Технология монтажа компрессоров

1. Технология монтажа компрессора.

1.1. Принцип действия компрессора.

Компрессор – это машина для повышения давления и перемещения газа. Компрессорная установка – это совокупность компрессора, привода, аппаратов, трубопроводов и оборудования, необходимого для осуществления повышения давления перемещения газа.

Компрессоры классифицируют по ряду характерных признаков.

По принципу действия компрессоры подразделяются на объёмные и лопастные (турбокомпрессоры).

Объёмный компрессор – это машина, в которой процесс происходит в результате периодического уменьшения объёма, занимаемого газом.

К объёмным компрессорам относят поршневые и роторные компрессоры различных конструкций (пластинчатые, винтовые, жидкостно-кольцевые, компрессоры типа Рутс и др.)

В поршневом компрессоре уменьшение объёма, занимаемого газом, осуществляется перемещением сжимающего элемента – поршня, совершающего прямолинейное возвратно-поступательное движение. К поршневым компрессорам также относятся свободно-поршневые и мембранные.

Поршневые компрессоры наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам. Их различают по устройству кривошипно-шатунного механизма, устройству цилиндров, числу цилиндров, расположению цилиндров, числу ступеней сжатия.

Характерными особенностями поршневых компрессоров являются возвратно-поступательное движение поршня, принудительное выталкивание газа путем перемещения поршня, прерывная подача газа.

По устройству кривошипно-шатунного механизма компрессоры различают на бескрейцкопфные (рис.1,а) и крейцкопфные (рис.1,б); по устройству цилиндров – с цилиндрами простого (рис.1,а) и двойного (рис.1,б) действия. Крейцкопфные компрессоры могут быть как с цилиндрами двойного действия, так и с цилиндрами простого действия. Бескрейцкопфные компрессоры могут быть выполнены только с цилиндрами простого действия.

Рассмотрим устройство и принцип действия бескрейцкопфного компрессора простого действия (рис.1,а). Торцовая поверхность поршня (со стороны клапанов) и поверхность клапанной коробки вместе с клапанами и внутренняя поверхность цилиндра образуют переменную рабочую полость цилиндра. Поршень совершает возвратно-поступательное движение, т.е. движется от одного крайнего положения до другого, и обратно. Такие движения поршня обусловлены кривошипно-шатунным механизмом, с которым связан поршень. Кривошипно-шатунный механизм, к которому относится шатун, коленчатый вал, поршневой палец, преобразует вращательное движение коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршня. При движении поршня от крайнего верхнего положения, называемого верхней мертвой точкой (в.м.т.), в цилиндре создается разрежение. Под действием разности давлений всасывающий клапан открывается и газ начинает поступать в цилиндр. Поступление газа в цилиндр продолжается до тех пор, пока поршень не придет в крайнее нижнее положение. Такое положение называется нижней мертвой точкой (н.м.т.). В этот момент клапан закрывается. Такой процесс называется всасыванием.

Рис.1. Схемы одноступенчатого поршневого компрессора:

а-горизонтальный бескрейцкопфный простого действия, б-горизонтальный крейцкопфный двойного действия, в-Vобразный, г-W-образный, е-вертикальный, ж-оппозитный;

1-коленчатый вал, 2-шатун,3, 5-клапаны нагнетательный и всасывающий, 4, 6-нагнетательный и всасывающий патрубки, 7-поршень, 8-цилиндр, 9-шток, 10-крейцкопф, 11-направляющие крейцкопфа.

При движении поршня к верхней мертвой точке начинает уменьшаться рабочая полость цилиндра и повышаться давление в цилиндре. Этот процесс называется сжатием.

Когда давление в цилиндре превысит давление за нагнетательным клапаном, последний под действием разности давлений открывается и происходит нагнетание газа в нагнетательный патрубок. Этот процесс называется нагнетанием, он происходит до тех пор, пока поршень не придет в крайнее верхнее положение. Объем газа в цилиндре компрессора в этом положении минимальный – это мертвый объем, иногда его называют вредным объемом. Газ находится в мертвом объеме под давлением, и, когда происходит движение поршня от в.м.т. к н.м.т., он расширяется, занимая какую-то долю рабочего объема цилиндра и мешая войти свежей порции газа. Процесс расширения газа из мертвого объема называется процессом расширения.

Таким образом, в цилиндре компрессора при одном ходе поршня (одном такте) происходят расширение и всасывание газа, а при другом – сжатие и нагнетание. Такой компрессор называется компрессором с цилиндрами простого действия. По такой схеме выполняют компрессоры малой производительности. Эта схема отличается простотой, но полость цилиндра, обращенная к картеру, остается нерабочей. Следовательно, увеличиваются диаметры цилиндров, растут потери энергии на механическое трение в цилиндрах и механизме движения, возрастают утечки через поршневые кольца.

В принципе возможно использовать полость цилиндра со стороны картера. Для этого используют схему крейцкопфного компрессора (рис.1,б) со штоком. Цилиндры, у которых рабочие процессы происходят по обе стороны поршня, называются цилиндрами двойного действия, а компрессоры– компрессорами с цилиндрами двойного действия. Рабочие процессы в цилиндрах двойного действия происходят одновременно в обеих плоскостях, но процессы смещены по времени на продолжительность хода поршня. Передача движения от кривошипно-шатунного механизма к поршню осуществляется через шток и крейцкопф (ползун), который движется  специальных направляющих.

Компрессоры, имеющие крейцкопф, называются крейцкопфными.

Компрессоры различают также по числу цилиндров; одно-, двух-, трехцилиндровые и т. д. Цилиндры могут иметь одинаковое и различное по отношению друг к другу назначение.

По расположению цилиндров компрессоры подразделяют на вертикальные, горизонтальные и угловые. К вертикальным относятся машины с цилиндрами, расположенными вертикально относительно фундамента (рис.1,е), к горизонтальным – с цилиндрами, расположенными горизонтально (рис.1,а, б, ж). При горизонтальном расположении цилиндры могут быть размещены по одну сторону коленчатого вала (рис.1,а, б), такие компрессоры называются горизонтальными с односторонним расположением цилиндров, и по обе стороны вала (рис.1,ж). Последние называют горизонтальными оппозитными или просто оппозитными.

К угловым компрессорам относятся машины с цилиндрами, расположенными в одних рядах вертикально, в других – горизонтально (рис.1,д). Такие компрессоры называются угловыми прямоугольными. К угловым компрессорам относят машины с наклонными цилиндрами, установленными V- (рис.1,в) и W-образно (рис.1,г) (и компрессоры называются соответственно V- и W-образными).

По числу ступеней сжатия компрессоры различают на одно-, двух- и многоступенчатые. Многоступенчатое сжатие вызывается необходимостью ограничить температуру сжимаемого газа. Например, при сжатии в одном цилиндре до избыточного давления 0,3 Па температура сжимаемого воздуха достигнет 180о С. Для уменьшения износа трущиеся пары компрессора (например, поршни, цилиндры, сальники) смазывают маслом, которое при высоких температурах разлагается, образуя нагар, и теряет смазывающие свойства. В воздушных компрессорах возникает опасность воспламенения и взрыва масляного нагара, накапливающегося в трубопроводах, крышках цилиндров, поэтому температура нагнетаемого воздуха не должна превышать 180оС.

При сжатии неочищенных коксового и сланцевого газов при температуре более 90оС возникает усиленное выделение из них смолистого нагара, покрывающего клапаны, трубопроводы и холодильники настолько обильно, что нормальная работа компрессоров становится невозможной. Чтобы ограничить температуру нагнетаемого газа, увеличивают число ступеней сжатия.

При увеличении числа ступеней сжатия уменьшаются затраты энергии на сжатие, увеличиваются производительность и надежность машины.

По производительности каждый тип компрессоров имеет свою классификацию. Поршневые компрессоры по производительности классифицируются так:

·                   микрокомпрессоры (производительностью до 10дм3/с);

·                   малой производительности (от 10 до 100дм3/с);

·                   средней производительности (от 100 до 1000дм3/с);

·                   большой производительности (свыше 1000дм3/с).

Компрессоры малой производительности в большинстве случаев выполняют бескрейцкопфными с водяным или воздушным охлаждением цилиндров и холодильников. В этих машинах коленчатый вал установлен на подшипниках качения. Смазочная система механизма движения преимущественно циркуляционная.

Компрессоры малой производительности применяют как для стационарных, так и передвижных компрессорных установок.

В таблице 1 приведены технические характеристики компрессоров общего назначения малой производительности.

Компрессор 2ВУ1-2,5/12 М2 (рис.2) двухступенчатый с воздушным охлаждением цилиндров и промежуточного холодильника служит для сжатия воздуха на давление до 1,2 Па.

Все механизмы и сборочные единицы компрессора монтируют на литом чугунном картере, в котором на двух сферических ролико-подшипниках установлен литой из высокопрочного чугуна коленчатый вал. на кривошипе вала расположено два шатуна: один для цилиндра (I ступени), другой для цилиндра (II ступени).Шатуны штампованные двутаврового сечения с разъемной нижней головкой, вкладыши шатунов – тонкостенные биметаллические. Шатуны соединены с поршнями цилиндрическими пальцами плавающего типа.

Таблица 1. Технические характеристики поршневых двухступенчатых компрессоров общего назначения малой производительности.