Конструкция спирального компрессора и принцип его работы

 

На рисунке 65 показан чертеж сальникового спирального компрессора маслозаполненного типа.

Основные детали спирального компрессора следующие: вал 1 с эксцентриком 6, оси которых должны быть строго параллельны и расположены на расстоянии эксцентриситета . Вал вращается в двух опорных подшипниках 7 и 4, находящихся на одной оси. Вместе с валом 1 вращается и эксцентрик 6 вокруг оси вала.

 

 

Рисунок 65 – Продольный разрез спирального компрессора:

1-вал компрессора; 2-сальник; 3-передняя крышка; 4,7,8-подшипники; 5-противовес; 6-эксцентрик; 9-шарик противоповоротного устройства; 10-подвижная спираль (ПСП); 11-неподвижная спираль (НСП); 12-корпус компрессора; 13-задняя крышка; 14-ограничитель клапана; 15- подгоночное кольцо.

 

Расстояние между осью вала и осью эксцентрика – эксцентриситет –является важнейшим конструктивным параметром компрессора: оно выдерживается с точностью до 0,005 мм, а непараллельность осей – в пределах половины от этого допуска. Эксцентрик 6 соединяется шарнирно (внутренний подшипник скольжения или качения 8) с подвижным элементом 10, состоящим из его платформы (или диска) и спирали. Поскольку собственно спираль и ее платформа составляют одно целое (даже если изготавливаются раздельно), то подвижный элемент 10 называют короче - подвижной спиралью (ПСП).

Другой спиральный элемент 11(другая спираль) – неподвижный (НСП). Она имеет такие же размеры, как и ПСП, но другое направление закрутки спирали. Таким образом, если обе спирали положить на стол платформами, то одна из них окажется правого направления, а другая - левого (закрутка против часовой стрелки). В сечении торцевой плоскостью, перпендикулярной к осям спиралей, они оказываются одного направления (рисунок 66). Неподвижная спираль (ее платформа) закрепляется от проворота в корпусе или крышке компрессора.

Рисунок 66 – Поперечное сечение ПСП и НСП в рабочем положении радиус основной окружности спирали; толщина ребра спирали; эксцентриситет; площадь ячейки всасывания

 

Платформа НСП имеет сквозное отверстие А для выхода сжатого газа. Форму и размер отверстия определяют при проектировании СПК.

Если вставить спирали ПСП и НСП одна в другую, то между стенками перьев (или) ребер спиралей образуются ячейки. Некоторые из них замкнутые. Размер ячеек (их объем) при вращении ПСП изменяется.

Вставлять (условно - соединять) спирали нужно таким образом, чтобы центры основных окружностей радиусом находились на расстоянии один от другого (рис.2) и на одной прямой-оси. Для этого спирали должны быть развернуты на 180 градусов. Тогда спирали, вставленные одна в другую, образуют между ребрами несколько попарно одинаковых серповидных ячеек.

Подвижная спираль не должна вращаться вокруг своей оси. Она должна совершать движение только по определенной орбите (пока только-круговой) радиусом вокруг оси неподвижной спирали, совпадающей с осью вала 1 (см. рисунок 65). Поворот ПСП вокруг своей оси не допускается, этому препятствует противоповоротное устройство (ППУ) (см. ниже).

Рисунок 67 – Взаимное положение спиралей (через ) при перемещении ПСП по орбите: ; ; ;

На рисунке 67 показаны взаимные положении спиралей при перемещении подвижной спирали по круговой орбите через 90 градусов. Цикл всасывания (раскрытие и закрытие внешних ячеек) совершается за один оборот вала 1 компрессора с эксцентриком 6 и ПСП (см. рисунок 65). Затем он повторится.

Цикл сжатия и выталкивания газа длится дольше, примерно от 2 до 2,5 и более оборотов в зависимости от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания, расположенного рядом с “носиком” НСП (Рисунок 68).

Рисунок 68 – Принцип работы спирального компрессора

Таким образом, теоретическая объемная производительность ступени СПК определяется объемом двух первых 1 и 1’ ячеек всасывания и частотой вращения вала компрессора:

Кольцевое пространство вокруг внешних дуг спиралей и корпусом крышки компрессора образует камеру всасывания СПК (см. рисунок 65).

При установившемся режиме в СПК можно обеспечить равенство давления внутреннего сжатия газа в компрессоре и давления нагнетания, т.е. оптимальный режим компрессора. В этом случае клапан на нагнетании оказался бы излишним.

Но в холодильном компрессоре при меняющихся режимах температур, а значит, и давлений клапан на окне нагнетания СПК оказывается полезным, так как исключаются режимы “пережатия”, а кроме того, он выполняет важную функцию обратного клапана.

Принципиально новым узлом для машиностроения является противоповоротное устройство – ППУ для СПК. Это устройство препятствует повороту ПСП вокруг своей оси.

Подвижная спираль, как уже отмечалось,вращается вокруг оси вала компрессора, ведомая эксцентриком.

Применяют ППУ трех видов.

1. Поводковое ППУ ( Рисунок 69).

 

Рисунок 69 – Поводковое противоповоротное устройство

Устройство состоит из трех одинаковых поводков, расположенных в трех точках через 120 градусов, таким образом, что лучи из этих точек пересекаются с осью вала 1. Одна из цапф каждого поводка шарнирно соединена с подвижной спиралью, другая цапфа того же поводка вращается в опорной плите (дет.3). Все поводки имеют строго одинаковый эксцентриситет, равный эксцентриситету вала 1 и эксцентрика 2. Поводковое ППУ может работать успешно, но оно крупногабаритно, имеет много шарниров (подшипников).

2. Подвижные спирали, использующие идею муфты Ольдгейма (Рисунок 70).

Рисунок 70 – Муфта Ольдгейма с ПСП

1-неподвижное кольцо муфты; 2-подвижное промежуточное кольцо; 3-вращающаяся часть муфты; 4-элементы качения (вып. также роль упорного подшипника).

 

Муфты Ольдгейма широко применяют в ряде устройств, в частности в подъемно-транспортных механизмах. Но там валы тихоходные, а эксцентриситет измеряется долями миллиметра. В ППУ все наоборот - скорости и эксцентриситеты велики. Тем не менее практика их применения в СПК себя оправдала, так как они встречаются все чаще, а потери на трение, как оказалось, в таких муфтах малы.