6.4.11 Конструкции компрессоров

В современной промышленности используются поршневые компрессоры, значительно различающиеся по подаче и давлению.

Поршневые компрессоры выполняются с вертикальным и горизонтальным расположением цилиндров. Первое создает экономию в площади компрессорной станции, а также удобство эксплуатации и монтажа, однако применимо только в компрессорах с одной или двумя ступенями сжатия в одном цилиндре. Компрессоры с дифференциальными поршнями, осуществляющие многоступенчатое сжатие в одном цилиндровом блоке, выполняются по необходимости горизонтальными.

Ступени сжатия могут осуществляться в отдельных цилиндрах; в этом случае применяется рядное расположение цилиндров с приводом от общего коленчатого вала. Встречаются конструкции с V – образным расположением цилиндров.

С конструктивной точки зрения различают бескрейцкопфные и крейцкопфные компрессоры.

В бескрейцкопфных компрессорах роль крейцкопфа (ползуна) выполняет сам поршень, обладающий в этом случае удлиненной цилиндрической поверхностью. Обычно они являются компрессорами низкого давления с одной или двумя ступенями сжатия. Крейцкопфные конструкции применяются при любых давлениях, но характерны для высоких давлений при многоступенчатом сжатии. Это объясняется высоким значением поперечных сил, восприятие которых поверхностью поршня оказывается недопустимым.

На рис. 6.49 дан вертикальный разрез компрессора типа ВП (углового) с шестью ступенями сжатия. Охлаждение воздуха в водяных охладителях после каждой ступени сжатия. Конструкция в целом компактная.

Рисунок 6.49 Угловой шестиступенчатый компрессор

На рис. 6.50 представлен разрез вертикального компрессора. Конечное давление 22 МПа достигается в пяти ступенях. В правом блоке цилиндров расположены первая и четвертая, в левом – вторая, третья и пятая ступени сжатия. Компрессор – крейцкопфного типа с вильчатым шатуном.

Компрессор снабжен масляным шестеренчатым , подающим масло из картера к подшипникам. Масло для смазки в цилиндры подается специальным устройством – лубрикатором. Охлаждение воздуха в холодильниках осуществляется после каждой ступени.

На рис. 6.51 представлен продольный разрез по цилиндрам первой и второй ступеней оппозитного воздушного компрессора.

Рисунок 6.50 Вертикальный поршневой компрессор с пятью ступенями сжатия

Рисунок 6.51 Двухступенчатый оппозитный компрессор для подачи воздуха. Разрез по цилиндрам первой и второй ступеней

Рассмотрим кратко элементы конструкций компрессоров.

Цилиндры компрессоров с давлением до 8 МПа обычно отливают из чугуна; более высокие давления требуют применения стального литья и стальных поковок. Для улучшения условий работы поршня применяют чугунные сменные втулки. Цилиндры снабжают лапами, опирающимися на плиты, залитые в бетонный фундамент. В многоступенчатых компрессорах с дифференциальными поршнями блок цилиндров состоит из отдельных частей, жестко и надежно скрепленных болтами и шпильками. Цилиндры имеют штуцера для подвода и отвода охлаждающей воды и смазки и для установки термометров и манометров.

Поршни. Наиболее распространены дисковые поршни (рис. 6.52), применяемые для ступеней двойного действия, и дифференциальные в многоступенчатых компрессорах (рис. 6.53). Материал поршней – сталь, чугун. Форма поршней неосесимметрична ; они обладают опорной поверхностью, как это показано на рис. 6.52. Поршни снабжаются чугунными уплотняющими кольцами.

Рисунок 6.52 Дисковый поршень

Рисунок 6.53 Дифференциальный поршень компрессора с тремя ступенями сжатия

Сальники применяются в компрессорах в местах прохода штоков поршней через крышки. При низких давлениях сальники выполняют с мягкой набивкой по типу, указанному для центробежных насосов. Здесь для давления до 2,5 МПа применяют пропитанную графитовой мазью хлопчатобумажную и асбестовую набивку. Для более высоких давлений применяют асбестово – проволочный прографиченный шнур.

В компрессорах высокого давления применяют сальниковые уплотнения в виде конических разрезных чугунных колец (рис. 6.54). Сальники выполняются почти всегда с охлаждением. На рис. 6.55 показана конструкция сальника для давления 75 МПа. Уплотняющие кольца выполнены из баббита и благодаря особой (угловой) форме их сечения самоуплотняются, прижимаясь давлением газа к поверхности штока.

Рисунок 6.54 Сальник с металлическими разрезными кольцами

Рисунок 6.55 Сальник с металлическими упругими кольцами

Клапаны компрессоров преимущественно выполняются в виде самодействующих, открывающихся и закрывающихся автоматически благодаря разности давлений, действующих по обе стороны клапана. Конструкция пластинчатого самодействующего клапана представлена на рис. 6.56.

Рисунок 6.56 Пластинчатый клапан с двумя кольцевыми щелями

Седло 1 клапана сажается в гнездо, проточенное в крышке цилиндра. Оно имеет две концентрические кольцевые щели 2, закрываемые стальными кольцевыми пластинами 3. Последние прижимаются к седлу, закрывая щели, пружинами 4, расположенными в выточках ограничительного диска 5, который скреплен с седлом клапана центральным болтом 6.

В некоторых конструкциях кольцевые щели заменяют рядом параллельных прямолинейных прорезей, и тогда клапан называют ленточным.

Конструкция тарельчатого клапана с малой инерционной тарелки показана на рис. 6.57.

Рисунок 6.57 Тарельчатый клапан компрессора малой подачи

В последнее время применяются клапаны прямоточного типа. По сравнению с обычными пластинчатыми и тарельчатыми клапанами прямоточные имеют много преимуществ. Основное из них – малое газовое сопротивление , обусловленное прямым током газа и большим проходным сечением, в 2 – 2,5 раза превышающим сечения обычных пластинчатых клапанов. Малое газовое сопротивление прямоточных клапанов увеличивает подачу компрессора на 8 – 17 %, снижает потребление мощности и удельный расход энергии соответственно на 4 – 7 и 8 – 20 % по сравнению с аналогичными показателями компрессоров, имеющих клапаны обычных типов.

Достоинством прямоточных клапанов является бесшумность их действия. Малая инерционность легких запорных пластин обусловливает быстрое открывание и закрывание их и поэтому предотвращает возникновение ударных волн в трубопроводах и их вибрацию.

На рис. 6.58 показана конструктивная схема прямоточного клапана, поясняющая способ его действия. Клапан состоит из набора пластин – седел 1, в которых профрезерованы каналы 2 с прямоугольными сечениями переменной глубины h. Каналы разделяются ребрами 3, к которым плотно прилегает тонкая стальная пластина 4, являющаяся запорным органом. Эта пластина консольно защемлена кромкой а между двумя соседними седлами и под влиянием разности давлений газа в каналах 2 и полости 5 может отгибаться, как показано штриховой линией, образуя проходные сечения 6.

Тыловая сторона седла обработана так, что запирающая стальная пластина 4 , отгибаясь под действием газового потока, почти соприкасается с кривой поверхностью седла.

Наборы седел и пластин комбинируют в пакеты круглой или прямоугольной формы и скрепляют соответственно стяжным кольцом или хомутом.

Приведенная на рис. 6.58 конструктивная схема нескольких ячеек прямоточного клапана применяется для ступеней низкого давления.

Рисунок 6.58 Конструктивная схема, поясняющая принцип действия прямоточного клапана