ЛР_МНТ_2012 / Лабораторная работа2

Лабораторная работа № 2

Тема: технико-экономическая характеристика, классификация и особенности конструкции поршневых компрессоров

Цель работы: изучить классификацию поршневых компрессоров, особенности их конструкции .

Теоретическая часть:

Поршневые компрессоры являются наиболее распространенным типом холодильных компрессоров. Их применяют в холодильных машинах производительностью от нескольких десятков ватт до сотен киловатт, а в области малых холодопроизводительностей (до 23 кВт) – это практически единственный используемый тип компрессоров. Вследствие этого общее число поршневых компрессоров, применяемых в современных холодильных машинах, намного превышает число компрессоров всех других типов вместе взятых, так как домашние холодильники, морозильники, автономные кондиционеры, холодильное оборудование для предприятий торговли и общественного питания выпускают во всем мире миллионами. Почти монопольно поршневые компрессоры используют и в области холодопроизводительностей до100150 кВт. Основное преимущество поршневых компрессоров перед другими типами холодильных компрессоров состоит в более высокой энергетической эффективности. В условиях дорогой электроэнергии это обстоятельство оказывает в ряде случаев решающее влияние на выбор именно поршневого компрессора, несмотря на то, что по надежности, сроку службы, материалоемкости он может уступать другим типам компрессоров.

В настоящее время более 90% компрессионных холодильных машин выпускают с поршневыми компрессорами. Поршневые компрессоры при холодопроизводительностях от 0,1 до 300 кВт обладают следующими преимуществами перед компрессорами других типов.

• Значения энергетического КПД при небольших удельных массах и габаритах более высокие.

• Технология производства компрессоров хорошо освоена, трудоемкость изготовления меньше, чем у компрессоров других типов.

• Конструкция поршневых компрессоров упрощается по мере снижения производительности и допускается удобное соединение электропривода (двигатели с частотой вращения вала 25, 50 и 60 1/с) непосредственно с коленчатым валом.

• Поршневые компрессоры способны работать с более высоким отношением давлений при сжатии в одной ступени.

• Благодаря сравнительно слабому влиянию режима работы на характеристики можно использовать один и тот же компрессор для работы на разных холодильных агентах.

• Возможность выполнения компрессоров многоцилиндровыми облегчает решение задачи, связанное с уменьшением гидравлических потерь в клапанах.

Поршневые компрессоры имеют следующие недостатки.

• Наличие смазочного масла в цилиндрах приводит к попаданию масла в контур холодильной машины, что нежелательно.

• В механизме движения компрессора имеют место относительно большие износы.

• При работе поршневых компрессоров возникает в той или иной степени неуравновешенные силы и моменты, вызывающие вибрации.

• Клапаны поршневых компрессоров как наименее надежные узлы конструкции, являются причиной меньшей надежности всей машины в целом.

• Наличие всасывающих клапанов ограничивает рабочий диапазон поршневых компрессоров значением давления всасывания порядка 20 кПа (0,2 кгс/см²).

Конструкция и технология изготовления современных поршневых холодильных компрессоров позволяют применять их при температурах кипения до –100 ⁰С, конденсации 100 ⁰С, окружающего воздуха от –40 до 85 ⁰С. Эти компрессоры способны работать при снижении напряжении в сети до 0,85 номинала, в условиях вибраций и ударов, а также при переменных наклонах фундамента.

Холодильные поршневые компрессоры классифицируются по следующим признакам.

1. По стандартной холодопроизводительности:

• малые до 12 кВт;

• средние от 12 до 120 кВт;

• крупные свыше 120 кВт.

(Под стандартной холодопроизводительностью компрессора понимают холодопроизводительность холодильной машины, расход холодильного агента в которой при t₀=-15 ⁰C и t_к=30 ⁰С равен массовой производительности компрессора.)

2. По виду холодильного агента: аммиачные; хладоновые; пропановые; воздушные; углекислотные.

Свойства холодильных агентов влияют на геометрические размеры, массогабаритные и прочностные показатели поршневых компрессоров, определяют нагрузку на механизм движения.

3. По количеству ступеней сжатия холодильные компрессоры могут быть одно–, двух– и трехступенчатыми.

Необходимость разделять полости первой и второй ступеней сжатия и устанавливать большее число элементов арматуры приводит к значительному усложнению конструкции. Кроме того, двухступенчатые поршневые компрессоры имеют больший пусковой момент, нежели одноступенчатые, что вызывает трудности при пуске.

4. По числу цилиндров компрессоры подразделяются на: одноцилиндровые, двухцилиндровые, многоцилиндровые.

5. По расположению осей цилиндров: горизонтальные, вертикальные, оппозитные, V–, W–, VV– образные, звездообразные.

Оппозитные компрессоры чаще всего выполняют горизонтальными, оси цилиндров развернуты друг относительно друга на 180⁰. К компрессорам классической компоновки относятся двухцилиндровые вертикальные, четырехцилиндровые V–образные, шестицилиндровые W–образные и восьмицилиндровые VV–образные. Три последние имеют двухцилиндровые блоки, развернутые друг относительно друга на 90⁰, 60⁰, 45⁰ соответственно. При таком положении обеспечивается наилучшее уравновешивание компрессоров. Звездообразные компрессоры применяют в герметичном исполнении с вертикальным валом. Число цилиндров – три или четыре.

6. В зависимости от выполнения цилиндра и картера:

блок – картерные и блок – цилиндровые.

У блок-картерных машин блоки цилиндров и картер, в котором расположен коленчатый вал, выполняют в виде одной отливки, обычно из чугуна, а у блок – цилиндровых компрессоров картер и блоки цилиндров – отдельные детали, соединенные с помощью болтов или шпилек. Современные холодильные компрессоры изготавливают, как правило, блок-картерными.

7. По устройству кривошипно-шатунного механизма: бескрейцкопфные и крейцкопфные.

Крейцкопфные компрессоры имеют дисковые поршни, которые жестко соединены со штоками, совершающими вместе с поршнями возвратно-поступательные движения. С другой стороны штоки соединены с крейцкопфами, также движущимися возвратно-поступательно. Шатуны связаны с крейцкопфами с помощью крейцкопфных пальцев (рис. 4 в). Крейцкопфные компрессоры обычно выполняют двойного действия, а шток уплотняют с помощью сальника специальной конструкции.

У бескрейцкопфных компрессоров поршни соединены с шатунами непосредственно с помощью поршневых пальцев. В таких компрессорах используются тронковые поршни. Роль крейцкопфа играет в этом случае сам поршень, который значительно длиннее, чем дисковый поршень и нормальное усилие на стенку цилиндра передается боковой поверхностью тронкового поршня (рис. 4 а,б).

8. По числу рабочих полостей: поршневые компрессоры простого действия и поршневые компрессоры двойного действия.

В компрессорах простого действия холодильный агент сжимается только одной стороной поршня (рис. 4 а,б), в компрессорах двойного действия сжатие осуществляется поочередно обеими сторонами поршня (рис. 4 в).

9. По направлению движения рабочего вещества в цилиндре: прямоточные и непрямоточные поршневые компрессоры.

В прямоточном компрессоре всасывающий клапан располагается на поршне. Рабочее вещество через отверстия в гильзе цилиндра и через специально созданную в теле поршня полость поступает к всасывающему клапану (рис. 4 б). Таким образом, рабочее вещество от отверстий в стенке гильзы до выхода из нагнетательного клапана движется в одном и том же направлении – прямо по ходу поршня, что и определяет название компрессора.

В непрямоточных компрессорах всасывающие и нагнетательные клапаны расположены на клапанной плите, рабочее вещество в процессе всасывания и нагнетания имеет противоположные направления (рис. 4 а).

10. По типу привода: компрессоры с внешним приводом и компрессоры с встроенным приводом.

У компрессоров со встроенным приводом ротор электродвигателя располагается непосредственно на хвостовике коленчатого вала. Соединение компрессора с внешним приводом и двигателя осуществляется посредством муфты или ременной передачей.

11. По степени герметичности компрессоры могут быть:

• сальниковыми;

• бессальниковыми (полугерметичными);

• герметичными.

Сальниковыми компрессорами являются компрессоры с внешним приводом. Они имеют на хвостовике коленчатого вала торцевое уплотнение (или сальник), препятствующее попаданию рабочего вещества в атмосферу или подсос воздуха в компрессор.

Бессальниковыми называются компрессоры со встроенным приводом. Электродвигатель в таких компрессорах расположен в блок – картере компрессора. В случае необходимости доступ к нему, а также к другим деталям и узлам компрессора можно открыть, частично разобрав машину.

Герметичными называют компрессоры со встроенным приводом, заключенные в сварной неразборный кожух.

Контрольные вопросы :

1. Область применения поршневых компрессоров.

2. Преимущества поршневых компрессоров перед компрессорами других типов.

3. Недостатки поршневых компрессоров.

4. Классификация поршневых компрессоров.

а) б)
в)

Рис. 4. Схемы поршневых холодильных компрессоров: а – непрямоточный бескрейцкопфный; б – прямоточный бескрейцкопфный; в – крейцкопфный двойного действия.

(1 – поршень; 2 – шатун; 3 – кривошип (коленвал); 4 – цилиндр; 5 – картер; 6 – всасывающий клапан; 7 – нагнетательный клапан; 8 – всасывающий патрубок; 9 – нагнетательный патрубок; 10 – шток; 11 – крейцкопф; 12 – направляющие крейцкопфа.)