Поршневые компрессоры. Устройство и принцип действия

Поршневой компрессор - это машина объемного действия, у которой всасывание, сжатие и вытеснение газа производятся поршнем, перемещающимся в цилиндре возвратно-поступательно.

Конструктивные схемы поршневого компрессора приведены на рис. 5,8. Наиболее распространены поршневые компрессоры с приводом от электродвигателя. В этом случае преобразование вращательного движения вала двигателя в возвратно-поступательное движение поршня 7 происходит при помощи кривошипно-шатунного механизма. В ряде конструкций шатун 2 соединяется шарнирно со штоком 9 поршня в крейцкопфе 10 (ползуне), который движется в направляющих 11 (рис. 5.8,а). В других конструкциях крейцкопф отсутствует и шатун 2 соединяется шарнирно непосредственно с поршнем 7 удлиненной формы (рис. 5.8.б). Поэтому различают два конструктивных типа поршневых компрессоров - крейцкопфные и бескрейцкопфные.

Когда ось шатуна 2 совпадает с осью цилиндра 8, скорость движения поршня становится равной нулю и затем меняет свое направление. Такие положения поршня называются мертвыми точками. Положение поршня в момент его наибольшего удаления от вала называется верхней мертвой точкой (ВМТ) и соответственно положение наименьшего удаления - нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, проходимое поршнем от НМТ до ВМТ, называется ходом поршня L, который равен двум радиусам кривошипа 1: L = 2г.

Поршневые компрессоры делятся на компрессоры одностороннего (рис. 5.8 б) и двухстороннего (рис. 5.8 а) действия. Крейцкопфные компрессоры могут быть как одностороннего, так и двухстороннего действия, а бескрейцкопфные - только одностороннего действия.

При движении поршня от крайнего левого положения (ВМТ) в цилиндре создается разрежение (рис. 5.8) Под действием разности Давлений во всасывающей линии и в цилиндре всасывающий клапан 5 открывается и через всасывающий патрубок 6 газ поступает в цилиндр.

Рисунок 5.8 – Конструктивные схемы поршневого компрессора:

а - с крейцкопфой; б - без крейцкопфы

Поступление газа в цилиндр продолжается до тех пор, пока поршень не придет в крайнее правое положение (НМТ). В этот момент клапан 5 закрывается. При обратном движении от НМТ к ВМТ объем рабочей полости цилиндра уменьшается, газ сжимается и давление его повышается. Когда давление в цилиндре превысит давление в нагнетательной линии, откроется нагнетательный клапан 3 и сжатый газ через нагнетательный патрубок 4 будет вытесняться из цилиндра в нагнетательную линию до тех пор, пока поршень не придет в ВМТ. Объем газа в цилиндре в этот момент минимальный - это “мертвый объем”. “Мертвый объем” необходим для исключения удара поршня о крышку из-за температурных деформаций деталей механизма движения и штока или при избытке смазочного материала. Газ находится в “мертвом объеме” под давлением нагнетания, й, когда происходит движение поршня от ВМТ к НМТ, нагнетательный клапан закрывается. Газ расширяется до тех пор, пока давление его не станет ниже давления во всасывающей линии и в этот момент откроется всасывающий клапан. Процесс расширения газа, занимающего “мертвый объем”, называется процессом обратного расширения.

В компрессорах двухстороннего действия во время всасывания газа в одну полость цилиндра происходит выталкивание газа из другой полости и наоборот.

Для повышения давления сжатия применяют сжатие в нескольких ступенях. В многоступенчатых компрессорах сжатие газа происходит многократно в последовательно соединенных цилиндрах, разобщенных клапанами. Между цилиндрами осуществляется охлаждение газа.

Ступень цилиндра состоит из рабочего цилиндра, поршня и системы клапанов. Рабочий объем ступени поршневого компрессора V_p - это объем, который проходит поршень за один ход. Для ступени с поршнем одностороннего действия

и двухстороннего действия

где D - внутренний диаметр цилиндра; d - диаметр штока.