Поршневые компрессоры

Типы компрессоров. Поршневые компрессоры делятся по числу всасываний и нагнетаний за один двойной ход поршня на компрессоры про­стого (одинарного) и двойного действия. За один двойной ход поршня компрессор простого действия производит одно всасывание и одно нагнетание, компрессор двойного действия — два всасывания и два нагнетания.

Ступенью сжатия называется часть компрессорной машины, где газ сжимается до конечного или промежуточного (перед поступлением на следующую ступень) давления.

По числу ступеней поршневые компрессоры подразделяются на одноступенчатые и многоступенчатые, которые, в свою очередь, могут быть горизонтальными и вертикальными.

Одноступенчатое сжатие. В одноступенчатом компрессоре газ сжи­мается до конечного давления в одном или нескольких цилиндрах, ра­ботающих параллельно. В последнем случае одноступенчатые компрес­соры называются многоцилиндровыми.

Одноступенчатый горизонтальный компрес­сор простого действия (рис. IV-1, а) имеет цилиндр 1, в котором передвигается поршень 2, снабженный уплотнительными порш­невыми кольцами (на рисунке не показаны). Цилиндр закрыт с одной стороны крышкой, в которой расположены всасывающий клапан 3 и нагнетательный клапан 4. Поршень соединен непосредственно с шатуном 5 и кривошипом 6, на валу которого установлен маховик 7. При таком соединении поршня с шатуном отпадает необходимость в установке пол­зуна (крейцкопфа). Компрессоры с непосредственным соединением ша­туна с поршнем называют бескрейцкопфными.

При ходе поршня слева направо в пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений во всасывающей линии и цилиндре открывается клапан 3 и газ поступает в цилиндр. При ходе поршня справа налево всасывающий клапан закрывается, а находящийся в цилиндре газ сжимается поршнем до некоторого давления, при котором открывается клапан 4 и газ вытал­кивается в нагнетательный трубопровод. Затем цикл повторяется снова.

В одноступенчатом компрессоре двойного действия (рис. IV-1, б) газ в цилиндре 1 попеременно сжимается по обе стороны поршня 2. За один двойной ход поршня происходит два раза всасывание и два раза нагнетание. Цилиндр снабжен двумя всасывающими клапанами 3 и двумя нагнетательными клапанами 4. Компрес­соры двойного действия имеют более сложное устройство, но обладают почти вдвое большей производительностью, чем компрессоры простого действия тех же габаритных размеров и того же веса.

Увеличение производительности достигается также в многоцилиндровых компрессорах простого или двойного действия.

Двухцилиндровый компрессор простого действия (рис. IV-1, в) представляет собой по существу два компрессора простого действия с приводом от одного коленчатого вала с кривошипами, сдвинутыми друг относительно друга на угол 180^о или 90°.

Для отвода выделяющегося при сжатии газа тепла стенки цилиндров компрессоров, а иногда и крышки цилиндров снабжаются рубашками, через которые пропускают охлаждающую воду. Хотя таким путем и не удается полностью отвести выделяющееся при сжатии тепло, охлаждение существенно уменьшает затраты энергии на сжатие газа.

Вертикальные одноступенчатые компрессоры имеют ряд преимуществ перед горизонтальными: они более быстроходны (для горизонтальных компрессоров п = 100-240 об/мин, для вертикальных п = 300-500 об/мин и более) и, следовательно, более производительны, занимают меньшую производственную площадь; поршни и цилиндры вертикальных машин изнашиваются значительно меньше. При горизонтальном распо­ложении цилиндра, особенно большого диаметра, происходит неравно­мерное одностороннее изнашивание поршня под действием силы тяжести. Это приводит к необходимости уменьшать скорость движения поршня.

Для уменьшения неравномерности подачи и смягчения толчков газ после сжатия в поршневых компрессорах предварительно направляют в сборник (ресивер), где он одновременно очищается от масла и влаги.

Многоступенчатое сжатие. Многоступенчатое сжатие применяют для получения высоких давлений газа. Процесс многоступенчатого сжатия осуществляют в многоступенчатых компрессорах, в которых газ проходит последовательно ряд ступеней, постепенно сжимаясь до конечного давления. Между ступенями газ подвергают охлаждению в промежуточных холодильниках. Объемы цилиндров постепенно умень­шаются от первой к последней ступени.

Различают многоступенчатые компрессоры со ступенями сжатия в отдельно установленных цилиндрах (рис. IV-2, а, б, в) и со ступенями сжатия в одном цилиндре и дифференциальным поршнем (рис. IV-2, г). При V-образной установке цилиндров оси цилиндров располагаются под некоторым углом (рис. IV-2, в).

Многоступенчатые компрессоры со ступенями сжатия в отдельно установленных цилиндрах могут быть однорядного (рис. IV-2, а) и двухрядного (рис. IV-2, б) исполнения с расположением цилиндров по одну сторону вала. Такие компрессоры имеют большой вес и крупные габаритные размеры, так как значительные неуравновешенные силы инерции, возникающие при работе этих машин, не позволяют изго­товлять их с большим числом оборотов коленчатого вала. Поэтому в послед­нее время получили широкое применение оппозитные компрессоры с взаимно противоположным направлением движения поршней. Ци­линдры этих компрессоров располагаются по обе стороны коленчатого вала.

Оппозитные компрессоры хорошо динамически уравновешены, благо­даря чему скорость вращения коленчатого вала может быть увеличена в 2-2.5 раза и тем самым повышена производительность машины. Вес таких компрессоров, а также электродвигателей к ним на 50-60% меньше, чем компрессоров с расположением цилиндров по одну сторону вала, при значительном снижении габаритных размеров. Для установки оппозитных компрессоров требуется меньшая площадь и небольшие фунда­менты.

Компрессор с дифференциальным поршнем может иметь несколько ступеней сжатия, образованных поверхностью цилиндра и поршнем переменного (дифференциального) сечения. Соотношение между сечениями поршня зависит от степени сжатия в каждой ступени.

Обычно дифференциальный поршень применяют в машинах малой и средней производительности для двухступенчатого сжатия. В крупных машинах в связи с малым отношением длины поршня к диаметру возможно заклинивание дифференциального поршня.

V-образная установка цилиндров позволяет значительно уменьшить площадь, занимаемую машиной, и обеспечить непосредственное соедине­ние ее с электродвигателем.