2. Основные узлы и детали поршневого компрессора

Конструкции компрессоров изучаются по плакатам и различным компрессорам на стенде.

Корпус (картер у сальниковых и бессальниковых компрессоров) - базовая деталь, на которой крепят все узлы и детали компрессора. Воспринимает переменные нагрузки при работе компрессора, поэтому должен быть жестким, прочным.

Цилиндр - основная часть компрессора, внутри которого совершаются рабочие процессы. В герметичных компрессорах может изготавливаться непосредственно в корпусе или в виде блока цилиндров для других типов компрессоров. Внутренняя поверхность цилиндра обработана с высокой степенью точности и чистоты. На наружной поверхности блока цилиндров имеются ребра (которые увеличивают площадь поверхности теплообмена с воздухом) или специальные полости, в которых циркулирует охлаждающая вода.

Клапаны - всасывающий и нагнетательный располагаются на клапанной доске, которая герметично закрывает сверху цилиндр. Всасывающий клапан - из легированной стали толщиной 0,25 мм, имеет обычно форму лепестка и плотно прижимается к клапанной доске за счет своей упругости. Нагнетательный клапан представляет собой чаще всего пятачковые клапаны из легированной стали толщиной 0,3 мм. Закрытие клапана осуществляется спиральной пружиной. Клапаны должны быть герметичными, прочными и износостойкими.

Головка цилиндров разделена перегородкой на полости всасывания и нагнетания и расположена над клапанной доской.

Механизм движения поршневого компрессора служит для превращения вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня. Механизм состоит из нескольких деталей - коленчатого вала, шатуна, поршневого пальца, поршня.

Коленчатый вал вращается в подшипниках скольжения с помощью электродвигателя и имеет шейки для крепления шатунов.

Шатун - соединяет коленчатый вал с поршнем.

Поршневой палец служит для подвижного соединения шатуна с поршнем.

Поршни - осуществляют рабочие процессы в цилиндре, совершая возвратно-поступательные движения. Для уплотнения зазора между поверхностью цилиндра и поршнем на последнем устанавливают уплотнительные кольца.

3. Принцип работы поршневого компрессора

Основным рабочим органом компрессора (рисунок 4) является цилиндр 2, в котором возвратно-поступательно перемещается поршень 1. Цилиндр отделяется от испарителя и конденсатора и периодически сообщается с ними с помощью клапанов - всасывающего 4 и нагнетательного 3.

Клапаны - запорные перекрывающие устройства, периодически сообщают рабочий объем цилиндра с испарителем для всасывания из него паров холодильного агента и конденсатором для нагнетания в него сжатых паров.

Клапаны самодействующие - автоматически открываются и закрываются под действием разности давлений по обе стороны. Поддержание клапана в открытом положении в процессах всасывания и нагнетания обеспечивается динамическим напором, создаваемым потоком пара холодильного агента, проходящего через клапан.

Условия работы всасывающего клапана:

• клапан открыт при Р₀ > Р_ц+Р_пр;

• клапан закрыт при Р₀ < Р_ц+Р_пр;

Условия работы нагнетательного клапана:

• клапан открыт при Р_К < Р_ц+Р_пр;

• клапан закрыт при Р_к > Р_ц+Р_пр.

Принятые обозначения: Р₀ - давление в испарителе; Р_к - давление в конденсаторе; Р_ц - давление в цилиндре; Р_пр - давление пружины клапана.

Для анализа процессов внутри цилиндра используют индикаторные диаграммы (рисунок 5), дающие графическую зависимость давления пара (P_ц) холодильного агента в цилиндре от его объема (V_ц) или хода поршня (s).

Движение поршня от ВМТ к НМТ

Происходит увеличение объема рабочей полости цилиндра и давление Р_ц в нем понижается (рисунки 4а, 5). На части хода поршня s от точки "а" до точки "б" происходит расширение сжатых паров, оставшихся в объеме цилиндра от предыдущего процесса сжатия. Давление этих паров задерживает открытие всасывающего клапана.

При достижении поршнем точки "б" давление Р_ц в рабочем объеме цилиндра снизится до величины, достаточной для открытия всасывающего

а) Обратное расширение и всасывание паров	б) Сжатие и нагнетание паров
Обозначения: ВМТ – верхняя мертвая точка; НМТ – нижняя мертвая точка; s – ход поршня; Dц – диаметр цилиндра; Рц – давление пара в цилиндре

Рисунок 4 – Рабочие процессы в цилиндре компрессора

Рисунок 5 – Действительная индикаторная диаграмма поршневого компрессора

клапана: Р_ц<Р₀+Р_пр. Клапан откроется, и при дальнейшем движении поршня к НМТ будет происходить заполнение рабочего объема цилиндра парами холодильного агента из испарителя под давлением Р_вс. Величина Р_вс ниже давления Р₀ на величину ΔР_вс сопротивлений в трубопроводах, клапанах и каналах компрессора. При достижении поршнем НМТ скорость его становится равной нулю и процесс всасывания заканчивается.

Таким образом, при движении поршня от ВМТ к НМТ в цилиндре компрессора происходят последовательно два процесса:

"а" - "б" - расширение паров, оставшихся от предыдущего хода;

"б" -1 - всасывание паров из испарителя.

Движение поршня в цилиндре от НМТ к ВМТ

Происходит уменьшение рабочего объема цилиндра (рисунки 4б, 5) и давление паров Р_ц возрастает (процесс 1 - 2). Всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие паров холодильного агента до давления Р_н, превышающего давление конденсации Р_к на величину ΔР_Н, соответствующую сопротивлению в каналах, клапанах и трубопроводах до конденсатора.

В точке 2 открывается нагнетательный клапан и начинается выталкивание поршнем сжатого пара холодильного агента из цилиндра в конденсатор (процесс 2 - "а"). Когда поршень достигнет ВМТ, скорость его движения станет равной нулю, окончится процесс нагнетания и закроется нагнетательный клапан.

При движении поршня от НМТ к ВМТ в цилиндре компрессора последовательно протекают два процесса (рисунок 4б):

1-2 - сжатие паров;

2 - "а" - нагнетание паров в конденсатор.