§ 52. Назначение и устройство основных сборочных единиц поршневых компрессоров

Станины и рамы. Основные несущие части компрессора слу­жат базой для монтажа его деталей. Они связывают кривошипно-шатунный механизм и поршневые группы, поэтому должны обла­дать достаточной прочностью, жесткостью, устойчивостью. В боль­щинстве случаев станины компрессоров выполняют в виде чугун­ных отливок. Для компрессоров средней и большой производи­тельности используют также сварные станины и рамы. Станины компрессоров для простоты изготовления выполняют составными с направляющими крейцкопфов в виде отдельных сборочных еди­ниц. Станины большой длины для многорядных компрессоров мо­гут быть составными.

Обычно станина имеет форму коробки с прямоугольным или трапециевидным поперечным сечением. Часто станины выполняют таким образом, чтобы их нижняя часть служила емкостью для смазки кривошипно-шатунного механизма. Для крепления стани­ны к фундаменту служат анкерные болты.

В горизонтальных компрессорах применяют рамы двух типов: вильчатые с подшипниками для коленчатого вала и байонетные с одним подшипником для кривошипного вала.

Цилиндры. Предназначены для образования стенок рабочей камеры. Они бывают различной конструкции в зависимости от давления, производительности, схемы и назначения компрессора. Цилиндры на давление до 5 МПа отливают из чугуна, на 5—15 МПа — из стального литья, а на давление выше 15 МПа выполняют из поковок углеродистой и легированной стали. Ра­бочая поверхность цилиндров образуется запрессованной втулкой («сухого» типа), изготовленной из перлитного чугуна. Для об­легчения запрессовки внешнюю поверхность втулки делают сту­пенчатой. Применяют также свободную посадку втулок: втулку изготовляют с таким зазором, чтобы создалась напряженная по­садка при тепловом расширении втулки в процессе работы комп­рессора. Удерживается втулка в цилиндре с одного конца буртом, Второй конец ее не закреплен для перемещения в осевом на­правлении при изменении температуры в цилиндре компрессора. Чтобы улучшить охлаждение цилиндров, а также упростить их отливку, в последнее время широко применяют втулки «мокрого» типа, омываемые снаружи охлаждаемой жидкостью.

Цилиндры, охлаждаемые воздухом, имеют на внешней сторо­не ребра для увеличения поверхности соприкосновения с возду­хом и усиления теплообмена.

Для обеспечения свободы продольных деформаций, возникаю­щих под действием осевых усилий и теплового расширения, ци­линдры можно установить на качающиеся опоры: между лапой цилиндра и плитой расположены в вертикальном положении два сухаря с опорными цилиндрическими поверхностями.

Некоторые цилиндры оснащены скользящими подвижными опорами. Скользящая опора представляет собой лапу с тщатель­но обработанной поверхностью, которой она опирается на заде­ланную в фундамент чугунную плиту. Подвижные опоры смазы­вают и охлаждают. Цилиндры имеют штуцера для подвода смаз­ки, отверстие для индикатора и полость для охлаждающей жидкости. Вода для охлаждения цилиндра подводится снизу и отводится сверху.

В оппозитных компрессорах цилиндры, как правило, располо­жены по одному в каждом ряду. Для оппозитных компрессоров характерна значительная универсальность цилиндров благодаря возможности изменять всасываемый объем или внутренний диа­метр с сохранением размеров других элементов. Изменение вса­сываемого объема возможно в результате добавления к цилиндру объема вредного пространства в крышке или специальных ка­мерах, отливаемых в стенках цилиндра. Меняя числовое значе­ние вредного пространства в цилиндре путем замены только од­ной детали, можно изменять всасываемый объем.

Цилиндры оппозитных компрессоров в большинстве случаев двустороннего действия, с одним сальником со стороны вала. Цилиндры имеют относительно небольшую длину и большие про­ходные сечения клапанов.

Стальные цилиндры высокого давления оснащены охлаждаю­щей рубашкой в виде съемного металлического кожуха, в кото­ром циркулирует вода. Чугунные цилиндры представляют собой двух- или трехстенные отливки, образующие полость сжатия, во­дяную рубашку и каналы для прохода газа.

Цилиндры бывают либо с двумя торцовыми крышками, либо с одной крышкой и глухой передней стенкой. В некоторых конст­рукциях цилиндров передняя крышка объединена с фонарем.

Цилиндры с двумя торцовыми крышками и клапанами, раз­мещенными в цилиндрических стенках в радиальном направлении, широко используют в промышленности.

Применяют также составные цилиндры из четырех частей: корпуса цилиндра, передней и задней крышек и «мокрой» втул­ки. Крышки таких цилиндров бывают цилиндрической формы с радиальным размещением клапанов и конической с размещением клапанов под углом к оси цилиндра. Составными изготовляют только цилиндры низкого давления ввиду трудности уплотнения разъемов в ступенях высокого давления. Цилиндры высокого давления выполняют из массивных поковок с разъемной клапан­ной головкой.

Клапаны. Служат для управления процессами всасывания и нагнетания. Поршневые компрессоры оснащены самодействующи­ми пластинчатыми клапанами, которые открываются и закрыва­ются под действием разности давлений. Пластинчатые клапаны в зависимости от формы пластин бывают кольцевые и полосовые. Обычный кольцевой клапан состоит из седла, к пояскам кото­рого прижимаются пружинами кольцевые пластины. Пружины располагают в специальных гнездах ограничителя лодъема, ко­торый скрепляют с седлом с помощью шпильки и корончатой гайки.

В последнее время в основном используют прямоточные кла­паны. Они долговечны в работе и обладают сравнительно малым «сопротивлением газовому потоку. Прямоточные клапаны приме­няют трех видов: комбинированные прямоугольные, комбиниро­ванные круглые и индивидуальные круглые. Клапаны первых двух

128

видов предназначены только для бескрейцкопфных компрессоров и рассчитаны на установку между цилиндром и его крышкой. Индивидуальные круглые клапаны используют в компрессорах средней и большой производительности.

Прямоточный индивидуальный круглый клапан собран из сед­ла и примыкающей к нему упругой пластины (рис. 70, а).

Седло (рис. 70, б) имеет на рабочей поверхности (сторо­на А) ячейки, которые разделены перемычками и служат пря­моточными каналами. На стороне Б седла сделано широкое углубление — ниша с клиновидным скосом, куда отгибается пла­стина при открытии клапана. Профиль клиновидного скоса бли­зок профилю пластины, изогнутой под давлением .потока газа. Самопружинящая пластина зажимается по П-образному контуру между соседними седлами. Она выполнена из тонкой стальной пружинящей ленты. Прорези по концам пластины дают возмож­ность ее средней незажатой части — «языку» свободно отгибаться. Для клапанов больших размеров пластины выполняют двух- и трехязычными. У седел и пластин предусмотрен установочный паз D (рис. 70, в), который служит для взаимной координации их при сборке клапана.

Поршень. Служит для изменения объема рабочей камеры, преобразования механической работы в энергию давления газа. В поршневых компрессорах применяют поршни тронковые, диско­вые, дифференциальные, проходные, в качестве поршня исполь­зуют также плунжеры и мембраны.

Тронковые поршни применяют в бескрейцкопфных компрессо­рах, они соединяются непосредственно с шатуном с помощью поршневого пальца. Тронковые поршни имеют днище и цилиндри­ческую поверхность, которая состоит из верхнего пояса с уплот­няющими кольцами и нижнего пояса или юбки с маслосъемными кольцами.

Дисковые поршни ступеней низкого давления чаще всего из­готовляют сварными или отливают из алюминиевых сплавов. В оппозитных компрессорах используют главным образом диско­вые сварные поршни из малоуглеродистых сталей и стального литья. Сварные поршни в компрессорах для сжатия агрессивных газов выполняют из нержавеющей стали.

Чтобы в оппозитных компрессорах силы инерции частей, дви­жущихся возвратно-поступательно, были уравновешены, массы поршней в расположенных напротив рядах должны быть одина­ковы.

Дисковые поршни делают скользящими, что позволяет умень­шить число сальников и удобно разместить устройства для ре­гулирования производительности. Наружную опорную (скользя­щую) поверхность поршня наплавляют баббитом БН и Б16. Ди­сковые поршни могут быть и подвесными (обычно в многоступен­чатых компрессорах при больших диаметрах поршней).

129

Дифференциальные поршни изготовляют цельными и состав­ными. Их применяют в многоступенчатых компрессорах, если ци-

5—464

улзонтальных компрессорах их делают скользящими, с заливкой опорной поверхности баббитом или покрытием ее хромом.

Конструкция составных дифференциальных поршней допускает их самоустановку по осям цилиндров разных ступеней.

В ступенях высокого и сверхвысокого давлений используют плунжеры из стальных поковок.

В некоторых конструкциях холодильных компрессоров приме­няют проходные, т. е. тронковые, поршни, в днище которых уста-130 навливают всасывающий клапан, и газ всасывается через пор­шень.

Поршневые кольца. Предназначены для уплотнения зазора между поверхностями поршня и цилиндра, а также для отвода теплоты от поршня к стенкам цилиндра.

Работающее кольцо прижато наружной поверхностью к по­верхности цилиндра давлением сжимаемого газа и частично си­лами упругости кольца или находящейся под кольцом пружины — эспандера. Боковая поверхность кольца прижимается к поверх­ности канавки поршня силой трения и давлением газа.

Поршневые кольца изготовляют с прорезью (замком) и в сво­бодном состоянии они имеют наружный диаметр больший, чем диаметр цилиндра. Замки могут быть прямые, косые, внахлестку, герметичные. Основной материал для колец: чугун, текстолит, композиции на основе фторопласта и графита и др.

Коленчатые и кривошипные валы. В поршневых компрессорах применяют вали двух видов: коленчатые и кривошипные. Валы передают механическую энергию от привода на кривошипно-ша-тунный механизм компрессора. Коленчатый вал состоит из кон­цевых цапф, коренных шеек и колен. Каждое колено имеет две щеки и одну шатунную шейку. Через щеки и шейки сделаны сверления для прохода смазки на поверхность шатунной шейки. Коленчатые валы оппозитных компрессоров могут иметь от двух до десяти колен. Коренные шейки вала опираются на коренные подшипники. Поверхность шеек термически обработана.

Кривошипный вал представляет собой сборную конструкцию из вала, плеча и пальца кривошипа. В некоторых случаях криво­шип выполнен за одно целое с пальцем.

Материалом для валов служит специальная валовая сталь.

Шатун. Предназначен для соединения вала с крейцкопфом или поршнем и превращения вращательного движения в возвратно-поступательное. Шатун состоит из стержня, кривошипной и крейцкопфной головок. В компрессорах с кривошипным валом головка шатуна неразъемная, а в компрессорах с коленчатым валом разъемная. Обе части головки соединяются шатунными болтами. Шатунные болты изготовляют из углеродистой или хро-моникелевой стали. Поверхность болтов тщательно обрабатывают и на части стержня болта притирают к поверхности отверстия под болт. Это необходимо для обеспечения надежности соедине­ния, так как разрыв шатунных болтов влечет за собой разруше­ние компрессора.

Крейцкопфная головка шатуна обычно неразъемная, но может быть и разъемной. В компрессорах большой производительности крейцкопфная головка имеет проушину, в которую вставляют вкладыши подшипника, закрепляемые клином. Вкладыши криво­шипной разъемной головки заливают баббитом. Подшипник крейц­копфной головки часто выполняют в виде бронзовой втулки или используют подшипник качения.

5*

На рис. 71 показана закрытая кривошипная головка, которая имеет проушину для размещения вкладыша подшипников / и 3, которые удерживаются с помощью клина 4, перемещаемого вин­том 5. Зазор регулируют набором прокладок 2 в стыке между вкладышами.

Стержень шатуна имеет обычно круглое сечение,, он слегка конический по длине. В небольших компрессорах шатуны штам­пованные со стержнем двутаврового сечения.

скольжения применяют главным образом в компрессорах боль­шой производительности. В вертикальных компрессорах вкладыш подшипника состоит из двух частей. В горизонтальных компрес­сорах подшипники воспринимают вертикальные и горизонтальные нагрузки, поэтому их вкладыши могут иметь и большее число частей.

Коренные подшипники оппозитных компрессоров выполняют с вкладышами из двух частей с горизонтальным разъемом. Сна-

Смазка поступает из кривошипной головки в крейцкопфную либо по трубке, прикрепленной к стержню шатуна, либо по ка­налу, просверленному в стержне.

Крейцкопфы. Служат для передачи усилия с шатуна на шток. В компрессорах применяют два типа крейцкопфов: закрытый и открытый. Открытые крейцкопфы используют лишь в вертикаль­ных компрессорах, они сопрягаются с вильчатыми шатунами. За­крытые крейцкопфы характеризуются внутренним расположением головки шатуна и применяются в горизонтальных компрессорах всех типов. Для компрессоров небольшой производительности крейцкопфы изготовляют из чугуна цельными. Крейцкопфы комп­рессоров средней и большой производительности делают с отъем­ными башмаками.

В горизонтальных компрессорах для поддержки штоков приме­няют промежуточные и концевые ползуны.

Для направления движения крейцкопфов и ползунов компрессо­ры имеют направляющие, на поверхность которых для уменьшения трения подается смазка.

Шток — это цилиндрическая деталь, на концах которой нарезана резьба, передает усилие от крейцкопфа на поршень. Один конец штока ввинчивают в крейцкопф, а на другом закреп­ляют поршень. Для изготовления штоков используют высококаче­ственные стали.

Подшипники. Для опоры валов компрессоров малой и средней производительности служат подшипники качения. Подшипники

132

чала располагают нижний вкладыш на постели станины, затем вал, далее на шейку вала — верхний вкладыш и все закрывают крышкой подшипника. Материалом вкладышей служит сталь или бронза. На внутреннюю поверхность вкладышей наносят слой баб­бита Б-83 или БН. Смазку на рабочую поверхность подшипника подводят через ненагруженную сторону по отверстиям в крышке подшипника и вкладыше. На внутренней поверхности вкладышей у некоторых компрессоров есть кольцевые продольные канавки.

Сальники. Предназначены для герметизации зазора в том ме­сте, где через корпус проходит шток. Наибольшее распростране­ние в компрессорах различного назначения получили самоуплот­няющиеся металлические сальники. Сальник с плоскими чугун­ными кольцами предназначен для низких и средних давлений (рис. 72), состоит из отдельных элементов. В гнездах чугунных обойм 6, наружный диаметр которых соответствует гнезду саль­ника, располагают разрезные уплотнительные кольца 3, изготов­ленные из бронзы или другого мягкого материала. На наружной поверхности колец сделаны канавки, в которых размещают тон­кие спиральные пружины 2. Пружины прижимают разрезные кольца к штоку, обеспечивая необходимое уплотнение. Плотность между торцовыми поверхностями колец и обойм достигается шли­фовкой. Сальник и шток смазывают через кольцо 7. По концам сальникового уплотнения установлены грундбуксы 5 и 8, осна­щенные мягкими (резина, клингерит) или металлическими (медь,

133

свинец) прокладками 1 и 4. Такая конструкция сальника исклю­чает возможность заедания колец при нагревании и обеспечивает достаточную плотность.

В компрессорах среднего и высокого давления применяют са­моуплотняющиеся сальники (рис. 73).

Сальник состоит из отдельных камер, размещенных в его гнез­де. Уплотняющий элемент имеет трапециевидное сечение с ши-

роким основанием, прилегающим к штоку. Он состоит из Т-об­разного внешнего кольца 1 с радиальным разрезом и двух при­мыкающих к нему разрезных, внутренних колец 2. Кольца в сбо­ре зафиксированы штифтами. Уплотняющий элемент охватывает­ся двумя стальными, плотно прилегающими кольцами 3 и 4. Все элементы расположены в камере 5, на дне которой по окружно­сти в гнездах размещены пружины 6, действующие в осевом на­правлении на уплотняющий элемент.

Под давлением газа кольцо 3 давит на Т-образное кольцо / с определенной силой. Радиальная составляющая этой силы дей­ствует равномерно по всей внешней поверхности уплотняющих колец / и 2, которые благодаря разрезам пружинят и прижима­ются к штоку. Во многих уплотнениях за сальником в крышке расположен так называемый форсальник. Между сальником и форсальником происходит отсос газа, который отводится во вса­сывающий трубопровод первой ступени.

В качестве материалов для уплотняющих элементов приме­няют чугун, бронзу, баббит, а в последнее время все шире ис­пользуют пластмассы (фторопласт и др.), резину и металлоке­рамику.

Сальники, работающие без смазывания, изготовляют из мате­риалов на основе графита или фторопласта.

В компресорах, сжимающих токсичные и взрывоопасные га­зы, сальники промывают маслом или продувают нейтральным газом или воздухом. Это повышает герметичность сальника, спо­собствует охлаждению его и штока.