Конструкция и монтажные характеристики

Поршневые компрессоры относятся к классу машин объемного действия, в которых газ сжимается поршнем и перемещается в замкнутом пространстве (рабочем цилиндре), изменяя свой объем.
Поршневые компрессоры различают: по принципу действия  с цилиндрами простого и двойного действия, а также с дифференциальным цилиндром; по числу ступеней сжатия одно-, двух-, трехцилиндровые и более; по числу рядов, в которых располагаются цилиндры, одно-, двух-, и многорядные; по ориентации цилиндров в плоскости — горизонтальные, вертикальные угловые, V-образные, звездообразные, W-образные; по устройству кривошипно-шатунного механизма - бескрейцкопфные и крейцкопфные.

В одноступенчатом компрессоре простого действия (рис. 29) газ сжимается при движении поршня влево. В компрессоре двойного действия каждый ход поршня является рабочим и газ сжимается на обе стороны поршня. Для охлаждения сжатого газа цилиндр и крышку компрессора снабжают водяными рубашками. Давление нагнетания свыше 1 МПа может быть достигнуто в многоступенчатых компрессорах (рис. 30), которые изготовляют с последовательным или параллельным расположением цилиндров и посадкой поршней на один вал и под углом соответственно. Так как объем газа после каждой степени сжатия уменьшается, каждый последующий цилиндр в многоступенчатом компрессоре меньше предыдущего. Газ охлаждается в холодильнике между ступенями сжатия. Крупные горизонтальные компрессоры с взаимно противоположным движением поршней относительно коленчатого вала называют оппозитными. Основные сборочные единицы оппозитных компрессоров нормализованы. Оппозитная база состоит из станины, коленчатого вала, шатунов, крейцкопфов и направляющих, механизма проворачивания коленчатого вала, системы циркуляционной смазки, кривошипно-шатунного механизма. Привод компрессоров — синхронные электродвигатели или двигатели внутреннего сгорания. Электродвигатели соединяют с коленчатым валом компрессора двумя способами: ротор электродвигателя насаживают на консольную часть коленчатого вала; один конец вала электродвигателя при помощи фланца жестко соединяют с коленчатым валом компрессора, а второй опирают на выносной подшипник.

Рис. 30. Принципиальные схемы многоступенчатых компрессоров при различном положении цилиндров
а - V-образном; б - W-образном; в ~ вертикальном; г, d, е - горизонтальном оппозитном

Двигатель внутреннего сгорания соединяют с компрессором эластичной муфтой и промежуточным валом. Основными параметрами базы являются поршневая сила, ход поршня и частота вращения вала в мин.

В зависимости от числа рядов цилиндров и расстояния между ними каждая база может иметь несколько модификаций, у которых унифицированы шатуны, крейцкопфы, их направляющие, коренные подшипники и механизмы проворачивания коленчатого вала.

Условное обозначение базы состоит из букв и цифр. Буква М означает многорядность, цифры — номинальную поршневую силу, например, М10. К условному обозначению модификации оппозитной базы перед буквой добавляется цифра, обозначающая число рядов цилиндров, например, 2М10.
В обозначении марки оппозитного поршневого компрессора первые цифры указывают базу, вторые — производительность в м3/мин, третьи — давление нагнетания в Па. В том случае, если давление всасывания превышает атмосферное, в марку компрессора добавляют цифры этого давления.

Конструкции оппозитных баз компрессоров одинаковы. Картер « чугунный литой, прямоугольной формы, коробчатого сечения. Коренные подшипники с тонкостенными вкладышами заливают баббитом. Каждый вкладыш состоит из двух частей с разъемом в горизонтальной плоскости. Второй коренной подшипник со стороны электродвигателя — опорно-упорный. Направляющая крейцкопфа — чугунная литая, консольного типа, опирается на опору. Коленчатый вал — стальной, кованный, без противовесов. Шатуны - стальные кованные, с открытой кривошипной и закрытой крейцкопфной головками. Крейцкопфы — литые, с двумя съемными башмаками. Смазка механизма движения циркуляционная под давлением.

Горизонтальные оппозитные крейцкопфные компрессоры двойного действия со взаимно противоположным движением поршней имеют ряды цилиндров, расположенные по обе стороны от рамы. В сравнении с горизонтальными компрессорами других типов они более быстроходны, уравновешены и компактны, а также более удобны для монтажа по расположению межступенчатой аппаратуры и трубопроводов. Поставляются эти компрессоры в собранном виде с безразборной консервацией деталей или укрупненными узлами-блоками (сборочными единицами).
Оппозитные компрессоры могут быть двух-, четырех- и шестирядными. Рама-картер компрессора (рис. 31) -- чугунная литая коробчатой формы.

Нижняя часть рамы служит сборником отработанного масла. В поперечных перегородках рамы размещены коренные подшипники при двух, четырех и шести рядах цилиндров, число коренных подшипников соответственно 3, 5 и 7. Со стороны привода установлены 2 упорных подшипника. Вкладыши подшипников тонкостенные. Жесткость рамы достигается за счет поперечных перегородок, ребер и верхних стяжек с распорками. Крупные восьмирядные компрессоры зарубежных фирм имеют две отдельные коробчатообразные рамы, между которыми размещен привод. Направляющие крейцкопфов крепятся с обеих сторон рамы к вертикальным фланцам. В малых компрессорах направляющие связаны с фундаментом качающимися опорами, а в остальных компрессорах - жестко закрепленными опорными лапами.

Число шатунных шеек коленчатых валов равно числу рядов. Шатунные шейки расположены попарно с разворотом на 180° с одной общей щекой. В четырехрядных компрессорах каждая пара шеек смещена относительно другой на 90", в шестирядных - на 120°.

В первых 3-х ступенях цилиндры и их крышки (кроме первой ступени холодильных компрессоров) выполнены чугунными литыми с рубашками для водяного охлаждения. Цилиндры в зависимости от размеров и числа в ряду имеют одну или две качающиеся опоры. Клапаны преимущественно прямоточные. В холодильных и некоторых воздушных компрессорах иногда применяют полосовые всасывающие клапаны, а в остальных — кольцевые.

Нагнетательные клапаны прямоточные, а на ступенях высокого давления и при сжатии загрязненных и коксующихся газов — дисковые и пластинчатые. Для первых 3-х ступеней поршни устанавливают скользящие двойного действия, для последующих -- дифференциальные. Каждое сальниковое уплотнение включает сальник, предсальник и маслосниматель. Уплотняющие элементы в зависимости от назначения компрессора выполняются из фторопластовых материалов, чугуна, бронзы или баббита.

Привод компрессора осуществляется от электродвигателя, неразъемный ротор которого закрепляют на консольном конце коленчатого вала, а неразъемный статор устанавливают на фундамент. У отдельных марок компрессоров ротор крепят на приставном валу, который одним концом (фланцем) соединяется с коленчатым валом, а другим опирается на выносной подшипник.

Крупный компрессор с двумя оппозитными рамами (восьмирядный, шестиступенчатый, производительность 30 600 м3/ч, давление нагнетания 32 МПа, масса с приводом 220 т, мощность электродвигателя 7060 кВт) имеет два коленчатых вала, которые соединяют фланцами с ротором электродвигателя, размещенного между рамами. Вал ротора устанавливают на двух подшипниках, укрепленных на фундаменте. Разъемный статор устанавливают на фундаментных плитах.

В двухрамном компрессоре (четырехрядный, четырехступенчатый, производительность 12 300 м3/ч, давление нагнетания 1,2 МПа, масса 64 т, мощность электродвигателя 1600 кВт) общий коленчатый вал укладывают на подшипники обеих рам электродвигателя. Разъемный ротор закрепляют на коленчатом валу между рамами. В некоторых конструкциях двух- и четырехрядных оппозитных компрессоров коленчатый вал имеет выносной подшипник и ротор привода размещают на выносной части вала. На конце коленчатого вала, противоположном электродвигателю, устанавливают храповое колесо для поворота вала ручным или электрическим приводом.

Система смазки механизма движения — циркуляционная. К цилиндрам и сальникам масло подается лубрикатором. Насос и лубрикатор приводятся в работу от электродвигателей: насос — непосредственно через муфту, лубрикатор -редуктор.

Горизонтальные оппозитные поршневые компрессоры имеют наиболее крупные монтажные характеристики из всех компрессоров объемного действия (табл. 23). В состав компрессорной установки входят межступенчатая аппаратура, трубопроводы и контрольно-измерительные приборы. Межступенчатая аппаратура служит для охлаждения газа (холодильника), отделения от газового потока капель масла и влаги (маслоотделители, сепараторы, баки продувок), сглаживания пульсаций (буферные емкости, ресиверы), перекрытия газового потока (гидрозатворы и специальная арматура).

Кожухотрубчатые холодильники, состоящие из пучка труб, завальцованных в трубные решетки, используют при давлениях до 3,5 МПа для первой, второй и третьей ступеней сжатия. При больших давлениях применяют холодильники типа "труба в трубе", состоящие из последовательно соединяемых трубчатых элементов, число которых определяется требуемой поверхностью охлаждения. При небольших объемах газа используют погружные змеевиковые холодильники, пригодные для любых давлений. Холодильники монтируют после каждой ступени сжатия.

Последовательно за холодильниками устанавливают маслоотделители, предназначенные для выделения из потока газа более плотных капель масла и воды. При низких и средних давлениях применяют маслоотделители, в которые поток газа вводится под углом или по касательной, при высоком давлении используют маслоотделители с петлеобразным и винтообразным поворотом потока.

Для малых компрессоров применяют холодильники и маслоотделители, совмещенные в одном корпусе.

Буферные емкости и ресиверы служат для сглаживания пульсаций давления, возникающих при выталкивании сжатого воздуха или газа из цилиндра в холодильники. Буферные емкости обычно устанавливают перед холодильником (после третьей и последующих ступеней сжатия), а ресиверы — перед выходом в сеть потребления.

Компрессор соединяется со вспомогательным оборудованием трубопроводами, которые для малогабаритных компрессоров поступают на монтажную площадку в виде законченных и испытанных трубных узлов и элементов. Для компенсации отклонений в размерах, которые могут быть при сооружении фундаментов под компрессор и его оборудование, трубные узлы поставляются с соответствующим припуском на одном из присоединительных концов, который подводится к оборудованию. Компрессор комплектуется также трубопроводами для подачи смазки, продувки маслоотделителей, буферных емкостей, манометров и
предохранительных клапанов, байпасными линиями и трубопроводами для отсоса газа из сальников. На линии нагнетания устанавливают обратный клапан. При остановке компрессора он предохраняет от возврата сжатого воздуха или газа. На линии всасывания до компрессора ставят гидравлический затвор, который при остановке компрессора препятствует поступлению к нему газа из емкости или магистрали. На газопроводах каждой ступени устанавливают предохранительные пружинные клапаны. В компрессорную установку входит также щит управления с контрольно-измерительными приборами и средствами автоматизации.