4.2 Судовые поршневые бескрейцкопфные компрессоры

Бескрейцкопфные компрессоры большой производительности выполняют прямоточными, средней — прямоточными и непрямоточными, малой – непрямоточными.

Прямоточные компрессоры (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Прямоточный вертикальный компрессор:

1 — коленчатый вал; 2 - шатун; 3 — цилиндр; 4 — нагнетательные клапаны; 5 — крышка цилиндра; 6 — буферная пружина; 7 — ложная крышка; 8 — вса­сывающие клапаны; 9 — поршень; 10 — маховик; 11 — сальник; 12 — картер; 13 — предохранительный клапан; 14 — нагнетательный запорный вентиль; 15 — всасывающий запорный вентиль; 16 - пусковой байпасный вентиль.

В них всасывающий клапан расположен в поршне. При движении поршня вниз расширяется пар, оставшийся в мертвом пространстве. Когда давление в цилиндре станет несколько ниже, чем во всасывающем трубопроводе, открывается всасывающий клапан и пар поступает в цилиндр компрессора. При движении поршня вверх всасывающий клапан закрывается, пар сжимается и, когда давление пара в цилиндре станет выше, чем давление в нагнетательном трубопроводе, открывается нагнетательный клапан, пар выталкивается из цилиндра. Размещение всасывающего клапана в поршне усложняет его конструкцию. Однако принцип прямоточности уменьшает объемные потери вследствие меньшего нагревания пара, поступающего в цилиндр, от его стенок и увеличивает коэффициент подогрева.

Непрямоточные компрессоры (рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Непрямоточный вертикальный компрессор:

1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – поршень; 4 – цилиндр; 5 – всасывающий клапан; 6 – головка цилиндра; 7 – нагнетательный клапан; 8 – клапанная доска; 9 – маховик; 10 – картер.

В таких компрессорах всасывающий и нагнетательный клапаны расположены в клапанной доске, которая сверху крепится к цилиндру. Для упрощения монтажа, обслуживания, ремонта компрессоры выпускают сериями с одинаковым ходом поршня и диаметром, но разным их числом. Например, компрессоры АВ100 и АУ200 имеют ход поршня, равный 130 мм, и диаметр цилиндров150 мм, но первый из них – двухцилиндровый, второй — четырехцилиндровый, и соответственно холодопроизводительность при стандартных условиях равна116300 и 232600 Вт.

Открытые или сальниковые компрессоры. Современный бескрейцкопфный непрямоточный одноступенчатый компрессор типа П (поршневой) показан на рисунке 4.4 (а и б).

а

б

в

Рисунок 4.4 – Бескрейцокопфный одноступенчатый компрессор П-220:

а – продольный разрез; б – поперечный разрез; 1 – блок-картер; 2 – гильза цилиндра; 3 – нагнетательный клапан; 5 – буферная пружина; 6 – поршень с поршневыми кольцами; 7 – поршенвой палец; 8 – сальник (двусторонний, маслозаполненный , с парой трения сталь-графит); 9 – коленчатый вал; 10 – масляный фильтр; 11 – шестеренчатый масляный насос; 12 – шестерни привода масляного насоса; 13 – шатун; в – диапазон работы компрессоров П110, П165., П220 по температурам t₀ и t_к и холодильным агентам

Компрессоры П110, П165, П220 с ходом поршня 82 мм и диаметром цилиндров 115 мм имеют соответственно, 4, 6 и 8 цилиндров.

Они предназначены для работы в составе аммиачных и фреоновых R-12 и R-22 холодильных установок холодопроизводительностью от 93 до 255 кВт. На рисунке 4.4, в показан диапазон работы компрессоров П110, П165 и П220 по температурам кипения и конденсации при работе их на различных холодильных агентах. Эти компрессоры рассчитаны на более высокие разности давлений и максимальное давление нагнетания, чем выпускавшиеся ранее. Давлениенагнетания не должно превышать 1,96 МПа, температура нагнетания 160°С, разность давления нагнетания и всасывания не более 1,67 МПа.

Детали компрессоров. Независимо от марки все бескрейцкопфные компрессоры имеют следующие основные части: блок-картер, гильзы цилиндров, поршень с поршневыми кольцами, кривошипно-шатунный механизм, сальник, клапаны, смазочное устройство. Кроме того, в некоторых конструкциях аммиачных компрессоров предусмотрена ложная крышка.

Блок-картер. Он служит опорной деталью бескрейцкопфного компрессора, на котором собраны и закреплены остальные детали, и состоит из картера и блока цилиндров, выполненных в одной отливке.

Картер имеет крышки: боковые – для доступа к мотылевым подшипникам, передняя и задняя – для осмотра механизма смазки и размещения сальника компрессора.

Внутри картер может быть разделен перегородкой на две полости – масляную и кривошипную.

Чугунные литые гильзы вставляют в цилиндры.

Для понижения температуры перегрева сжимаемого пара цилиндры охлаждают.

В компрессорах, работающих на аммиаке и хладоне-22, предусматривают чаще всего водяное охлаждение цилиндров; в компрессорах, работающих на хладон-22, предусматривают чаще всего водяное охлаждение цилиндров; в компрессорах, работающих на хладоне-12, – преимущественно воздушное. В компрессорах с воздушным охлаждением в верхней части цилиндров и крышке имеются ребра.

Поршень с поршневыми кольцами. В прямоточных компрессорах поршень тронковый, проходной, пустотелый. В верхнем торце его размещены всасывающие клапаны, к которым пар подходит черезвсасывающие окна, расположенные в боковой поверхности поршня. Полость всасывания отделена от картера перегородкой. На наружной поверхности поршня в верхней его части имеются три или четыре уплотнительных (компрессионных) кольца, в нижней части – одно или два маслосъемных кольца, снимающих с поверхности цилиндра излишки масла.

Компрессионные кольца цилиндрической формы, маслосъемные, по наружной поверхности срезаны на конус. Кольца устанавливают на поршне конусом вверх. Поршни в прямоточных компрессорах чугунные или стальные литые, в непрямоточных – из алюминиевого сплава.

Кривошипно-шатунный механизм. Этот механизм предназначен для преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение поршня. Кривошипно-шатунный механизм бескрейцкопфных компрессоров расположен в герметично закрытом картере и при работе недоступен для осмотра. Он состоит из коленчатого вала и шатунов. Поршень соединен с шатуном посредством поршневого пальца, преимущественно плавающего типа. От осевого смещения палец удерживается стопорными кольцами.

Шатуны представляют собой стержни круглого или двутаврового сечения с двумя головками. В верхнюю головку запрессовывают бронзовую втулку, она является подшипником поршневого пальца. Нижняя разъемная головка служит для соединения с коленчатым валом, в ней находится вкладыш с антифрикционным покрытием. Коленчатый вал изготовляют из стали марки Ст. 40 или Ст. 45 и устанавливают на подшипниках качения или скольжения. Для уравновешивания сил инерции вал имеет противовесы.

Сальник. Он служит для уплотнения выходящего из картера конца вала. В современных модификациях компрессоров применяют саморегулирующиеся металлические сальники.

Конструкции сальников многообразны. Ниже приведены основные из них.

На рисунке 4.5 изображен мембранный сальник, который используют для аммиачных и фреоновых компрессоров с диаметром вала до 150 мм.

Стальное кольцо 5 закреплено на валу шариковой шпонкой 6 и вращается с валом. Между кольцам 5 и валом имеется уплотняющая свинцовая прокладка 7.

Рисунок 4.5 – Сальник мембранный с масляным Рисунок 4.6 – Сальник самоустанавливаю-

затвором щийся пружинный с графитовыми кольцами

К этому кольцу прижаты два неподвижных бронзовых кольца 9 и 10, закрепленных в центре стальных мембран 4 и 2. Внутренняя мембрана 4 зажата между втулкой сальника 3 и фланцем картера, наружная — между гулкой 3 и крышкой сальника. Для регулирования положение мембран служат прокладки 8. Усилие нажатия между стальным кольцом 5 и бронзовыми кольцами обеспечивается давлением масла, которое подается шестеренчатым масляным насосом в полость между мембранами. Давление в масляной камере выше, чем в картере, благодаря этому масло, прогибая внутреннюю мембрану 4, обеспечивает герметичность между бронзовым кольцом 9 и стальным кольцом 5. Наружная мембрана 2, прогибаясь в сторону крышки сальника, упирается в кольцевой уступ крышки 1 и прижимает внутреннее бронзовое кольцо 10 к кольцу 5.

Избыточное количество масла из масляной камеры сальника поступает в бачок, установленный над сальником, а затем сливается в картер. Масло в бачке создает необходимое давление в сальнике при остановленном компрессоре. Мембранные сальники требуют точкой сборки и строгой перпендикулярности мембран по отношению к оси вала. Упругий манжет 12, зажатый крышкой 11, служит масляным сальником. На рисунке 4.6 изображен сальник самоустанавливающийся, пружинный с графитовыми кольцами. На вал всажены и с ним вращаются два стальных уплотнительных кольца 3, в них вставлены упругие кольца 7 маслобензостойкой резины, плотно прилегающие к нему. В сепараторе 6 заключена пружина 5. Все детали сальника вращаются вместе с валом. С картером неподвижно соединены промежуточная крышка 4 и наружная Крышка сальника 2, в которых установлены чугунные кольца с графитовыми уплотнительными вставками из специального металлизированного графита.

Пружины прижимают подвижные кольца 3 к неподвижным графитовым вставкам, создавая необходимое уплотнение. Масло для смазки подается через верхнее отверстие в крышке и возвращается в картер по отверстию в валу. Сальник прост в монтаже и эксплуатации. В малых фреоновых компрессорах применяют сальники, изображенные на рисунках 4.7 и 4.8. Сильфонный сальник (см. рисунок 4.7) обеспечивает герметичность уплотнения парой трения бронза — сталь.

Рисунок 4.7 – Сальник сильфонный

К сильфону 4 припаян направляющий стакан 6. На сильфон надета пружина 5. Стакан с помощью крышки картера 8 крепят к картеру через прокладку 7. С другой стороны к сильфону припаяно бронзовое кольцо 3, которое притирается к буртику вала или к стальному кольцу 2, плотно посаженному на вал вместе с резиновым кольцом 1 и вращающемуся с ним. Пружина 5 обеспечивает плотность между неподвижным бронзовым и подвижным стальным кольцами.

Рисунок 4.8 – Сальник односторонний графито-стальной

Сальник односторонний графито-стальной (см.рисунок 4.8) пост и надежен в эксплуатации, отличается от самоустанавливающегося сальника (см. рисунок 4.6) наличием пары трения с одной стороны. В крышке 1 на прокладке 4 установлено стальное неподвижное кольцо 3. К этому кольцу прижато графитовое уплотнительное кольцо 5, расположенное в подвижной обойме 6, надетой на вал посредством упругого резинового кольца 2. Плотность контакта неподвижного стального и подвижного графитового колец обеспечивается пружиной 8 посредством упорных шайб 7.

Клапаны. В бескрейцкопфных компрессорах применяют самопружинящие клапаны с полосовыми пластинами и с кольцевыми пластинами и пружинами.

Клапаны с полосовыми пластинами (рисунок 4.9, а) имеют меньшую массу движущихся частей по сравнению кольцевыми, их применяют в современных быстроходных компрессорах. На седле 1 свободно лежат плоские пластины 3.

Рисунок 4.9 – Всасывающий клапан а – с полосовыми пластинами,

б – с кольцевыми пластинами

При подъеме они изгибаются, прижимаясь внутренней поверхности розетки 2, форма пазов в кото­рой соответствует линии прогиба равномерно нагруженной балки на двух опорах, и открывают проходное сечение клапана.

Концы пластин находятся в направляющих пазах, для предотвращения от продольного смещения пластин в розетке устанавливают ограничители. Упругость пластин позволяет обойтись без пружин.

Открываются клапаны под действием разности давлений, закрываются под действием упругости пластин.

Клапаны с кольцевыми пластинами (см. рисунок 4.9, б) стоят из кольцевых пластин 3, перекрывающих проходное сечение в седле 1. В розетке 2 клапана имеются ограничители 5, предупреждающие баковое смещение пластин. Плавная посадка пластин на выступы седла при закрытии клапана обеспечивается пружинами 4.

Седла и розетки клапанов изготовляют из стали марок Ст. 40, Ст. 45 или чугуна СЧ24-44; кольцевые пластины – из хромистых легированных сталей ЗОХГСА или 3X13; полосовые пластины – из светлых холоднотянутых сталей марок 70С2Х или У10А.

На рисунке 4.10 показан комбинированный клапан. Всасывающий клапан 2 и нагнетательный 3 расположены в общем седле 1, причем всасывающий клапан находится за пределом диаметра цилиндра, что облегчает задачу отжима пластин клапана при пуске компрессора и регулировании производительности.

Рисунок 4.10 – Комбинированный клапан

Ложная крышка (рисунок 4.11) прижата к буртику цилиндра буферной пружиной. В крышке размещен нагнетательный кла­пан. Назначение ее – предохранить компрессор от гидравлического удара в случае попадания в ци­линдр жидкого холодильного агента.

Рисунок 4.11 – Ложная крышка компрессора с нагнетательным клапаном:

1 – седло; 2 – пластины; 3 – пружина; 4 – розетка; 5 – шпилька; 6 – корончатая гайка; 7 – шплинт; 8 – буферная пружина.

Проходное сечение нагнетательных клапанов недостаточно для выхода через них жидкости, кото­рая может попасть в ци­линдр компрессора при всасывании. Жидкость, зажатая между поршнем и ложной крышкой, давит на ложную крышку, которая, сжимая буферную пружину, приподнимается. Жидкость вытекает через образовавшееся кольцевое пространство в нагнетательную полость. В фреоновых компрессорах, в отличие от аммиачных, скорость движения пара в клапанах уменьшают путем увеличения их сечения.

Благодаря этому снижается опасность гидравлического удара. Способность хладона проникать через любые неплотности затрудняет создание достаточного уплотнения между цилиндром и ложной крышкой. При отсутствии ложной крышки ее заменяют клапанной доской, которая неподвижно крепится к цилиндру.

В прямоточных компрессорах полость между клапанной доской и крышкой цилиндра является нагнетательной, в непрямоточных она разделена перегородкой на две части; одна представляет собой всасывающую полость, другая — нагнетательную

Предохранительные клапаны бескрейцкопфных компрессоров бывают самодействующие шариковые или наперстковые. Шариковый предохранительный клапан состоит из корпуса седла, пружины, шарикового клапана.

В таких клапанах может быть нарушено полное уплотнение после сброса давления.

Более надежен в работе наперстковый клапан, состоящий из корпуса, седла, пружины и клапанов с уплотнительным кольцом из маслобензостойкой резины.

Пружину рассчитывают на предельную разность давлений, при которой она сжимается и перепускает пар с нагнетательной стороны на всасывающую.

Предохранительные клапаны одноступенчатых компрессоров, работающих на аммиаке и хладоне-22, регулируются на открытие при разности давлений на нагнетательной и всасывающей сторонах 1,6 МПа, работающих на хладоне-12,—1,0 МПа. В двухступенчатых компрессорах в СНД предохранительный кал алан должен открываться при разности давлений 1,0 МПа, в СВД — 1,6 МПа.

При достижении указанной разности давлений пружина клапана сжимается и перепускает пар с нагнетательной на всасывающую сторону.

Смазочное устройство. Оно предназначено для подачи смазки на подшипники, в цилиндр и сальник компрессора. Смазка уменьшает нагрев трущихся частей и обеспечивает дополнительную плотность в сальнике и поршневых кольцах. Для смазки холодильных компрессоров применяют специальные масла.

В бескрейцкопфных компрессорах применяют две системы смазки: принудительную (под давлением) и барботажную (разбрызгиванием).

В средних и крупных компрессорах используют принудительную смазку. В таких компрессорах смазочное устройство состоит из масляного насоса, фильтров и трубопроводов подачи масла. Масляный насос, обычно шестеренчатый, расположен в картере или в крышке картера у торца коленчатого вала и затоплен в масле. Ведущая шестерня насоса приводится в движение от коленчатого вала компрессора. Насос забирает масло из картера компрессора и подает к местам трения. Давление, создаваемое масляным насосом, должно на 0,08 – 0,4 МПа превышать давление пара в картере компрессора.

На всасывающей линии насоса устанавливают сетчатый фильтр грубой очистки, на нагнетательной стороне – щелевые пластинчатые фильтры тонкой очистки,

Конструкция щелевого фильтра позволяет прочищать во время работы.

В отдельных конструкциях аммиачных компрессоров в картере для охлаждения масла устанавливают змеевик, в который подают воду.

В картере некоторых фреоновых компрессоров встроен электроподогреватель масла. Электроподогрев позволяет выпарить хладон, растворившийся в масле во время длительной стоянки, и тем самым исключить отказы масляного насоса в результате вспенивания масла при пуске компрессора.

Последовательность подачи масла к местам смазки может быть различной. Если вал компрессора опирается за коренные подшипники скольжения, то масло сначала поступает на коренные подшипники, затем по сверлениям в валу подается на шатунные подшипники и в сальник, а по сверлениям в шатунах или по трубкам вдоль них – на смазку подшипников поршневых пальцев.

При коренных подшипниках качения масло поступает к сальнику, из сальника по сверлениям в валу – на смазку шатунных подшипников, по шатунам – к подгашникам поршневых пальцев. Смазка к сальнику и подшипникам может поступать и раздельно.

В компрессорах средней производительности масло сальнику и шатунным подшипникам может поступать насоса под давлением. Смазка цилиндров, подшипников поршневых пальцев и коренных подшипников производится разбрызгиванием масла из картера нижними Золовками шатунов. В компрессорах малой производительности все трущиеся части смазываются разбрызги­ванием.

Полугерметичные и герметичные компрессоры. Наиболее уязвимым звеном компрессора является сальник, частые нарушения нормальной работы которого вызывают утечки холодильного агента из системы. Создание полугерметичных и герметичных бессальниковых компрессоров помогло избежать этого недостатка. В разъемном корпусе (в полугерметичных компрессорах) и в неразъемном (в герметичных) вместе с компрессором установлен электродвигатель, охлаждаемый всасываемыми парами холодильного агента.

Полугерметичные компрессоры надежны в работе (отсутствие утечек холодильного агента), имеют меньшие габариты и массу из-за отсутствия сальника и маховика, бесшумны в работе.

На рисунке 4.12 показан разрез полугерметичного восьмицилиндрового фреонового компрессора. Блок-картер 1 компрессора чугунный, литой, имеет две крышки — переднюю 6 и заднюю 13. Электродвигатель 12 встроен в картер, причем статор закреплен в картере, а ротор насажен на вал компрессора. Коленчатый вал 5 стальной, штампованный с противовесами 15, опирается на два подшипника качения 3. Шестеренчатый масляный насос 2 забирает масло через фильтр-заборник 14 и подает в коленчатый вал через «ложный подшипник» 4, в котором предусмотрен перепускной клапан, регулирующий давление масла. В блок-картер запрессованы сменные цилиндровые гильзы 11. Шатуны стальные, штампованные; поршень 8 тронкового типа, непроходной, из алю­миниевого сплава.

Рисунок 4.12 – разрез полугерметичного восьмицилиндрового фреонового компрессора.

Всасывающие и нагнетательные клапаны расположены в клапанной плите 9, над которой находится крышка цилиндров 10. Сжатый пар из цилиндров компрессора нагнетается через нагнетательный вентиль 7.

Герметичные компрессоры в неразъемном корпусе применяют в малых агрегатах-автоматах. В судовых условиях такие компрессоры используют в автономных кондиционерах и для охлаждения холодильных шкафов и небольших провизионных камер.