§ 59. Поршневые компрессоры без смазывания цилиндров. Компрессоры без кривошипно-шатунного механизма

Компрессоры без смазывания цилиндров. В ряде случаев ми­неральное масло разрушает катализаторы, применяемые в произ­водстве, активно вступает в химическое соединение с газом, рас­творяет сжимаемый газ и теряет смазывающие свойства. Поэто­му для сжатия газа применяют поршневые компрессоры, работа­ющие без смазывания цилиндров. Смазывают только трущиеся детали механизма движения. Такие компрессоры бывают трех ви­дов: с уплотнением из самосмазывающих материалов, с лаби­ринтным уплотнением и диафрагменные.

Основная особенность компрессоров с уплотнением из самосмазывающих материалов состоит в том, что поршневые кольца и уплотняющие элементы сальников вы­полнены из материалов, которые являются сухой смазкой —раз­личные композиции на основе графита или фторопласта. В этих компрессорах обычно делают удлиненные штоки и между рамой и цилиндрами располагают фонари, что предотвращает попада­ние минеральной смазки в цилиндры.

В компрессорах с лабиринтным уплотнением лабиринт, уменьшающий утечку газа, выполняют в виде большого числа канавок, расположенных противоположно на поршне и ци­линдре или на поршневом штоке и сальнике. Газ, прошедший че­рез сальники, возвращается во всасывающую линию компрессора. При сжатии взрывоопасных или токсичных газов к сальникам под­водят под давлением воздух или азот. Компрессоры с лабиринт­ным уплотнением выполняют только вертикальными. Преимуще­ство компрессора с лабиринтным уплотнением заключается в надежности их работы и долговечности.

В диафрагмовых компрессорах газ сжимается с помощью диафрагмы. Диафрагма, прогибаясь под действием гид­ропривода или кривошипно-шатунного механизма, сжимает газ в одной ступени или нескольких ступенях. Между ступенями газ охлаждается в промежуточных холодильниках. Особенность кон­струкции диафрагмовых компрессоров позволяет получать высо­кое давление в трех ступенях (не более). Так как эти компрессоры имеют относительно низкую частоту вращения вала привода и большие габаритные размеры, то их выгодно применять только в тех случаях, когда к чистоте сжимаемого газа предъявляют жесткие требования. Благодаря полной герметичности рабочей

камеры диафрагмовые компрессоры используют для сжатия кис­лорода, закиси азота, фтора, хлора и др.

Компрессоры без кривошипно-шатунного механизма. Компрес­соры со свободно движущимися поршнями бывают двух типов: свободнопоршневые дизель-компрессоры (СПДК) и свободно-поршневые генераторы газа (СПГГ). В этих компрессорах отсут­ствует кривошипно-шатунный механизм. Поршни их получают

поступательное движение непосредственно от расширяющихся га­зов двигателя внутреннего сгорания. Двигатель расположен ме­жду газовыми цилиндрами компрессора и представляет собой двухтактный дизель с противоположно движущимися поршнями. К цилиндру двигателя присоединены цилиндры компрессора. Поршни компрессора и двигателя изготовлены как одно целое и составляют дифференциальный поршень. Такие компрессоры про­ще в устройстве и эксплуатации. Они применяются для сжатия различных газов и бывают одно- и многоступенчатые.

На рис. 77 приведена схема симметричного односту­пенчатого свободно поршневого дизель-ком п-?р. ессора. Поршни 1 я 12 при движении навстречу друг другу в цилиндре двигателя 6 сжимают воздух до температуры вспышки топлива. Топливо в цилиндр двигателя впрыскивается форсункой 5 в момент подхода поршней к внутренней мертвой точке. При горе­нии топлива в цилиндре резко возрастает давление, которое дей­ствует на дифференциальные поршни / и 12, раздвигая их в про­тивоположные стороны. В этот период в цилиндрах 2 и 10 проду­вочного насоса через клапаны 3 и 9 происходит всасывание свежего воздуха, а в цилиндрах компрессора 13 и 20 — сжатие и нагне­тание газа. На некотором отрезке пути поршни открывают сна­чала выхлопные 7, а затем продувочные 4 окна. Сжатый воздух через нагнетательные клапаны 8 а 18 поступает в сборник про­дувочного воздуха 17 и из него через продувочные окна подается в цилиндр. Этот воздух вытесняет продукты сгорания из цилиндра двигателя через окна 7 в выхлопную камеру 15. После продувки в цилиндре двигателя остается определенное количество воздуха, необходимое для сгорания топлива в следующем рабочем цикле.

Из цилиндров компрессора не весь сжатый газ нагнетается в коллектор 16, некоторая часть его остается. Оставшийся в ци­линдрах сжатый газ служит буфером, предотвращающим удары поршней о крышки цилиндров компрессора; он содержит энер­гию, необходимую для обратного движения поршней. Под давле­нием газа поршни 1 и 12 двигаются из крайнего положения на­встречу друг другу. Поршни перекрывают продувочные 4 и вы­хлопные 7 окна, после чего происходит сжатие оставшегося воз­духа в цилиндре двигателя 6. Одновременно с этим в цилиндрах 2 и 10 продувочного насоса осуществляются сжатие и нагнетание воздуха в сборник продувочного воздуха 17.

Давление оставшегося газа в цилиндрах компрессора падает, и происходит засасывание новых порций газа через клапаны 11 и 21. В конце сжатия воздуха новая порция топлива подается в цилиндр двигателя 6 через форсунку 5, и цикл повторяется. Сжа­тый газ нагнетается через клапаны 14 и 19.

Принципиально по такой же схеме работают и свободно­поршневые генераторы газа, только в цилиндрах компрессора сжимается воздух, который поступает в двигатель для продувки и высокого наддува. Выхлопные же газы двигателя, имеющие высокие давление и температуру, направляются для вращения газовой турбины.