Конструкция цилиндрово-поршневой группы компрессора.
Наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам поршневые компрессоры; их различают по устройству кривошипно-шатунного механизма (крейцкопфные и бескрейцкопфные), устройству и расположению цилиндров (простого и двойного действия, L-, У- и Ш-образные, горизонтальные и вертикальные, оппозитные, со ступенчатым поршнем и т. д.), числу ступеней сжатия.
На рис.1 показаны типовые конструктивные схемы поршневых компрессоров: крейцкопфные (крейцкопф-ползун с шарниром) — с двусторонним всасыванием и бескрейцкопфные — одностороннего всасывания (мощностью до 100 кВт). По расположению цилиндров поршневые компрессоры подразделяют на вертикальные, горизонтальные и угловые. Угловые компрессоры подразделяют на прямоугольные (или L-образные, когда ряды цилиндров расположены вертикально и горизонтально, т. е. угол между их осями составляет 90° ), а также У-образные и Ш-образные — машины с наклонными цилиндрами, установленными У- и Ш-образно. Оппозитные компрессоры представляют собой горизонтальные машины с встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны вала; они отличаются высокой динамической уравновешенностью, меньшими габаритами и массой, и поэтому практически полностью вытеснили традиционный тип крупного горизонтального компрессора. Для машин малой и средней производительности основными являются два типа компрессора: прямоугольный и У-образный.
По числу ступеней сжатия различают одно-, двух- и многоступенчатые компрессоры. Многоступенчатое сжатие позволяет уменьшить температуру сжатого газа, увеличить КПД машины, снизить поршневые силы.
Рис. 1. Схемы типовых конструкций поршневых компрессоров и двигателей-компрессоров:
а) — бескрейцкопфные (одностороннее всасывание):
1 — вертикальный; 2 — У-типа; 3 — Ш-типа; 4 — горизонтальный оппозитный (корпусного типа);
5 — вертикальный со ступенчатым поршнем; 6 — двигатель-компрессор L-типа; 7 — двигатель-компрессор Ш-типа;
б) — крейцкопфные (с двусторонним всасыванием):
1 — в одну линию; 2 — L-типа; 3 — У-типа; 4 — Ш-типа; 5 — горизонтальный оппозитный;
6 — горизонтальный со ступенчатым поршнем; 7 — двигатель-компрессор L-типа
Принципиальная схема компрессор
Рис. Схема поршневого компрессора простого действия: 1- цилиндр; 2 - поршень; 3 - приемный рабочий клапан; 4 - нагнетательный рабочий клапан 4. Кривошипно-шатунная система: 5 - шток; 6 – крейцкопф; 7 – шатун; 8 - кривошипа.
Индикаторная диаграмма компрессора, графически показывает зависимость давления газа или пара в цилиндре от его объема.
При движении поршня слева направо давление газа в цилиндре становится меньше давления р1. Под действием разницы давлений открывается всасывающий клапан и цилиндр заполняется газом. На индикаторной диаграмме процесс всасывания изображается линией da. Дойдя до крайнего правого положения, поршень начинает двигаться в обратном направлении, всасывающий клапан закрывается и происходит сжатие газа (линия ab). Давление будет увеличиваться до тех пор, пока оно не превысит р2. Тогда под действием разности этих давлений открывается нагнетательный клапан, и сжатый газ выталкивается из цилиндра (линия bc). Поршень не может доходить вплотную до крышки цилиндра и между ними всегда остается пространство, которое называется «мертвым». В этом пространстве остается газ, который расширяется при движении поршня слева направо (линия cd). Нагнетательный клапан при этом закрывается.
рис. Схема и индикаторная диаграмма одноступенчатого поршневого компрессора.
Рис. 2. Поршневой компрессор двойного действия
Компрессор, выполненный по такой конструктивной схеме, имеет две рабочие камеры при одном поршне, а всасывающие и нагнетательные клапаны установлены в обеих крышках. При ходе поршня вниз в верхней рабочей камере происходит процесс всасывания, а в нижней — процесс нагнетания. При движении поршня вверх сжатый воздух подается в напорную линию из верхней рабочей камеры, в то время как процесс всасывания осуществляется в нижней. Производительность компрессора двойного действия практически в два раза выше производительности компрессора традиционной конструкции при одинаковых объемах рабочих камер.
Рис. 3. Двухступенчатый поршневой компрессор
Всасываемый воздух предварительно сжимается в первой ступени 1, проходит промежуточное охлаждение, а затем подвергается сжатию во второй ступени 3. Увеличение степени сжатия воздуха обеспечивается тем, что объем рабочей камеры второй ступени меньше, чем первой. Необходимость охлаждения сжатого воздуха возникает в связи с интенсивным нагревом воздуха в процессе сжатия (в соответствии с законом Гей-Люссака), особенно если степень сжатия значительна. Чтобы избежать этого, в конструкцию компрессора вводят охладитель 2.
Схема и принцип действия поршневых компрессорных установок.
1 — всасывающее устройство; 2 — фильтр; 3 — первая ступень компрессора; 4 — вторая ступень компрессора; 5 — межступенчатый холодильник; 6 — концевой холодильник; 7 — влаго–маслоотделитель; 8 — ресивер; 9 — магистральный вентиль; 10 — пусковой вентиль; 11 — выпускной вентиль; 12 — сборный бак; 13 — магистраль.
Поршневой компрессор, приводимый в движение электродвигателем, через воздухозаборное устройство (1) засасывает атмосферный воздух. Пройдя по прямому участку трубопровода, воздух попадает в фильтр (2), где очищается от примеси атмосферной влаги и пыли. Далее, проходя через всасывающий трубопровод, воздух попадает в первую ступень компрессора (3). После сжатия, через обратный клапан и промежуточный трубопровод, воздух нагнетается в межтрубное пространство промежуточного охладителя (5). Из охладителя воздух всасывается второй ступенью компрессора (4) и через нагнетательный трубопровод подается в межтрубное пространство концевого охладителя (6). После охлаждения воздух поступает в водомаслоотделитель (7) и далее в воздухосборник (8), предназначенный для снижения пульсации воздуха и резервировании его части. Из воздухосборника воздух по магистральному трубопроводу (13) поступает в воздушную сеть предприятия и к потребителю. Через продувочный бак (12) осуществляется слив конденсата из концевого охладителя и водомаслоотделителя. Cхема компрессорной установки должна содержать:
а) предохранительные клапана (сброс излишка воздуха);
б) запорные задвижки (предназначены для переключений, отключений, вывода в ремонт элементов компрессорной установки);
в) обратный клапан (предназначен для избежания утечек воздуха из сети при отключении компрессора);
г) разгрузочный вентиль (предназначен для сброса воздуха и облегчения пуска компрессорной установки)