Узлы и детали поршневых компрессоров

Картер и блок-картер. Это основные узлы компрессора, в которых расположен кривошипно-шатунный механизм. На них крепят цилиндры и все вспомогательные узлы компрессора. Эти узлы воспринимают силы, возникающие при сжатии паров холодильного агента, и передают на фундамент массу компрессора, крутящий момент, неуравновешенные силы и силы инерции движущихся масс.

Картер и цилиндры вертикальных и угловых компрессоров могут иметь вид отдельных узлов, причем цилиндры прикрепляют к картеру с помощью шпилек. При блок-картерном решении блок цилиндров и картер отливают вместе, цилиндровые втулки вставляют в гнезда отливки. Втулка цилиндра имеет два посадочных пояса (вверху и внизу). Диаметр нижнего пояса, как правило, меньше диаметра верхнего пояса, чтобы нижний конец втулки можно было свободно ввести через верхнее отверстие.

Рис. 1. Блок-картер бескрейцкопфного веерообразного компрессора:
1 - проем для разборки шатуна; 2 - гнездо для цилиндровой втулки; 3 - охлаждающая рубашка; 4 - крепежные лапы.

На рис. 1 показан блок-картер веерообразного компрессора. Для осмотра механизма движения и доступа к нижним головкам шатуна на картере предусмотрены боковые проемы, закрываемые крышками. Передний проем (на рис. 1 слева) служит для выемки коленчатого вала и осмотра масляного насоса. Картеры и блок-картеры находятся при работе под давлением паров холодильного агента. Это давление при работе компрессора низкое и не превышает 0,35 МПа. Однако при неработающем компрессоре вследствие неплотностей клапанов давление в картере может сравняться с давлением в конденсаторе. Картеры и блок-картеры отливаются, как правило, из серого чугуна, однако есть примеры выполнения сварных стальных картеров и блок-картеров.

Цилиндры. В вертикальных и угловых компрессорах цилиндры в нижней части сообщаются с картером, а вверху имеют две крышки - наружную и внутреннюю. Во фреоновых компрессорах внутренняя крышка жестко закреплена между цилиндром и наружной крышкой. В аммиачных компрессорах внутренняя крышка служит защитным устройством от гидравлических ударов.

В верхней части цилиндры аммиачных и фреоновых (для фреона-22) компрессоров имеют водяную охлаждающую рубашку. Компрессоры, работающие на фреоне-12, имеют на цилиндрах ребра для охлаждения воздухом. Отсутствие водяной рубашки объясняется тем, что фреон-12 в конце сжатия в компрессоре имеет более низкую температуру перегрева, чем аммиак.

В компрессорах блок-картерной конструкции применяют сменные втулки, отлитые из перлитного чугуна. Зеркало цилиндра или сменной втулки шлифуют и доводят хонингованием.

Рис. 2. Поршни и поршневые кольца:
а - поршень непрямоточного компрессора; б - тронковый проходной поршень: 2 - корпус; 2 - уплотнительные кольца; 3 - маслосъемное кольцо; 4 - палец; 5 - пружинное кольцо; 6 - винт для крепления всасывающего клапана; в - маслосъемное кольцо; г - уплотнительное кольцо; д - уплотннтельное кольцо с мерамитовой вставкой.

Поршни. В вертикальных и угловых прямоточных компрессорах применяют тронковые проходные поршни, в непрямоточных - облегченные непроходные (рис. 2, а). Тронковый проходной поршень прямоточного аммиачного компрессора (рис. 2, б) представляет собой чугунную полую конструкцию удлиненной формы. В верхней части поршня крепится всасывающий клапан. В поршне имеются окна и каналы, по которым пары аммиака из всасывающего трубопровода поступают к всасывающему клапану. Всасывающая полость отделяется от картера перегородкой в поршне. Поршень соединяется с шатуном с помощью поршневого пальца 4, осевое перемещение которого ограничено пружинными кольцами 5. На поверхности поршня (вверху и внизу) имеются канавки для уплотнительных и маслосъемных колец 2 и 3. Поршни отливают из чугуна или из алюминиевых сплавов.

Поршневые кольца бывают уплотнительные (рис. 2, г, д), создающие уплотнение между поршнем и стенками цилиндра при движении поршня в цилиндре, и маслосъемные (рис. 2, в), которые удаляют избыток масла со стенок цилиндра. Маслосъемное кольцо 3 (см. рис. 2, б) на наружной поверхности имеет скос, образующий конусную поверхность. Кольцо устанавливают на поршень конусом вверх. При движении поршня вверх между кольцом и стенкой цилиндра создается масляный клин, отжимающий кольцо в канавку поршня. Благодаря этому масло пропускается вниз.

Часто маслосъемные кольца делают с вырезами (см. рис. 2, в). Чтобы не было препятствия для сжатия кольца, в канавке поршня сверлят отверстия для сообщения ее с внутренней частью поршня. При движении поршня вниз масло снимается, часть его собирается в канавке под кольцом и через отверстия в поршне стекает внутрь поршня, а затем в картер. Большинство вертикальных компрессоров имеет два-три уплотнительных кольца и одно маслосъемное кольцо.

Поршневые кольца изготовляют из чугуна. Они являются одной из ответственных деталей поршневой машины. Пропуски паров холодильного агента через поршневые кольца снижают коэффициент подачи и увеличивают расход электроэнергии. Надетое на поршень кольцо должно утопать в канавке, а замки колец следует смещать один относительно другого примерно на 90°. Это обеспечивает лучшую их работу. Замки колец в рабочем состоянии должны иметь зазоры во избежание заклинивания поршневого кольца и задира зеркала цилиндра.

Для лучшего уплотнения и уменьшения износа цилиндра поршневые кольца иногда делают с неметаллической вставкой (см. рис. 2, д).

Рис. 3. Уплотнение коленчатого вала компрессора:
а - сильфонный сальник: 1 - резиновое кольцо; 2 - стальное кольцо; 3 - бронзовое кольцо; 4 - сильфон; 5 - пружина; 6 - направляющий стакан; 7 -прокладка; 8 - крышка; б - сальник пружинный с графитовыми кольцами трения: 1 - неподвижные кольца с графитовыми уплотнительными вставками; 2 - подвижные уплотнительные кольца; 3 - наружная крышка; 4 - промежуточная крышка; 5 - пружина сальника; 6 - сепаратор пружины; 7 - спускная пробка; 8 - упругие кольца уплотнения вала; 9 – манжет; 10 - крышка манжета; 11 - трубка для контроля утечек масла из сальника

Уплотнение вала. Картер компрессора находится под давлением холодильного агента, поэтому коленчатый вал в месте выхода из картера уплотняется с помощью сальника с кольцами трения. Для коленчатых валов мелких фреоновых компрессоров применяются сильфонные сальники (рис. 3,а). На вал компрессора плотно насажено кольцо 1 из бензомаслостойкой резины, на которое плотно насажено стальное подвижное кольцо 2. Неподвижное бронзовое кольцо 3 притерто к стальному кольцу и прижато к нему пружиной 5. Кольцо 3 припаяно к сильфону 4, с другой стороны к нему припаян стакан 6, который на прокладках закрепляется к картеру крышкой 8.

Большое распространение для уплотнения вала компрессора получили пружинные сальники с кольцами трения и масляным затвором. Если диаметр вала не превышает 50 мм, то сальник выполняют с одной центральной пружиной, при большем диаметре вала обычно устанавливают несколько пружин, заключенных в сепараторе (рис. 3, б). В качестве трущейся пары в сальниках применяют высокооловянистую фосфористую бронзу и цементируемую закаленную сталь.

Подвижные кольца 2 сальника стальные, уплотняются по валу резиновыми кольцами 8, стойкими к фреону, аммиаку и маслу. Этими же кольцами достигается уплотнение по поверхности вала. В неподвижные кольца 1 впрессованы графитовые вставки. Подвижные кольца с помощью пружин 5 прижимаются к неподвижным - графитовым. Эти трущиеся пары колец и образуют уплотнительные пояски. Для смазки трущихся по-верхностей и для создания масляного гидравлического затвора в пространство между наружной крышкой 3 и промежуточной крышкой 4 подается масло от насоса. Из сальника масло отводится по сверлению в валу. Манжета 9 служит для улавливания контрольной утечки масла из сальника и предотвращает разбрызгивание масла по валу и маховику.

Клапаны компрессора. В компрессорах применяют самодействующие клапаны. Они должны легко открываться и оказывать незначительное сопротивление для прохода газа, своевременно и плотно закрываться. Открываются клапаны под давлением газа. Нагнетательный клапан начинает открываться, когда давление в цилиндре будет выше, чем в нагнетательной стороне, и преодолевает усилие пружины клапана.Бугорок на линии нагнетания указывает на некоторое прилипание клапанной пластины к седлу вследствие наличия масляной пленки. В точке 3 клапан должен быть полностью закрыт. Сходные явления происходят и во всасывающем клапане. Он открывается, когда давление в цилиндре будет ниже, чем во всасывающей стороне компрессора.

Расположение клапанов в цилиндре разнообразно. В прямоточных компрессорах всасывающие клапаны размещаются в верхней части поршня и выполняются без пружины (рис. 4, а). В современных компрессорах применяются кольцевые пластинчатые и ленточные самопружинящие клапаны. Основными частями кольцевого нагнетательного клапана (рис. 4, в) является седло 1, ограничитель подъема 2 (розетка), пружина 8 и пластинка 3. Пружина 8 (рис. 4, б и в) прижимает пластинку 3 к седлу 1 и этим перекрывает проходное сечение клапана. Розетка 7 ограничивает подъем пластин и обеспечивает направление их при подъеме и опускании. Отверстия для выхода пара расположены в розетке по окружности между пластинами. Кроме того, в розетке имеются небольшие отверстия, расположенные против пластин, которые препятствуют прилипанию пластин к ограничителям подъема.

Рис. 4. Пластинчатые клапаны:
а - всасывающий; б - нагнетательный; в - схема нагнетательного клапана: 1 - седло; 2 - розетка; 3 - кольцевые пластины; 4 - винт крепления; 5 - замок; 6 - ложная крышка (седло); 7 - розетка; 8 - пружина; 9 - корончатая гайка; 10 - шплинт; 11 -шпилька; 12 - буферная пружина.

Пластины кольцевых клапанов толщиной 1,5 - 2 мм изготовляют из специальной хромированной стали. Высота подъема пластины клапана обычно 1 - 2 мм. Скорость пара в клапанах изменяется в широких пределах и составляет для аммиачных компрессоров 25 - 30, для фреоновых – 20 - 35 м/с.

На рис. 5 показан ленточный самопружинящий клапан прямоточного компрессора. Седло и направляющая клапана имеют расположенные рядом отверстия для прохода пара. В некоторых случаях вместо отверстий делают продольные пазы. Ленточная пластина перекрывает отверстия для прохода пара. Под действием разности давлений пара лента выгибается в сторону направляющей и создает продольные щели для прохода холодильного агента. Ленточные пластины изготовляют из легированной стали (светлая холоднотянутая лента). Большое проходное сечение и простота конструкции являются достоинствами ленточных клапанов.

Клапан типа «домик» (рис. 5) отличается от ранее известных ленточных клапанов формой профиля ограничителя подъема.

У полосовых клапанов профиль ограничителя подъема был выполнен по дуге окружности. Прогибаясь под действием давления потока газа, пластинка в конце подъема ударялась об ограничитель подъема своим центром или всей поверхностью одновременно. Жесткость пластины в процессе движения не изменялась, так как расстояние между точками ее опоры на ограничитель подъема оставалось постоянным. В клапанах типа «домик» профиль ограничителя подъема образован линией, большая часть которой находится в зоне между линией естественного прогиба балки на двух опорах под действием равномерно распределенной нагрузки и вписанным в нее равнобедренным треугольником. При такой форме профиля исключается удар пластин об ограничитель подъема (пластина как бы обкатывается с проскальзыванием по поверхности ограничителя подъема), а жесткость пластин возрастает (по мере прогиба) в результате уменьшения расстояния между точками их опоры на ограничитель подъема. Центр пластины не достигает ограничителя подъема.

Рис. 5. Ленточный клапан типа «домик»:
а - общий вид нагнетательного клапана; б - нагнетательный; в - всасывающий: 1- седло; 2 - розетка; 3 - пластина; 4 - винт крепления; 5 - ограничитель сдвига.

Отсутствие удара пластины об ограничитель подъема и переменное сопротивление пластины действующему на нее потоку газа уменьшают скорость и величину возникающих напряжений при посадке на седло. Это позволяет использовать в клапанах типа «домик» более тонкие пластины. Кроме того, в клапанах типа «домик» увеличена поверхность контакта пластин с ограничителем подъема, что обусловливает отсутствие местной выработки концов пластин и ограничителей. Неполное прилегание пластины к ограничителю подъема исключает возможность ее прилипания.

В клапанах типа «домик» удар пластин при движении их от седла к ограничителю подъема практически отсутствует, так как свободный ход пластины не превышает сотых долей миллиметра. Для уменьшения перетечек и сокращения времени приработки пластин в клапанах типа «домик» проходы в седле выполнены в виде сверлений и со стороны пластин профрезерованы по всей длине на небольшую глубину.

Рис. 6. Предохранительные клапаны компрессора:
а - шариковый: 1 - седло; 2 - корпус; 3 - пружина; 4 - клапан: б - наперстковый: 1 - седло; 2 - корпус; 3 - пружина; 4 - уплотнительное резиновое кольцо; 5 - клапан; 6 - винт крепления кольца; 7 - регулирующая пробка; 8 - пломба; 9 - полость нагнетания; 10 - полость всасывания; 11 - стопорный винт.

На рис. 6, а показан шариковый пружинный предохранительный клапан, а на рис. 6, б - наперстковый предохранительный клапан, в котором уплотнение производится с помощью резинового кольца, стойкого при взаимодействии с маслом и холодильным агентом. В некоторых компрессорах вместо пружинного предохранительного клапана устанавливают ломающуюся чугунную пластину, которая при превышении разности давления ломается. Для предотвращения попадания осколков пластины в полость цилиндра ее закрепляют между свинцовыми дисками. Поломанную пластину заменяют новой, обязательно имеющей клеймо завода. Как видно из рис. 6, регулировку открытия предохранительного клапана производят изменяя силу пружины. Отрегулированный клапан пломбируют, а дату регулировки записывают в формуляр компрессора.

Система смазки компрессоров. Смазка компрессоров может быть принудительная (под давлением насоса) и разбрызгиванием. Принудительную смазку осуществляют от шестеренчатого или плунжерного насоса. Наиболее надежен насос, работающий под заливом масла. Привод насоса производится от коленчатого вала непосредственно с помощью зубчатой передачи или эксцентрика.

На всасывающей линии насоса устанавливают сетчатый фильтр грубой очистки (сетку располагают на высоте 10 - 15 мм от дна картера; число ячеек сетки фильтра 150 - 300 на 1 см²).

На нагнетательной линии насоса в средних и крупных компрессорах устанавливают щелевые пластинчатые или сетчатые фильтры тонкой очистки. Щелевой фильтр снабжен пружинным перепускным клапаном. При загрязнении фильтра, приводящем к резкому повышению давления масла, клапан открывается и перепускает масло в картер компрессора.

Давление масла регулируется специальным перепускным клапаном, сбрасывающим масло из нагнетательного трубопровода в картер. Обычно давление масла поддерживается на 0,06 - 0,2 МПа выше, чем давление в картере. Если давление масла будет слишком велико, то увеличится унос масла из компрессора.

При использовании коренных подшипников скольжения к ним обычно подводится все масло, подаваемое насосом, которое затем по масляным каналам коленчатого вала поступает к подшипникам шатунов и к сальнику. Если вал опирается на подшипники качения, то масло подводится к сальнику, из которого по сверлениям вала оно поступает к другим деталям компрессора. Зеркало цилиндров в бескрейцкопфных компрессорах смазывается маслом, стекающим из кривошипных и головных подшипников методом разбрызгивания. В мелких компрессорах смазка, как правило, производится разбрызгиванием.

В судовых компрессорах часто применяют водяное охлаждение масла. Охлаждающее устройство в виде змеевика монтируют непосредственно в масляной ванне картера компрессора или выносят в виде специального теплообменника.

Рис. 7. Схема смазки V-образного четырехцилиндрового компрессора:
1 - насос масляный; 2 - фильтр грубой очистки; 3 - фильтр тонкой очистки; 4 - предохранительный клапан; 5 - перепускной вентиль; 6 - манометр для контроля давления масла; 7 - сальник компрессора; 8 - манометр, показывающий давление в картере компрессора.

На рис. 7 приведена схема смазки V-образного четырехцилиндрового аммиачного компрессора с коренными подшипниками качения. Масло от насоса 1 через фильтр тонкой очистки 3 подводится к сальнику 7, по сверлениям в коленчатом валу подается к кривошипным и головным подшипникам шатунов. Давление масла после фильтра перед подачей к местам смазки контролируют по манометру 6. На компрессоре имеется манометр 8, показывающий давление в картере. По разности давлений масла (в картере и после фильтра) судят о работе масляного насоса. Масляный насос приводится во вращение от коленчатого вала через систему шестерен, масло всасывается из картера через фильтр грубой очистки 2. Для регулирования давления масла предусмотрен ручной перепускной вентиль 5, через который можно сбросить часть масла после насоса в картер компрессора.