Рама, картер, блок-картер

Рамы крейцкопфных компрессоров находятся под атмосферным давлением. Проемы, люки и отверстия в рамах уплотнены легкими крышками и кожухами. В горизонтальных оппозитных компрессорах применяют преимущественно многоподшипниковые рамы коробчатого сечения, создающие облегченную, и жесткую конструкцию.

Картеры и блок-картеры бескрейцкопфных компрессоров находятся под давлением всасываемых паров холодильного агента. Это давление при работе компрессора не превышает 0,6 МПа для большинства холодильных агентов. Однако во время длительных стоянок машины давление в картере может повыситься до величины, определяемой температурой окружающего воздуха. Поэтому проверку на прочность и плотность блок-картеров и соответствующих корпусных деталей компрессоров, работающих в автоматическом режиме, проводят по тем же нормам, что и корпусных деталей на стороне нагнетания.

Рамы, картеры и блок-картеры обычно изготовляют литыми из чугуна, иногда сварными из стального листа. В малых компрессорах транспортных машин для уменьшения массы применяют алюминиевые сплавы. Литые детали в большинстве случаев для сохранения правильного положения осей и плоскостей приходится подвергать старению (искусственному или естественному), а сварные — отжигу. Эти же основные требования — точное взаимное положение осей и плоскостей — предъявляют и к механической обработке. Кроме того, уплотнительные плоскости (поверхности) картеров и блок-картеров должны обеспечивать возможность сборки с контрдеталями, обеспечивающей герметичность. Допустимые отклонения посадочных размеров рам, картеров и других деталей компрессоров, а также микрогеометрия основных посадочных поверхностей приведены в специальной литературе.

Средние компрессоры

Конструктивные решения основных узлов и деталей средних компрессоров мало отличаются от используемых в крупных компрессорах. Здесь применяют те же холодильные агенты. В системе, смазки осуществляют фильтрацию масли на всасывании и нагнетании или только на всасывании (при мощности двигателя менее 15 кВт).

Эту группу компрессоров выпускают преимущественно в бессальниковом исполнении (есть унифицированные модификации с внешним приводом, предназначенные для работы на аммиаке). Бессальниковые компрессоры имеют следующие основные преимущества по сравнению с сальниковыми: высокую герметичность и большую надежность; меньшие габариты (примерно в 1,5 раза) и массу (примерно на 40%); меньшую стоимость монтажа и обслуживания; лучшие виброакустические характеристики. Это обусловило расширение применения бессальниковых компрессоров.

Бессальниковые компрессоры выполняют непрямоточными с чугунными или в отдельных случаях алюминиевыми корпусами и минимальным количеством разъемов, с числом цилиндров 4 или 8. Коленчатые валы (двухопорные) устанавливают горизонтально на подшипниках скольжения или качения, при этом, как правило, один подшипник расположен на концевой шейке вала, а другой — между кривошипно-шатунным механизмом и электродвигателем. Двухопорная схема вала и блок-картер компрессора обеспечивают равномерность зазора между ротором и статором встроенного электродвигателя. Ротор обычно располагают консольно, что облегчает монтаж и демонтаж. Уровень масла в картере должен быть не менее чем на 10 мм ниже зазора между ротором и статором, так как наличие масла в зазоре приводит к повышенным затратам мощности и увеличивает унос масла из компрессора.

Важная особенность бессальниковых компрессоров состоит в том, что их масляные насосы должны быть реверсивными, так как направление вращения коленчатого вала в таких компрессорах не поддается внешнему контролю. В редких случаях применяют нереверсивные насосы, но тогда компрессоры оснащают дополнительной системой защиты, предотвращающей вращение, электродвигателя в недопустимом направлении.

Теплота, отведенная холодильным агентом, от встроенного электродвигателя, снижает в зависимости от рабочего режима полезную холодопроизводительность (при л = 4…9 соответственно на 3…10% для средних компрессоров). При повышении КПД электродвигателя холодопроизводительность компрессора повышается, причем с увеличением КПД двигателя на 1% Q возрастает примерно на 1,5%.

Крупные компрессоры

Крейцкопфные непрямоточные компрессоры выпускают холодопроизводительностью свыше 600 кВт с частотой вращения, как правило, примерно до 8 с-1. В настоящее время наиболее распространена конструкция с оппозитным расположением горизонтальных цилиндров (число цилиндров 2, 4 и 6). Некоторые фирмы США, ФРГ и других стран выпускают компрессоры с V-образным расположением цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм размещен в раме, к которой примыкают фонари с крейцкопфными параллелями. Охлаждение цилиндров одноступенчатых компрессоров обычно водяное. Шатуны — с неразъемной верхней головкой и разъемной нижней. Компрессоры этого типа применяют для сжатия дешевых холодильных агентов (аммиак, этан, пропан), поскольку штоковые сальники не обладают абсолютной плотностью.

Проведена унификация отечественных газовых и холодильных оппозитных компрессоров. При этом раму, механизм движения и систему смазки выполняют одинаковыми, но в холодильных компрессорах устанавливают другие цилиндры со своими клапанами, сальниками и поршнями. Диаметр цилиндра холодильного компрессора подбирают по силе, которая возникает под влиянием максимальной разности давлений нагнетания и всасывания. Сила не должна превышать значения, установленного для конкретной машины ряда.

Приводом крейцкопфных компрессоров служат синхронные электродвигатели, ротор которых насаживают консольно на конец коленчатого вала. Применяют также привод от двигателей внутреннего сгорания (газомото-компрессоры); при этом в угловых машинах вертикальные цилиндры являются моторными, а горизонтальные — компрессорными.

В крейцкопфных компрессорах масляные насосы (для смазки кривошипнм шатунного механизма), холодильнике для масла и лубрикаторы (для смазки цилиндров и сальников штока) обычна выполняют в виде отдельного агрегата с использованием для каждого смазочного устройства своего индивидуальной электродвигателя.

Бескрейцкопфные компрессоры изготовляют холодопроизводительностью 500 кВт в прямоточном и непрямоточном исполнениях. Отечественная промышленность выпускает бескрейцкопфньи компрессоры до 250 кВт с частоте вращения до 24 с-1.

При работе на фреонах применяют чаще всего воздушное охлаждение корпуса компрессора. Картеры заполнены маслом, верхний уровень которого поддерживают на 10… 15 мм ниже противовесов.

Блок-картерная конструкция имеет следующие преимущества: при эксплуатации сохраняется точная геометрия основных осей компрессора; относительно большая герметичность; большая жесткость и прочность конструкции при меньшей толщине стенок; простота ремонта цилиндров (из-за наличия сменных гильз).

Двухопорные, двухколенчатые валы, получившие наибольшее распространение, обеспечивают возможность использования подшипников качения; большую компактность конструкции при размещении до четырех шатунов на одной шатунной шейке вала; удобное расположение противовесов; меньшую стоимость изготовления.

На базе одноступенчатых бескрейцкопфных компрессоров часто выполняют двухступенчатые компрессоры с большим процентом унификации деталей. Крупные бескрейцкопфные компрессоры выпускают в основном в сальниковом исполнении, однако в последнее время возрастает доля выпуска бессальниковых холодильных компрессоров, холодо-производительность которых достигает 250 кВт.

Реальный (действительный) компрессор

1. В цилиндрах реального компрессора имеется мертвый объем (мертвое пространство), образованный зазором между поршнем в ВМТ и доской клапанов, а также полостями в клапанах, соединенными с цилиндром. В ВМТ пар в мертвом пространстве имеет давление нагнетания; при движении поршня пар расширяется до давления всасывания, занимая объем части цилиндра, после чего только открывается всасывающий клапан. Объем, всасываемого из всасывающего трубопровода пара поэтому оказывается меньшим объема цилиндра ТПК, т. е. объемная производительность реального компрессора ниже, чем теоретического.
2. В начале сжатия пар из-за теплообмена со стенками компрессора имеет температуру более высокую, чем во всасывающем патрубке. В ПК со встроенным электродвигателем этот вредный теплообмен относительно усиливается по причинам, указанным ниже (см. коэффициент подогрева).
3. Процессы сжатия и обратного расширения пара из мертвого пространства протекают при переменных по ходу процессов показателях политроп вследствие сложных процессов теплообмена между паром в цилиндре и ограждающими его стенками.
4. Наличие зазоров поршень — цилиндр и неплотностей в клапанах вызывает перетечки пара.
5. Снижение производительности вызывается также выделением пара из масла, попадающего с паром в цилиндр, при нагреве на горячих стенках и особенно в случаях попадания в компрессор капелек жидкого хладагента (влажный «ОД).
6. В паровом тракте, в основном в клапанах, из-за больших скоростей имеются существенные гидравлические сопротивления.
7. Во всасывающих и особенно нагнетательных полостях наблюдаются колебания давления.
8. В механизме движения компрессора и приводе масляного насоса расходуется дополнительная энергия.