою сальника з масляним затвором.
Герметичні компресори.
Безсальникові компресори.