Теоретический поршневой компрессор

Содержание

Содержание. 3

Введение. 5

1 Поршневые компрессоры.. 7

1.1 Теоретический поршневой компрессор. 7

1.1.1 Характеристики теоретического поршневого компрессора. 8

1.2 Действительный поршневой компрессор. 9

1.3 Характеристики действительного поршневого компрессора. 12

1.4 Классификация поршневых компрессоров. 14

2 Основные узлы и детали поршневых компрессоров. 22

2.1 Коленчатые валы.. 22

2.2 Картеры.. 23

2.3 Цилиндры.. 23

2.4 Поршни. 24

2.5 Поршневые кольца. 26

2.6 Шатуны.. 28

2.7 Клапаны.. 29

2.8 Крейцкопфы.. 31

2.9 Штоки. 31

2.10 Сальники. 31

2.11 Системы смазки компрессора. 32

3 Марка компрессоров. 34

4 Регулирование производительности поршневых компрессоров. 35

4.1 Изменение частоты вращения коленчатого вала. 35

4.2 Дросселирование на всасывании. 36

4.3 Байпасирование. 37

4.4 Подключение дополнительного мертвого объёма. 38

4.5 Принудительное открытие всасывающих клапанов. 39

4.6 Отключение отдельных цилиндров компрессора. 40

4.7 Перепуск пара через регулирующие байпасы.. 40

5 Основы расчета холодильных поршневых компрессоров. 41

5.1 Тепловой расчет цикла холодильной машины.. 41

5.2 Расчет основных параметров компрессора. 41

5.3 Газодинамический расчет компрессора. 42

5.4 Конструктивный расчет основных узлов и деталей компрессора. 42

5.5 Динамический расчет. 42

5.6 Расчет системы смазки. 42

5.7 Расчет основных узлов и деталей на прочность. 42

6 Преимущества и недостатки поршневых компрессоров. 43

7 Винтовые холодильные компрессоры.. 43

7.1 Классификация винтовых компрессоров. 43

8 Конструкция и принцип действия двухроторного маслозаполненного винтового компрессора. 46

8.1 Конструкция двухроторного маслозаполненного винтового компрессора. 46

8.2 Принцип действия. 47

9 Индикаторные диаграммы винтового компрессора. 49

10 Объемные и энергетические характеристики винтового компрессора. 51

11 Конструкция и принцип действия винтового маслозаполненного компрессорного агрегата. 53

12 Основные элементы компрессорного агрегата. 56

12.1 Винтовой маслозаполненный компрессор. 56

12.2 Маслоотделитель. 57

12.3 Охладитель масла. 58

12.4 Фильтры.. 59

13 Преимущества и недостатки винтовых компрессоров. 59

14 Ротационные компрессоры.. 60

15 Многопластинчатые ротационные компрессоры.. 60

15.1 Принцип действия. 61

15.2 Объемные и энергетические показатели ротационных многопластинчатых компрессоров. 62

16 Ротационные компрессоры с катящимся ротором (однопластинчатые ротационные компрессоры) 64

16.1 Принцип действия. 65

16.2 Объемные и энергетические характеристики. 66

17 Преимущества и недостатки ротационных компрессоров. 66

18 Компрессоры динамического принципа действия. 66

19 Конструкция и принцип действия центробежного компрессора. 67

19.1 Конструкция центробежного компрессора. 67

19.2 Принцип действия. 69

20 Преимущества и недостатки центробежных компрессоров. 72

21 Осевые компрессоры.. 72

21.1 Преимущества и недостатки осевых компрессоров. 72

22 Устройство и принцип действия осевого компрессора. 73

23 Многоступенчатый осевой компрессор. 78

24 Конструкция осевых холодильных компрессоров. 80

25 Вихревые компрессоры.. 82

26 Конструкция и принцип действия вихревого компрессора. 82

27 Спиральные компрессоры.. 93

28 Классификация спиральных компрессоров. 94

29 Достоинства и недостатки спиральных компрессоров. 94

30 Конструкция спирального компрессора и принцип его работы.. 95

31 Детали спирального компрессора. 102

32 Некоторые практические рекомендации по расчету производительности спиральных компрессоров. 104

32.1 Силы, действующие в спиральном компрессоре. 106

32.2 Рабочие процессы в спиральных компрессорах. 108

Введение

 

В общем случае компрессорами называют машины, предназначенные для сжатия и перемещения различных газов. Различные газы являются рабочими веществами для многих пневматических машин и технологических устройств.

Компрессоры, работающие в составе холодильных машин, имеют значительные отличительные особенности от других типов компрессоров. Такие компрессоры выделены в отдельную группу, которая называется “Холодильные компрессоры”.

Холодильные компрессоры имеют следующие отличительные особенности от общепромышленных:

1. Компрессоры работают на хладагентах, у которых значительно изменяются термодинамические, теплофизические и другие свойства.

2. Всасываемый в компрессор пар, может содержать неиспарившиеся капли холодильного агента.

3. Компрессор может работать в широком диапазоне изменения давления всасывания и нагнетания.

4. Многие холодильные агенты легко растворяются в смазочном масле, при этом всасывается маслохладоновая смесь.

5. Рабочие процессы в компрессоре могут сопровождаться конденсацией части пара при всасывании с последующим испарением конденсата при сжатии.

6. Многие холодильные агенты обладают высокой степенью текучести и могут просочиться через мельчайшие поры, раковины в металле.

В связи с особенностями работы холодильных компрессоров к ним предъявляют следующие основные требования:

1. Высокая надежность и долговечность работы основных узлов и деталей компрессора.

2. Высокая энергетическая эффективность работы холодильного компрессора в широком диапазоне температур кипения и конденсации.

3. Возможность полной автоматизации работы холодильного компрессора без обслуживающего персонала.

4. Высокая степень герметичности компрессора.

5. Малые гидравлические потери на стороне всасывания и нагнетания компрессора.

6. Хорошая технологичность конструкции.

7. Высокая степень унификации (взаимозаменяемости) узлов и деталей компрессора.

8. Малые массогабаритные показатели компрессора.

9. Низкая стоимость.

Все холодильные компрессоры делятся на два больших класса:

1. Компрессоры объемного принципа действия (объемные компрессоры).

2. Компрессоры динамического принципа действия (турбокомпрессоры).

В компрессорах объемного принципа действия сжатие происходит за счет уменьшения внутреннего объема рабочей полости. К таким компрессорам относятся: поршневые, винтовые, ротационные, спиральные, мембранные и т.д.

В компрессорах динамического принципа действия сжатие происходит за счет действия различных сил инерции. К таким компрессорам относят: центробежные, осевые, вихревые, а также струйные компрессоры.

 

 

Поршневые компрессоры

Pн 2

Pвс

4 1

Vт

4

Vцил(Sп)

ВМТ НМТ

3 2 1 2

Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма теоретического поршневого компрессора.

Теоретическим называется компрессор, у которого отсутствуют все энергетические и объемные потери.

Основными элементами теоретического поршневого компрессора являются: цилиндр (1),поршень (2),всасывающий клапан (3), нагнетательный клапан (4).

Возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре, в сочетании с работой всасывающего и нагнетательного клапана обеспечивают последовательное протекание процессов всасывания, сжатия и нагнетания.

За один оборот коленчатого вала совершается один рабочий цикл компрессора.

Работу теоретического компрессора можно изучить по индикаторной диаграмме в V,P координатах.

V_ц – внутренний объём цилиндра.

P – давление в цилиндре.

В первоначальный момент времени поршень находится в Верхней мертвой точке (ВМТ), всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. При вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться от ВМТ к НМТ. Всасывающий клапан открывается, объём цилиндра увеличивается и пар поступает в цилиндр через проходные сечения всасывающего клапана, т.е. начинается процесс всасывания. Процесс всасывания (4-1) протекает при постоянном давлении, по мере движения поршня от ВМТ к НМТ. Он заканчивается, когда поршень достигнет НМТ. При этом всасывающий клапан закрывается. Цилиндр максимально заполняется паром холодильного агента. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться в обратном направлении: от НМТ к ВМТ. Объём цилиндра начинает уменьшаться, т.к. всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. В цилиндре повышается давление, т.е. происходит процесс сжатия (1-2). При достижении давления в цилиндре, равного давлению нагнетания (т.2), открывается нагнетательный клапан и пар начинает выходить через нагнетательный клапан из цилиндра. Процесс нагнетания (2-3) протекает при постоянном давлении P_н по мере движения поршня от т.2 до ВМТ. Процесс нагнетания заканчивается тогда, когда поршень достигнет ВМТ. При этом внутренний объём цилиндра будет равен нулю. Нагнетательный клапан закрывается. При дальнейшем вращении коленчатого вала открывается всасывающий клапан и начинается новый рабочий цикл.

 

Утечки и перетечки пара.

Утечки пара имеют место в неплотностях клапанов. При сжатии и всасывании часть пара проходит через зазоры между пластиной клапана и седлом.

Перетечки возникают через неплотности между цилиндром и поршнем, через замки поршневых колец. В этом случае часть пара из полости нагнетания перетекает в полость всасывания.

Пульсации давлений.

В поршневом компрессоре происходят периодически процессы всасывания и нагнетания, т.е.пар всасывается и выталкивается через определенный промежуток времени, поэтому во всасывающем и нагнетательном трубопроводах возникают пульсации потоков, что приводит к увеличению гидравлических потерь в трубопроводах.

Трение.

В действительном компрессоре расходуется дополнительная энергия на преодоление сил трения. В цилиндро-поршневой группе, в кривошипно-шатунном механизме, в масляном насосе, в коренных подшипниках.

Теплообмен в цилиндре.

Процессы сжатия и расширения в цилиндре протекают очень быстро. Всасываемый холодный пар нагревается за счет теплообмена со стенками цилиндра. При этом стенки цилиндра охлаждаются. При сжатии пар нагревается и передает теплоту стенкам цилиндра. Эти процессы значительно влияют на коэффициент политропы сжатия и расширения.

Некоторые процессы, влияющие на рабочий цикл компрессора можно проследить по индикаторной диаграмме действительного компрессора (рисунок 2).

Рисунок 2 – Индикаторная диаграмма действительного поршневого компрессора.

Мертвый объём.

После процесса нагнетания в мертвом объёме остается часть пара при давлении сжатия. Процесс всасывания в действительном компрессоре начнется только тогда, когда в цилиндре давление уменьшится до давления ниже, чем давление всасывания. Для уменьшения в цилиндре давления пара, который остался в мертвом объёме, осуществляется процесс обратного расширения 3д-4д. Таким образом, всасывающий клапан открывается не сразу в точке ВМТ, а после прохождения поршнем некоторого пути (т.3д).

Рисунок 3 – Конструкции механизма движения компрессора.

а) крейцкопфный; б) бескрейцкопфный;

1-цилиндр;2-шатун; 3-поршень; 4-коленчатый вал; 5-крейцкопф; 6-шток; 7-нагнетательный клапан; 8-всасывающий клапан.

 

В крейцкопфных конструкциях компрессоров (рисунок 3а) движение от шатуна к поршню передается через специальный механизм-крейцкопф и шток. В бескрейцкопфных компрессорах движение от шатуна непосредственно передается поршню (рисунок 3б). В крейцкопфных компрессорах поршень имеет небольшую высоту, достаточную только для размещения колец, так как всю боковую нагрузку воспринимает на себя крейцкопф. В бескрейцкопфных компрессорах высота поршня значительно больше, здесь роль крейцкопфа выполняет нижняя часть поршня. В настоящее время в холодильной технике применяются в основном бескрейцкопфные компрессоры, как наиболее простые.

5. По количеству цилиндров: одно-, двух-, четырех-, шести- и так далее цилиндров (количество цилиндров может быть до шестнадцати). Так как валы холодильных компрессоров преимущественно двухколенчатые, то число цилиндров всегда четное, кроме одноцилиндровых с консольным или эксцентриковым валом.

6. По расположению осей цилиндров – вертикальные, горизонтальные, оппозитные и угловые (рисунок 4).

 

 

 

 

Рисунок 4 – Расположение осей цилиндров компрессоров.

а – вертикальный; б – горизонтальный; в – угловой; г – оппозитный, д – V-образный; е – W-образный.

 

В вертикальных компрессорах оси цилиндров расположены вертикально (рисунок 4а). У горизонтальных компрессоров оси цилиндров проходят горизонтально по одну сторону коленчатого вала (рисунок 4б). Расположение осей цилиндров у оппозитного компрессора также горизонтальное, только по обе стороны коленчатого вала (рисунок.4г). Угловые компрессоры имеют часть цилиндров, расположенных горизонтально, часть - вертикально (рисунок 4в). В последнее время большое распространение получили угловые компрессоры, у которых оси цилиндров расположены Y-образно с углом развала от до (рисунок 4д) и веерообразно с углом развала от до (рисунок 4е).

7. По типу газораспределения в цилиндре: прямоточные и непрямоточные (рисунок 5,6,7).

 

 

 

Рисунок 5 – Схема прямоточного (а) и непрямоточного (б) компрессора.

 

Рисунок 6 – Прямоточный компрессор

 

 

Рисунок 7 – Непрямоточный компрессор

 

1 — блок картер, 2 — всасывающий патрубок, 3 — блок цилиндров, 4 — крышка цилиндров, 5 — клапанная группа, 6 — нагнетательный патрубок, 7 — шатунно-поршневая группа, 8—коленчатый вал, 9 – фильтр

 

В прямоточных компрессорах пар всегда движется в одном направлении. Нагнетательный клапан неподвижно закреплен в клапанной доске в верхней части цилиндра, а всасывающий клапан находится в верхней части поршня и движется вместе с ним (рисунок 5а). В непрямоточных компрессорах, всасывающий и нагнетательный клапан неподвижны и расположены в клапанной доске в верхней части цилиндра. При всасывании и нагнетании пар холодильного агента в цилиндре меняет свое направление (рисунок 5б).

8. По количеству ступеней сжатия на одно-, двух-, многоступенчатые.

Количество ступеней сжатия выбирается в зависимости от того, какой термодинамический цикл осуществляется в холодильной машине. Сжатие в одной ступени экономически не эффективно при отношении давления нагнетания и всасывания:

В многоступенчатом поршневом компрессоре одна часть цилиндров работает на низкую ступень, другая – на ступень высокого давления.

9. По степени герметичности на герметичные, бессальниковые и сальниковые.

Рисунок 8 - Герметичный холодильный компрессор

1 – электродвигатель, 2 – коленчатый вал, 3 – шатунно-поршневая группа, 4 – блок цилиндров, 5 – глушитель шума, 6 – кожух.

 

В герметичных компрессорах весь механизм движения вместе с электродвигателем помещен в один неразъемный сварной кожух (рисунок 8). Бессальниковый компрессор имеет картер со встроенным электродвигателем (рисунок 9). Картер выполнен со съемными крышками, обеспечивающим доступ к клапанам, механизму движения и электродвигателю. Сальниковые компрессоры соединяются с приводом через муфту или ременную передачу. Тут герметичность между выходным концом коленчатого вала и корпусом достигается установкой специального устройства-сальника.

Рисунок 8 - Бессальниковый холодильный компрессор.

 

1 — блок картер, 2 — ротор электродвигателя, 3 — статор электродвигателя, 4 — герметизированные электровводы

 

10. По взаимному креплению цилиндра и картера: на блок-картерные и блок-цилиндровые.

Блок-картерные конструкции имеют блок цилиндров и картер в общей отливке. В блок-цилиндровых компрессорах картер и блок цилиндров отдельные детали, крепящиеся друг к другу болтами. Блок-цилиндровые компрессоры применяются в настоящее время сравнительно редко и только в малых холодильных компрессорах.

11. По числу рабочих полостей цилиндра: на компрессоры простого действия и двойного действия.

В компрессорах простого действия сжатие пара осуществляется одной стороной поршня, а в компрессорах двойного действия обеими сторонами поршня, соответственно в двух рабочих полостях цилиндра. Крейцкопфные компрессоры в основном двойного действия (рисунок 3а), бескрейцкопфные – простого действия (рисунок 3б).

12. По виду охлаждения: на компрессоры с водяным охлаждением и с воздушным охлаждением, с охлаждением паром холодильного агента, с комбинированным охлаждением.

При водяном охлаждении верхняя часть цилиндров, а иногда и крышки, имеют водяную рубашку, выполненную в блок-картере или в блок-цилиндре. В компрессорах с воздушным охлаждением для увеличения теплопередающей поверхности на блок-цилиндрах и крышках делается оребрение.

13. По способу смазки трущих деталей: на компрессоры с принудительной смазкой, разбрызгиванием, комбинированной смазкой и без смазки.

Для смазки поверхностей трения используется специальное жидкое масло, которое находится в нижней части картера компрессора. Принудительная смазка осуществляется при помощи масляного насоса через просверленные отверстия в коленчатом вале и шатуне.

При смазке разбрызгиванием, масляного насоса нет, а смазка осуществляется за счет разбрызгивания масла по всему внутреннему объему компрессора. При комбинированной смазке применяется совместное действие принудительной системы смазки и разбрызгиванием. В настоящее время выпускаются крейцкопфные компрессоры, у которых цилиндропоршневая группа не смазывается, а кривошипно-шатунный механизм имеет обычную циркуляционную смазку от насоса. Для предотвращения попадания масла к цилиндрам, в них на штоке, между поршнем и крейцкопфом, устанавливается сальник. Прошли успешные испытания бескрейцкопфные поршневые компрессоры без смазки, где полностью отсутствует жидкое масло. В таких компрессорах шатунные подшипники, поршневые кольца, втулки верхних головок шатунов изготовлены из композиционных антифрикционных материалов с низким коэффициентом трения. Имеются также компрессоры без смазки, в нижних головках шатунов которых установлены герметизированные подшипники качения с консистентной смазкой. Такие компрессоры имеют разъемный вал.

 

 

Коленчатые валы

 

Коленчатый вал предназначен для передачи вращательного движения от привода к шатуну. Он является одной из главных деталей поршневого компрессора. В холодильных компрессорах валы обычно выполнены с двумя шатунными шейками, смещенными друг относительно друга на (рисунок 9)

 

Рисунок 9 – Коленчатые валы в сборе

 

а-компрессора АУ45; б-компрессора П110

1-шестерня промежуточная; 2-валик промежуточной шестерни; 3-гайка; 4-шестерня привода маслонасоса; 5-упорное кольцо; 6-крышка корпуса; 7-корпус подшипника; 8-подшипник качения; 9-заглушка; 10-коленчатый вал; 11-пробка.

 

На щеках вала имеются литые съемные противовесы, которые служат для уравновешивания сил и моментов инерции.

В некоторых малых компрессорах применяются консольные или эксцентриковые валы, двухколенные. Валы выполняют цельноковаными, штампованными или литыми. Для компрессоров с принудительной смазкой коленчатые валы изготавливают со специальными просверленными масляными каналами. При смазке разбрызгиванием на валу (иногда на шатунах) устанавливают захватывающие устройства.

Для коленчатых валов применяют высококачественную углеродистую сталь 40, 45 или легированную сталь 40Х с последующей термообработкой. Поверхность шатунных и коренных шеек доводят до твердости 48-62НRС.

 

Картеры

 

Картеры и блок-картеры являются основной несущей конструкцией поршневых компрессоров. В них расположены коленчатый вал, шатунно-поршневая группа и система смазки. Основные требования, предъявляемые к картерам-достаточная прочность и жесткость. Картеры и блок-картеры воспринимают силы, возникающие при работе компрессора и передают на фундамент реакцию от крутящего момента, неуравновешенные силы и моменты от сил инерции движущихся масс, а также вес компрессора. Для наблюдения за уровнем масла в картере предусмотрено смотровое окно, а для обеспечения доступа к кривошипно-шатунному механизму и масляному насосу имеются боковые и торцевые съемные крышки.

Картеры изготавливают обычно литыми из чугуна СЧ18 или СЧ21, иногда сварными из стального листа. В малых компрессорах транспортных машин для уменьшения массы применяют алюминиевые сплавы.

 

Цилиндры

 

В цилиндрах осуществляются рабочие процессы компрессора: разряжение, всасывание, сжатие и нагнетание пара холодильного агента. В крейцкопфных компрессорах цилиндры выполняются в виде самостоятельных отливок, в которых размещают нагнетательные и всасывающие клапаны. Цилиндры бескрейцкопфных блок-картерных компрессоров имеют сменные гильзы на скользящей посадке. Стенки цилиндров воспринимают силы от давления пара холодильного агента, а также силы со стороны поршней (горизонтальные составляющие веса и инерционные силы).

Цилиндры и гильзы цилиндров (рисунок 10) выполняют из чугуна СЧ21 или СЧ24 легированного присадками. Их твердость находится в пределах НВ 170-241.

Рисунок 10 – Гильзы компрессоров

 

а – прямоточного компрессора АУ-45; б – непрямоточного компрессора П110

 

Поршни

 

Поршень предназначен для создания разряжения в цилиндре компрессора при увеличении его внутреннего объема и сжатия пара хладагента при уменьшении внутреннего объема. По конструкции различают дифференциальные, дисковые и тронковые поршни.

Дифференциальные поршни (рисунок 11а) применяют в компрессорах многоступенчатого сжатия. Поршни изготавливают как цельными, так и составными. Двухступенчатые дифференциальные поршни горизонтальных компрессоров выполняют подвешенными на штоке. Более сложные поршни делают скользящими по поверхности цилиндра. Компрессоры с дифференциальными поршнями применяют в основном для сжатия различных газов и в холодильной технике большого практического значения не получили.

Дисковые поршни используются в крейцкопфных холодильных компрессорах (рисунок 11б). Дисковые поршни делают обычно полыми и днища соединяют между собой ребрами. Высота поршня компрессора небольшая и определяется из условия размещения на нем уплотнительных колец.

Рисунок 11 – Поршни компрессоров

а – дифференциальный; б – дисковый; в – тронковый непроходной; г – тронковый проходной.

 

Поршни крейцкопфных компрессоров могут подвешиваться на штоке или опираться на рабочую поверхность цилиндра. В последнем случае дисковый поршень снабжают дополнительной несущей поверхностью, воспринимающей вес поршня.

Тронковые поршни применяют в холодильных бескрейцкопфных компрессорах, они соединяются непосредственно с шатуном при помощи поршневого пальца. В непрямоточных бескрейцкопфных компрессорах применяют тронковые непроходные поршни, которые имеют вид перевернутого вверх дном стакана (рисунок 11в). На верхней части поршня имеются канавки для уплотнительных и маслосъемных колец. В отечественных конструкциях принято применять два-три уплотнительных и одно маслосъемное кольцо. Прямоточные бескрейцкопфные компрессоры снабжены тронковыми проходными поршнями. Проходной поршень не имеет дна, вместо которого устанавливается клапанная доска с всасывающими клапанами (рисунок 11г). Форма поршня удлиненная, где предусмотрены окна или каналы для прохода пара холодильного агента из всасывающего трубопровода к всасывающим клапанам.

Тронковые поршни выполняют из высококачественных чугунов СЧ21, СЧ24 или алюминиевых сплавов АЛ10В, АЛ30. Для малых поршней (диаметром до 50мм) без уплотнительных колец применяют чугун, алюминиевые сплавы или низкоуглеродистую автоматную сталь.

 

Поршневые кольца

 

Поршневые кольца бывают двух типов: уплотнительные и маслосъемные.

Рисунок 12 – Поршневые уплотнительные кольца.

Уплотнительные (компрессионные) кольца (рисунок 12) предназначены для уплотнения зазора между поршнем и цилиндром с целью уменьшения утечек пара из полости сжатия в полость всасывания. Уплотнение обеспечивается упругостью колец или экспандеров, давлением пара в канавку поршня и лабиринтным действием набора колец.

Маслосъемные кольца служат для удаления со стенок цилиндра смазочного масла, уменьшая тем самым попадание его в нагнетательную полость и теплообменные аппараты.

Рисунок 13 – Маслосъемное поршневое кольцо

а - коническое; б - с проточенной поршневой канавкой.

 

Наиболее распространенными являются два типа маслосъемных колец: конические (рисунок 13а) и с проточной кольцевой канавкой (рисунок 13б). Действие конического кольца основано на том, что при переходе поршня вверх масло попадает в клиновидный зазор и остается на стенках цилиндра. При обратном движении поршня вниз, масло снимается кольцом с зеркала цилиндра, собирается в канавку под кольцом и через отверстия в поршне стекает внутрь поршня, а затем в картер. У кольца с проточкой на внешней поверхности сделана кольцевая канавка, в которую входит ряд отверстий, просверленных в стенке поршня. Данное кольцо обеспечивает стекание масла в картер как при ходе поршня вверх, так и при его ходе вниз.

 

Рисунок 14 – Виды замков поршневых колец

а – прямой; б – косой; в – в нахлёстку

 

Для удобства сборки все поршневые кольца имеют разрез, называемый замком. Различают следующие конструкции замков: прямой, косой и в нахлестку (рисунок 14). В рабочем состоянии замок имеет некоторый зазор для компенсации теплового расширения материала, через который происходит основная перетечка пара. В связи с этим лучшими являются замки внахлестку, но изготовление их значительно дороже. В холодильных компрессорах в основном используются кольца с прямым и косым замком.

Поршневые кольца выполняют из чугуна СЧ24 или композиционных соединений ТНК2-Г5 (на основе капрона), Ф40С8Г4, Ф4К-20, флубона 4 (на основе фторопласта). В последнем случае для упругости колец применяют специальные радиальные или тангенциальные экспандеры, которые размещены в канавке поршня и прижимают кольца к цилиндру. Неметаллические материалы имеют сравнительно низкий коэффициент трения и существенно снижают износ зеркала цилиндра.

Шатуны

 

Шатун (рисунок 15) служит для преобразования вращательного движения коленчатого вала в поступательное движение поршня. Он соединяет шатунную шейку вала с поршнем или крейцкопфом. Шатун состоит из трех частей: верхней (поршневой) головки, стержня и нижней (шатунной) головки. Верхняя головка шатуна выполняется неразъемной с запрессованной бронзовой или латунной втулкой. Нижняя головка при коленчатом вале – разъемная, скрепленная шатунными болтами.

Для снижения коэффициента трения и предотвращения износа шатуна в нижней головке применяются съемные вкладыши из сплавов на базе олова (баббиты), из алюминиевых сплавов и сплавов из свинцовых бронз.

В малых холодильных компрессорах применяются также цельноалюминиевые и бронзовые шатуны, которые не имеют ни втулок ни вкладышей. Таким шатунам соответствует прямой вал с эксцентриком. Форма разъема (с прямым или косым разъемом) предусматривает свободный проход шатунно-поршневой группы через цилиндр при сборке и ремонте компрессора.

Шатуны со сменными вкладышами изготавливают из конструкционной углеродистой стали 40 или 45.

Рисунок 15 – Шатуны поршневого компрессора

а-с косым разъемом; б-с прямым разъемом;

Клапаны

 

Всасывающий и нагнетательный клапаны осуществляют газораспределение пара холодильного агента при работе компрессора.

Всасывающий клапан предназначен для пропуска пара хладона из полости всасывания в полость цилиндра при движении поршня сверху вниз. Он открывается при достижении давления в цилиндре несколько ниже (до 0,3 ) давления всасывания. Когда давление в цилиндре выше давления всасывания – клапан закрыт.

Нагнетательный клапан служит для выпуска пара холодильного агента из полости цилиндра в нагнетательную полость при движении поршня снизу вверх. Он открывается при достижении давления в цилиндре выше (до 0,7 ) давления нагнетания. При давлении в цилиндре ниже давления нагнетания – клапан закрыт.

В компрессоре клапаны могут располагаться различным образом: в крышке цилиндра, радиально по бокам цилиндра, по бокам непосредственно у зеркала, в днище поршня и т. д.

Основными элементами любого клапана являются пластина, седло, на котором лежит пластина, закрывая сечение для прохода, и направляющая пластина (розетка) для ограничения подъема над седлом. Во многих компрессорах пластины прижимаются к седлу пружиной.

В холодильных компрессорах применяются кольцевые, полосовые, пятачковые и лепестковые клапаны. Эти клапаны, как правило, самодействующие, то есть открываются под действием разности давлений с двух сторон, а закрываются под действием упругой пластины или пружины.

Кольцевые клапаны применяются в основном в средних и крупных непрямоточных компрессорах. Пластины клапанов имеют кольцевую форму, толщина которой равна мм. Для обеспечения своевременного закрывания клапана по периметру пластины размещены цилиндрические стальные пружины.

 

Рисунок 16 – Нагнетательный клапан с пятачковой пружиной

1 - розетка; 2 - направляющая втулка.

Пятачковые клапаны применяются чаще всего в компрессорах малой и средней производительности (рисунок 16). Пластины пятачковых клапанов имеют круглую форму (форму пятака) и прижимаются к седлу при помощи рабочей пружины. Клапаны такого типа имеют лучшую статическую полость, что играет положительную роль в автоматизированных компрессорах.

Полосовые клапаны используются преимущественно в прямоточных компрессорах. В них всасывающие полосовые клапаны расположены в верхней части поршня (рисунок 17). Пластина клапана, свободно лежащая на седле, при подъеме прижимается к ограничителю, форма которого соответствует линии прогиба, равномерно нагруженной балки на двух опорах. Эти клапаны имеют малый относительный мертвый объем.

 

Рисунок 17 – Полосовой нагнетательный клапан компрессора АУ200

1 - седло; 2 - розетка; 3 - пластина; 4 - ограничитель; 5 - штифт; 6 - болт; 7 - шайба стопорная.