Рабочие органы и системы поршневых компрессоров

В обособленном кривошипном компрессоре наиболее полно представлены функциональные группы деталей и различные системы:

остов машины — рама, станина или картер; фонари; направляющие крейцкопфа;

группа механизма движения — коленчатый вал, коренные подшипники, шатуны, крейцкопфы, маховик;

цилиндровая группа — цилиндры, втулки цилин­дров, крышки, узлы уплотнения штока (сальники);

поршневая г р у п п а — поршни, поршневые кольца, штоки;

группа распределения — клапаны;

система смазки — масляные насосы, фильтры, маслопроводы, холодильники для масла, маслоотделители и др.;

система охлаждения — промежуточные и концевой холодильники для сжимаемого газа, трубопроводы;

система регулирования — средства регулирова­ния подачи компрессора (цилиндры дополнительных «мертвых» пространств, вспомогательные клапаны, трубопроводы);

группа установки машины — щит с приборами автоматизации, газопроводы, буферные емкости, воздушные фильтры, предохранительные клапаны, ограждение и др.

Неподвижные части компрессора, предназначенные для связи механизма движения и цилиндров, составляют остов машины.

Рама — деталь, в которой укладывается вал; станина — промежуточная часть вертикального компрессора, соединяющая раму с цилиндрами;фонарь — переходная деталь, посредством которой цилиндры могут присоединяться к станине. Фонарь имеет окна для доступа к сальнику. Рама и станина, объединенные в одну деталь, называются картером. Картеры применяются преимущественно в сочетании с подшипниками скольжения. Блок-картер включает в себя также цилиндр компрессора.

Цилиндры, рассчитанные на давление до 6 МПа, изготов­ляют из чугуна, на давление до 15 МПа — литыми из стали, а на более высокие давления — коваными из стали. Для воздушного охлаждения (при конечной температуре газа до 90° С) на внешней поверхности одностенного цилиндра предусмотрены ребра. При водяном охлаждении (температура газа выше 90° С) чугунные ци­линдры отливают заодно с водяной рубашкой, а стальные цилиндры обычно изготовляются со съемным кожухом. Рабочую по­верхность цилиндра шлифуют или хонингуют. По концам, менее подверженным износу, ее выполняют конической под углом 15°, чтобы предотвратить образование уступа.

В цилиндры вставляют втулки, отливаемые из перлитного чугуна с высокими антифрикционными свойствами. Втулки бывают двух типов — «сухого» и «мокрого». Втулки «мокрого» типа омываются охлаждающей водой.

Клапаны размещают в цилиндре или в его крышке. Оси кла­панов расположены радиально, наклонно или параллельно оси цилиндра. Температура стенок цилиндра у нагнетательных и вса­сывающих клапанов различная, что приводит к деформации ци­линдра и усилению его износа. При расположении клапанов в крышках достигается равномерный нагрев по всей окружности цилиндра. Однако для размещения клапанов в крышке не хватает пространства. При наклонном расположении клапанов в конических крышках удается разместить сравнительно большие клапаны при небольшом мертвом про­странстве. В цилиндрах малого диаметра устанавливают комбини­рованные клапаны (в которых всасывающий и нагнетательный клапаны помещены в одном корпусе) или всасывающий клапан устраивают в поршне, а нагнетательный в крышке. Клапаны должны закрываться плотно и своевременно, оказывать малое аэродинамическое сопротивление, быть изно­соустойчивыми и прочными в условиях воздействия высоких температур и динамических нагрузок. В целях предельного сни­жения массы подвижных частей их изготовляют пластинчатыми. В зависимости от формы пластин и направления потока различают клапаны: кольцевые, ленточные, прямоточные, дисковые.

Сальники составляют из пакетов с самоуплотняющимися (под давлением газа) элементами.Число пакетов за­висит от давления в цилиндре. В качестве уплотняющих элементов металлического сальника служат плоские кольца — замыкающее и уплотняющее. Каждое кольцо охвачено браслетной пружи­ной, создающей предварительное уплотнение между кольцами и поршневым штоком. При работе сальника уплотнение по штоку происходит благодаря избытку давления газа в камере над давле­нием в уплотняемом зазоре.Для дросселирования газа иногда устанавливают дополнительные кольца с небольшим зазором по штоку. Подвод масла в кольцевую камеру сальника обеспечивает его смазку, охлаждение, а также гидравлический затвор.

Поршни выпускают открытыми (тронковыми), дисковыми и ступенчатыми (рис. 3.4). Их выполняют составными, сварными или сплошными из чугуна, стали и алюминия. Поршневые кольца изготовляют из высококачественного перлитного чугуна. Они бывают двух видов: уплотняющие и маслосъемные. Кольцо при­жимается к цилиндру под действием разности давлений газа на внутренней и внешней цилиндрических поверхностях кольца, а также под действием сил упругости. На поршни малого диаметра кольца не могут быть надеты их расширением из-за недопустимых напряжений. В этом случае кольца составляют из нескольких частей и под них подкладывают кольцевые пружины (э с п а н д е р ы). Поршневые кольца выполняют также из пластмассы (такой же, как в сальниках); ввиду недостаточной их упругости под пластмассовые кольца помещают эспандеры.

Рис. 3.4. Поршни компрессоров:

а — тронковый; б — дисковый: в — ступенчатый

Смазку цилиндров производят под давлением с по­мощью лубрикаторов, т. е. многоплунжерных насосов с приводом от механизма компрессора. Каждый плунжер насоса подает строго определенное количество масла в отдельную точку смазки. Система смазки цилиндров проточная, т. е. без замкнутого кон­тура. Система смазки механизма движения — циркуляционная. Она осуществляется принудительно по замкнутому контуру: маслосборник — масляный насос (обычно шестеренный) — фильтр-холодильник — детали механизма движения — маслосбор­ник.

Циркулирующее масло, так же как и в двигателях, очищается в нескольких ступенях:

I ступень очистки — сетчатым фильтром-маслоприемником, устанавливаемым в маслосборнике, для защиты от попадания в систему примесей крупных размеров;

II ступень — полнопоточными фильтрами грубой очистки (обычно пластинчато-щелевых) от примесей размером 40—250 мкм;

III ступень — фильтрами тонкой очистки (ФТО), выполненными в виде патронов, заполненных хлопчатобумажной пряжей, или центрифуг (на этой ступени масло освобождается от загрязнений размером 4—5 мкм);

IV ступень — магнитными или химическими фильтрами, а также с помощью электрических методов.

В небольших компрессорах маслосборником обычно служит поддон картера, а холодильник для масла может отсутствовать.

Наиболее простая система смазки — разбрызгиванием масла из картера. Брызги масла, захватываемого шатунами, оседают на части поверхности цилиндров, а затем переносятся поршнями по остальной поверхности. Недо­статки такого способа смазки: постепенное загрязнение масла (оно не фильтруется), малая эффективность смазки механизма движения, нерегулируемость подачи масла в цилиндры, обычно с превышением нормы. Поэтому смазку разбрызгиванием приме­няют лишь в малых компрессорах.