Конструкция спирального компрессора и принцип его работы

На рисунке 65 показан чертеж сальникового спирального компрессора маслозаполненного типа.

Основные детали спирального компрессора следующие: вал 1 с эксцентриком 6 , оси которых должны быть строго параллельны и расположены на расстоянии эксцентриситета . Вал вращается в двух опорных подшипниках 7 и 4, находящихся на одной оси. Вместе с валом 1 вращается и эксцентрик 6 вокруг оси вала.

Рисунок 65 – Продольный разрез спирального компрессора:

1-вал компрессора; 2-сальник; 3-передняя крышка; 4,7,8-подшипники; 5-противовес; 6-эксцентрик; 9-шарик противоповоротного устройства; 10-подвижная спираль (ПСП); 11-неподвижная спираль (НСП); 12-корпус компрессора; 13-задняя крышка; 14-ограничитель клапана; 15- подгоночное кольцо.

Расстояние между осью вала и осью эксцентрика – эксцентриситет –является важнейшим конструктивным параметром компрессора: оно выдерживается с точностью до 0,005 мм, а непараллельность осей – в пределах половины от этого допуска. Эксцентрик 6 соединяется шарнирно (внутренний подшипник скольжения или качения 8) с подвижным элементом 10, состоящим из его платформы (или диска) и спирали. Поскольку собственно спираль и ее платформа составляют одно целое (даже если изготавливаются раздельно), то подвижный элемент 10 называют короче - подвижной спиралью (ПСП).

Другой спиральный элемент 11(другая спираль) – неподвижный (НСП). Она имеет такие же размеры, как и ПСП, но другое направление закрутки спирали. Таким образом, если обе спирали положить на стол платформами, то одна из них окажется правого направления, а другая - левого (закрутка против часовой стрелки). В сечении торцевой плоскостью, перпендикулярной к осям спиралей, они оказываются одного направления (рисунок 66). Неподвижная спираль (ее платформа) закрепляется от проворота в корпусе или крышке компрессора.

Рисунок 66 – Поперечное сечение ПСП и НСП в рабочем положении радиус основной окружности спирали; толщина ребра спирали; эксцентриситет; площадь ячейки всасывания

Платформа НСП имеет сквозное отверстие А для выхода сжатого газа. Форму и размер отверстия определяют при проектировании СПК.

Если вставить спирали ПСП и НСП одна в другую, то между стенками перьев (или) ребер спиралей образуются ячейки. Некоторые из них замкнутые. Размер ячеек (их объем) при вращении ПСП изменяется.

Вставлять (условно - соединять) спирали нужно таким образом, чтобы центры основных окружностей радиусом находились на расстоянии один от другого (рис.2) и на одной прямой-оси. Для этого спирали должны быть развернуты на 180 градусов. Тогда спирали, вставленные одна в другую, образуют между ребрами несколько попарно одинаковых серповидных ячеек.

Подвижная спираль не должна вращаться вокруг своей оси. Она должна совершать движение только по определенной орбите (пока только-круговой) радиусом вокруг оси неподвижной спирали, совпадающей с осью вала 1 (см. рисунок 65). Поворот ПСП вокруг своей оси не допускается, этому препятствует противоповоротное устройство (ППУ) (см. ниже).

Рисунок 67 – Взаимное положение спиралей (через ) при перемещении ПСП по орбите: ; ; ;

На рисунке 67 показаны взаимные положении спиралей при перемещении подвижной спирали по круговой орбите через 90 градусов. Цикл всасывания (раскрытие и закрытие внешних ячеек) совершается за один оборот вала 1 компрессора с эксцентриком 6 и ПСП (см. рисунок 65). Затем он повторится.

Цикл сжатия и выталкивания газа длится дольше, примерно от 2 до 2,5 и более оборотов в зависимости от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания, расположенного рядом с “носиком” НСП (Рисунок 68).

Рисунок 68 – Принцип работы спирального компрессора

Таким образом, теоретическая объемная производительность ступени СПК определяется объемом двух первых 1 и 1’ ячеек всасывания и частотой вращения вала компрессора:

Кольцевое пространство вокруг внешних дуг спиралей и корпусом крышки компрессора образует камеру всасывания СПК (см. рисунок 65).

При установившемся режиме в СПК можно обеспечить равенство давления внутреннего сжатия газа в компрессоре и давления нагнетания, т.е. оптимальный режим компрессора. В этом случае клапан на нагнетании оказался бы излишним.

Но в холодильном компрессоре при меняющихся режимах температур, а значит, и давлений клапан на окне нагнетания СПК оказывается полезным, так как исключаются режимы “пережатия”, а кроме того, он выполняет важную функцию обратного клапана.

Принципиально новым узлом для машиностроения является противоповоротное устройство – ППУ для СПК. Это устройство препятствует повороту ПСП вокруг своей оси.

Подвижная спираль, как уже отмечалось,вращается вокруг оси вала компрессора, ведомая эксцентриком.

Применяют ППУ трех видов.

1. Поводковое ППУ (Рисунок 69).

Рисунок 69 – Поводковое противоповоротное устройство

Устройство состоит из трех одинаковых поводков, расположенных в трех точках через 120 градусов, таким образом, что лучи из этих точек пересекаются с осью вала 1. Одна из цапф каждого поводка шарнирно соединена с подвижной спиралью, другая цапфа того же поводка вращается в опорной плите (дет.3). Все поводки имеют строго одинаковый эксцентриситет, равный эксцентриситету вала 1 и эксцентрика 2. Поводковое ППУ может работать успешно, но оно крупногабаритно, имеет много шарниров (подшипников).

2. Подвижные спирали, использующие идею муфты Ольдгейма (Рисунок 70).

Рисунок 70 – Муфта Ольдгейма с ПСП

1-неподвижное кольцо муфты; 2-подвижное промежуточное кольцо; 3-вращающаяся часть муфты; 4-элементы качения (вып. также роль упорного подшипника).

Муфты Ольдгейма широко применяют в ряде устройств, в частности в подъемно-транспортных механизмах. Но там валы тихоходные, а эксцентриситет измеряется долями миллиметра. В ППУ все наоборот - скорости и эксцентриситеты велики. Тем не менее практика их применения в СПК себя оправдала, так как они встречаются все чаще, а потери на трение, как оказалось, в таких муфтах малы.