Узлы и детали поршневых компрессоров

Станина и рама – основные несущие части компрессора служат базой для монтажа деталей компрессора и связывает кривошипно-шатунный механизм и поршневые группы, должны обладать прочностью, жесткостью и устойчивостью, изготавливаются из чугунного литья, для компрессоров большой производительности изготавливают стальными сварными. Станина может быть выполнена составной из отдельных сборочных единиц. Станина имеет форму коробки с прямоугольным или трапециевидным сечением и выполняется таким образом, чтобы ее нижняя часть служила емкостью для масла.  

       В горизонтальных компрессорах применяют рамы двух типов: вильчатые с двумя подшипниками для коленчатых валов и байонетные с одним подшипником для кривошипного вала.                                                                                                                                                               

Цилиндры– образуют стенки рабочей камеры, с давлением до 5 МПа отливают из чугуна, 5 – 15 МПа изготавливают стальным литьем, более 15 МПа выполняют из поковок из углеродистой или легированной стали. Рабочая поверхность цилиндра может быть образована запрессованной втулкой из перлитного чугуна, применяется свободная втулки с зазором, чтобы при работе создавалась напряженная посадка при тепловом расширении. Цилиндры могут охлаждаться воздухом или водой. Для обеспечения свободы перемещения при деформации от температуры цилиндры устанавливают на качающиеся опоры (между лапой цилиндра и плитой расположены в вертикальном положении два сухаря с опорными цилиндрическими поверхностями); опоры могут быть скользящими (лапа цилиндра с тщательно обработанной поверхностью опирается на чугунную плиту фундамента). Цилиндры могут быть с двумя торцовыми крышками или одной крышкой и глухой передней стенкой.                                                                                                                                                                                               

Поршни – служат для всасывания, сжатия и вытеснения газа из цилиндра, совершают возвратно-поступательное движение. В поршневых компрессорах применяют три вида поршней. Тронковый поршень применяют в бескрейцкопфном компрессоре, соединяется непосредственно с шатуном с помощью поршневого пальца.Тронковый поршень имеет днище и цилиндрическую поверхность, которая состоит из верхнего пояса с уплотняющими поршневыми кольцами и нижнего пояса, ненесущего маслосъемные кольца. Назначение маслосъемных колец – удалять с поверхности цилиндра излишки масла, попадающего из картера при смазке разбрызгиванием. В быстроходных компрессорах применяют тронковые поршни из алюминиевых сплавов или чугунные облегченных конструкций ( СЧ18, СЧ21). Поршневые пальцы изготавливают из сталей 45, 40Х с последующей закалкой током высокой частоты или из сталей 20, 15Х, 15ХМА с цементацией и закалкой. Дисковые поршни изготавливают стальными сварными или литьем, сталь Ст.3, сталь20, сталь 15Л. Наружная поверхность поршня наплавляется баббитом БН или Б16 при работе со смазкой поршней. У поршней, работающих без смазки, несущую поверхность выполняют в виде специальных несущих колец из того материала, что и уплотняющие кольца (коксофторопласт – Ф-4К-20). Дифференциальные поршни представляют собой комбинацию нескольких поршней разного диаметра, объединенные в одну деталь, применяют в компрессорах с несколькими ступенями в одном ряду.

Поршневые кольца – обеспечивают уплотнения зазора между поверхностями поршня и цилиндра, служат для отвода тепла от поршня к стенкам цилиндра. Материал поршневых колец: чугун (СЧ18, СЧ21, СЧ24, СЧ28), текстолит, композиция фторопласта и графита – Ф-4К-20 (при работе цилиндров без смазки). Замки колец: прямые, косые, в нахлест и герметичные.                                     

Коленчатый вал – передает механическую энергию от привода на кривошипно-шатунный механизм. Коренные шейки опираются на коренные подшипники. Поверхность шеек термообработана. Материал вала сталь 40, 45, 40Х.

Шатуны – служат для соединения вала с крейцкопфом или поршнем и преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное движение поршня. Шатуны соединяется с коленчатым валом через шатунные ( мотылевые) подшипники скольжения. Материал шатунов сталь 40, 45, 40Х. Шатун состоит из стержня, кривошипной и крейцкопфной головок. Крейцкопфная головка обычно неразъемная, но может быть и разъемной. Подшипник крейцкопфной головки выполняется в виде бронзовой втулки, в компрессорах большой производительности имеется проушина, в которую вставляются вкладыши подшипника и крепятся клином. Стержень шатуна имеет круглое или двутавровое сечение. Смазка к шатунным подшипникам поступает по трубке, прикрепленной к стержню шатуна или внутреннему по каналу в стержне шатуна.

Крейцкопф – для передачи усилия от шатуна на шток. В компрессорах применяют два типа  крейцкопфов: открытый и закрытый. Открытые применяют в вертикальных компрессорах, они сопрягаются с вильчатыми шатунами, головка которых охватывает крейцкопф снаружи. Закрытый крейцкопф характеризуется внутренним расположением головки шатуна и применяется в горизонтальных компрессорах всех типов. Для небольших компрессоров крейцкопфы изготавливают из чугуна цельными, для средних и крупных компрессоров делают с отъемными башмаками. Корпус крейцкопфа изготавливают из материалов: СЧ20, сталь25Л; башмаки из алюминиевого сплава или СЧ20, покрытие башмаков из баббита Б16. Крейцкопф с шатуном соединяется посредством стального пальца, поверхность которого цементируют, закаляют и шлифуют. Посадка пальца в корпус крейцкопфа производится по конусной поверхности. Материал пальца сталь 20, сталь 45.

Шток – цилиндрическая деталь передает усилие от крейцкопфа на поршень, изготавливается из материалов: сталь40, сталь45, азотированные стали марок 38Х2МЮА, 38ХЮ.

Подшипники – различают: коренные являются опорами для коленчатого вала и шатунные ( мотылевые ), посредством которых осуществляется соединение шатунов с шейками коленчатого вала. В компрессорах малой и средней производительности применяют подшипники качения, большой производительности – подшипники скольжения.

Сальники – уплотнительные устройства штоков, на НПЗ в компрессорах применяют самоуплотняющиеся сальники из композиционного материала Ф-4К-20, обладающего свойствами самосмазки. Требования к сальникам: сальники должны быть плотными и долговечными; недопустимо большое трение в сальниках и как следствие износ штоков; должны иметь небольшие габариты и небольшую потребность в смазке. Самоуплотнение сальниковых колец достигается браслетными пружинами. Предварительное уплотнение создается прижатием уплотнительных элементов к штоку давлением 50 – 100 кПа. Сальники среднего и высокого давления для скоростных компрессоров, в которых в результате трения выделяется большое количество теплоты, должны иметь охлаждение теплоносителем ( водой или маслом ). Количество уплотнительных элементов принимают в зависимости от их материала, уплотняемого давления и диаметра штока.

Клапаны – всасывающиеся и нагнетательные клапаны устанавливаются на цилиндре компрессора для пропуска газа из всасывающего трубопровода в цилиндр в период всасывания и из цилиндра в нагнетательный трубопровод в период нагнетания. В период сжатия газа и расширения его клапаны отключают цилиндр от трубопроводов. Клапаны должны открываться под действием небольшой разности давлений до и после клапана и закрываться усилием пружинящего элемента при равенстве этих давлений. Проходные сечения и коэффициент расхода клапанов должны быть достаточно большими, чтобы потери энергии в них были минимальными до 8%. В открытом состоянии клапан должен работать устойчиво, без вибраций подвижных элементов, а в закрытом состоянии должен быть герметичным. Пластины и пружины клапана должны обладать прочностью при ударных нагрузках большой цикличности. Средняя наработка клапана до отказа должна быть не менее срока между плановыми ремонтами компрессора. В условиях эксплуатации клапаны должны обеспечить удобства монтажа, демонтажа и ремонта. В современных компрессорах применяют пластинчатые клапаны трех видов: дисковые, кольцевые и полосовые. В настоящее время наметилась тенденция к применению прямоточных пластинчатых клапанов, они долговечнее в работе и обладают сравнительно малым сопротивлением газовому потоку.