ДЕТАЛИ И КОНСТРУКЦИИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Поршни

Поршень предназначен для осуществления сжатия газа в компрессоре и перемещения его из цилиндра в напорный трубопровод.

В зависимости от конструкции и типа компрессора поршни могут быть открытыми (тронковымн), дисковыми и дифференциальными. Для осуществления сжатия до высоких давлений поршни могут иметь вид плунжера.

Открытый (тронковый) поршень бескрейцкопфного компрессора ( 10.14) состоит из корпуса 1 и уплотнительных колец 2. Нияхнее уплотняющее кольцо 3 служит для удаления излишка масла с поверхности цилиндра и называется маслосъемным. Для соединения поршня с шатуном служит палец 4.

В связи с тенденцией в компрессо- ;ростроении к увеличению скоростей движения большое значение для компрессоров с открытыми поршнями имеет йасса поршня. Поэтому поршни изготовляют из алюминия или облегченные чугунные из качественных чугунов СЧ24-44 дли СЧ28-48.

Открытые (тронковые) поршни большое распространение получили в холодильных компрессорах небольшой мощности, например в компрессоре 4АУ-15.

Наибольшее распространение имеют компрессоры с дисковыми и дифферен- ргальными поршнями.

Дисковый поршень ( 10.15), состоящий из корпуса 1 и поршневых колец 2, в отличие от поршня открытого типа имеет шток 3, который крепится к корпусу гайкой 4 и соединяется с крейцкопфом механизма движения. Дисковые поршни больших размеров для облегчения конструкции выполняют пустотелыми.

Дифференциальные поршни ( 10.16) применяется в компрессорах, когда в одном ряду цилиндров сосредоточивается несколько ступеней сжатия. В зависимости от числа ступеней компрессора дифференциальный поршень может обеспечивать сжатие в двух и более ступенях.

Важным в конструкции дисковых и дифференциальных поршней является надежное соединение штока с поршнем. Для этого служат поршневые гайки

Для предотвращения утечек газа в зазоре между поршнем и цилиндром компрессора служат поршневые уплотнительные кольца 4 (см. 10.16), располагаемые в кольцевых канавках поршня.

Цилиндры

В цилиндре компрессора под действием двюкущегося поршня происходят всасывание, сжатие и перемещение газов в напорные трубопроводы. В современных компрессорах цилиндр является сложным узлом, в котором осуществляется как сжатие газа, так и его охлаждение. В цилиндре установлены рабочие клапаны, приспособления для регулирования производительности компрессоров и герметизации машины, а также имеются каналы для отвода утечек газа и перепуска их с одной ступени на другую.

Цилиндры компрессора подвержены действию больших статических давлений, динамических нагрузок, а также сил трения.

Они могут быть с воздушным и водяным охлаждением и выполняются из чугуна (для давления до б МН/м3) или из стального литья (для давления до 15 мн/м2).

Рабочая часть цилиндра (зеркало), т. е. поверхность, по которой осуществляется движение поршневых колец, должна быть тщательно обработана и отшлифована. На 10.17 приведена конструкция цилиндра низкого давления (до 0,5 МН/м2) трехступенчатого компрессора 2СГ-50, выполненного из чугуна и с водяным охлаждением. Охлаждается как сам цилиндр 1 (полость а)у так и крышки цилиндра 2 (полость в). Цилиндр двойного действия имеет два ряда рабочих клапанов 3, соединенных между собой газовой полостью бг (по стороне всасывания) и б2 (по стороне нагнетания). Для размещения рабочих клапанов предусмотрены клапанные окна. Каждый ход поршня 5 с корпусом поршня ^ — рабочий. Для предотвращения утечек газа в атмосферу предусмотрен сальник 6.

Крышка цилиндра может быть изготовлена по конструкции, позволяющей Изменять объем вредного пространства и тем самым регулировать производительность компрессора.

Конструкция современных компрессоров довольно сложная.

цилиндр IV и VI ступеней компрессора 2РВ-3/350, вмещающего дифференциальный поршень. Цилиндр имеет отъемные водяные Рубашки.

Рабочие клапаны

Рабочие клапаны компрессора служат для разделения полости цилиндра от соединительных трубопроводов. Во время работы компрессора рабочие клапаны сообщают полость цилиндра с трубопроводом при всасывании или нагнетании, т. е. клапан работает столько раз, сколько раз повторяется данный процесс в компрессоре. .

Если учесть, что за один оборот компрессора заканчивается цикл работы и что быстроходность современных компрессоров имеет тенденцию к ее повышению, то становится ясным, в каких сложных динамических условиях работают клапаны.

Рабочие клапаны — один из ответственных узлов поршневого компрессора, так как они должны обеспечивать герметичность запирания, малое гидравлическое сопротивление, бесперебойность и безударность работы, прочность конструкции (особенно запирающего органа пластины, работающей под воздействием ударных нагрузок).

Рабочие клапаны поршневых компрессоров можно классифицировать следующим образом: по назначению — всасывающие, нагнетательные и комбинированные; по принципу действия — самодействующие и принудительного действия; п о конструкции запорного органа — пластинчатые, тарельчатые и полосовые. В современных поршневых компрессорах наибольшее распространение получили самодействующие пластинчатые клапаны.

конструкция однокольцевого (с одной пластиной) пластинчатого клапана компрессора 2СГ-60-В. Клапан состоит из седла i, на котором расположена пластина (кольцевая) 8. Для ограничения высоты подъема пластины слуяшт розетка 3, стягиваемая с седлом клапана стяжным болтом 4 с гайкой 5. Пластина к седлу клапана прижимается пружиной концентрично расположенной по пластине клапана. Для предотвращения бокового смещения пластины слуяшт звездочка 7, а для обеспечения необходимого взаимного рас

положения седла и розетки клапана предусмотрен центрирующий штифт. Во избежание откручивания гайка 5 шплинтуется. При достижении в цилиндре давления, равного давлению в напорном трубопроводе, с учетом преодоления усилия пружины 2 и инерционности пластины 8 сжатый газ по газовым каналам а поступает под пластину, поднимает ее и поступает в трубопровод, обтекая розетку 3, а также протекая по газовым каналам!б розетки.

В компрессорах с большой производительностью рабочие клапаны имеют по два газовых канала в седле и по две рабочие пластины. В этом случае они называются двухкольцевыми пластинчатыми клапанами.

Рабочие клапаны размещают в теле цилиндра или в его крышке.

В некоторых конструкциях компрессоров всасывающий клапан располагают в поршне. Во всех случаях для установки клапанов предусматривают клапанные гнезда. Естественно, что установка клапанов приводит к увеличению вредного пространства, так как появляется дополнительный объем, заключенный между рабочей полостью цилиндра и пластиной клапанов.

С целью уменьшения величины вредного пространства применяют комбинированные клапаны, совмещающие назначение как всасывающего, так и нагнетательного клапанов. комбинированный клапан воздушного компрессора КВ-100У. В момент всасывания пластина 8 открывается, а пластина 2 прижата к седлу. При нагнетании отжимается пластина 2, обеспечивающая выход газа в напорный трубопровод, а пластина 8 запирает доступ газа из цилиндра в линию всасывания.

Комбинированные клапаны применяются в основном в цилиндрах высокого давления одинарного действия. Они обычно располагаются в крышках цилиндров.

В большинстве современных компрессоров клапаны одной и той же ступени изготовляют взаимозаменяемыми, т. е. детали как всасывающего, так и нагнетательного клапанов одни и те же и лишь требуется небольшая переделка для превращения одного клапана в другой, которая заключается в основном : в перестановке при помощи гайки стяжного болта (см. 10.19) в другую сто- : рону. Это одно из важных преимуществ взаимозаменяемых клапанов, приме- нение которых позволяет значительно проще решить вопрос ремонта и обеспечения запасными частями.

Основные неполадки рабочих клапанов, встречающиеся в практике работы ; компрессоров, — образование нагара, а также искривление, выработка и потомка пластины, реже — отворачивание стяжной гайки, поломка шплинтов, .] штифтов, разрушение седла и розетки, разрыв уплотнительной прокладки. Все |зти неполадки вызывают в первую очередь нарушение герметичности клапанного узла, что сразу отражается на распределении давления по ступеням и все- | да приводит к снижению производительности компрессора. Особенно опасны | неполадки, связанные с разрушениями деталей клапанов. В этом случае осколки | деталей, увлекаемые потоками газа, могут попасть в рабочую полость цилин- |дра, под поршень и привести к поломке рабочих колец, появлению стуков и ]|аже к серьезным повреждениям цилиндра и механизма движения. Ь Скорости движения потоков газа в клапане принимают для ступеней низкого давления 20—25 м/с (при максимальной скорости в щели 25—30 м/с) и для Ступеней высокого давления 5—15 м/с (для расчета принимают 10—20 м/с). Задаваемая скорость движения газа в щели определяет высоту подъема пластины а площадь газовых каналов под пластиной. На 10.21 представлена номо- fpaMMa для определения высоты подъема пластины кольцевых и дисковых Папанов.

Толщина пластины клапана в зависимости от давления, развиваемого под цилиндром, принимается равной 1 — 4 мм. Пластины рабочих клапанов изготовляют из стали ЗОХГСА или ЗХВ с последующей термической обработкой и притиркой к седлам клапанов. Последние изготовляют из чугуна марок СЧ21-40 или СЧ24-44, а для клапанов высокого давления из модифицированного чугуна марки МСЧ28-48 или из сталей марок 35, 40 и 45.

Сальники

Сальники — важный узел поршневого компрессора. Их|устанавливают на штоки поршня, отсоединяя таким образом рабочую полость цилиндра от атмосферы и предотв ращая утечки газа. Для воздушных компрессоров от исправной работы сальника зависит обеспечение максимального объемного к. п. д. т]6 (а для компрессоров, перекачивающих горючие и токсичные газы, еще взры- вобезопасность атмосферы) и предотвращение случаев отравления. В крейд- ^ копфных компрессорах сальники устанавливают в средниках (фонарях), которые соединяют цилиндры компрессоров со станиной и выполняют роль буферов, предотвращающих контакт перекачиваемого газа с маслом в картере, а также попадание просачивающегося газа в атмосферу цеха. Во избежание последнего обычно из средника устраивают отдувку за пределы цеха.

В современных компрессорах в основном применяют различные модификации самоуплотняющихся сальников. Принцип действия последних основан на том, что по мере выработки разрезные кольца сальника пружинами прижимаются к штоку, уплотняя зазор. Проход газа через зазоры в разрезных кольцах исключается ввиду набора сальника из серии таких колец и получающегося при этом сложного лабиринтного хода. В связи с тем, что количество протекающей через сальник жидкости зависит от вязкости [см. формулу (10.47)], осуществляют подачу в сальник смазки (масла) большой вязкости. Это вместе с уменьшением износа трущихся поверхностей сальника приводит к резкому снижению утечек газа через сальник.

На 10.22 показан сальник компрессора 2РВ-3/350 для сжатия воздуха до давления 35 МН/м2. Сальник представляет собой набор секций I ж II, собранных в металлическом корпусе. Секция II является уплотняющей, а секция I перекрывающей. По мере выработки детали секций прижимаются к штоку браслетной пружиной.

Конструкции компрессоров

Рассмотрение конструкций современных поршневых компрессоров начнем с изучения оескрейцкопфного компрессора.

Бескрейцкопфные компрессоры отличаются от крейцкопфных схемой преобразования вращательного движения привода в поступательные движения поршня.

одноступенчатый воздушный вертикальный бескрейцкопфный компрессор.

Воздух по всасывающему патрубку 2 через всасывающий клапан 3 при движении вниз поршня 4 (процесс всасывания) поступает в рабочую полость Щшиндра. При движении поршня 4 вверх (процесс нагнетания) по достижении соответствующего давления под поршнем сжатый воздух через нагнетательные клапаны 14 и патрубок 15 поступает в напорную систему.

Смазка компрессора принудительная. Масло из картера 11 шестеренчатым насосом через фильтр 10 и маслопроводы подается к отдельным частям компрессора.

Охлаждение компрессора водяное. Охлаждающая вода поступает по патрубку в в рубашку 5 через патрубок 17 выходит из компрессора.

Вращательное движение от вала 9 преобразуется в поступательное движение поршня 4 при помощи шатуна 8, верхняя головка которого связана с пальцем 13, а нижняя головка— с кривошипом 12.

Бескрейцкопфные компрессоры наряду с преимуществами (компактность, сравнительная простота механизма движения, меньшая масса|единой системы смазки) имеют следующий недостаток: утечка газа через поршень в картер. Это приводит к тому, что картер будет работать под давлением, а масло в нем будет контактировать с перекачивающим маслом. Бескрейцкопфные компрессоры выпускают только одинарного действия, что не позволяет эффективно использовать цилиндр. Кроме того, эти компрессоры имеют более низкий

В результате этого мощные компрессоры, компрессоры высокого давления, а также горизонтальные компрессоры выполняются только крейцкопфнымп.

горизонтальный двухрядный шестиступенча- тый компрессор для азотно-водородной смеси производительностью 2,8 м3/с и давлением 32 МН/м2. Компрессор имеет крейцкопфы.

Для перекачки газа по магистральным компрессорных станций в местах, удаленных гетических центров, используют газомоторные компрессоры. При этом в качестве привода компрессора применяют газовые двигатели, топливом для которых служит перекачиваемый газ. В компрессорах подобного типа вал двигателя и компрессора общий. Цилиндры компрессора расположены горизонтально, а силовые цилиндры V-образно. В зависимости от модификации отечественные газовые компрессоры имеют 8 или 10 цилиндров (например, компрессоры 8ГК и 10ГК). На 10.25 изображен газомоторный компрессор 10ГК. В связи с тем, что компрессоры 10ГК вы- пущены для оснащения компрессорных станций магистральных газопроводов, давление всасывания в этих компрессорах 1,7— 2,5 МН/м2, а давление нагнетания 3,5—5,0 МН/м3. Производительность компрессоров 1,65—7,50 м3/с. Для закачки газа в пласт приме- i няют дожимные компрессоры 10ГК 1/55-125, имеющие давления всасывания 5,5 МН/м2 и нагнетания до 12,5 МН/м2.

Большое разнообразие газов, щрименяющихся в технологии современных нефтехимических к химических производств, обусловило появление специальных компрессоров, которые вместе с общими для поршневых машин характерными признаками имеют свои специфические особенности.

Распространение на предприятиях жидких кислорода и азота, а также развитие сварочного дела привели к созданию достаточно производительных установок по разделению воздуха и сжижению кислорода, оснащенных кислородными компрессорами.

Поскольку в технологии большое значение имеют процессы охлаждения, на химических и нефтехимических заводах широко применяют холодильные компрессоры. Последние выполняют роль машин, отсасывающих из испарителей пары хладагента и подающих их в конденсаторы на конденсацию.

В связи с тем, что на холодильном компрессоре возможна работа в условиях, когда во всасываемых парах содержатся капли хладагента, которые, ^конденсируясь в процессе сжатия, могут привести к гидравлическим ударам, для предотвращения поломки компрессоров в некоторых холодильных машинах предусмотрена установка амортизационных пружин к нагнетательным клапанам. Кроме того, при работе холодильных компрессоров строго регламентируется нижний предел температуры нагнетания (для аммиачных компрессоров она не должна быть ниже 65° С.)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: