При повороте ротора (направление вращения указано стрелкой) ячейка 1 последовательно будет занимать различные положения, как показано на рисунке.
В положениях 1--3 объем ячеек (рис. 2.5, б) будет последовательно увеличиваться и они будут заполняться атмосферным воздухом (процесс всасывания). При переходе от положения 3 к положениям 4 и 5 объем ячеек будет уменьшаться и воздух будет в них сжиматься (рис. 2.5, в).
В положении, показанном на рис. 2.5, г, ячейка 6 совместится с нагнетательным окном и сжатый воздух через него будет выталкиваться в нагнетательный трубопровод (процесс нагнетания).
Во время сжатия в ячейках температура воздуха повышается. Для охлаждения в него впрыскивается охлажденное масло. Перемешиваясь с нагретым воздухом, масло охлаждает его. В результате образуется масловоздушная смесь, которая смазывает трущиеся детали и одновременно уплотняет зазоры между деталями, улучшая таким образом процесс сжатия.
Принцип действия винтовых компрессоров. (см. рис. 2.6.).
Рис. 2.6. Четыре положения вращающегося цилиндра с шаром:
1 - шар, 2 - канавка, 3 - цилиндр.
Рис. 2.7. Четыре положения вращающихся винтов компрессора:
1 - канавка, 2 - винтовой зуб.
Принцип действия винтового компрессора рассмотрим на примере цилиндра с винтовой канавкой, в которой условно помещен мнимый шар (место контакта роторов винтового компрессора). Цилиндр может вращаться вокруг своей оси (направление вращения указано стрелкой), а шар в канавке одновременно перемещаться слева направо. При вращении цилиндра шар будет контактировать с поверхностью канавки по линии, которая как бы разделяет объем канавки на две части (одна -- перед шаром, другая-- за шаром), изолированные друг от друга самим шаром. В первом положении (рис. 2.6, I) шар находится в самом начале канавки, во втором (рис. 2.6, II) он делит канавку на две части (левую и правую). Объем левой части канавки по мере перемещения шара будет увеличиваться, а воздух будет всасываться в канавку вслед за шаром. Соответственно объем правой части канавки будет уменьшаться, находящийся в ней воздух будет сжиматься и давление его будет повышаться. Так происходит процесс сжатия воздуха.
При дальнейшем вращении цилиндра давление сжатого воздуха достигнет заданного значения (рис. 2.6, III), открытый торец правой части канавки совпадет с нагнетательным окном в торцовой крышке и сжатый воздух начнет нагнетаться в нагнетательную полость. Когда цилиндр повернется далее и займет новое положение (рис. 2.6, IV), шар вытеснит весь сжатый воздух, а сам займет в канавке крайнее положение. Процесс нагнетания сжатого воздуха в полости перед шаром и процесс всасывания в полости за шаром закончатся.
Если шар быстро переместить из крайнего правого положения в крайнее левое (первоначальное), а вращение цилиндра продолжить, то процессы всасывания, сжатия и нагнетания воздуха повторятся.
Упрощенный винтовой компрессор (рис. 2.7) состоит из двух роторов: верхнего с винтовой впадиной (канавкой) шарового профиля и вспомогательного с винтовым зубом специального профиля, который играет роль шара. Оба ротора вращаются навстречу друг другу (показано стрелками). При этом зуб контактирует с канавкой по линии так же, как шар, разделяя полость канавки на две части. В левой части впадины, объем которой увеличивается, будет происходить процесс всасывания (рис. 2.7, I), а в правой, объем которой уменьшается,--процессы сжатия (рис. 2.7, II, 2.7, III) и нагнетания (рис. 2.7, IV).
В действующих винтовых компрессорах (рис. 2.8) оба ротора заключены в цилиндр с двумя боковыми (торцовыми) крышками. Основной ротор винтового компрессора имеет обычно шесть канавок, вспомогательный -- четыре винтовых зуба. При вращении роторов (см. рис, 2.7) последовательно включаются в работу все шесть канавок и четыре зуба (1-4).
Рис. 2.8. Четыре положения (I-IV) вращающихся винтов маслозаполненного компрессора:1, 3 -винты, 2 - корпус цилиндров, 4 - канавка, 5 - винтовой зуб
Поскольку частота вращения роторов высокая и в течение одного оборота сжатие воздуха происходит в нескольких полостях, компрессор создает почти равномерный поток сжатого воздуха.
Устройство поршневых компрессоров, передвижных компрессорных станций. Особенности эксплуатации и ремонта.
Основные механизмы и системы, поршневых передвижных компрессоров. Общее устройство передвижных воздушных поршневых компрессоров.
Рис Поршневой компрессор:
1 - картер (корпус), 2 - маслоуказатель, 3 - шатун, 4, 10 - поршни, 5,11 - цилиндры, 6,9 - клапанные коробки цилиндров высокого и низкого давления, 7 - холодильник, 8 - предохранительний клапан низкого давления, 12 - воздухоочиститель, 13 - масляный фильтр и маслозаборник, 14 - масляный насос, 15 - сапун, 16 - вентилятор, 17 - кронштейн вентилятора, 18 - клиноременная передача, 19 - шкив-полумуфта, 20 - коленчатый вал, 21 - муфта, 22 - спускная пробка, 23 - опорные лапы.
оршневой компрессор состоит из:
ь корпуса,
ь кривошипно-шатунного механизма,
ь цилиндро-поршневой группы
ь и воздухораспределительного механизма (клапанная коробка),
а так же четырех систем:
ь смазочной,
ь охлаждения,
ь воздухоподготовки
ь и регулирования производительности.
В корпусе 1 установлены цилиндры низкого 11 и высокого 5 давления, коленчатый вал 20 с закрепленными на нем шатунами 3 с поршнями 4 и 10.
Основные узлы поршневого насоса: станина, цилиндры, штоки, крейцкопфы, коленвал, всасывающий, нагнетательный клапан, маслосистема, система охлаждения, шатун.
Цилиндро-поршневая группа
Цилиндры компрессоров изготавливаются простыми и составными:
- для давлений от 50-70 атм. цилиндры отливаются из чугуна СЧ21, СЧ32, ВЧ45, ВЧ50 (малое и среднее давление);
- для давления от 70-150 атм. цилиндры изготавливаются из стали 25Л, 35Л;
-для давления 150-300 атм. цилиндры изготавливают кованные из стали 35;
- для сверхвысоких давлений от 800 до 1500 атм. цилиндры изготавливаются из качественных сталей 40Х, 30ХМА, 38ХН3МФА.
Все остальные цилиндры изготавливаются с чугунными втулками.
В цилиндрах первой ступени- износ незначительный, т.к. кольца прижимаются к зеркалу цилиндра с небольшой силой и при хорошей смазке мало истирают цилиндр. Повышенный износ наблюдается при сжатии коррозионно-активных газов, газосодержащие механические примеси, газов, содержащих влагу, т.к. вода смывает смазку.
С повышением давления выработка цилиндров увеличивается, особенно в тяжелых условиях работают цилиндры, сжимающие газы свыше 150 атм.
Выработка цилиндров определяется при замере микроштихмассом, при этом замеряют конусность и овальность.
Повышенный износ цилиндра приводит к появлению стуков в компрессоре, снижению КПД в компрессоре, перегрев сжимаемого газа, снижению производительности. Чугунные цилиндры редко выходят из строя из-за появления усталостных трещин, т.к. чугун мало подвержен концентраторам напряжений, но в чугунных цилиндрах появляются трещины и смятия резьбы в клапанных гнездах и в крышках от чрезмерного усилия зажатия, поэтому во время затяжки необходимо пользоваться только динамометрическими ключами.
Если на зеркале цилиндра обнаружены задиры по дуге, превышающей 10% длины окружности зеркала или значительное число продольных рисок, которые невозможно устранить шлифовкой, то цилиндр растачивают. Предельно допустимое увеличение номинального диаметра цилиндра не должно превышать 2% от диаметра, при этом толщина стенки цилиндра не должна превышать уменьшения не более 10%, а втулка (гильза) - 20%
Правильность установки цилиндров определяется допусками на излом и параллельное смещение.
Для компрессоров:
- двухступенчатых - первый цилиндр -0,2 мм, второй -0,3 мм.
- для многоступенчатых - для первого и второго цилиндра - 0,15 мм, третий - 0,1 мм, четвертый пятый цилиндр- 0,05 мм.
Диаметр цилиндра 100-150 мм
Конусность -0,7 мм
Овальность - 0,3 мм
Диаметр цилиндра 150-300 мм
Конусность -1,25 мм
Овальность - 0,4 мм
Диаметр цилиндра 300-400 мм
Конусность -1,5 мм
Овальность - 0,5 мм
Диаметр цилиндра 400-700 мм
Конусность -1,75 мм
Овальность - 0,6 мм
Величина минимальных размеров зазоров мертвых пространств должна быть в пределах для компрессора 205ВП со стороны коленчатого вала - 1,5 -4 мм, со стороны крышки - от 2 - 4,5 мм
для компрессора 4М 100/8 со стороны коленчатого вала - 2 - ±0,16 мм, со стороны крышки - от 3 +1,2 мм, 3-1,5 мм.
При ремонте компрессоров производят замер выработки цилиндров, осмотр газовых и водяных полостей, проверку привалочных поверхностей и дефектоскопический контроль с помощью цветной, магнитной, ультразвуковой методики.
Поршни
В поршневых компрессорах применяют простые и дифференциальные (составные) поршни. Они как правило изготавливаются из чугуна СЧ18, СЧ21, а для высоких давлений ст3,ст20.
Поршни скользящего типа имеют несущую поверхность, из антифрикционного материала, выполненную наплавкой баббитом БН или Б16. Наплавка расположена в нижней части по дуге 90-1200.
Поршень на штоке закреплен или на резьбе или на шпильках. При ревизии проверяют наличие изломов или трещин на видимой поверхности поршня:
- износ несущей поверхности (подливка)
- состояние фиксатора поршневой гайки и заглушек
- состояние канавок под поршневые кольца.
Поршень должен быть заменен при наличии трещин, изломов, сколов. Выступающая часть подливки поршня должна составлять не мене 2/3 первоначальной величины, на поверхности подливки не допускается трещин, задиров, участков с выкрошенным баббитом на площади более 10% всей площади. Качество прилегания наплавленной поверхности проверяют по краске. Величина площади контакта должна быть не менее 60% рабочей поверхности.
Поршневая гайка должна быть плотно затянута, в соприкосновении с упорной поверхностью поршня по всей торцевой поверхности гайки, от самоотвинчивания гайку фиксируют стопорной шайбой, шплинтом, установочными шпильками и штифтом.
В поршнях компрессоров, работающих без смазки, устанавливают кольца из графит-фторопласта.
Зазор между кольцом и канавкой:
Диаметр цилиндра 230 мм - 0,15
Диаметр цилиндра 300 мм - 0,15
Диаметр цилиндра 340 мм - 0,18
Диаметр цилиндра 350 мм - 0,18
Зазор в замке
Диаметр цилиндра 230 мм - 3,5
Диаметр цилиндра 300 мм - 4,5
Диаметр цилиндра 340 мм - 5,0
Диаметр цилиндра 350 мм - 5,0
Поршневые кольца
Поршневые кольца предназначены для уплотнения зазора между повеорхностями цилиндра и поршня, кроме того поршневые кольца разносят смазку по поверхности зеркала и передают тепло от поршня.
Для изготовления пружинных колец применяют следующие материалы:
- чугун перлитной структуры
- фторопласт
- графито-фторопласт
- текстолит
- капрон
Замки поршневых колец бывают с косой прорезью, под углом 45-600, прямые и внахлест. На стенках канавок поршня снимают фаски во избежание заклинивания колец.
Края наружной и внутренней поверхностей колец округляют радиусом от 0,5 до 1,5 мм для улучшения работы смазки и приработки колец. Поршневые кольца должны утопать в поршневой канавке не мене чем на 0,3-0,5 мм. Для проверки зазора в замке и прилегания кольца к зеркалу цилиндра каждое кольцо заводят в цилиндр и ставят в рабочее положение.
Величина соприкосновения цилиндрической поверхности поршневого кольца с зеркалом цилиндра должна быть не менее 2/3 общей длины кольца, в остальных местах допускается зазор не более 0,07мм.
Поршневые кольца заменяют при поломке при задирах превышающих 10% длины окружности кольца, при увеличении зазора в замке и при радиальном износе кольца, если износ составляет более 1/3.
Материалы фторопластовых колец - флудон 20, АФГМ, ФУК20, Ф40.
Штоки
Являются промежуточным звеном между поршнем и крейцкопфом. Они передают усилия от крейцкопфа поршню и наоборот. Штоки работают в условиях циклической нагрузки, вызывающих в них переменные напряжения растяжения и сжатия.
Штоки изготавливаются из качественных конструкционных сталей: ст40, 40Х, 40ХМА, 30ХМА и только из поковок. Для улучшения работы сальника цилиндрическая поверхность штока упрочняется до твердости HRc=60-62, шлифуют и полируют.
В процессе эксплуатации контролируют состояние поверхности штока., состояние резьбы, смятие или срыв резьбы. Не допускается если на штоке смят один виток резьбы шток признается негодным к эксплуатации.
Трещины на поверхности штока не допустимы.
Наиболее вероятными местами, где могут образовываться усталостные трещины являются галтельные переходы и впадины резьб.
Уменьшение диаметра штока в результате ремонта допускается в пределах до 2,5 % от номинального.