Виды поршневых компрессоров: Поршневые компрессоры. Работа и принцип действия. Технические характеристики и применение – Компрессоры. Виды, характеристики компрессоров

Содержание

Виды поршневых компрессоров

Поршневой компрессор – самый экономичный и универсальный тип оборудования для сжатия воздуха (газа), который справится с рабочими задачами в промышленности и в быту. Устойчивый к переходным процессам включения и выключения, такой агрегат незаменим в условиях частых запусков и частых остановок, а также при работе в запыленной среде.

Принцип действия

Поршневые компрессоры относятся к популярному объемному типу устройств, сжимающих воздух (газ) в рабочих камерах. Камеры попеременно сообщаются с входом и выходом компрессора, в результате чего периодически изменяется их объем, а вместе с ним – и давление внутри. Повышая давление от 0,015 МПа до многократных величин, агрегат подает его на другие приборы для получения от сжатия воздуха (газа) требуемой энергии.Этот принцип работы востребован во многих технологических процессах и отраслях промышленности, где давно и успешно используется данное оборудование.

Давление воздуха тем больше, чем меньше объем камеры. Когда при опускании поршня в полости цилиндра образуется свободное пространство, перепадом давления открывается впускной клапан, воздух заходит в камеру и сжимается до максимального объема. После достижения заданных параметров нагнетательный клапан открывается, и сжатый воздух выходит из полости камеры.

Такой вид нагнетателя можно применять для работ с разными величинами требуемого давления. Необходимая степень сжатия воздуха в устройстве достигается поступательным движением поршня, а функциональными элементами являются электропривод, крышка цилиндра, регулятор давления и ресивер.
Для обеспечения постоянного уровня давления в трубопроводе обычно в оборудовании поршневого типа предусматривается автоматическое регулирование производительности. Регулировка заключается в изменении частоты вращения компрессорного вала.Один оборот вала – это два хода поршня. За один оборот в каждом цилиндре компрессора совершается полный рабочий цикл.

Достоинства и недостатки

Для предотвращения износа стенок цилиндра и поршня в механизм подается масло, но это ухудшает качество воздуха. Если технология требует использование чистого воздуха, для масла на линии подачи нужно предусмотреть сепаратор.

В промышленном использовании поршневые компрессоры работают в паре – один агрегат на всякий случай нужно держать в резерве. Недостатками такого оборудования можно считать шумность и необходимость регулярной профилактики из-за высокой вероятности поломок. Правда, их частота компенсируется доступными запчастями и недорогим ремонтом.

Поршневые насосы – лучший выбор при потребности в малой производительности или сжатии агрессивных газов. Это находка в грязных условиях работы – на складах угля, мельницах или погрузке цемента. Оптимальным решением такие устройства станут при повышенной влажности, перепадах температуры и изменении объемов сжатого воздуха. При нагнетании давления высокого уровня (до 40 атмосфер) поршневые компрессоры одинаково хорошо себя проявляют как с несколькими поршнями, так и с одним. Их преимущества – выдерживание высокого давления, простое техобслуживание и относительно невысокая цена.

С маслом или без?

Одни модели поршневых компрессоров нуждаются в смазке минеральными маслами, другие – нет. Безмасляные компрессоры приемлемы для систем с условием подачи чистого воздуха, без примесей эмульсии. Их достоинства – компактность, редкость обслуживания и простота транспортировки (можно перемещать в любом положении). Примеры таких устройств – автомобильный компрессор для подкачки шин или бытовой компрессор для краскопульта.

Масляные и безмасляные модификации (сухого трения и сухого сжатия) различаются также по типу сжатия – одноступенчатому или многоступенчатому: в современных моделях может быть до семи ступеней. В компрессорах многоступенчатого сжатия есть опасность возгорания и взрыва при несоблюдении правил эксплуатации – нельзя допускать перегрева сжимаемого газа сверх допустимой температуры 180°С.

Поршневые агрегаты бывают сальниковые и бессальниковые, одинарного или двойного всасывания (во втором случае поршень работает на обе стороны). Компрессоры одинарного действия называются бескрейцкопфными, двойного – крейцкопфными. «Плюсы» бескрейцкопфных компрессоров – единая система смазки, простой механизм, небольшой объем и вес. «Минус» — утечка газа через поршень в картер. Кроме того, такие компрессоры – исключительно одинарного действия, что не позволяет задействовать цилиндр максимально эффективно. Именно поэтому горизонтальные компрессоры, агрегаты высокого давления и большой мощности изготавливаются только крейцкопфными.

Разнообразие модификаций

Поршневые компрессоры производятся с разным количеством цилиндров, которые размещаются вертикально, горизонтально либо под углом – V- или W-образно. Многоступенчатые компрессоры комплектуются дифференциальными цилиндрами. По количеству рядов цилиндров поршневые компрессоры делятся на многорядные, двухрядные и однорядные. Они могут быть одно -, двух- и трехпоршневыми.

V — образный компрессор W — образный компрессор

Горизонтальные компрессоры с движущимися навстречу друг другу поршнями называются оппозитными.
Есть поршневые компрессоры с воздушными водяным охлаждением. Последнее предусматривается для агрегатов большой производительности. Выпускаются устройства большой, средней и малой производительности, а отдельно выделяются еще и мини-компрессоры.

По типу привода различаются установкис ременными прямым приводом. Из-за проскальзывания ременной передачи при запуске компрессоры с ременным приводом характеризуются меньшими динамическими нагрузками. Агрегаты с прямым приводом отличаются более низким уровнем шума и более высоким КПД при существенной экономии электроэнергии.

Все модели поршневых компрессоров можно классифицировать по уровню конечного давления. В зависимости от показателей на выходе бывают агрегаты высокого давления (до 1000 бар), среднего (до 100 бар) или низкого (до 12 бар).

А по исполнению компрессоры поршневого типа могут быть как стационарными (устанавливаются на неподвижной платформе), так и передвижными (самоходными, прицепными, переносными и транспортными). В ряде случаев им нет альтернативы.

Поршневые компрессоры. Устройство, виды, характеристики поршневого компрессора.

Устройство и работа поршневого компрессора

Поршневые компрессоры по конструктивным признакам сходны с поршневыми насосами. Конструктивная схема одноступенчатого компрессора с цилиндром двойного действия и индикаторная диаграмма представлены на рис. 4. Цилиндр компрессора, закрытый с обеих сторон крышками, имеет две полости. В стенках цилиндра в специальных коробах расположены всасывающий и нагнетательный клапаны, которые открываются и закрываются автоматически под действием перепада давлений между рабочей полостью и соответствующей камерой (всасывающей либо нагнетательной).

Рис. 4. Одноступенчатый поршневой компрессор двустороннего действия:

а — общая схема: 1 — цилиндр; 2 — поршень; 3 — шток; — крейцкопф; 5 — шатун; 6 — кривошип; 7, 8 — всасывающий и нагнетающий клапаны; б — индикаторная диаграмма: 1…4 — точки процесса; Vр — объем расширения мертвого протстранства; Vв — действительный объем всасывания

Цилиндры поршневых компрессоров чаще всего охлаждаются водой. Для этого в них предусмотрена специальная водяная рубашка. Небольшие компрессоры выполняют с воздушным охлаждением, а их поршень соединен непосредственно с шатуном (бескрейцкопфные компрессоры). В месте прохода штока через крышку цилиндра помещается уплотнение, называемое сальником. Перепад давлений, обеспечивающий открытие клапанов и преодоление их гидравлических сопротивлений, определяет дополнительные затраты работы по сравнению с идеальным компрессорным циклом (см. заштрихованные площадки на индикаторной диаграмме).

В рабочей полости цилиндра в конце нагнетания всегда остается газ объемом Vм, который называется объемом мертвого пространства. Этот объем определяется в основном размерами зазора между поршнем, находящимся в крайнем положении, и крышкой цилиндра. Зазор необходим для исключения удара поршня о крышку. Отношение объема мертвого пространства Vм к рабочему объему Vh, называется относительным объемом мертвого пространства:

a = Vм/Vh.

В большинстве цилиндров компрессоров a 3—4 (рис. 4), поэтому всасывание газа начинается не в начале хода поршня, а в конце процесса расширения, т. е. в точке 4.

Характеристики поршневого компрессора и регулирование подачи

Компрессор обычно подключается к системе трубопроводов, на которых установлены запорные, регулирующие и другие устройства. Совокупность этих устройств и трубопроводов называется сетью. Гидравлические свойства сети определяются ее характеристикой, т. е. зависимостью между расходом Vc и давлением рc в сети. Характеристика большинства газовых сетей имеет вид параболы.

Одной из важных характеристик компрессора является зависимость между подачей V0 и рабочим давлением р2: р2 = f(V0). В расчетном режиме подача поршневого компрессора практически не зависит от развиваемого давления и характеристики р2 = f(V0) для различной частоты вращения близки к вертикальным линиям (рис. 5).

Рис. 5. Характеристики работы поршневого компрессора на различные сети и при различной частоте вращения вала (n¢0, n¢0¢)

Пересечение характеристик компрессора и сети определяет рабочую точку А и рабочие параметры машины — подачу и давление. Расход газа в сети по условиям работы потребителей обычно непостоянен. Во избежание резких колебаний давления газа в сети необходимо изменять подачу компрессоров так, чтобы она всегда соответствовала потреблению. Регулирование подачи компрессора в настоящее время осуществляется следующими способами: отключением одной или нескольких машин при их параллельной работе на сеть, изменением частоты вращения вала компрессора, изменением объема мертвого пространства цилиндра, дросселированием потока на всасывании и отжатием пластин всасывающего клапана.

Периодические остановы компрессора (отключение от сети) возможны лишь при значительном и, главное, длительном снижении потребления газа. Очень часто отключение компрессора приводит к чрезмерному перегреву электропривода и выходу его из строя.

Изменение частоты вращения вала пропорционально изменяет подачу и индикаторную мощность машины. Такое регулирование можно осуществить в установках с приводом от турбины, ДВС и электродвигателя постоянного тока. В последнее время для изменения частоты вращения вала ши роко используется применение на приводных двигателях тиристорных преобразователей частоты, что позволяет регулировать подачу компрессора.

Изменение объема мертвого пространства достигается подключением к цилиндру отдельной полости постоянного или переменного объема. Подключение дополнительного объема мертвого пространства уменьшает объем всасываемого газа. Такой способ регулирования применяется на новейших компрессорах со средней и большой подачей.

Дросселирование газа на всасывании осуществляется задвижкой. В результате падения давления перед компрессором объемы всасываемого газа и подачи уменьшаются, но при этом растут степень повышения давления в цилиндре и связанная с ней температура. Во

избежание воспламенения смазки, применяемой в цилиндрах, температура газа на нагнетании не должна превышать 160—170 °С. Схема регулирования такого типа показана на рис. 6.

Рис. 6. Автоматическое устройство для регулирования подачи дросселированием на всасывании:

1 — компрессор; 2 — трубка; 3 — баллон; — поршневой механизм; 5 — дроссельная заслонка

Если расход из баллона 3 в сеть уменьшается, то при данной подаче компрессора 1 давление в баллоне 3 возрастает и, передаваясь по трубке 2 в полость поршневого механизма 4, воздействует на поршень, который, сжимая пружину, прикрывает дроссельную заслонку 5. Подача компрессора уменьшается, сравниваясь с расходом газа из баллона. Регулирующее устройство может быть настроено на требующуюся подачу натяжением пружины поршневого механизма 4. Благодаря простоте и автоматичности действия этот способ регулирования широко применяется при высоких степенях сжатия, но энергетическая эффективность его невысока.

Рис. 7. Регулирование подачи отжиманием пластин всасывающего клапана:

1 — импульсная трубка; 2 — баллон; 3 — вилка; — поршневой механизм; 5 — поршень

Отжимание пластин всасывающего клапана как способ регулирования подачи осуществляется по схеме,

показанной на рис. 7. Если вследствие уменьшения расхода в сети давление в баллоне 2 повысится, то повышенное давление, передаваясь по импульсной трубке 1 к поршневому механизму 4, преодолеет натяжение пружины и подвинет вниз поршень 5. Шток поршня имеет на конце вилку 3, рожки которой будут препятствовать пластине всасывающего клапана садиться на седло. При этом сжатие и подача газа не произойдут, потому что всасывающий клапан будет открыт и газ из цилиндра будет выталкиваться во всасывающий трубопровод. Вследствие этого произойдет пропуск сжатия и подачи. Это будет продолжаться до тех пор, пока давление в баллоне 2 не понизится и поршень 5 не приведет вилку 3 в нормальное положение, не препятствующее пластине клапана К плотно садиться на место. Таким образом, уменьшение подачи компрессора достигается здесь пропусками подачи. Это очень простой способ регулирования, но энергетическая эффективность его мала, так как на холостой ход при пропуске подачи затрачивается не менее 15% полной мощности. Такой способ регулирования применяется для компрессоров с любыми степенями сжатия и подачами.

Отжим клапанов линии всасывания в течение всего хода поршня приводит, как указывалось, к пропускам подачи, т.е. к снижению подачи компрессора до нуля. В настоящее время применяют отжим клапанов на части хода поршня, получая возможность плавного изменения подачи от номинальной до 0,1 номинальной.

Многоступенчатые компрессоры
Одноступенчатые поршневые компрессоры с водяным охлаждением цилиндра применяют в основном для сжатия газов до давления менее 0,6 МПа. Более высокое давление получают в многоступенчатых компрессорах с охлаждением газа в холодильнике после каждой ступени.
При сжатии газа температура его повышается. В табл. 6 приведены конечные температуры воздуха, сжимаемого при различных условиях в компрессоре от начальной температуры
t1 = 293 К. Так как компрессорные смазочные масла имеют температуру вспышки 3—533 К, то конечная
температура сжатия 3—493 К, получаемая при степени повышения давления eр= р2 / р1 = 8, является опасной. Электрические разряды невысокого потенциала, возникающие в проточной части компрессоров, могут вызвать возгорание нагара и затем, при достаточной концентрации масляных паров в воздухе, взрыв компрессора. Это ограничивает степень повышения давления в одном цилиндре компрессора.
Таблица 6. Температура сжатия при адиабатном и политропном процессах

ep
Конечная температура воздуха, К

Адиабатное сжатие
Политропное сжатие с охлаждением цилиндра
Политропное сжатие с охлаждением цилиндра и крышки
2
358
337
325
4
438
402
372
6
493
454
409
8
536
493
443
В современных компрессорах с водяным охлаждением степень повышения давления в одном цилиндре выше семи встречается редко. В отечественных конструкциях большой подачи e

р ≤ Если ep > 7, то процесс сжатия ведут в нескольких последовательно включенных полостях — ступенях давления — и при переходе из одной ступени в другую газ охлаждают в промежуточных охладителях.
Для достижения заданного значения eр принимают следующее число ступеней z:

eр
до 6
6—30
30—100
100—150
150 и более
z
1
2
4
5
6 и более
Увеличение числа ступеней усложняет конструкцию и увеличивает стоимость компрессора. Это обстоятельство обусловливает предел увеличения количества ступеней современных компрессоров.

Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением приближает рабочий процесс компрессора к изотермическому, поэтому при заданной степени повышения давления компрессора применение ступенчатого сжатия обеспечивает существенную экономию мощности приводного двигателя.
В многоступенчатых компрессорах с числом ступеней z при одинаковых работах отдельных ступеней изотермическая мощность компрессора определяется по формуле
Мощность на валу компрессора при указанном условии
Если работа отдельных ступеней неодинакова, то мощность на валу компрессора определяется как сумма отдельных ступеней.
В табл. 7—4.11 представлены характеристики поршневых компрессоров отечественного и зарубежного производства.
Таблица 7. Технические характеристики поршневых компрессоров ОАО «Мелитопольский компрессор»

Обозначение
Q, м³/мин
p, МПа
Nдв, кВт
Габариты (ДxШxВ), мм
Масса, кг
по условиям всасывания
по сжатому воздуху
Компрессоры среднего давления
2ВУ0,25-0,17/7,3
0,17
0,023
0,63
1,5
970x570x760
125
2ВУ0,25-0,3/7,3
0,3
0,041
0,63
3
998x430x828
129
2ВУ0,35-0,5/7,3
0,5
0,069
0,63
4
1028x460x885
137
2ВУ0,6-1,0/7,3
1,0
0,137
0,63
7,5
1355x505x975
250
3ВШ0,6-1,5/7,3А2
1,5
0,206
0,63
11
1560x930x800
380
3ВШ0.6-1,5/7,3А3
1,5
0,206
0,63
Привод от вала трактора
1580x980x800
360
ЭК-16/11
2,7
0,3
0,8
22
1874x957x1220
1485
4ВУ0,6-8/3,5У2
7,8
2,23
0,25
30
1830x1290x1180
995
4ВУ1-5/9М82 (сподогревом масла)
5
0,56
0,8
37
2030x960x1340
1250
4ВУ1-7/1Ш6
6,8
0,62
1
55
2030x960x1340
1220
3ВШ0,6-1/17М2
1,0
0,059
1,6
11
1230x830x840
340
2ВТ1-1,5/17УХЛ5
1,5
0,088
1,6
Привод от дизеля
2610x780x1 360
1650
2ВУ1,5-2,5/26М1
2,5
0,096
2,5
30
1540x1180x940
910
2ГУ1,5-2,4/26С
2,4
0,092
2,5
37
1590x1750x1300
1250
2ВУ2,5-2,5/310М5
2,5
0,083
3
30
1600x1180x1020
995
ЭКП-70/25М1
1,17
0,045
2,5
18,5
1520x730x1545
1046
ЭКП-210/25М1
3,5
0,135
2,5
55
2200x780x1655
2013
ЭКП-280/25М1
4,67
0,18
2,5
75
2400x780x1655
2215
Компрессоры высокого давления
К2-150
0,3
1,8 (1,3)
15(20)
—
441x435x480
82
ЭК2-150 (общепромышленное исполнение)
0,3
1,8 (1,3)
15(20)
7,5
1 010x435x668
197
ЭК2-150 (морское исполнение)
0,3
1,8 (1,3)
15(20)
7,5
1106x435x668
255
ЭКПА-2/150
0,3
1,8 (1,3)
15(20)
7,5
1100x640x715
310
КР-25
0,26
1,25
20
7,5
1100x850x870
325
АКР-2
0,3
1,8
15
7,5
1450x720x890
375
ВТ1,5-0,3/150
0,3
2
15
7,5
1400x750x860
405
Блок осушкиУБОВ-0,3/150М2
—
2
15
—
610x410x1 930
405
Таблица 8. Технические характеристики поршневых компрессоров ALUP (ременных двухступенчатых) фирмы «ABAC Group»

Модель
Объем ресивера, л
p, МПа
Подача,
м³/мин
Число цилиндров
Nдв, кВт
n, мин^–1
Габариты (ДxШxВ),см
Масса, кг
на входе
на выходе
HL
051522-350
350
1,5
515
420
2
4
975
114x54x71
135
HL
081523-500
500
1,5
810
675
3
5,5
770
135x57x75
165
HL
101523-500
500
1,5
1020
845
3
7,5
960
135x57x75
165
HL
131523-500
500
1,5
1296
1 075
3
11
1220
135x57x75
185
HL
151524-750
750
1,5
1625
1 360
4
11
910
168x60x78
340
HL
201524-750
750
1,5
2090
1 695
4
15
1170
168x60x78
340
HL
023522-250
250
3,5
210
160
2
22
675
98x41x68
90
HL
043522-500
500
3,5
400
292
2
4
780
114x54x71
145
HL
053522-500
500
3,5
500
380
2
5,5
975
114x54x71
155
HL
083523-500
500
3,5
800
525
3
7,5
765
135x57x75
220
HL
103523-500
500
3,5
1050
710
3
11
1000
135x57x75
220
Таблица 9. Технические характеристики поршневых компрессоров компании «Ингерсолл-рэнд»

Модель
Nдв, кВт (л.с.)
pmax, МПа
Объем ресивера, л
Q,м³/мин
Габариты (ДxШxВ), мм
Масса, кг
Компрессоры ТЗО «Стандарт»
АЕЗЕ30
2,2 (3)
1,1
200
230
138x49x98
140
AE3F40
3 (4)
1,1
270
310
146x49x103
160
AE3F55
4 (5,5)
1,1
270
420
146x53x106
180
AR3H75
5,5 (7,5)
1,1
500
560
187x53x116
260
АЕЗН100
7,5 (10)
1,1
500
820
187x74x126
315
АЕЗН150
11 (15)
1,1
500
1 200
187x71x138
425
АЕЗН200
15 (20)
1,1
500
1 0
187x71x138
435
АЕЗН250
18,5 (25)
1,1
500
2 200
187x83x152
580
АЕЗН300
22 (30)
1,1
500
2 0
187x83x152
600
Маслонаполненные компрессоры ТЗО
ЕЗЕ30
2,2 (3)
1,4
200
220
137x49x95
180
EЗF40
3 (4)
1,4
270
280
160x49x103
195
EЗF55
4 (5,5)
1,4
270
400
160x49x103
230
ЕЗН75
5,5 (7,5)
1,4
500
520
187x61x122
303
ЕЗН100
7,5 (10)
1,4
500
800
187x74x130
360
ЕЗН150
11 (15)
1,4
500
1 050
187x71x141
505
ЕЗН200
15 (20)
1,4
500
1 0
187x71x141
520
ЕЗН250
18,5 (25)
1,4
500
2 200
187x83x157
635
ЕЗН300
22 (30)
1,4
500
2 0
187x83x157
635
ЕЗХ30
2,2 (3)
1,4
—
220
82x49x50
90
ЕЗХ40
3 (4)
1,4
—
280
82x49x50
90
ЕЗХ55
4 (5,5)
1,4
—
400
85x53x53
115
ЕЗХ75
5,5 (7,5)
1,4
—
530
85x53x53
135
ЕЗХ100
7,5 (10)
1,4
—
800
106x74x66
183
ЕЗХ150
11 (15)
1,4
—
1 050
126x71x80
292
ЕЗХ200
15 (20)
1,4
—
1 0
126x71x80
292
ЕЗХ250
18,5 (25)
1,4
—
2 200
133x83x92
460
ЕЗХ300
22 (30)
1,4
—
2 0
133x83x92
480
Компрессоры ТЗО без смазки цилиндров
OL5F55
4 (5,5)
0,86
270
430
146x64x112
73
OL5X55
4 (5,5)
0,86
—
430
106x54x59
73
OL5F75
5,5 (7,5)
0,86
270
550
146x64x112
73
OL5X75
5,5 (7,5)
0,86
—
550
106x54x59
73
OL10h200
7,5 (10)
0,86
500
830
187x70x129
105
OL10X100
7,5 (10)
0,86
—
830
128x66x65
105
OL15h300
l5 (20)
0,86
500
1250
187x85x153
205
OL15X200
15 (20)
0,86
—
1250
133x85x89
205
OL25h300
22 (30)
0,86
500
2610
220x115x216
300
OL25X300
22 (30)
0,86
—
2610
185x94x116
300
2-OL15h300
15+15 (20+20)
0,86
500
2500
228x185x189
205
2-OL25Vh300
22+22 (30+30)
0,86
500
5220
228x185x216
300
Компрессоры ТЗО высокого давления
231Х30
2,2 (3)
3,5
—
140
87x51x51
100
7Т2Х100
75 (20)
3,5
—
630
124x67x84
275
5Т2Х200-35
15 (20)
3,5
—
1120
143x84x87
415
5Т2Х200-70
15 (20)
7
—
920
143x84x87
415
15Т4Х200
15 (20)
2,4
—
560
150x78x108
505
Н15Т4Х200
15 (20)
3,45
—
560
150x78x108
525
Таблица 10. Технические характеристики поршневых компрессоров малой производительности ЗАО «ВВТ»

Модель
p, МПа
Q ,м³/мин
Объем ресивера, л
Nдв, кВт
Габариты (ДxШxВ), мм
Масса, кг
Передвижные компрессоры
КМ-1
1
0,16
18
2,2
750x400x620
65
К-1
1
0,16
110
2,2
1 000x620x970
110
К-2
1
0,63
150
5,5
1 300x620x1 250
270
К-5
1
0,63
70
5,5
1 190x660x1 000
220
К-6
1
1
70
11
1 250x680x1 140
220
К-11
1
0,16
60
2,2
1 000x470x800
95
К-23
0,6
0,25
60
3,0
1 000x470x830
105
К-24 (СО-243)
0,6
0,5
70
4,0
1 150x540x980
130
К-25
0,6
0,5
150
4,0
1 300x620x1 150
150
К-26
1
0,6
120
5,5
1 150x540x1 100
125
К-28
1
0,5
120
4,0
1 150x540x1 100
128
К-31
1
1
190
11
1 500x750x1 300
360
КТ-16
0,8
1—1,5
300
Вал отбора мощности трактора
980
КТ-16Э
1
1
300
11
3 150×2 150×1 750
980
С-412М
1
0,16
10
2,2
750x400x500
72
Стационарные компрессоры
С-415М
1
0,63
250
5,5
1 750x600x1 350
330
С-415М1
1
0,63
500
5,5
2 100x700x1 0
380
С-416М
1
1
500
11
2 100x700x1 0
480
С-416М1
1
1
250
11
2 100x600x1 0
420
К-3
1
2
500
2×11
2 300x760x1 500
730
К-20
1,6
1
500
2×7,5
2 100x760x1 0
620
К-22
1,6
0,5
250
7,5
2 050x800x1 350
350
К-30
1
1,26
500
2×5,5
2 100x700x1 0
600
КВ-7 (вертикальный)
1
0,16
110
2,2
620x700x1 260
110
КВ-15
1
10
300
5,5
1 000x900x1 850
350
KB-18
1
0,6
210
5,5
800x670x1 700
205
Передвижные компрессоры, 220 В
МК-3
0,8
0,1
18
1,1
660x400x600
40
К-12
0,8
0,16
60
2,2
1 000x470x800
95
К-14
0,8
0,2
60
1,1
900x450x750
70
К-29
0,8
0,16
22
2,2
780x450x620
75
Таблица 11. Компрессоры маслосмазываемые поршневые с V-образной компоновкой фирмы «Атлас Копко»

Модель
рmax, МПа
Q, л/с (м³/мин)
Уровень шума , дБ
Мощность привода, кВт
10-барные версии
LE 2-10
1
3,4 (0,2)
78/65/63
1,5
LE 3-10
1
4,4 (0,26)
79/66/64
2,2
LE 5-10
1
8,4 (0,5)
79/66/64
4
LE 7-10
1
11,7 (0,7)
80/70/68
5,5
LE 10-10
1
15,7 (0,94)
81/70/68
7,5
LE 15-10
1
18,6 (1,12)
84/73/70
11
LE 20-10
1
23,9 (1,43)
85/73/70
15
15-барные версии
LT 2-15
1,5
3,2 (0,19)
78/65/63
1,5
LT 3-15
1,5
4,1 (0,25)
79/66/64
2,2
LT 5-15
1,5
6,7 (0,4)
79/66/64
4
LT 7-15
1,5
9,2 (0,55)
80/70/68
5,5
LT 10-15
1,5
11,7 (0,7)
81/70/68
7,5
20-барные версии
LT 2-20
2
2,2 (0,13)
78/65/63
1,5
LT 3-20
2
3 (0,18)
79/66/64
2,2
LT 5-20
2
5 (0,3)
79/66/64
4
LT 7-20
2
6,7 (0,4)
80/70/68
5,5
LT 10-20
2
9,1 (0,55)
81/70/68
7,5
LT 15-20
2
15,1 (0,91)
86,5/77/72
11
LT 20-20
2
18 (1,08)
86/80/75
15
30-барные версии
LT 3-30
3
2,8 (0,17)
79/64
2,2
LT 5-30
3
4,9 (0,29)
79/64
4
LT 7-30
3
6,4 (0,38)
80/68
5,5
LT 10-30
3
8,5 (0,51)
81/68
7,5
LT 15-30
3
9,28 (0,56)
85/76
11
LT 20-30
3
17 (1,02)
86/80
15
Для компрессоров LE, LT 15, LT 20 уровень шума указан следующим образом: компрессор на ресивере без кожуха/компрессор в кожухе на ресивере/компрессор в кожухе на раме.
Для компрессоров LT 30 уровень шума указан следующим образом: компрессор без кожуха на раме/компрессор в кожухе на раме.
Типы поршневых компрессоров – виды приводов, классификация
Поршневые компрессоры – большая группа агрегатов, которые различаются устройством и принципом работы, конструкцией привода и рядом других параметров. Чтобы не ошибиться при выборе компрессорного агрегата, следует знать и различать типы поршневых компрессоров. Предлагаем узнать об их разновидностях подробно.

Виды компрессорных агрегатов
Есть множество признаков, по которым компрессорные установки отличаются друг от друга. Каждая модель подходит для тех или иных задач, поэтому важно учесть все признаки. Популярны следующие виды установок:

Одинарного и двойного воздействия.

Масляного и безмаслянного сжатия.

Горизонтальные, вертикальные, угловые.

Одноступенчатые и многоступенчатые.

По величине рабочего давления компрессорные агрегаты делятся на установки низкого, среднего и высокого давления – от 5 до 12 бар, от 13 до 100 бар, от 101 до 1000 бар соответственно. Есть и классификация поршневых компрессоров по типу установки: стационарные и мобильные. Первые преимущественно для промышленного и полупромышленного использования, мобильные часто используются в бытовой сфере, например, в мастерской.
Классификация по типу привода
Большое значение при выборе компрессорного оборудования имеет строение привода, посредством которого электродвигатель соединяется с коленчатым валом и шатуном поршня. По этому признаку выделяют два вида:

Прямой. Коленчатый вал находится на одной оси с валом электродвигателя. Соединение происходит непосредственно. Достоинства – высокий КПД, экономия электроэнергии, низкий уровень громкости.

Ременной. Поршневая группа и электродвигатель располагаются рядом друг с другом параллельно, их валы соединены ремнем. Достоинства – компактность, маленькие динамические нагрузки на запуске.

Такие типы приводов поршневого компрессора хорошо подходят для тех или иных условий эксплуатации, и нельзя однозначно сказать, какой вариант лучше. Ременные компрессорные установки оптимально подходят для продолжительных сеансов эксплуатации в промышленной сфере. Безременные модели отличаются меньшей мощностью по сравнению с ременными, по причине чего обычно эксплуатируются в полупромышленных целях.

Классификация по числу ступеней
От количества цилиндров и ступеней напрямую зависит КПД, производительность и рабочее давление установки – главные характеристики компрессорного агрегата. По числу ступеней устройства делятся на две категории:

Одноступенчатые. Воздух внутри такого устройства сжимается только один раз внутри одного цилиндра, после чего устремляется в магистраль и поступает в ресивер, откуда подается прямиком к потребителю.

Многоступенчатые. После сжатия в первом цилиндре воздух попадает в охладитель, где охлаждается и попадает во второй цилиндр, как правило меньшего размера, и только после этого идет в магистраль.

Большинство компрессорных установок по числу цилиндров делятся на одноцилиндровые, двухцилиндровые и трехцилициндровые. Первые широко используются в быту, а остальные два уже в промышленных задачах.
Чем больше количество цилиндров и ступеней сжатия, чем выше максимальное рабочее давление, и тем выше КПД и производительность оборудования. В многоступенчатых видах поршневых компрессоров большую роль играет эффективное охлаждение воздуха. Если его перегреть выше температуры +180°С, возникает вероятность взрыва с последующим возгоранием. Встроенный в агрегат компрессор предотвращает опасные последствия.
Применение поршневых компрессоров на современных предприятиях
Использование поршневых компрессоров в промышленности стартовало еще в начале прошлого столетия. Это один из первых изобретенных типов компрессоров, который способствовал прогрессу и развитию производственных мощностей, с которыми мы имеем дело на сегодняшний день. Область применения компрессоров, которые используют силу движения поршня при сжатии рабочих сред, достаточно многообразна.
В поршневых компрессорах, сжатие среды происходит вследствие движения поршня. Когда компрессор работает, поршень движется вверх и вниз в цилиндре. Система клапанов используется, чтобы впустить сжимаемую среду в агрегат и выпустить затем сжатую среду.
Область применения определяется в первую очередь наличием неоспоримых преимуществ компрессоров данного типа.
Преимущества поршневых компрессоров:
создание высокой степени сжатия (нижняя граница производительности без ограничений)

высокий кпд

относительная умеренная стоимость

техническое обслуживание удобно (простое внутреннее устройство)

возможность использования в качестве дожимного оборудования

Благодаря этим преимуществам можно предположить, что поршневой компрессор для воздуха или газа ещё долго будут использовать во многих технологических процессах в различных предприятиях.
Поршневые промышленные компрессоры используют в таких технологических процессах, где актуальны высокая надежность и работоспособность при длительной непрерывной эксплуатации.
Ниже представлены основные области применения промышленных поршневых компрессоров:
установки для разделения воздуха

биогаз

химическая промышленность

криогенная техника

повышенное извлечение нефти из пластов

защита окружающей среды и восстановительные природоохранные мероприятия

этилен-оксид / гликоль

производство удобрений

производство продовольствия, напитков

заполнение баллонов для сжатого газа

нагнетание газа

гидродесульфурация

гидроочистка

переработка газ промышленного назначения

хранилище для природного газа

нефтегазовая промышленность

нефтехимическая промышленность

очистка нефти

заводы по производству полиэтилена

производство полиэтилена низкой плотности

производство полимеров

производство полипропилена

производство поликремния

магистральных трубопроводах

металлургия

производство синтетического топлива

подземное газохранилище

процессы оксидирования

поршневые компрессоры находили свое применение также в установках каталитического риформинга

и прочее.

Поршневые промышленные компрессоры используют для сжатия следующих рабочих сред:
воздух и различные некоррозивные газы и газовые смеси

аммиак

аргон

бензол

сухой газ

бензол, толуол, ксилол

двуокись углерода

окись углерода

хлор

криогенный газ

пыленасыщенный газ

этилен

этиленвиниловый ацетат

газы под высоким давлением

высококоррозионные газы

газообразные углеводороды

водород

хлороводород

сероводород

сжиженный природный газ

сжиженный углеводородный газ

смешанные газы

природный газ

азот

кислород

технологический воздух

хладагенты

толуол

токсичные газы

летучие горючие вещества

ксилол

и другие.

Создание безцилиндровой смазки открыло новые перспективы в применении поршневых компрессоров. В этом случае произошла смена уплотнителей поршня и сальников на самосмазываемый тип, с применением композиционных материалов, что в результате предотвращает износ цилиндров и штоков и как следствие обеспечивает правильно функционирующий технологический процесс на производстве.
Многие нефтеперерабатывающие заводы практикуют использование компрессоров без смазки цилиндров и сальников. Применение поршневых сухих компрессоров при производстве пропилена оправданно т.к не происходит адсорбирования масла на алюмогеле в процессе осушки пропилена.
Поршневые компрессоры хорошо зарекомендовали себя при работе со сжатым воздухом – важнейшим ресурсом большинства промышленных предприятий. Бесперебойное производство сжатого воздуха основное условие для нормального функционирования предприятия в целом.
Когда существует небольшая потребность в сжатом воздухе, актуальным становится использование полупрофессиональных поршневых установок и бытовых поршневых компрессоров. Бытовые поршневые компрессоры обычно используют в мастерских, занимающихся ремонтом, на станциях техобслуживания автомобильного транспорта, при строительных работах.
Их отличия компактный дизайн, приемлемая стоимость, работа в условиях малых и повышенных нагрузок. Одноступенчатые компрессоры для давлений преимущественно примерно до 8 бар, в то время как версии с несколькими ступенями могут производить до 16 бар. При этом режим работы с перерывами. Уровень нагрузки компрессора с воздушным охлаждением не должен превышать 60-70%. Некоторые производители рекомендуют максимальное время работы в день для таких установок до 4часов и после 2х минут работы желателен перерыв на 1,5 минуты.
Типичное применение:
сушка

подкачка

покраска

распыление воды

гайковерты

выдергивание гвоздей

мойки высокого давления

пескоструйная обработка

забивание гвоздей и скобок

профессиональный обдув

профессиональное завинчивание

профессиональная порошковая окраска

пневматические ключи ударного действия и трещеточные ключи

накачивание шин грузовых автомобилей

Некоторые бесшумные модели поршневых компрессоров устанавливают в помещениях, вблизи рабочих мест.
Типичным применением могут быть:
распыление жидкостей в промышленных целях

пневмомолотки и ключи ударного действия.

профессиональные трещеточные ключи и мойки высокого давления.

грунтовка под покраску.

Поршневые компрессоры как часть систем со сжатым воздухом используются в производстве продовольствия и напитков, например для очистки контейнеров (перед наполнением продуктом), автоматической сортировки продукции и систем упаковки продукции. Сжатый воздух используется здесь также в производственном процессе, таком как бутилирование.
Для некоторых применений наличие масла в сжатом воздухе не представляет проблемы. Но в некоторых ситуациях требуется воздух без содержания масла.
Безмасляные поршневые компрессоры обладают рядом преимуществ, таким как экологичность – нет утечек и разлития масла. Их безопасность подкрепляется в том числе отсутствием риска возгорания, связанным с разлитием масла вблизи электропроводов. Масло не аккумулируется в воздухосборнике. В таких компрессорах меньше составных частей, а это в свою очередь означает, что потребуется меньше запасных частей и меньше технического обслуживания в этой связи. Срок службы сопутствующего оборудования будет более долгим. На то, чтобы привести в движение безмаслянный поршневой компрессор требуется меньше энергии, а это делает применение таких компрессоров более экономичным для предприятия. Все эти преимущества заставляют пользователей делать выбор в пользу этого типа компрессоров.
Типичная область применения от пищевой промышленности и производства напитков, цифровой печати и сортировки риса до медицины и железнодорожной отрасли.
Некоторые компании нуждаются в сжатом воздухе, свободном от масла, чтобы в последствии использовать сжатый воздух для очистки чувствительных схемных плат. Сжатый воздух также может быть использован для очистки машин, которые вовлечены в производственный процесс, который напрямую связан с электрическими схемами.
Фармацевтические компании также уделяют большое внимание чистому воздуху в производственном процессе своей фармацевтической продукции. Безмасляные поршневые компрессоры находят свое применение в таких случаях.
В текстильной промышленности, сжатый воздух используется для текстильных станков с воздушными форсунками.
Такие безмасляные поршневые компрессоры можно встретить в медицинской отрасли. Как правило, такие компрессоры обладают компактными габаритами и малым весом, что позволяет перемещать их на любые расстояния и в любом положении.
Безмасляные компрессоры также нужны при производстве мягкой и корпусной мебели, небольших окрасочных работ, для питания стоматологических устройств.
Основные узлы и детали поршневых компрессоров
⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 17Следующая ⇒

Коленчатые валы

Коленчатый вал предназначен для передачи вращательного движения от привода к шатуну. Он является одной из главных деталей поршневого компрессора. В холодильных компрессорах валы обычно выполнены с двумя шатунными шейками, смещенными друг относительно друга на (рисунок 9)

Рисунок 9 – Коленчатые валы в сборе

а-компрессора АУ45; б-компрессора П110

1-шестерня промежуточная ; 2-валик промежуточной шестерни; 3-гайка; 4-шестерня привода маслонасоса; 5-упорное кольцо; 6-крышка корпуса; 7-корпус подшипника; 8-подшипник качения; 9-заглушка; 10-коленчатый вал; 11-пробка.

На щеках вала имеются литые съемные противовесы, которые служат для уравновешивания сил и моментов инерции.

В некоторых малых компрессорах применяются консольные или эксцентриковые валы, двухколенные. Валы выполняют цельноковаными, штампованными или литыми. Для компрессоров с принудительной смазкой коленчатые валы изготавливают со специальными просверленными масляными каналами. При смазке разбрызгиванием на валу (иногда на шатунах) устанавливают захватывающие устройства.

Для коленчатых валов применяют высококачественную углеродистую сталь 40, 45 или легированную сталь 40Х с последующей термообработкой. Поверхность шатунных и коренных шеек доводят до твердости 48-62НRС.

Картеры

Картеры и блок-картеры являются основной несущей конструкцией поршневых компрессоров. В них расположены коленчатый вал, шатунно-поршневая группа и система смазки. Основные требования, предъявляемые к картерам-достаточная прочность и жесткость. Картеры и блок-картеры воспринимают силы, возникающие при работе компрессора и передают на фундамент реакцию от крутящего момента, неуравновешенные силы и моменты от сил инерции движущихся масс, а также вес компрессора. Для наблюдения за уровнем масла в картере предусмотрено смотровое окно, а для обеспечения доступа к кривошипно-шатунному механизму и масляному насосу имеются боковые и торцевые съемные крышки.

Картеры изготавливают обычно литыми из чугуна СЧ18 или СЧ21, иногда сварными из стального листа. В малых компрессорах транспортных машин для уменьшения массы применяют алюминиевые сплавы.

Цилиндры

В цилиндрах осуществляются рабочие процессы компрессора: разряжение, всасывание, сжатие и нагнетание пара холодильного агента. В крейцкопфных компрессорах цилиндры выполняются в виде самостоятельных отливок, в которых размещают нагнетательные и всасывающие клапаны. Цилиндры бескрейцкопфных блок-картерных компрессоров имеют сменные гильзы на скользящей посадке. Стенки цилиндров воспринимают силы от давления пара холодильного агента, а также силы со стороны поршней (горизонтальные составляющие веса и инерционные силы).

Цилиндры и гильзы цилиндров (рисунок 10) выполняют из чугуна СЧ21 или СЧ24 легированного присадками. Их твердость находится в пределах НВ 170-241.

Рисунок 10 – Гильзы компрессоров

а – прямоточного компрессора АУ-45; б – непрямоточного компрессора П110

Поршни

Поршень предназначен для создания разряжения в цилиндре компрессора при увеличении его внутреннего объема и сжатия пара хладагента при уменьшении внутреннего объема. По конструкции различают дифференциальные, дисковые и тронковые поршни.

Дифференциальные поршни (рисунок 11а) применяют в компрессорах многоступенчатого сжатия. Поршни изготавливают как цельными, так и составными. Двухступенчатые дифференциальные поршни горизонтальных компрессоров выполняют подвешенными на штоке. Более сложные поршни делают скользящими по поверхности цилиндра. Компрессоры с дифференциальными поршнями применяют в основном для сжатия различных газов и в холодильной технике большого практического значения не получили.

Дисковые поршни используются в крейцкопфных холодильных компрессорах (рисунок 11б). Дисковые поршни делают обычно полыми и днища соединяют между собой ребрами. Высота поршня компрессора небольшая и определяется из условия размещения на нем уплотнительных колец.

Рисунок 11 – Поршни компрессоров

а – дифференциальный; б – дисковый; в – тронковый непроходной; г – тронковый проходной.

Поршни крейцкопфных компрессоров могут подвешиваться на штоке или опираться на рабочую поверхность цилиндра. В последнем случае дисковый поршень снабжают дополнительной несущей поверхностью, воспринимающей вес поршня.

Тронковые поршни применяют в холодильных бескрейцкопфных компрессорах, они соединяются непосредственно с шатуном при помощи поршневого пальца. В непрямоточных бескрейцкопфных компрессорах применяют тронковые непроходные поршни, которые имеют вид перевернутого вверх дном стакана (рисунок 11в). На верхней части поршня имеются канавки для уплотнительных и маслосъемных колец. В отечественных конструкциях принято применять два-три уплотнительных и одно маслосъемное кольцо. Прямоточные бескрейцкопфные компрессоры снабжены тронковыми проходными поршнями. Проходной поршень не имеет дна, вместо которого устанавливается клапанная доска с всасывающими клапанами (рисунок 11г). Форма поршня удлиненная, где предусмотрены окна или каналы для прохода пара холодильного агента из всасывающего трубопровода к всасывающим клапанам.

Тронковые поршни выполняют из высококачественных чугунов СЧ21, СЧ24 или алюминиевых сплавов АЛ10В, АЛ30. Для малых поршней (диаметром до 50мм) без уплотнительных колец применяют чугун, алюминиевые сплавы или низкоуглеродистую автоматную сталь.

Поршневые кольца

Поршневые кольца бывают двух типов: уплотнительные и маслосъемные.

Рисунок 12 – Поршневые уплотнительные кольца.

Уплотнительные (компрессионные) кольца (рисунок 12) предназначены для уплотнения зазора между поршнем и цилиндром с целью уменьшения утечек пара из полости сжатия в полость всасывания. Уплотнение обеспечивается упругостью колец или экспандеров, давлением пара в канавку поршня и лабиринтным действием набора колец.

Маслосъемные кольца служат для удаления со стенок цилиндра смазочного масла, уменьшая тем самым попадание его в нагнетательную полость и теплообменные аппараты.

Рисунок 13 – Маслосъемное поршневое кольцо

а — коническое; б — с проточенной поршневой канавкой.

Наиболее распространенными являются два типа маслосъемных колец: конические (рисунок 13а) и с проточной кольцевой канавкой (рисунок 13б). Действие конического кольца основано на том, что при переходе поршня вверх масло попадает в клиновидный зазор и остается на стенках цилиндра. При обратном движении поршня вниз, масло снимается кольцом с зеркала цилиндра, собирается в канавку под кольцом и через отверстия в поршне стекает внутрь поршня, а затем в картер. У кольца с проточкой на внешней поверхности сделана кольцевая канавка, в которую входит ряд отверстий, просверленных в стенке поршня. Данное кольцо обеспечивает стекание масла в картер как при ходе поршня вверх, так и при его ходе вниз.

Рисунок 14 – Виды замков поршневых колец

а – прямой; б – косой; в – в нахлёстку

Для удобства сборки все поршневые кольца имеют разрез, называемый замком. Различают следующие конструкции замков: прямой, косой и в нахлестку (рисунок 14). В рабочем состоянии замок имеет некоторый зазор для компенсации теплового расширения материала, через который происходит основная перетечка пара. В связи с этим лучшими являются замки внахлестку, но изготовление их значительно дороже. В холодильных компрессорах в основном используются кольца с прямым и косым замком.

Поршневые кольца выполняют из чугуна СЧ24 или композиционных соединений ТНК2-Г5 (на основе капрона), Ф40С8Г4, Ф4К-20, флубона 4 (на основе фторопласта). В последнем случае для упругости колец применяют специальные радиальные или тангенциальные экспандеры, которые размещены в канавке поршня и прижимают кольца к цилиндру. Неметаллические материалы имеют сравнительно низкий коэффициент трения и существенно снижают износ зеркала цилиндра.

Шатуны

Шатун (рисунок 15) служит для преобразования вращательного движения коленчатого вала в поступательное движение поршня. Он соединяет шатунную шейку вала с поршнем или крейцкопфом. Шатун состоит из трех частей: верхней (поршневой) головки, стержня и нижней (шатунной) головки. Верхняя головка шатуна выполняется неразъемной с запрессованной бронзовой или латунной втулкой. Нижняя головка при коленчатом вале – разъемная, скрепленная шатунными болтами.

Для снижения коэффициента трения и предотвращения износа шатуна в нижней головке применяются съемные вкладыши из сплавов на базе олова (баббиты), из алюминиевых сплавов и сплавов из свинцовых бронз.

В малых холодильных компрессорах применяются также цельноалюминиевые и бронзовые шатуны, которые не имеют ни втулок ни вкладышей. Таким шатунам соответствует прямой вал с эксцентриком. Форма разъема (с прямым или косым разъемом) предусматривает свободный проход шатунно-поршневой группы через цилиндр при сборке и ремонте компрессора.

Шатуны со сменными вкладышами изготавливают из конструкционной углеродистой стали 40 или 45.

Рисунок 15 – Шатуны поршневого компрессора

а-с косым разъемом; б-с прямым разъемом;

Клапаны

Всасывающий и нагнетательный клапаны осуществляют газораспределение пара холодильного агента при работе компрессора.

Всасывающий клапан предназначен для пропуска пара хладона из полости всасывания в полость цилиндра при движении поршня сверху вниз. Он открывается при достижении давления в цилиндре несколько ниже (до 0,3 ) давления всасывания. Когда давление в цилиндре выше давления всасывания – клапан закрыт.

Нагнетательный клапан служит для выпуска пара холодильного агента из полости цилиндра в нагнетательную полость при движении поршня снизу вверх. Он открывается при достижении давления в цилиндре выше (до 0,7 ) давления нагнетания. При давлении в цилиндре ниже давления нагнетания – клапан закрыт.

В компрессоре клапаны могут располагаться различным образом: в крышке цилиндра, радиально по бокам цилиндра, по бокам непосредственно у зеркала, в днище поршня и т. д.

Основными элементами любого клапана являются пластина, седло, на котором лежит пластина, закрывая сечение для прохода, и направляющая пластина (розетка) для ограничения подъема над седлом. Во многих компрессорах пластины прижимаются к седлу пружиной.

В холодильных компрессорах применяются кольцевые, полосовые, пятачковые и лепестковые клапаны. Эти клапаны, как правило, самодействующие, то есть открываются под действием разности давлений с двух сторон, а закрываются под действием упругой пластины или пружины.

Кольцевые клапаны применяются в основном в средних и крупных непрямоточных компрессорах. Пластины клапанов имеют кольцевую форму, толщина которой равна мм. Для обеспечения своевременного закрывания клапана по периметру пластины размещены цилиндрические стальные пружины.

Рисунок 16 – Нагнетательный клапан с пятачковой пружиной

1 — розетка; 2 — направляющая втулка.

Пятачковые клапаны применяются чаще всего в компрессорах малой и средней производительности (рисунок 16). Пластины пятачковых клапанов имеют круглую форму (форму пятака) и прижимаются к седлу при помощи рабочей пружины. Клапаны такого типа имеют лучшую статическую полость, что играет положительную роль в автоматизированных компрессорах.

Полосовые клапаны используются преимущественно в прямоточных компрессорах. В них всасывающие полосовые клапаны расположены в верхней части поршня (рисунок 17). Пластина клапана, свободно лежащая на седле, при подъеме прижимается к ограничителю, форма которого соответствует линии прогиба, равномерно нагруженной балки на двух опорах. Эти клапаны имеют малый относительный мертвый объем.

Рисунок 17 – Полосовой нагнетательный клапан компрессора АУ200

1 — седло; 2 — розетка; 3 — пластина; 4 — ограничитель; 5 — штифт; 6 — болт; 7 — шайба стопорная.

Лепестковые клапаны представляют собой пластины различной конфигурации. Пластины, как правило, консольного типа, закреплены с одной стороны штифтами. Другой конец пластины свободно поднимается над клапанной доской, пропуская пар. Такие клапаны используются в компрессорах малой производительности.

Для предотвращения аварии при попадании жидкости в полость цилиндра служит буферная пружина. Она обеспечивает возможность увеличения подъема клапанной пластины в случае влажного хода компрессора.

Седла и розетки клапанов выполняются из термообработанной углеродистой стали 45,40Х, из высококачественного чугуна СЧ21 или стального литья по выполненным моделям. Для клапанов применяются листовые хромистые легированные стали Х18Н9Т, 70С2ХА, 30ХГСА и др. с термической обработкой, с обработкой в расплаве синтетических сплавов или стали электрошлакового переплава.

Крейцкопфы

Крейцкопф служит для соединения штока с шатуном и является частью кривошипно-шатунного механизма крейцкопфного компрессора. Он соединяется со штоком с помощью специального болтового соединения, а с шатуном-с помощью пальца. Крейцкопф воспринимает на себя все боковые нагрузки, действующие на шатуннопоршневую группу.

Корпус крейцкопфа отливают из стали 40,45, а башмаки — из серого чугуна СЧ21 с баббитовой заливкой. Палец крейцкопфа изготавливают из углеродистой стали 20 и 45 или 20Х и 40Х.

Штоки

Штоки применяются для соединения поршня с крейцкопфом в крейцкопфных компрессорах. В современных конструкциях компрессоров применяются в основном штоки, представляющие собой цилиндрическую деталь с участками различного диаметра. На переднем штоке (со стороны крейцкопфа) выполнена резьба, с помощью которой он закрепляется в крейцкопфе. Для фиксации поршня на штоке предусмотрен упорный цилиндрический бурт и специальная гайка, которая навинчивается на задний конец штока (со стороны поршня).

Шток изготавливается из углеродистой стали 20,35 и 40.

Сальники

Сальники служат в бескрейцкопфных компрессорах для уплотнения вала, выступающего из картера, а в крейцкопфных — также и для уплотнения штока. Правильная работа сальников обеспечивает герметичность компрессора и надежность его работы.

Сальники штоков крейцкопфных компрессоров выполняются многокамерными с разрезными чугунными или алюминиевыми кольцами. На наружной поверхности колец имеются пружины, которые стягивают разъемные части кольца и прижимают их радиально к штоку. Смазку сальника и штока крейцкопфного компрессора производят от насоса-дубликатора через специальный фонарь.

Для уплотнения выходного кольца коленчатого вала компрессора применяют сальники с кольцами торцевого трения. Они состоят из двух трущихся колец, одно из которых вращается вместе с валом, а другое неподвижное, плотно соединенное с крышкой сальника. Кольца прижимаются друг к другу или с помощью сильфона или с помощью пружин. Плотность и герметичность между кольцами достигается за счет силы сильфона (сильфонные сальники) или пружины, которая давит на вращающееся кольцо.

Односторонние сальники применяются в компрессорах со смазкой разбрызгиванием, двухсторонние с принудительной системой смазки для создания избыточного давления в полости сальника (рисунок 18).

В качестве пар трения применяют закаленную легированную сталь 15Х, 20Х и один из следующих материалов: фосфористую бронзу, чугун, композиционный материал на основе графита, пластмассу. В настоящее время наиболее часто используется пара трения сталь – композиционный материал на основе графита АГ-1500Б83, АПГ-Б83, которые имеют наименьший коэффициент трения и могут работать без смазки.

Рисунок 18 – Сальник компрессора П80

1-неподвижное металлографитовое кольцо; 2-вращающееся с валом (подвижное) стальное кольцо; 3,9-штифты; 4-крышка сальника; 5-шарик; 6-нажимное кольцо; 7-резиновое кольцо; 8-прокладка; 10-пружина;11-ведущее кольцо (обойма).

Системы смазки компрессора

Смазка компрессора необходима для снижения коэффициента трения и отвода теплоты от кинематических пар. Смазка уменьшает износ и нагрев движущихся частей компрессора, снижает расход потребляемой энергии, а также создает дополнительную плотность в сальниках, поршневых кольцах и клапанах.

Для смазки бескрейцкопфных компрессоров, работающих на фреоне, используются масла ХФ, ХС, ХМ и др. Аммиачные компрессоры смазываются маслом марок ХА. В крейцкопфных компрессорах для смазки открытого кривошипно-шатунного механизма применяется масло “Индустриальное-45” или машинное — марки СУ.

В современных холодильных поршневых компрессорах применяют различные системы смазки — разбрызгиванием (барботажная смазка), принудительная и комбинированная.

Смазку разбрызгиванием применяют обычно в малых компрессорах. В них часть нижних головок шатунов или противовесов погружена в масляную ванну картера. При вращении коленчатого вала масло разбрызгивается по всему внутреннему объему компрессора, смазывается тем самым все поверхности трения.

В компрессорах большой производительности для смазки трущихся поверхностей применяется принудительная смазка с помощью масляного насоса, который приводится в движение от коленчатого вала. Масло насосом подается в полость сальника, а оттуда по специальным отверстиям в коленчатом вале направляется к шатунным шейкам (рисунок 19).

Рисунок 19 – Принудительная система смазки поршневого компрессора.

1-масляный насос; 2-всасывающая масляная трубка; 3-нагнетательная масляная трубка; 4-фильтр грубой очистки масла; 5-фильтр тонкой очистки масла; 6-жидкое смазочное масло; 7-масляные каналы коленчатого вала; 8-входное отверстие коленчатого вала; 9-выходные отверстия в шатунных шейках.

Для смазки втулки верхней головки шатуна и поршневого пальца предусматриваются специальные сверления в стержне шатуна или отдельные трубки, через которые масло поступает от шатунной шейки коленчатого вала. В качестве масляных насосов используются центробежные, шестеренчатые, ротационные или плунжерные насосы, приводимые в действие от коленчатого вала, через зубчатую передачу.

Комбинированная система смазки используется в компрессорах средней производительности и в некоторых крупных компрессорах. Здесь кривошипно-шатунный механизм смазывается принудительно от масляного насоса, а шатунно-поршневая группа и стенки цилиндра смазываются за счет масляного тумана.

Схема принудительной подачи масла от шестеренчатого насоса к нижним головкам шатунов, через сверления в коленчатом валу показана на рис.19.

В крейцкопфных компрессорах смазку кривошипного механизма производят от масляного насоса, а зеркало цилиндров, поверхности трения поршней и сальники штоков — многоплунжерными дубликаторами. Дубликаторы и насосы приводятся в действие индивидуальными электроприводами.

Марка компрессоров

Каждому типоразмеру компрессоров соответствует свое определенное обозначение-марка компрессора.

В марку, согласно ГОСТам, входит буква, обозначающая холодильный агент, расположение цилиндров, степень герметичности компрессора, число ступеней сжатия, температурный режим работы, стандартная холодопроизводительность и др. Холодильный агент в марке обозначается начальной буквой его названия: аммиак-А; фреон-Ф и т.д. Направление осей цилиндров показывается буквами В, О, У, УУ, что соответствует обозначению:

В— вертикальный,О— оппозитный, У— Vобразный, УУ— веерообразный.

Буквы Г и БС показывают, что компрессор герметичный (Г) или бессальниковый (БС), сальниковый компрессор буквой не обозначают. Режим работы герметичных компрессоров показывается: буквой В-высокотемпературный, С-среднетемпературный и Н-низкотемпературный. После буквенных обозначений в конце марки пишется число, показывающее холодопроизводительность компрессора при стандартном температурном режиме. За цифрами могут быть буквы РЭ, означающие, что компрессор с электромагнитным регулированием производительности.нце марки пишется чисый, С-среднетемпературный и Н-низкотемпературный.

1.4 Классификация поршневых компрессоров
Холодильные поршневые компрессоры классифицируются по множеству отличительных особенностей, из которых наиболее значительные следующие:
1. По виду рабочего вещества холодильные компрессоры делятся на аммиачные, фреоновые, пропановые, воздушные и др.
Детали и узлы компрессоров изготавливают из таких конструкционных материалов, которые не вступают в химическую реакцию с холодильным агентом. Например, в аммиачных компрессорах исключается применение медных деталей, так как аммиак окисляет медь, что может привести к нежелательному омеднению стальных поверхностей. Фреоны являются наиболее текучими холодильными агентами. Поэтому, во избежание утечек, к материалам блок-картеров предъявляются повышенные требования (отсутствие микротрещин, раковин, рисок и т. д.).
2. По диапазону работы на высоко-, средне- и низкотемпературные.
Для высокотемпературных компрессоров стандартная температура кипения холодильного агента равна, для среднетемпературных компрессоров,для низкотемпературных.
3. По холодопроизводительности на малые, средние и крупные.
К малым относятся компрессоры, имеющие холодопроизводительность менее 12 кВт, к среднимот 12 до120 кВт, к крупным —более 120кВт при стандартном среднетемпературном режиме.
4. По конструкции кривошипно-шатунного механизма: крейцкопфные и бескрейцкопфные. (рисунок 3)
Рисунок 3 – Конструкции механизма движения компрессора.
а) крейцкопфный; б) бескрейцкопфный;
1-цилиндр;2-шатун; 3-поршень; 4-коленчатый вал; 5-крейцкопф; 6-шток; 7-нагнетательный клапан; 8-всасывающий клапан.
В крейцкопфных конструкциях компрессоров (рисунок 3а) движение от шатуна к поршню передается через специальный механизм-крейцкопф и шток. В бескрейцкопфных компрессорах движение от шатуна непосредственно передается поршню (рисунок 3б). В крейцкопфных компрессорах поршень имеет небольшую высоту, достаточную только для размещения колец, так как всю боковую нагрузку воспринимает на себя крейцкопф. В бескрейцкопфных компрессорах высота поршня значительно больше, здесь роль крейцкопфа выполняет нижняя часть поршня. В настоящее время в холодильной технике применяются в основном бескрейцкопфные компрессоры, как наиболее простые.
5. По количеству цилиндров: одно-, двух-, четырех-, шести- и так далее цилиндров (количество цилиндров может быть до шестнадцати). Так как валы холодильных компрессоров преимущественно двухколенчатые, то число цилиндров всегда четное, кроме одноцилиндровых с консольным или эксцентриковым валом.
6. По расположению осей цилиндров – вертикальные, горизонтальные, оппозитные и угловые (рисунок 4).

Рисунок 4 – Расположение осей цилиндров компрессоров.
а – вертикальный; б – горизонтальный; в – угловой; г – оппозитный, д – V-образный; е –W-образный.
В вертикальных компрессорах оси цилиндров расположены вертикально (рисунок 4а). У горизонтальных компрессоров оси цилиндров проходят горизонтально по одну сторону коленчатого вала (рисунок 4б). Расположение осей цилиндров у оппозитного компрессора также горизонтальное, только по обе стороны коленчатого вала (рисунок.4г). Угловые компрессоры имеют часть цилиндров, расположенных горизонтально, часть — вертикально (рисунок 4в). В последнее время большое распространение получили угловые компрессоры, у которых оси цилиндров расположены Y-образно с углом развала отдо(рисунок 4д) и веерообразно с углом развала отдо(рисунок 4е).
7. По типу газораспределения в цилиндре: прямоточные и непрямоточные (рисунок 5,6,7).

Рисунок 5 – Схема прямоточного (а) и непрямоточного (б) компрессора.

Рисунок 6 – Прямоточный компрессор

Рисунок 7 – Непрямоточный компрессор
1 — блок картер, 2 — всасывающий патрубок, 3 — блок цилиндров, 4 — крышка цилиндров, 5 — клапанная группа, 6 — нагнетательный патрубок, 7 — шатунно-поршневая группа, 8—коленчатый вал, 9 – фильтр
В прямоточных компрессорах пар всегда движется в одном направлении. Нагнетательный клапан неподвижно закреплен в клапанной доске в верхней части цилиндра, а всасывающий клапан находится в верхней части поршня и движется вместе с ним (рисунок 5а). В непрямоточных компрессорах, всасывающий и нагнетательный клапан неподвижны и расположены в клапанной доске в верхней части цилиндра. При всасывании и нагнетании пар холодильного агента в цилиндре меняет свое направление (рисунок 5б).
8. По количеству ступеней сжатия на одно-, двух-, многоступенчатые.
Количество ступеней сжатия выбирается в зависимости от того, какой термодинамический цикл осуществляется в холодильной машине. Сжатие в одной ступени экономически не эффективно при отношении давления нагнетания и всасывания :

В многоступенчатом поршневом компрессоре одна часть цилиндров работает на низкую ступень, другая – на ступень высокого давления.
9. По степени герметичности на герметичные, бессальниковые и сальниковые.

Рисунок 8 — Герметичный холодильный компрессор
1 – электродвигатель , 2 – коленчатый вал , 3 – шатунно-поршневая группа, 4 – блок цилиндров, 5 – глушитель шума , 6 – кожух.
В герметичных компрессорах весь механизм движения вместе с электродвигателем помещен в один неразъемный сварной кожух (рисунок 8). Бессальниковый компрессор имеет картер со встроенным электродвигателем (рисунок 9). Картер выполнен со съемными крышками, обеспечивающим доступ к клапанам, механизму движения и электродвигателю. Сальниковые компрессоры соединяются с приводом через муфту или ременную передачу. Тут герметичность между выходным концом коленчатого вала и корпусом достигается установкой специального устройства-сальника.

Рисунок 8 — Бессальниковый холодильный компрессор.
1 — блок картер, 2 — ротор электродвигателя, 3 — статор электродвигателя, 4 — герметизированные электровводы
10. По взаимному креплению цилиндра и картера: на блок-картерные и блок-цилиндровые.
Блок-картерные конструкции имеют блок цилиндров и картер в общей отливке. В блок-цилиндровых компрессорах картер и блок цилиндров отдельные детали, крепящиеся друг к другу болтами. Блок-цилиндровые компрессоры применяются в настоящее время сравнительно редко и только в малых холодильных компрессорах.
11. По числу рабочих полостей цилиндра: на компрессоры простого действия и двойного действия.
В компрессорах простого действия сжатие пара осуществляется одной стороной поршня, а в компрессорах двойного действия обеими сторонами поршня, соответственно в двух рабочих полостях цилиндра. Крейцкопфные компрессоры в основном двойного действия (рисунок 3а), бескрейцкопфные – простого действия (рисунок 3б).
12. По виду охлаждения: на компрессоры с водяным охлаждением и с воздушным охлаждением, с охлаждением паром холодильного агента, с комбинированным охлаждением.
При водяном охлаждении верхняя часть цилиндров, а иногда и крышки, имеют водяную рубашку, выполненную в блок-картере или в блок-цилиндре. В компрессорах с воздушным охлаждением для увеличения теплопередающей поверхности на блок-цилиндрах и крышках делается оребрение.
13. По способу смазки трущих деталей: на компрессоры с принудительной смазкой, разбрызгиванием, комбинированной смазкой и без смазки.
Для смазки поверхностей трения используется специальное жидкое масло, которое находится в нижней части картера компрессора. Принудительная смазка осуществляется при помощи масляного насоса через просверленные отверстия в коленчатом вале и шатуне.
При смазке разбрызгиванием, масляного насоса нет, а смазка осуществляется за счет разбрызгивания масла по всему внутреннему объему компрессора. При комбинированной смазке применяется совместное действие принудительной системы смазки и разбрызгиванием. В настоящее время выпускаются крейцкопфные компрессоры, у которых цилиндропоршневая группа не смазывается, а кривошипно-шатунный механизм имеет обычную циркуляционную смазку от насоса. Для предотвращения попадания масла к цилиндрам, в них на штоке, между поршнем и крейцкопфом, устанавливается сальник. Прошли успешные испытания бескрейцкопфные поршневые компрессоры без смазки, где полностью отсутствует жидкое масло. В таких компрессорах шатунные подшипники, поршневые кольца, втулки верхних головок шатунов изготовлены из композиционных антифрикционных материалов с низким коэффициентом трения. Имеются также компрессоры без смазки, в нижних головках шатунов которых установлены герметизированные подшипники качения с консистентной смазкой. Такие компрессоры имеют разъемный вал.
Основные преимущества и недостатки поршневых компрессоров
Компрессор поршневого типа относится к нагнетающему оборудованию, где базовыми являются две основные детали – рабочий цилиндр и поршень. В крышке цилиндра располагаются два клапана, которые попеременно открываются. Один из них отвечает за всасывание воздуха, а второй за его нагнетание. Кривошипно-шатунный механизм является основным звеном в системе, благодаря которому коленчатый вал приводит в движение поршень.
В системе поршневого компрессора могут быть задействованы один или несколько цилиндров, расположением которых может быть горизонтальная или вертикальная плоскость. Наряду с агрегатами одинарного действия можно встретить и оборудование двойного действия, где поршневая система работает в режиме нагнетания, работая в два направления. Системный подход к организации многоступенчатого сжатия позволяет проектировать целые компрессорные каскады.
При наличии автоматизированного модуля в конструкции поршневого компрессора агрегат способен самостоятельно контролировать уровень давления в трубопроводе нагнетания, который определил оператор. Кроме того, влиять на процесс можно при помощи частотной регулировки вращения вала.
Стоит отметить, что именно поршневые компрессоры, производительностью до 100 куб. м/мин., нашли свое практическое применение на большинстве предприятий в странах СНГ. Говоря о преимуществах, можно акцентировать внимание на приемлемую ценовую категорию, доступный процесс производства и прекрасную ремонтопригодность. Если должным образом использовать оборудование и проводить своевременные мероприятия по техническому обслуживанию, то поршневой компрессор прослужит достаточно длительный срок. Впрочем, нельзя забывать, что система узлов агрегата со временем может подвергаться модернизации. Замене не подвержена лишь рама несущей конструкции компрессора.
Преимущества поршневого компрессора:
Доверяя практическому опыту и мнению специалистов, можно сделать совершенно однозначные выводы о следующих принципиальных характеристиках, которые присущи поршневым компрессорам:
— Если для выполнения производственной задачи окажется достаточно типичного по мощности компрессора, то поршневой вариант может окажется практичнее винтового компрессора;
— Принцип работы поршневой техники позволяет использовать её кратковременно, исключая необходимость бесперебойной работы. Если требуется сделать длительную паузу в потреблении воздуха, то к временным перепадам техника абсолютно подготовлена;
— Агрегаты поршневого принципа действия специальным образом адаптированы для работы в сложных условиях. Рациональным вариантом использования агрегата служат фасовочные помещения, угольные склады, технические центры помола зерна и прочие сферы, где принципиально важно использование сжатого воздушного потока. Поршневая система является примером стойкого оборудования, на обслуживание которой не нужно затрачивать больших инвестиций;
— Поршневое компрессорное оборудование широко используются для организации сжатия агрессивных газов;
— Можно однозначно утверждать, что поршневой компрессор является эффективным и достаточно дешевым в эксплуатации, особенно в ситуации, когда требуется производственная мощность до 200 л/мин при оптимальном давлении от 20-30 атмосфер. За исключением можно говорить об эффективности турбокомпрессоров, где работа будет напрямую зависеть от количества качества и количества потребляемых ресурсов;
— Известно точно, что поршневое оборудование в промышленности использовать экономичнее, чем аналогичные винтовые агрегаты. Способность работы в повторно-кратковременном режиме позволяет оперировать разницами потребления сжатого воздуха.
Основные недостатки поршневых компрессоров:
— Одним из значимых недостатков является значительная энергозатратность оборудования. Об этом утверждении идут споры, где в пример приводятся винтовые компрессоры, в отношении которых аналогичным образом идут суждения о затратности в ресурсах. Известно, что энергопотребление на единицу потока в обоих классах устройств, практически одинаково;
— Достаточно частое обслуживание. Речь идет о межсервисном интервале, который, как правило, составляет до 500 часов. Эта предельная мера, когда на производственном предприятии необходимо проводить сервисное обслуживание компрессорного оборудования. Как правило, для непрерывности процесса требуется наличие дублирующего оборудования, что не всегда предусматривается на предприятии;
— Кроме того, к классу недостатков можно отнести ремонтные работы, проведение которые требует одновременного присутствия нескольких специалистов;
— Агрегаты поршневого принципа действия достаточно сильно шумят и издают вибрацию;
— Если на предприятии предусматривается наличие поршневого компрессора мощностью более 5 куб. м/мин., то для фиксированной установки агрегата потребуется провести подготовительные работы и уложить фундаментную площадку, однако использование фундаментной площадки применимо и к установке винтовых компрессоров;