2893

Унифицированные базы и конструктивные элементы поршневых компрессоров

Контрольная

Производство и промышленные технологии

Унифицированные базы и конструктивные элементы поршневых компрессоров Цель: Ознакомить студентов с принципом создания поршневых компрессоров на унифицированных базах и изучить конструкции деталей компрессора с базовыми элементами. Унифицированные...

Русский

2012-10-21

4.57 MB

130 чел.

Унифицированные базы и конструктивные элементы поршневых компрессоров

Цель: Ознакомить студентов с принципом создания поршневых компрессоров на унифицированных базах и изучить конструкции деталей компрессора с базовыми элементами.

1. Унифицированные базы поршневых компрессоров

В настоящее время нашей промышленностью выпускаются различные типы поршневых компрессоров общего и специального назначения производительностью до 120 м³/мин и различного давления. Производство разнообразных типов компрессоров в большом количестве возможно на основании унификации основных узлов машины. Унификацией в машиностроении называется метод конструирования машин из ряда одинаковых узлов и деталей одинакового функционального назначения. Это наиболее распространённый метод стандартизации, способствующий развитию специализации производства, комплексной механизации и автоматизации, повышению производительности труда, качества продукции и снижению затрат на изготовление.

Одной из разновидностей унификации является унификация по базам – это приведение базового агрегата к некоторому минимуму типоразмеров. Базовым агрегатом в компрессоростроении выступает база компрессора. Под ней понимается совокупность сборочных единиц, объединяющихся кривошипно-шатунным механизмом. В состав базы входят:

а) картер (станина);

б) коленчатый вал;

в) подшипники;

г) шатуны;

д) крейцкопфы;

е) элементы системы смазки кривошипно – шатунного механизма.

Присоединением к базе цилиндропоршневых групп различного конструктивного исполнения и размеров получаются компрессоры различные по назначению, производительности и конечному давлению (рис. 56).

Общим параметром всего семейства компрессоров, построенных на одной базе, является номинальная нагрузка базы, т.е. номинальная  поршневая  сила.  Так, например, у рассмотренных в теме 1 конструкциях оппозитных компрессоров 2М10-50/8, 2ВМ10-63/8, 4М10-100/8, 4ВМ10-120/8 номинальная поршневая сила равна 10 тн и она одинакова для каждого ряда независимо от конструкции компрессора. На рис. 57 показаны оппозитные базы для двухрядного (а), четырехрядного (б), шестирядного (в)  и восмирядного (г) компрессоров.

Кроме основных базовых элементов поршневые компрессоры имеют поршни с поршневыми кольцами, штоки, клапаны, вспомогательное оборудование (холодильники, маслонасосы, фильтры).

Для более глубокого изучения конструкции отдельных типов компрессоров необходимо ознакомиться с вышеперечисленными элементами, их назначением, конструктивными особенностями и особенностями эксплуатации.

а – двухрядная одноступенчатая; б – двухрядная двухступенчатая; в – двухрядная трёхступенчатая; г – двухрядная четырёхступенчатая; д, е – четырёхрядная пятиступенчатая; ж – четырёхрядная семиступенчатая (I, II, …,VII – порядковые номера ступеней сжатия); УР – уравнительная полость.

Рисунок 56 - Схемы исполнения компрессоров на унифицированной оппозитной базе

Рисунок 57 - Схемы оппозитных баз

2 Основные элементы баз

В состав баз входит ряд неподвижных корпусных деталей (рамы, станины, картеры), обеспечивающих связь механизма движения с цилиндропоршневыми группами.

Рама – деталь, служащая опорой для коленчатого вала компрессора и имеющая привалочные плоскости для присоединения промежуточных деталей – корпуса направляющих крейцкопфа и фонаря (рис.58 а).

Рисунок 58 - Схемы исполнения корпусных деталей компрессора с базовым элементом

Станина – это совокупность рамы и корпуса направляющих крейцкопфа, выполненных в виде единой детали (рис. 58 б).

Фонарь – промежуточная деталь между станиной и цилиндрами (рис. 58 а), служащая для крепления цилиндров к станине.

Картер – совокупность станины и фонаря, выполненных в виде единой детали (рис. 58, в и г).

В холодильных компрессорах зачастую объединяют картеры и цилиндры в единую отливку, которая в этом случае называется блок-картером (рис. 58 д).

Рассмотрим конструкции основных элементов баз, материалы, из которых они изготовлены, и условия их эксплуатации.

  1.  Рамы и станины

Рамы и станины осуществляют внутреннюю связь между цилиндрами, коренными подшипниками, крепежными элементами в разъемных соединениях и воспринимают внутренние и внешние усилия, возникающих от проявления сил давления газа и трения (внутренние силы) и от действия неуравновешенных сил инерции и моментов, обусловленных ими (внешние силы). Силы инерции передаются на станину через коренные подшипники и далее через лапы крепления и анкерные болты – на фундамент. К внешним силам относятся так же и гравитационные силы. Для компенсации этих сил под консольно закрепленными элементами (фонарем, цилиндром) предусматривают установку скользящих, шарнирных или изгибающих опор.

Ряд элементов станин нагружаются в процессе монтажа, например, при затяжке болтов и шпилек, при опрессовке втулок, при деформациях вследствие неравномерной осадки фундамента. Неравномерный нагрев различных участков станины в процессе работы компрессора ведёт к возникновению термических напряжений.

Вследствие указанных причин точный расчёт рам, станин и картеров на прочность практически невозможен. В практике прочностные характеристики корпусных деталей проверяют экспериментально при предварительных испытаниях опытного образца компрессора. Вследствие многообразия и сложности форм, рамы, станины и картеры в основном изготовляют литьём из серого чугуна С418 или С420, подвергая их старению. В отдельных случаях применяется литьё из сплавов алюминия или сварные конструкции.

Несмотря на многообразие конструктивных форм, станины и картеры должны соответствовать двум основным требованиям:

а) станины должны быть не только прочными, но и жёсткими, обеспечивать равномерные и минимальные деформации в зонах крепления цилиндров и подшипников;

б) форма отливок должна быть предельно проста, обеспечивать удобство монтажа и обслуживания элементов базы.

В качестве примера на рис. 59 показана двухрядная оппозитная база.

2.2Коренные подшипники

Коренные подшипники служат для восприятия нагрузок от переменных поршневых сил. Подшипники, на которые опирается коленчатый вал, называются коренными. В соединениях шатуна с коленчатым валом и пальцем крейцкопфа или поршня устанавливаются подшипники, называемые шатунными. Для многоколенных валов, как правило, применяют подшипники скольжения, воспринимающие большие по величине нагрузки. В отличие от подшипников скольжения со статической нагрузкой, подшипники поршневых компрессоров воспринимают переменную во времени по величине и направлению нагрузку.

Рисунок 59 - Конструкция двухрядной оппозитной базы

Характерная для современных компрессоров конструкция коренного подшипника скольжения показана на рис. 60. Она состоит из корпуса 4, крышки  и разъемного тонкостенного вкладыша 3. Если подшипник воспринимает дополнительной осевые усилия, то по торцам устанавливаются разъемные кольца-накладки 2, покрытые слоем баббита. Корпус, как правило, отливается совместно со станиной. Крышка служит не только для закрепления вкладышей, но и вместе с корпусом придает им правильную цилиндрическую форму. Для этого крышка выполняется жесткой и во избежание смещений фиксируется относительно   станины.

Вкладыш состоит из двух одинаковых элементов полуцилиндров. Наибольшее распространение получили тонкостенные вкладыши, толщина которых равна (0,024-0,05) d, где d - диаметр шейки вала. Такие вкладыши не имеют прокладок в плоскости разъема, обрабатываются с высокой точностью и контролируются в калибрах. В свободном состоянии внутренняя и наружная поверхности вкладышей не являются цилиндрическими, а в собранном внешняя поверхность вкладышей точно повторяет цилиндрическую поверхность корпуса подшипника, что обеспечивает правильную форму зазора, необходимого для образования масляного клина. В плоскости разъема корпуса и крышек предусмотрены выемки, в которые в процессе монтажа подшипника входят фиксаторы вкладышей, что препятствует осевым смещениям и проворачиванию вкладышей в процессе работы. Вкладыши выполняются двухслойными или трехслойными. В двухслойных вкладышах на бронзовую основу наносится слой баббита толщиной 0,3—0,8 мм; в трехслойных - основа стальная, на которую наносятся последовательно слои бронзы и баббита Б2, отличающегося малой склонностью к выкрашиванию и высокими антифрикционными свойствами. При повышенных масляных зазорах находят применение сталеалюминевые вкладыши. Для стальных каленых или азотированных валов вкладыши выполняются стальными с заливкой свинцовистовой бронзой (толщина заливки   2—2,5   мм).

Благодаря правильной геометрической форме износ тонкостенных вкладышей весьма мал и срок их службы достигает 30—50 тыс. ч. К достоинствам тонкостенных вкладышей следует также отнести простоту сборки, взаимозаменяемость, низкую стоимость,   малую   массу.

Рисунок 60 - Конструкция опорного подшипника с тонкостенным вкладышем

2.3 Валы

Коленчатые валы изготавливают из поковок, штампованных заготовок или методом литья. Литые коленчатые валы получают из высокопрочного чугуна. Преимущества литых валов, благодаря которым они находят все большее применение, состоят в простоте получения любых конструктивных форм вала, высоких антифрикционных свойствах сверхпрочного чугуна, сокращении затрат металла и меньшей трудоемкости изготовления. Кроме того, литые валы более надежны в эксплуатации, поскольку сверхпрочный чугун, не уступая стали по прочности, менее чувствителен к дефектам на рабочих поверхностях и обладает высокой циклической вязкостью, что снижает напряжения в условиях существования динамических нагрузок.

В качестве примера на рис. 61 показан литой коленчатый вал двухрядной оппозитной базы с номинальной поршневой силой 40 кН. Вал имеет два колена, смещенные друг относительно друга на 180°. Он отливается из высокопрочного чугуна марки ВЧ60-2 с перлитной структурой. Перед заливкой в форму вставляются металлические трубки, служащие для подвода смазки к шатунным шейкам от коренных подшипников. Противовесы отливаются заодно с коленчатым валом.

Рисунок 61 - Конструкция литого вала

Вал устанавливается в корпусе компрессора на двух подшипниках скольжения. Для фиксации вала в осевом направлении коренная шейка со стороны двигателя выполняется длиной l1, равной длине подшипника. 

2.4 Шатуны

Для преобразования вращательного движения коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня (крейцкопфа) в поршневых компрессорах служит шатун. В зависимости от конструкции и назначения компрессора применяют различные типы шатунов. Наиболее распространенные из них представлены на рис. 62.

Рисунок 62 - Конструкция шатуна с толстостенными вкладышами

 Шатун  состоит из нижней 3 и верхней  головок, соединенных между собой стержнем  Нижняя (кривошипная) головка в большинстве случаев выполняется разъемной и служит для соединения шатуна с мотылевой (шатунной) шейкой коленчатого вала. Съемная крышка 6 крепится шатунными болтами 9. В расточке нижней головки размещается вкладыш 10, выполняемый   из  стали   или  чугуна.   Поверхность   вкладыша,   контактирующая с мотылевой шейкой вала, покрывается слоем баббита. Необходимый зазор между мотылевой шейкой вала и вкладышем достигается за счет набора прокладок 4, фиксируемых штифтом 5. За последнее время в кривошипных головках широкое применение находят тонкостенные вкладыши, конструктивно подобные аналогичным   вкладышам   коренных   подшипников.

Следует  отметить, что наиболее ответственной деталью шатуна является шатунные болты, их разрыв приводит к самым тяжёлым авариям, так как сильные удары колена вращающегося вала по неподвижному после обрыва болтов шатуну вызывают изгиб шатуна, повреждения вала, а иногда разрушения станины и цилиндров, что в большинстве случаев означает выход компрессора из строя.

Шатуны изготовляются из стали методом свободной ковки или штамповки. Свободная ковка применяется при изготовлении шатунов небольших размеров при малой серийности, когда не обеспечивается окупаемость высокой стоимости изготовления штампов. При крупносерийном производстве изготовление шатунов производят в специальных штампах, особенно  при   изготовлении  шатунов  больших   размеров.

Стержень шатуна в большинстве случаев имеет двутавровое сечение, обладающее высоким сопротивлением изгибу. Для подачи смазки от нижней головки к верхней в стержне шатуна предусматривают центральное сверление; иногда по технологическим соображениям и в целях облегчения его конструкции при сохранении жесткости и прочности, подачу смазки от нижней головки к верхней осуществляют с помощью металлической трубки, закрепленной на стержне шатуна.

В крупных крейцкопфных компрессорах смазка к верхней головке шатуна может быть подведена и от направляющих крейцкопфа; в машинах малой и средней производительности с тронковыми поршнями в верхней головке шатуна предусматривают отверстие, по которому частицы масла поступают на смазку поршневого  пальца.

 Шатуны и крышки изготавливаются чаще всего из углеродистой стали марки 40 или из легированной стали марки 40Х.

Крейцкопфы

Крейцкопфы применяют при сжатии газов в ступенях двойного действия, а также в компрессорах с тронковыми поршнями малого диаметра.

Различают два основных типа крейцкопфа: закрытый и открытый (закрытый тип характеризуется расположением верхней головки шатуна внутри корпуса крейцкопфа; крейцкопфы открытого типа применяют в сочетании с вильчатым шатуном, головка которого охватывает крейцкопф снаружи). Для крупных компрессоров чаще всего применяют крейцкопфы со съемными башмаками.

Одна из конструкций крейцкопфа закрытого типа со съемными башмаками представлена на рис.63. Башмаки 1 и 3 залиты баббитом и имеют по концам клиновидные скосы с уклоном 1 : 50 для создания масляного клина. 

Рисунок 63 - Конструкция крейцкопфа со съёмными башмаками

Крепление башмаков к корпусу крейцкопфа 2 осуществляется болтами 4, зафиксированными от отвинчивания пружинными шайбами 5. При монтаже эти болты заливаются баббитом. Соединение крейцкопфа со штоком осуществляется с помощью двух гаек  11  и  1

Для изготовления крейцкопфов со съемными башмаками применяют следующие основные материалы: чугун марки СЧ20 и сталь 25Л-Ш (корпус крейцкопфа); чугун марки СЧ18 с заливкой трущейся поверхности баббитом марки Б16 или алюминиевый сплав марки АК5М7; сталь 20 и 45 (палец крейцкопфа).

Штоки

Штоком называют деталь, применяемую для соединения поршня с крейцкопфом. Типичные конструкции применяемых штоков приведены на  рис. 64.

В современных конструкциях компрессоров применяют в основном односторонние штоки, которые представляют собой цилиндрическую деталь с участками различного сечения по длине. На переднем конце штока (со стороны крейцкопфа) выполнена резьба, с помощью которой он закрепляется в резьбовом отверстии крейцкопфа. Для фиксации поршня на штоках предусматривают упорный цилиндрический бурт и специальную гайку, навинчиваемую на задний конец штока (со стороны поршня) до упора в торцевую поверхность поршня. Особое внимание необходимо уделять фиксации гайки, самоотвинчивание которой может привести к серьезной аварии. Гайка, навинченная на шток, фиксируется на поршне только при условии, что поршень в свою очередь зафиксирован на штоке, так как в противном случае возможно самоотвинчивание гайки с одновременным проворачиванием поршня. Если поршень не зафиксирован, то самоотвинчиваиие гайки предотвращают стопорением ее на штоке. Для этого на штоке предусматривают паз, в который отгибают закраину гайки, выступающую над ее торцевой поверхностью.

Штоки изготовляют из сталей 36, 40, 38ХА. Иногда применяются легированные стали с более высокими механическими свойствами. Штоки, подлежащие азотированию, изготовляют из сталей 32 ХМ10А, 38 ХМ10А или 35Х10А.

Рисунок 64 - Конструкция штоков

  1.  Поршни

 Применяемые в поршневых компрессорах поршни могут быть разделены на три группы: тронковые, дисковые и дифференциальные. Тронковые поршни (рис. 66) применяются в ступенях одностороннего действия и соединяются с шатуном посредством поршневого пальца. Тронковые поршни первой и второй ступеней обычно выполняют с двумя уплотняющими кольцами, обращенными к плоскости сжатия, и двумя маслосъемными кольцами, предназначенными для удаления излишков масла, попадающего из картера при смазке разбрызгиванием. Избыток масла на поверхности цилиндра вызывает его перерасход, образование нагара на клапанах и в трубопроводах, отложение продуктов разложения масла в ресивере, что может явиться причиной взрывов в пневматических установках.

Маслосъемные кольца предпочтительнее размещать между уплотняющими кольцами и поршневым пальцем. При этом достигается лучшая смазка опорной поверхности поршня и более полный съем избытка масла.

Перед маслосъемными кольцами на поршне делают кольцевые проточки с несколькими радиальными сверлениями  по окружности  для  стока  масла  внутрь  поршня. Такие же сверления для стока масла делают в канавке нижнего маслосъемного кольца.

В качестве материала для изготовления тронковых поршней применяют чугун СЧ25 или СЧ30 и специальные алюминиевые сплавы. Для алюминиевых поршней характерны меньшая масса и меньший коэффициент трения, однако они уступают чугунным износостойкостью.   Все   поршни   подвергают   старению.

Дисковые поршни (рис.65) применяются только у крейцкопфных машин. Литые чугунные поршни делают полыми, а днища связывают между собой ребрами. Во избежание возникновения линейных напряжений и усадочных раковин ребра не доходят до внутренней цилиндрической поверхности, образующей стенки поршня.

Рисунок 65 - Схема дискового поршня

Тронковые поршни (рис.66), применяемые в бескрейцкопфных компрессорах соединяются непосредственно с шатуном посредством поршневого пальца.

Рисунок 66 - Схема тронкового поршня

Чугунные поршни применяют главным образом на второй и последующих ступенях компрессора, если нужно увеличить массу поршня для уравновешивания силы инерции. Для ступеней низкого давления дисковые поршни выполняют сварными из стали или отливают из алюминиевых сплавов. Масса тех и других примерно составляет 0,6 массы чугунных поршней при прочих равных условиях. Для горизонтальных компрессоров поршни большого диаметра снабжают специальной несущей поверхностью. Для обеспечения возможности теплового расширения поршня несущую поверхность ограничивают углом 90° или 120°, обрабатывая этот участок по размеру цилиндра. Поршни с большими (более 1000 мм) диаметрами и массами подвешиваются на штоке. Подвеска поршня уменьшает износ и устраняет одностороннюю выработку поверхности цилиндра под влиянием веса поршня. При меньших диаметрах поршней рабочие поверхности заливают баббитом. У чугунных поршней заливка облегчает приработку, снижает износ и способствует восстановлению изношенной поверхности, а у стальных, кроме того, предотвращает надиры.

На рис. 67 показана конструкция дифференциального поршня с кольцами из фторопласта.

Рисунок 67 - Дифференциальный поршень фирмы «Нуово Пиньонэ» (Италия)

Поршневые кольца

 Назначение поршневых колец - препятствовать утечке газа из полости сжатия. Уплотняющий эффект колец основан на плотном прилегании их к зеркалу цилиндра и к стенкам канавок поршня и на лабиринтном действии набора колец. Поршневые кольца являются наиболее ответственной деталью поршня. Дефекты в работе поршневых колец отражаются на производительности, мощности и надежности работы компрессора.

Поршневое кольцо выполняется с прорезью (замком) и в свободном состоянии имеет размер больше диаметра цилиндра. Потому, находясь в цилиндре, кольцо оказывает давление на его стенки в силу естественной упругости материала. В канавку поршня кольцо посажено с зазором. При работе компрессора под действием разности давлений перед кольцом и позади него зазор выбирается и кольцо оказывается прижатым к боковой поверхности канавки со стороны меньшего давления. Давление, действующее на внутреннюю поверхность кольца, приблизительно равно давлению перед кольцом. Оно превышает среднее давление, действующее на внешнюю поверхность кольца, и создает дополнительное усилие, прижимающее кольцо к зеркалу цилиндра (рис. 68).

Рисунок 68 - Силы давления, действующие на поверхность кольца

Конструкции колец, используемых в уплотнении компрессоров со смазкой цилиндров, изображены на рис. 69. Замок колец может быть прямой, наклонный к плоскости кольца и внахлестку (рис.69, а). В металлических кольцах любого диаметра замок выполняется прямым или под углом в 45°. Кольца с замком внахлестку более дорогие, и их рекомендуется использовать только в особых случаях.

Рисунок 69 - Поршневые кольца

При повышенных перепадах давлений на уплотнении в канавке поршня устанавливают два и даже три кольца, замки в которых смещены относительно друг друга по периметру поршня (рис. 69 б). В этом случае сквозные щели, как в осевом, так и в радиальном направлении будут практически отсутствовать.

Уплотнительное кольцо (рис. 69 в) рекомендуется для тронковых поршней одностороннего действия. Выполненный на наружной поверхности кольца скос в сторону рабочей камеры помогает образованию масляного клина при ходе от вала, когда кольцо наиболее нагружено, и снимает с цилиндра излишки масла при обратном ходе. Кроме того, кольцо несколько разгружается от прижатия к поверхности цилиндра силами давления газа.

Сечения маслосъемных колец изображены на рис. 69 г. При движении поршня к валу острая кромка колец снимает с поверхности цилиндра излишек смазки. Ввиду того, что маслосъемные кольца ослаблены пазами и сверлениями для отвода масла, высота колец делается несколько большая, чем у уплотняющих.

  1.  Цилиндры

Конструктивные формы цилиндров весьма многообразны и определяются следующими основными факторами: схемой компрессора, величиной максимального рабочего давления, устройством охлаждения, родом сжимаемого газа. При проектировании учитывают материал цилиндров, а также оборудование завода-изготовителя.

Цилиндры и крышки всех компрессоров для давлений до 7 МПа обычно изготовляются путем отливки из серого или легированного       чугуна;  до 12 МПа — из магниевого (высокопрочного) чугуна с шаровидным  графитом; до 25 МПа — из стали; для давлений до 40 МПа цилиндры   выполняют   коваными   из  углеродистой  стали,  для

более  высоких  давлений — коваными   из  легированной   стали.

Цилиндры должны быть достаточно жесткими. Их деформации усиливают износ рабочей поверхности зеркала цилиндра, поршня и поршневых колец и вызывают необходимость в увеличении зазора между цилиндром и поршнем. У бескрейцкопфных компрессоров  последнее увеличивает унос масла  из  картера.

У компрессоров с воздушным охлаждением цилиндры выполняются одностенными и имеют на внешней поверхности продольные или кольцевые ребра. Они имеют меньшую жесткость, чем двустенные с водяным охлаждением. Для уменьшения деформации цилиндра шпильки крепления его крышки должны быть расположены близко к стенке цилиндра.

Цилиндры оппозитных компрессоров с водяным охлаждением выполняются обычно двустенными с водяной полостью в кольцевом пространстве между внутренней и внешней стенками (рис. 70).

Чугунные цилиндры компрессоров кроме рабочей полости имеют водяную рубашку, клапанные коробки и каналы, соединяющие их со всасывающим и нагнетательным патрубками, и представляют собой сложные отливки.

Рабочая поверхность цилиндров должна обладать высокой износоустойчивостью. Поэтому в чугунных и в стальных цилиндpax, материал которых склонен к образованию задиров, устанавливают втулки, отлитые из перлитного чугуна, обладающего более высокими антифрикционными свойствами и улучшенной структурой. Толщину втулок выбирают минимальной по условиям изготовления и сборки: при средних диаметрах — 8—10 мм и при больших — 16—25 мм.

Смазка рабочей поверхности цилиндров (в случае принудительной подачи масла) осуществляется через штуцеры, ввинчиваемые в стенку цилиндра (втулки). Места установки штуцеров и их число зависят от размеров цилиндра,  его расположения  (вертикально,  горизонтально)  и типа  поршня.

Рисунок 70 - Схема цилиндра оппозитного компрессора

Цилиндры с водяным охлаждением должны иметь патрубки или штуцеры для подвода и отвода воды. Для того, чтобы в водяной полости цилиндра не скапливался воздух, подвод воды делают в нижней части цилиндра, а отвод — в верхней. Водяные полости цилиндра и крышки сообщаются между собой посредством съемных наружных патрубков или внутренних перепускных каналов в стыке цилиндра и крышки. Крышки крупных горизонтальных цилиндров обычно выполняют с независимым подводом и отводом охлаждающей воды.

  1.  Сальниковые уплотнения штоков

Сальниковые уплотнения в поршневых компрессорах применяется для уплотнения штоков, а иногда и плунжеров ступеней высокого давления.

На утечки влияют зазор и коэффициент вязкости, при уменьшении зазора с 0,1 до 0,01 мм утечки уменьшаются в 1000 раз. Смазывание зазора жидкостью большей вязкости резко снижает утечки.

В компрессорах применяются главным образом самоуплотняющиеся сальники. Действие их основано на том, что полное давление газа на внешнюю поверхность уплотняющего элемента создает радиальное давление на шток, большее, чем сниженное давление в зазоре между этим элементом и штоком. Вследствие этого уплотняющий элемент всегда прижат к штоку.

Самоуплотняющиеся сальники выполняются манжетными и металлическими. Металлические сальники являются основным типом уплотнения штока. Их выполняют с плоскими и коническими уплотняющими элементами.

Сальники с плоскими уплотняющими элементами (рис. 71) используются для давлений до 2,0 МПа. Для более высоких давлений устанавливаются дополнительные осевые пружины в камерах со стороны полости цилиндра, которые прижимают кольца сальника друг к другу и к торцевой стенке камеры.

При сжатии токсичных или взрывоопасных газов газ отводится во всасывающий трубопровод или выводится наружу, а сальник дополняется камерой. Эту камеру, уплотняющую небольшой перепад давлений, выполняют более компактной, иногда с мягкой набивкой.

1 – камера; 2 – уплотняющий элемент; 3 – камера отвода газа;

4 – фланец; 5 – шайба промежуточная; 6, 7, 8, 9, 11 – камеры;

10 – трубка; 12 – шпилька; 13 – пружина; 14 – гайка;

15 – упорное кольцо; 16 – винт; 17 – шток.

Рисунок 71 – Сальник штока с плоскими уплотняющими элементами

2.11   Клапаны

В современных компрессорах для управления всасыванием и нагнетанием применяет самодействующие клапаны, состоящие из замыкающего органа, выполненного в виде тарелки или пластины, седла, ограничителя подъема и пружины.

Клапаны принадлежат к наиболее ответственным узлам компрессора и должны отвечать следующим требованиям: иметь достаточно большую эквивалентную площадь, необходимую, чтобы потери энергии в них были минимальными, обладать способностью быстро открываться при небольшом избыточном давлении, обеспечивать своевременность закрытия в конце всасывания и нагнетания, быть плотными в закрытом состоянии, иметь малый объем вредного пространства, обладать прочностью и износоустойчивостью.

Чем выше частота вращения компрессора, средняя скорость поршня и плотность газа, тем труднее создать клапан, полностью отвечающий всем этим требованиям. Так, для снижения гидравлических потерь должны быть снижены скорости газа в клапане, но для этого нужно увеличить размеры или число клапанов, а это ограничено конструктивными возможностями и противоречит стремлению сократить объем вредного пространства. С увеличением частоты вращения компрессора при неизменной массе подвижных частей клапана сила пружин должна возрастать. Однако усилие пружины вызывает дополнительное дросселирование газа, снижение производительности и повышения мощности. Поэтому улучшение работы клапана при высоких оборотах достигав г не усилением его пружины, а предельным уменьшение массы пластины, что может пойти в ущерб ее прочности.

Клапаны в современных поршневых компрессорах бывает двух типов: тарельчатые и пластинчатые.

Тарельчатые клапаны применяются преимущественно для  особенно высоких давлений. Эти клапаны с замыкающим органам грибовидной или чашеобразной формы обладают повышенной прочностью, но вследствие большой массы их можно применять в мощных компрессорах высокого давления. Для малых компрессоров высокого давления часто применяются сферические тарельчатые клапаны. Тарелка клапана (рис. 72), штампованная из листа, имеет сферическую опорную поверхность, а седло - плавно закругленную уплотняющую кромку. Таким образом, щель открытого клапана имеет плавно сужающееся, a затем расширяющее сечение. В такой щели, как диффузоре, восстанавливается часть скоростного напора струи и уменьшается потеря давления в клапане.

Рисунок 72 - Тарельчатый клапан

Пластинчатые клапаны в зависимости от формы пластин и направления потока разделяются на дисковые, кольцевые, полосовые, швеллерные и прямоточные.

Дисковые клапаны выполняют в виде диска (рис. 73), снабженного дуговыми окнами для прохода газа.

В наиболее распространенных разновидностях дискового клапана пластина 1 зажата в центре между седлом и ограничителем подъёма и представляет собой ряд концентрических колец, соединенных радиальными перемычками. Обычно центральное кольцо клапанной пластины зажимается между седлом и упором и, оставаясь неподвижным, осуществляет центровку дисковой пластины без специальных направляющих. Второе от центра кольцо-пластина разрезано в двух местах, причем участки этого кольца, отмеченные штриховкой на рис. 29 , сфрезеровываются на меньшую толщину. Таким образом, второе кольцо выполняет роль пружинной подвески дисковой пластины.

Рисунок 73 - Дисковый клапан

В упоре дискового клапана расположено несколько цилиндрических пружин, прижимающих пластину к седлу. Над пластиной клапана расположена одна или несколько буферных пластин 2, смягчающих удары клапана об упор. Высота подъема клапанных пластин этого типа обычно не превышает 1,5 - 2 мм.

 Кольцевые клапаны имеют большое проходное сечение при малой массе движущихся частой, поэтому они и получили наиболее широкое применение. Они отличаются также высокой надежностью и простотой изготовления. В зависимости от необходимого проходного сечения клапана количество кольцевых пластин 1 (рис. 74), обычно принимается; от одной до четырех и в редких случаях больше.

Рисунок 74 -  Кольцевой клапан

Кольцевые пластины прижимаются к седлу 2  клапана несколькими спиральными пружинами 3. В некоторых конструкциях прижатие пластин к седлу осуществляется одной спиральной пружиной с диаметром, равным среднему диаметру кольцевой пластины. Высота подъема пластин ограничивается упором 4 клапана. Дня направления пластин при их перемещении служат центрирующие выступы или шпильки, укрепленные в упоре клапана.

Полосовые клапаны в последнее время нашли довольно широкое применение. Они имеют малую массу движущихся частей. Пластины 1 (рис.75), такого клапана имеют прямоугольную форму и прижимаются к седлу за счет собственной упругости.

Рисунок 75 -  Полосовой клапан

Под давлением газа пластины, выгибаясь, прижимаются к упору 2 клапана. Для устранения продольного сдвига пластин предусмотрены в седле 3 клапана специальные шпильки 4.

В рассмотренных конструкциях клапанов воздух, протекая под пластинами, многократно изменяет направление движения, что приводит к увеличению потерь давления.

Стремление уменьшить величину этих потерь привело к созданию прямоточных клапанов.

         Прямоточные клапаны состоят из седла 1 и примыкающих к ним упругих пластин 2 (рис. 76). Когда давление под клапаном больше, чем над ним, пластины отгибаются (рис. 76 б), пропуская поток воздуха. Клапаны такого типа имеют очень малое сопротивление, однако сложны в производстве и металлоемки.

а - закрытое положение; б - открытое положение.

Рисунок 76 - Прямоточный клапан

3  Холодильники

По назначению различают промежуточные и концевые холодильники. Промежуточные холодильники осуществляют охлаждение газа между ступенями. Концевые холодильники устанавливаются на выходе из компрессора. Основное назначение концевых холодильников уменьшить за счёт охлаждения скорость воздуха в нагнетательном трубопроводе, а следовательно, и потери давления в нём, которые пропорциональны квадрату скорости движения воздуха.

Охлаждение холодильников водой производят только у стационарных компрессоров. Передвижные компрессоры выполняют с воздушным охлаждением.

Холодильник должен иметь малое гидравлическое сопротивление, быть компактным, доступным для чистки и простым в изготовлении. Поток охлаждаемого газа направляют в холодильнике сверху, а поток воды, температура которой в холодильнике растет, - снизу вверх, этим избегают свободных конвективных токов воды и газа навстречу вынужденному движению.

Применяются холодильники вертикальные и горизонтальные. При выборе холодильников того или другого типа учитывают общую компоновку компрессорной установки, причем стремятся к предельному сокращению длины газовых коммуникаций. Холодильники должны вписываться в коммуникацию таким образом, чтобы замещать собой необходимые участки трубопровода.

Количество воды, поступающей для охлаждения компрессора, при средней разности температуры ее на входе и выходе 10°С составляет примерно 3-5 л на 1 м³ воздуха.

Для примера рассмотрим холодильник, изображенный на рис. 77, который состоит из корпуса 1 с крышками и пучка трубок  Вода обычно протекает по трубам, охлаждаемый воздух - между ними. Для увеличения пути, проходимого воздухом, в промежуточном воздухоохладителе устанавливается ряд перегородок 3. Для увеличения поверхности теплоотдачи трубки иногда снабжают ребрами. Трубки завальцовываются в трубных досках 4, причем для устранения температурных напряжений одна из досок имеет возможность перемещаться вдоль оси воздухоохладителя.

Рисунок 77 - Промежуточный холодильник

Для компрессоров с воздушным охлаждением промежуточные воздухоохладители иногда делаются радиаторного типа с принудительным обдувом вентилятора.

Количество воды, поступающей для охлаждения компрессора, при средней разности температуры ее на входе и выходе 10° С составляет примерно 3-5 л на 1 м3 воздуха.

На рис. 78 изображен вертикальный кожухотрубный концевой холодильник, состоящий из входного патрубка для горячего воздуха 1, патрубков для подачи и слива охлаждающей воды 2 и 3; предохранительного клапана 4, межтрубных перегородок 5, трубного пучка 6, выходного патрубка для охлажденного воздуха 7, масловодоотделителя 8, вентиля для выпуска масляного и водяного конденсатов 9.

Рисунок 78 - Концевой холодильник

4 Содержание лабораторной работы №2

Лабораторное оборудование: конструктивная документация, плакаты, видеофильм, образцы элементов поршневых компрессоров (см. Приложение А).

Задачи работы: При посещении компрессорных станций промышленных предприятий с поршневыми компрессорами (Алчевского металлургического комбината, шахт «Перевальская» и XIX партсъезда КПСС («Сутоган») студенты знакомятся с устройством деталей поршневого компрессора, находящегося в стадии ревизии. Такая возможность всегда имеется. Так как компрессорные станции больших предприятий состоят из 3-5 компрессоров, один из которых, как правило, находится в разобранном виде. Обращается особое внимание на конструктивное выполнение основных корпусных деталей компрессора, на устройство деталей механизма движения, устройство всасывающих и нагнетательных клапанов, а также устройство и расположения межступенчатой аппаратуры.

Содержание отчёта:

1) краткое пояснение принципа унификации в компрессоростроении;

2) перечень и краткое пояснение основных элементов

   унифицированных баз;

3) схемы оппозитных унифицированных баз;

4) схемы и краткие пояснения к таким конструктивным элементам компрессора, как:

    -  рамы и станины;

     - валы;

     - шатуны;

     - крейцкопфы;

     - штоки;

     - поршни;

     - поршневые кольца;

     - цилиндры;

     - сальниковые уплотнения;

     - клапаны;

     - холодильники;

5) при описании назначения и условий работы вышеперечисленных элементов обязательно приводить характеристику материалов, из которых они изготовлены.

При защите лабораторной работы студент должен ответить на контрольные вопросы к теме

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ К ТЕМЕ 6

  1.  Что называется унификацией в машиностроении и унификацией по базам в компрессоростроении?
  2.  Что такое база в компрессоростроении и какие элементы компрессора входят в базу?
  3.  Какой параметр является общим для всего семейства компрессоров, построенных на одной базе?
  4.  Покажите оппозитные базы для двухрядного, четырехрядного, шестирядного и восьмирядного компрессоров.
  5.  Какую роль выполняют рама, станина, фонарь и картер как базовые элементы в поршневых компрессорах?
  6.  Какие усилия действуют на раму и станину, каким основным требованиям они должны соответствовать, из каких материалов изготовляются?
  7.  Какие подшипники называются коренными, а какие шатунными?
  8.  Как устроен коренной подшипник скольжения современного компрессора?
  9.  Устройство коленчатого вала, в чем преимущество литых валов, из каких материалов он изготовляется?
  10.  Каким образом происходит смазка в коленчатом вале? В каких местах коленчатого вала чаще всего имеют место на практике поломки валов, и объясните, почему они происходят?
  11.  Какую роль в компрессоре играет шатун? Поясните устройство
  12.  шатуна и почему наиболее ответственной деталью шатуна являются шатунные болты?
  13.  Что такое крейцкопф?  Поясните конструкцию крейцкопфа со сменными башмаками. Какие материалы применяются для изготовления крейцкопфов со сменными башмаками?
  14.  Какую роль выполняет шток, что он представляет в конструктивном плане и из каких материалов изготавливается?
  15.  Какие поршни называются тронковыми, дисковыми и дифференциальными? В каких компрессорах они применяются? Из каких материалов изготавливаются?
  16.  В чем состоит назначение поршневых колец? В чем отличие уплотняющих колец от маслосъемных?
  17.  На каких принципах работает уплотнительное и маслосъемное кольца?
  18.  Материалы, применяемые для изготовления поршневых колец.
  19.  Какими факторами определяется конструктивная форма цилиндра поршневого компрессора?
  20.  Из каких материалов изготавливаются цилиндры в зависимости от создаваемого в них давления?
  21.  С какой целью применяются сальниковые уплотнения и в каких местах компрессора они устанавливаются?
  22.  Как устроен самоуплотняющийся сальник?
  23.  Почему клапаны, применяемые в поршневых компрессорах, называются самодействующими?
  24.  Каким требованиям должны отвечать самодействующие клапаны в поршневых компрессорах?
  25.  Какие клапаны называются тарельчатыми и какие пластинчатыми? Нарисуйте схемы, поясняющие принцип действия их.
  26.  Поясните принцип действия кольцевых и прямоточных клапанов. За счет каких факторов в прямоточных клапанах имеют место наименьшие потери давления, чем в клапанах других конструкций?
  27.  Для каких целей в многоступенчатых компрессорах применяются промежуточные холодильники? Поясните устройство их работы.
  28.  Назначение концевых холодильников и их устройство.

ЛИТЕРАТУРА

1. Фотин Б.С. Поршневые компрессоры: Учебное пособие/Б.С. Фотин,

   И.Б. Пирумов, И.К. Прилуцкий, П.И. Пластинин. -  Л: Машиностро-  

   ение, 1987. – 372 с.

Михайлов А.К. Компрессорные машины. Учебник для вузов /

   А.К.Михайлов, В.П.Ворошилов. -  М.: Энергоиздат, 1989. – 288 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

83531. Дипломатичні привілеї та імунітети 34.74 KB
  Дипломатичні привілеї деякі особливі права пільги та переваги які надаються дипломатичним представництвам та їх персоналу. дипломатичні імунітети і привілеї поділені на імунітети і привілеї дипломатичного представництва та особисті імунітети і привілеї членів дипломатичного персоналу та їхніх родин. До другої категорії відносяться: особиста недоторканість недоторканість особистої резиденцій повний імунітет від кримінальної юрисдикції держави перебування а також від цивільної і адміністративної юрисдикції у відношенні виконавчих дій...
83532. Поняття та джерела консульського права. Встановлення консульських відносин 33.53 KB
  Встановлення консульських відносин. Консульське право сукупність міжнародноправових норм що регламентують правове положення та порядок діяльності консульських установ. Важливу роль у консульських відносинах відіграють двосторонні консульські конвенції у яких крім врегулювання загальних питань закріплюються особливості здійснення консульських відносин між конкретними державами. Загальні засада діяльності консульських установ також визначаються актами національного законодавства зокрема Консульським статутом України затвердженим Указом...
83533. Класи консульських установ. Функції консульських установ 36.75 KB
  Функції консульських установ. передбачає наступні класи консульських установ: генеральні консульства консульства; віцеконсульства; консульські агентства. Голови цих консульських установ йменуються відповідно генеральний консул консул віцеконсул і консульський агент.
83534. Початок і закінчення консульських місій 35.4 KB
  Голові консульської установи надається консульський патент державою що представляється. До виконання своїх обов\'язків голова консульської установи може приступити лише після отримання дозволу держави перебування який має назву екзекватура. Початком консульської місії голови консульської установи вважається момент видачі йому екзекватури інших консульських посадових осіб повідомлення країни перебування про їх прибуття з зазначенням імені прізвища посади рангу тощо. Консульська місія припиняється на наступних підставах: відкликання...
83535. Персонал консульської установи. Консульський корпус 33.02 KB
  На відміну від дипломатичних представництву склад консульських установ входять не три а дві категорії членів персоналу консульські посадові особи та співробітники консульської установи. До категорії консульських посадових осіб входять всі особи на яких покладено виконання консульських функції. Сукупність іноземних консульських представників у межах консульського округу в якому вони виконують свої функції називається консульським корпусом. У вузькому сенсі консульський корпус складається з глав консульських установ.
83536. Консульські імунітети та привілеї 34.97 KB
  В консульському праві як і в дипломатичному розрізняють дві категорії привілеїв та імунітетів: а привілеї та імунітети консульських установ; 6 привілеї та імунітети штатних консульських посадових осіб та інших працівників консульських установ. Найсуттєвішими в першій категорії є: недоторканність консульських приміщень; звільнення консульських приміщень від податків; недоторканність консульського архіву та документів; свобода зносин; безперешкодні зносини і контакти з громадянами держави що представляється. Другу категорію консульських...
83537. Право спеціальних місій 37.02 KB
  Функції спеціальної місії визначаються за взаємною згодою між державою що посилає і приймаючою державою. Для направлення або прийняття спеціальної місії не є необхідною наявність дипломатичних або консульських відносин між державами. За деякими виключеннями держава що посилає може на свій розсуд призначити членів спеціальної місії повідомивши попередньо приймаючій державі всю необхідну інформацію про чисельність і шал спеціальної місії і зокрема повідомивши про прізвища і посади осіб яких вона має намір призначити.
83538. Дипломатичне право міжнародних організацій 36.09 KB
  Як показує практика багатостороння дипломатія відбувається головним чином в рамках міжнародних організацій при яких держави засновують свої постійні представництва які користуються такими ж привілеями та імунітетами що і члени делегацій державчленів організації. Вона охоплює чотири сфери діяльності держав в їх відносинах з міжнародними організаціями і в рамках міжнародних конференцій а саме постійні представництва держав при міжнародних організаціях місії постійних спостерігачів при міжнародних організаціях делегації держав в органах і...
83539. Кодифікація міжнародного морського права. Види морських просторів 36.24 KB
  Міжнародне морське право являє собою систему міжнародноправових принципів і норм що визначають правовий режим морських просторів і регулюють відносини між державами та іншими суб\'єктами міжнародного права з приводу їх діяльності з дослідження та використання просторів Світового океану та його ресурсів. Міжнародне морське право відноситься до однієї з найбільш старих галузей міжнародного права і спочатку склалося у формі звичаєвих норм. Кодифікація морського права була проведена в XX ст.