Поршневые компрессоры с регулируемой производительностью

В настоящее время большое распространение получили способы регулирования производительности компрессора (следовательно, и холодопроизводительности холодильной машины) пуском и остановкой, а также с помощью отжима всасывающих клапанов. Первый способ не требует дополнительных устройств для компрессора и является основным для компрессоров небольшой производительности.

Частые пуски и остановки компрессоров большой производительности кроме нежелательной пульсации тока в электросети вызывают повышенный износ трущихся узлов компрессора. Усложняется схема автоматического управления и защиты, так как необходимо устанавливать дополнительные приборы и устройства для разгрузки компрессора на период пуска. Отжим всасывающих клапанов компрессоров с вертикальным и угловым расположением цилиндров возможен только при непрямоточной конструкции компрессора.

В связи с этим был разработан компрессор одноступенчатого сжатия с регулированием производительности. За базу этого ряда приняты четырехцилиндровый компрессор П110 и восьмицилиндровый компрессор П220 (диаметр цилиндра 115 мм, ход поршня 82 мм). Эти компрессоры предназначены для замены прямоточных компрессоров типа АУ-200.

Рис. 1. Общий вид компрессора с электромагнитным регулированием производительности:
1 - всасывающий патрубок; 2 - крышка клапана; 3 - крышка картера; 4 - указатель уровня масла.

На рис. 1 приведен общий вид компрессора П220 с электромагнитным регулированием производительности. Особенностью компрессора является то, что он может в зависимости от модификации работать на аммиаке, фреоне-22 и фреоне-12. При работе на фреоне водяное охлаждение компрессора не применяют. В отличие от ранее применявшихся компрессоров расширился диапазон работы - давление нагнетания до 2 МПа, разность давлений до 1,7 МПа.

Компрессор П110 поршневой четырехцилиндровый, У-образный, непрямоточный, одноступенчатый. Блок-картер чугунный литой. Полость всасывания отделена от полости картера перегородкой, в которой имеются уравнительные отверстия, поэтому в картере поддерживается давление, равное давлению всасывания. Во фреоновых компрессорах через эти отверстия масло, поступающее во всасывающую полость с потоком пара, возвращается в картер.

Гильзы чугунные литые, имеют два посадочных пояска, с помощью которых их устанавливают в блок-картере по скользящей посадке. Верхний торец гильзы является седлом всасывающего клапана.

Рис. 2. Клапанная группа компрессора П110:
1 - корпус всасывающего клапана; 2 - направляющая всасывающего клапана; 3 - пластины кольцевые; 4 - розетка нагнетательного клапана; 5 - седло нагнетательного клапана; 6 - стопорная шайба; 7 - штифт; 8 - прокладки паронитовые; 9 - гильза цилиндровая; 10 - пружина буферная ложной крышки.

Клапаны компрессора П110 (рис. 2) самодействующие - всасывающий однокольцевой, нагнетательный двухкольцевой.

Нагнетательный клапан установлен в направляющей всасывающего клапана и является ложной крышкой цилиндра, предохраняющей компрессор от разрушения в случае попадания жидкого холодильного агента в цилиндр.

На рис. 3 показан электромагнитный клапан с внутренней и внешней катушками. Электромагнитный клапан работает следующим образом. При подаче тока в катушку магнитное поле замыкается через пластину всасывающего клапана и удерживает ее в верхнем отжатом положении. При этом полость цилиндра соединяется с полостью всасывания, обеспечивая перепуск пара (газа) при нагнетании из цилиндра обратно в полость всасывания. При отжатом положении пластины всасывающего клапана цилиндр компрессора не подает пары в нагнетательную сторону и производительность компрессора снижается на величину, пропорциональную числу цилиндров. Можно отжать пластины всасывающих клапанов всех цилиндров. В этом случае производительность компрессора будет равна нулю. К нулевой производительности прибегают в период пуска компрессора с целью разгрузки компрессора. На рис. 3, в видно, что площадь диаграммы 2 значительно меньше площади индикаторной диаграммы 1 рабочего цикла.

Рис. 3. Электромагнитный клапан:
а - с внутренней катушкой; б - с внешней катушкой: 1 - катушка электромагнита; 2 - диамагнитная проставка катушки; 3-пластина кольцевого клапана; 4 - диамагнитная проставка клапана; 5 - постоянный магнит; в - индикаторная диаграмма: 1 - полная нагрузка; 2 - холостой ход, всасывающий клапан открытый.

Система электромагнитного воздействия на пластину всасывающего клапана по сравнению с гидравлической системой отжима пластины, не требуя дополнительных деталей, кроме катушки и диамагнитных приставок, отличается конструктивной простотой, обеспечивая при этом безынерционную работу клапана (продолжительность срабатывания не более 5 - 10 мкс (микросекунд).

Электромагнитное управление клапанами позволяет в зависимости от требований технологического процесса осуществлять ступенчатое (с отсечкой на части хода сжатия) регулирование.

На рис. 4 показана схема регулирования шестицилиндрового компрессора SMC фирмы «Саброе» (Дания). Отжим пластин всасывающих клапанов цилиндров осуществляется гидросистемой. Причем в качестве гидросистемы используют систему смазки компрессора. Масляный насос 1 подает масло в систему смазки цилиндра и одновременно в клапан 8. Масло не поступает из клапана 8 в отжимной цилиндр 9, поэтому пружина отводит шток отжимного устройства в правое положение. Пластины всасывающих клапанов этого ряда цилиндров находятся в отжатом состоянии. После остановки компрессора масляный насос компрессора не создает давления, поэтому все отжимные устройства всех рядов цилиндров создают полную разгрузку компрессора.

Перемещая поршень клапана 8, можно отключать 2, 4 и 6 цилиндров компрессора, изменяя производительность со 100 до 33 и 66%, и обеспечить нулевую производительность.

Рис. 4. Схема гидравлического отжима пластин всасывающего клапана компрессора:
1 - масляный насос компрессора; 2 - фильтр; 3 - регулятор давления масла (перепускной вентиль); 4 - соленоидный вентиль; 5 - дифференциальное реле давления; 6 - дифференциальный указатель давления; 7 - маслоотделитель; 8 - клапан (регулятор производительности); 9 - отжимной цилиндр; 10 - всасывающий клапан.

Коленчатый вал компрессора П110 стальной штампованный, двухколенный, двухопорный на подшипниках качения. Колена вала расположены под углом 180°. Противовесы отштампованы вместе с валом, на котором имеются сверления для масла.

Шатуны стальные штампованные. Нижняя головка шатуна имеет косой разъем, в котором установлены тонкие биметаллические вкладыши с антифрикционным слоем из алюминиевого сплава. Затяжку шатунных болтов производят через боковые окна блок-картера. Для удобства обслуживания все шатунно-поршневые группы маркируют порядковым номером. Номер определяет положение шатунно-поршневой группы по отношению к сальнику. Ближайший к сальнику шатун считается первым.

Сальник (рис. 5) торцевого типа, двусторонний, маслозаполненный. Торцевое уплотнение достигается парой трения сталь - графит. Уплотнение подвижных колец по валу происходит с помощью фторопластовых манжет. Сальник монтируют на вал в собранном виде.

Смазка нижних головок шатуна компрессора П110 происходит под давлением от шестеренчатого насоса (рис. 6). Масло засасывается через фильтр грубой очистки и подается насосом в сетчатый фильтр тонкой очистки и далее в корпус сальника. Из сальника масло по сверлениям коленчатого вала подается к нижним шатунным подшипникам. Смазка коренных подшипников, верхних головок шатунов и поверхности цилиндров происходит в результате разбрызгивания масла. Для нормальной работы компрессора необходимо, чтобы разность давлений в сальнике и картере была в пределах от 0,2 до 0,25 Мпа.

Рис. 5. Сальник компрессора П110:
1 - обойма; 2 - кольцо графитовое; 3 - кольцо стальное; 4 - планка; 5 - фторопластовый манжет; 6 - пружина; 7 - перепускной регулирующий клапан; 8 - винт стопорный.

В крышке сальника имеется перепускной регулирующий клапан (см. рис. 5), поддерживающий давление масла в указанных пределах.

Рис. 6. Схема смазки компрессора П110:
1 - корпус сальника; 2 - коленчатый вал; 3 - фильтр тонкой очистки; 4 - фильтр грубой очистки; 5 - насос масляный; 6 - шестерни привода насоса.

Регулирование холодопроизводительности осуществляют отжимом всасывающих клапанов (75, 50, 25%). Отжим пластины всасывающего клапана происходит в результате действия электромагнитного поля, сосредоточенного в зоне пластины, которое притягивает пластину к корпусу клапана. Источником поля являются электромагниты, размещенные в крышках цилиндров.