Поршневые кольца

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 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.