Поршневые компрессоры холодильных машин

Лабораторная работа №2. Изучение конструкции воздуходувки РУТС

Общие сведения

Тема занятия: Анализ конструкции воздуходувки типа РУТС

Цель занятий: Целью настоящей работы является расширение и закрепление знаний студентов по дисциплине «Низкотемпературные машины».

Задача работы: Изучение типовых конструкций воздуходувок, а также узлов и элементов совреме6нных ротационных компрессоров и вакуумных насосов, ознакомление с классификацией и принципом действия.

.

 

Двухроторные компрессоры и вакуум-насосы

Все рассмотренные ранее компрессоры — это компрес­соры с внутренним сжатием, в которых повышение давления всасываемого газа происходит вследствие изменения объема внутри компрессора. Среди двухроторных компрессоров есть несколько типов машин, работающих с внутренним сжатием, в основном же двухроторные компрессоры работают с внешним сжатием, т. е. внутри самого компрессора не происходит повышения давления газа, и только после соединения полости компрессора, содержащей газ, с нагнетательным патрубком этот газ сжимается ранее поданным в нагнетательное пространство, газом.

Изменение объема, необходимое для всасывания газа и его сжатия, происходит в двухроторных машинах в цилиндре при вращении обоих роторов вокруг параллельно расположенных осей. Между стенкой цилиндра и зубьями ротора так же, как и между обоими роторами, имеются очень небольшие зазоры. Для больших перепадов давлений—свыше 0,1 МПа/м² —применяются двухроторные компрессоры с внутренним сжатием,. для меньших перепадов более выгодны газодувки с внешним сжатием. Характерным для двухроторных машин является вы­полнение роторами одновременно двух функций: функции поршня и распределительного органа, управляющего всасыванием и нагнетанием газа.

К двухроторным компрессорам с внутренним сжатием отно­сятся и винтовые компрессоры. Учитывая своеобразие их кон­струкции и большее значение по сравнению с другими ти­пами компрессоров, винтовые компрессоры (рисунок 2.1) более подробно рас­сматриваются в отдельной лабораторной работе.

 

 

Рисунок 2.1 - Винтовой компрес­сор

Среди двухроторных машин заслуживают внимания в пер­вую очередь двухзубчатые газодувки и вакуум-насосы.

Рисунок 6.3 - Конструктивное выполнение боковых подводов

 

Рабочее колесо является тем элементом рабочей части, в котором происходит преобразование механической энергии привода в кинетическую энергию потока перекачиваемого газа. Это налагает особые требования к совершенству проточной части, точности изготовления, качеству поверхности.

Конструктивное выполнение рабочих колес центробежных компрессоров (ЦБК) различно. Колесо закрытого типа состоит из основного 3 и покрывающего 1 (переднего) дисков, между которыми располагаются профилированные лопатки 2, образующие круговою решетку. Диски выполняются из поковок, либо штампуются. Кованые диски применяются при окружных скоростях на выходе из рабочего колеса u₂=200 м/с. При u₂<200 м/с основной ведущий диск выполняется цельнокованым, а ведомый (покрывной) - штампованным. Соединение отштампованных лопастей с диском с помощью заклепок, сварки, пайки. Лопасти бывают одинарной кривизны (цилиндрические) и двойной кривизны (пространственные). В некоторых случаях применяют укороченные (через одну) лопасти для уменьшения стеснения потока при выходе на решетку. Клепаное соединение лопастей осуществляется заклепками. Заклепки могут изготавливаться вместе с лопаткой или быть сквозными. В первом случае сложно изготовить лопатку с заклепками, во втором требуется повышенная толщина лопатки.

 

 

Рисунок 6.4

 

При окружных скоростях u₂> 300 м/с применяются полуоткрытые колеса, у которых отсутствует передний покрывающий диск. Лопасти и ведущий диск получают либо фрезерованием, либо электроэрозионной обработкой из одной поковки. Торцы лопаток обрабатываются по шаблону. Рабочие колеса ЦБК выполняются с односторонним или двухсторонним входом.

 

 

Рисунок 6.5 – Конструкции отводящих устройств

 

 

Отводящее устройство лопастного компрессора предназначено для:

- обеспечения осесимметричного потока за рабочим колесом и отвода газа из него;

- гашения скорости потока за колесом;

- преобразования кинетической энергии потока газа в потенциальную энергию давления.

В одноступенчатых компрессорах наибольшее распространение получили спиральные отводы, в многоступенчатых - лопастные и составные (рисунок 6.5).

7 Лабораторная работа №7. Анализ конструкций компрессоров динами-
ческого действия (осевые компрессоры)

7.1 Общие сведения

Тема занятия: Изучение конструкций осевых компрессоров.

Цель занятий: Целью настоящей работы является расширение и закреп­ление знаний студентов по дисциплине «Низкотемпературные машины».

Задача работы: Изучение типовых конструкций, узлов и элементов совре­менных осевых компрессоров, ознакомление с классификацией и принципом дей­ствия.

Время работы: 4 часа

Место проведения занятий: Лаборатория компрессорных машин кафедры ТОСЖ.

Учебное оборудование и наглядные пособия:

Альбом плакатов и чертежей, схемы установок и натурные образцы.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с настоящими методическими указаниями.

2. Изучить классификацию и устройство компрессоров динамического дейст­вия.

3. Изучить основные узлы и принцип работы осевого компрессора.

4. Оформить отчет.

5. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Рекомендуемая литература

1. Михайлов А.К., Ворошилов В.П. Компрессорные машины: Учебник для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1989. -288 с.

2. Крайний И.А. Машины низкотемпературной техники: Учебное пособие. Часть 1, -Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. -Кемерово, 2004. -131с.

3. Теория и расчет турбокомпрессоров. Под ред. К.П.Селезнева. -Л.: Маши­ностроение, Ленинградское отделение, 1986.

 

Осевые компрессоры

В осевых компрессорах газ через входной патрубок 1 (рисунок 7.1) поступает в промежуточную часть компрессора и перемещается последовательно от лопаток входного направляющего аппарата 3, через группу ступеней, спрямляющий аппарат 6, диффузор 7 и выходной патрубок 9.

Рабочие колеса 4 ступеней вместе с валом, на котором они насажены, образуют ротор; направляющие аппараты 5 вместе с корпусом, в котором они закреплены, - статор. Ротор опирается на подшипники 8, которые обычно выполняются в виде подшипников скольжения.

Входной патрубок 1служит для равномерного подвода газа из подводящего трубопровода к кольцевому конфузору 2, который предназначен для ускорения потока перед входным направляющим аппаратом 3 и создания равномерного поля скоростей и давлений.

Конструктивное исполнение ступени осевого компрессора отличается меньшей сложностью, чем у центробежного компрессора.

 

 

 

Рисунок 7.1 - Осевой компрессор

 

1

 

Рисунок 7.2 – Рабочее колесо

 

 

Рабочее колесо состоит из ступицы 1 (рисунок 7.2) на поверхности которой по окружности равномерно расположены профилированные лопасти 2. Лопасти могут крепиться к ступице неподвижно, либо иметь способность разворачиваться на определенный угол вокруг своей оси. Неподвижная лопасть состоит из профильной рабочей части 3 и цапфы 4 с замком для крепления к ступице.

Лопатки направляющего аппарата также могут быть неподвижными либо поворотными. Поворот лопаток может осуществляться как при остановленном, так и работающем компрессоре.

Осевые компрессоры выполняются многоступенчатыми. В каждую ступень входит комплект лопастей ротора (рабочее колесо) и комплект лопаток корпуса (направляющий аппарат), лежащих в плоскостях, перпендикулярных оси вращения.

При необходимости предварительной закрутки газового потока перед поступлением в рабочее колесо первой ступени устанавливается входной направляющий аппарат иногда с поворотными лопатками. Передаваемая через вал ротора энергия привода в межлопастных каналах преобразуется кинетическую энергию газового потока. В направляющих аппаратах кинетическая энергия преобразуется в потенциальную.

Напор (давление) газового потока последовательно растет от ступени к ступени компрессора. Перед поступлением газа в выходной патрубок, газ попадает в безлопаточный диффузорный участок, обеспечивающий минимально необходимую выходную скорость газового потока.

Производительность осевых компрессоров весьма велика и достигает 2000 м³/мин, поэтому они нашли свое применение как высокопроизводительные машины для подачи воздуха в камеры сгорания газотурбинных установок, которые используются в летательных аппаратах (двигатели) и в качестве приводов центробежных нагнетателей природного газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов.

 

 

 

Рисунок 6.8 – Рабочая характеристика лопастного компрессора

 

В лопастных компрессорах производительность V, напор Н, мощность N, и КПД связаны между собой. Эта взаимосвязь определена характеристикой компрессора (рисунок 7.3). С увеличением давления в нагнетательном патрубке из-за повышенного статического напора и сопротивления системы производительность уменьшается. Конечное давление Р_к может повышаться до некоторого максимального (критического) Р_кр. При дальнейшем снижении производительности V<V_Kp конечное давление будет уменьшаться: Р_к <Р_кр. В диапазоне 0<V<V_кp компрессор в системе может работать неустойчиво с самопроизвольным колебанием Р и V, этот диапазон называется зоной неустойчивости. Работа компрессора в этой зоне не рекомендуется. Диапазон производительностей V>V_кp называется зоной устойчивой работы компрессора. Режим работы при _мах называется оптимальным, вблизи ( ±3%) - номинальный. Работа компрессора в этом диапазоне наиболее благоприятна с точки зрения экономичности и динамической устойчивости.

 

 

Поршневые компрессоры холодильных машин

1.1 Общие положения

Тема: Изучение конструкций компрессоров малых холодильных машин

Цель занятий:

изучить назначение, принцип работы, устройство и узлы малых компрессоров;

ознакомиться с классификацией и обозначением типов компрессоров;

научиться методике построения характеристик компрессоров и их подбору для заданных условий эксплуатации.

 

1.2 Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство, классификацию компрессоров.

2. Изучить принцип работы и основные узлы поршневого и ротационного компрессора.

3. По указанию преподавателя для конкретного компрессора измерить его параметры и построить характеристику Qо = f (tо).

4. Оформить отчёт о работе согласно.

5. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

 

Рекомендуемая литература

1.1 Бараненко А.В. и др. Холодильные машины: Учебник для ВУЗов по специальности Техника и физика низких температур. –Спб., 2006. -944с.

1.2 Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. -М.: Пищевая промышленность, 1977. – 367с.

 

1.3 Поршневые компрессоры малых холодильных машин. Назначение компрессора холодильной машины

 

Компрессор является одним из четырех основных элементов холодильной машины, располагается между испарителем и конденсатором и выполняет следующие функции:

-обеспечивает низкую температуру кипения t₀ холодильного агента в испарителе, поддерживая понижение давления кипения Р₀ путем отсасывания образующихся паров из испарителя;

- повышает температуру холодильного агента от t₀ до t_К с целью обеспечения последующего теплообмена с охлаждающей средой, путем сжатия паров от давления кипения Р₀ до давления конденсации Р_к;

- нагнетает сжатые пары холодильного агента в конденсатор для проведения процесса теплообмена;

- обеспечивает циркуляцию холодильного агента по элементам холодильной машины за счет создаваемого перепада давления Р_К — Р_0.

 

1.4 Классификация компрессоров

 

Компрессоры классифицируют для удобства их подбора по условиям эксплуатации по следующим основным признакам:

- холодильному агенту;

- температурному режиму работы;

- принципу действия;

- степени герметичности корпуса.

По степени герметичности и числу разъемов компрессора подразделяют:

- сальниковые, в которых ведущий вал уплотняется при помощи сальника;

- бессальниковые со встроенными электродвигателями, с разъемами и съемными крышками;

- герметичные со встроенными электродвигателями в заваренном кожухе без разъемов.

В сальниковых компрессорах (рисунок 1.1) конец коленчатого вала выведен наружу. Герметичность в месте выхода вала достигается с помощью самоуплотняющегося сальника. Движение от электродвигателя к валу компрессора передается через муфту или клиноременной передачей, что позволяет использовать один компрессор с разным числом оборотов для получения требуемой холодопроизводительности.

 

Бессальниковае компрессоры (рисунок 1.2) имеют встроенный в общий кожух электродвигатель на одном валу с компрессором. Для возможности ремонта и замены деталей в корпусе имеется ряд крышек на болтах, что позволяет полностью разбирать компрессор и электродвигатель для осмотра и ремонта.

 

 

В герметичном компрессоре (рисунок 1.3) компрессор и электродвигатель собраны на одном коленчатом валу в сварном кожухе. Охлаждение электродвигателя осуществляется холодильным агентом, поступающим при всасывании из испарителя непосредственно в кожух.

 

1.5 Основные узлы и детали поршневого компрессора

Конструкции компрессоров изучаются по плакатам и различным компрессорам на стенде.

Корпус (картер у сальниковых и бессальниковых компрессоров) - базовая деталь, на которой крепят все узлы и детали компрессора. Картер воспринимает переменные нагрузки при работе компрессора, поэтому должен быть жестким, прочным.

Цилиндр — основная часть компрессора, внутри которого совершаются рабочие процессы. В герметичных компрессорах может изготавливаться непосредственно в корпусе или в виде блока цилиндров для других типов компрессоров. Внутренняя поверхность цилиндра обработана с высокой степенью точности и чистоты. На наружной поверхности блока имеются ребра (которые увеличивают площадь поверхности теплообмена с воздухом) или специальные полости, в которых циркулирует охлаждающая вода.

Клапаны — всасывающий и нагнетательный располагаются на клапанной доске, которая герметично закрывает сверху цилиндр.

Всасывающий клапан — из легированной стали толщиной 0,25 мм, имеет обычно форму лепестка и плотно прижимается к клапанной доске з счет своей упругости. Нагнетательный клапан представляет собой чаще всего пятачковые клапаны из легированной стали толщиной 0,3 мм. Закрытие клапана осуществляется спиральной пружиной. Клапаны должны быть герметичными, прочными и износостойкими.

Головка цилиндров разделена перегородкой на полости всасывания т нагнетания и расположена над клапанной доской.

Механизм движения поршневого компрессора служит для превращения вращательного движения коленчатого вала в возвратно — поступательное движение поршня. Механизм состоит из нескольких деталей — коленчатого вала, шатуна, поршневого пальца, поршня.

Коленчатый вал вращается в подшипниках скольжения с помощью электродвигателя и имеет шейки для крепления шатунов.

Шатун — соединяет коленчатый вал с поршнем.

Поршневой палец служит для подвижного соединения шатуна с поршнем.

Поршни — осуществляют рабочие процессы в цилиндре, совершая возвратно — поступательные движения. Для уплотнения зазора между поверхностью цилиндра и поршнем на последнем устанавливают уплотнительные кольца.

 

1.6 Принцип действия поршневого компрессора

Основным рабочим органом компрессора (рисунок 1.4) является цилиндр 2, в котором возвратно - поступательно перемещается поршень 1. Цилиндр отделяется от испарителя и конденсатора и периодически сообщается с ними с помощью клапанов - всасывающего 4 и нагнетательного 3.

Клапаны - запорные перекрывающие устройства, периодически сообщают рабочий объем цилиндра с испарителем для всасывания из него паров холодильного агента и конденсатором для нагнетания в него сжатых паров.

Клапаны самодействующие - автоматически открываются и закрываются под действием разности давлений по обе стороны. Поддержание клапанов в открытом положении в процессах всасывания и нагнетания обеспечивается динамическим напором, создаваемым потоком пара холодильного агента, проходящего через клапан.

Условия работы всасывающего клапана:

- клапан открыт при Р₀ > Р_ц + Р_пр

-клапан закрыт при Р₀ < Р_ц + Р_пр

Условия работы нагнетательного клапана:

-клапан открыт при Р_К < Р_ц + Р_пр

-клапан закрыт при Р_К > Р_ц + Р_пр