Презентація на заняття "Поршневі компресорні машини"

Розробка презентації заняття (матеріал для проектора){5 C22544 A-7 EE6-4342-B048-85 BDC9 FD1 C3 A}Програма - Програма перепідготовки на суміжну професію «Машиніст компресорних установок» 055-7-ППСП-ПТУКурс №3 - Спеціальна технологія. Тема №12- Поршневі компресорні машини. Розробив: майстер виробничого навчання Іван Коваленас

Спеціальна технологія. Т-12. Поршневі компресорні машини. Проміжні цілі: ПЦ-1 Назвати призначення і класифікацію поршневих компресорних машин. ПЦ-2 Пояснити будову компресорних машин. ПЦ-3 Типові схеми розташування циліндрів компресорів ПЦ-4 Пояснити принцип дії поршневих компресорних машин. ПЦ-5 Схеми робочого циклу і робочих процесів поршневого компресора ПЦ-6 Назвати основні технічні характеристики поршневих компресорів

1. Призначення і класифікація поршневих компресорних машин (1/3)Компресор - це машина для підвищення тиску і переміщення газу. Крім загальної класифікації компресорів, поршневі компресори мають ряд особливостей пов’язаних з наявністю циліндрів їх кількістю та розташуванням. Нагадаймо що поршневі компресори відносяться до об’ємних компресорів, при яких тиск газу збільшується за рахунок зменшення замкнутого об'єму (камери).

Призначення і класифікація поршневих компресорних машин (2/3)Поршневі компресори розрізняють:за способом дії: простої і подвійної дії;за числом працюючих циліндрів: одно- і багатоциліндрові;за кількістю ступенів стиснення: одно- дво- і багатоступінчаті;за конструктивним виконанням:вертикальні, горизонтальні і кутові;однорядні і дворядні — з послідовним і паралельним розташуванням циліндрів;з простим і диференціальним поршнем;крейцкопфні і безкрейцкопфні;за способом охолоджування циліндрів і стиснутого повітря:з водяним охолоджуванням;з повітряним охолоджуванням;

Призначення і класифікація поршневих компресорних машин (3/3)за числом обертів валу компресора:тихохідні (до 200 об/хв);швидкохідні (від 500 до 1000 об/хв);по продуктивності:до 10 м3/хв – малої продуктивності;від 10 до 100 м3/хв – середньої продуктивності;понад 100 м3/хв – великої продуктивності;по кінцевому тиску повітря, що нагнітається:низького тиску (до 2.5 MПa);середнього тиску (до 6 МПа);високого тиску (до 35 МПа);надвисокого тиску (понад 35 МПа)по виду установки: стаціонарні та пересувні.за типом приводу: від електродвигуна або від двигуна внутрішнього згорання.

Варіанти конструкцій поршневих компресорів простої (а і б) і подвійної дії (в)

Про поршневі компресори (1/4)У компресорах одноступеневого стиснення повітря стискається один раз, а потім надходить в повітрозбірник. У компресорах двоступеневого стиснення повітря стискається двічі: спочатку до певного тиску в циліндрі першого(І) ступеня, далі охолоджується в холодильнику (3) і потім стискається в циліндрі другого(ІІ) ступеня до робочого тиску. У багатоступінчастих компресорах стиснення повітря відбувається стільки разів, скільки ступенів мають компресори. Чим більша кількість ступенів, тим більший тиск отримується, контроль температури здійснюється за рахунок проміжних (міжступінчастих) холодильників. При стисненні в одноступінчастому циліндрі до надлишкового тиску в 0,3 МПа температура стисненого повітря може досягати 180°С.

Про поршневі компресори (2/4)1 – циліндр І ступені стиснення, 2 – циліндр ІІ ступені, 3 – холодильник

Про поршневі компресори (3/4)Масло, яким змащуються робочі пари компресора (поршні, циліндри) для зменшення зносу, розкладається при таких температурах і втрачає свої змащувальні властивості. В результаті виникає небезпека займання і вибуху масляної сажі, що накопичується в трубопроводах, кришках циліндрів, тому температура повітря, що нагнітається не повинна перевищувати 170°С. Крім того, зі збільшенням кількості ступенів стиснення знижуються витрати енергії стиснення, а також підвищується продуктивність і надійність компресора. На пересувних компресорних станціях застосовуються об'ємні (поршневі, мембранні, пластинчасті, гвинтові) повітряні компресори малої і середньої потужності з циліндрами одноразової дії і кінцевим робочим тиском не більше 1,2 МПа. На станціях малої потужності (СО-7 Б, СО-45) застосовуються поршневі компресори одноступеневого стиснення, на інших – двоступеневого.

Про поршневі компресори (4/4)Поршневі компресори, що стискують повітря від 0.5 до 100 МПа і продуктивністю до 1.7 м3 /с (100 м3/хв), раціонально застосовувати на компресорних станціях продуктивністю до 8.33 м3/с (500 м3/хв). У одному циліндрі при хорошому охолоджуванні можна отримати стиснення повітря лише до 0.6 МПа при температурі, безпечній для компресорних машин. Для отримання вищого стиснення з меншою витратою енергії за умови компактності компресорної станції застосовуються багатоступінчаті компресори з проміжним охолоджуванням повітря і очищенням його від вологи і масла. У таких компресорах атмосферне повітря стискується послідовно в кожному циліндрі, очищуючись від водяної пари і пари масел після кожного міжступеневого охолоджувача повітря. У конструкціях багатоступінчастих компресорів широко застосовуються ступінчасті (диференціальні) поршні. При цьому дві та більше ступенів стиснення можуть бути розташовані в одному циліндрі. Типові схеми найбільш поширених конструкцій поршневих компресорів представлені далі.

3. Типові схеми розташування циліндрів компресорів (1/3)а) – одноступеневий компресор подвійної дії з вертикальним розташуванням циліндрів;б) – одноступеневий компресор подвійної дії з горизонтальним розташуванням циліндрів;в) – компресор простої дії з V- образним розташуванням циліндрів;

Типові схеми розташування циліндрів компресорів (2/3)г) – компресор з диференціальними поршнями;д) – двоступеневий компресор з паралельним розташуванням циліндрів (компаунд);

Типові схеми розташування циліндрів компресорів (3/3)е) – двоступеневий компресор з послідовним розташуванням циліндрів (тандем);ж) – кутовий

Кривошип, шатун, крейцкопф. У приводних компресорах зворотно-поступальний рух поршня здійснюється через кривошипно-шатунний механізм, що складається з колінчастого валу з кривошипом і шківом або маховиком, шатуна і в деяких конструкціях також з крейцкопфа (повзуна) і штока. Колінчастий вал виготовляється з високоякісної сталі. Шатун є ланкою, що пов'язує колінчастий вал з повзуном, штоком і поршнем. Він служить для перетворення обертального руху колінчастого валу на зворотно-поступальний рух поршня. Поступально-коливальний рух шатуна відбувається в площині перпендикулярній до осі валу. Шатуни виготовляються з якісних легованих і вуглецевих сталей. Крейцкопф (або повзун) складається з корпусу і башмаків і сполучає шатун з штоком поршня, забезпечуючи збіг осей штока поршня і циліндра. Він рухається прямолінійно в направляючих паралелях. Корпус повзуна виковується з вуглецевої сталі, а башмаки відливаються з чавуну.

Крейцкопфний чи безкрейцкопфний?Поршневі компресори низького тиску до 1 МПа і малої продуктивності (до 20 м3/хв) випускаються головним чином безкрейцкопфними, простої дії, у вертикальному, V-образному і W-образному виконаннях. Багатоступінчаті компресори продуктивністю до 120 м3/хв зазвичай виготовляються крейцкопфними, у вертикальному і V-образному виконаннях, а також кутової конструкції. Безкрейцкопфні компресори виготовляються з числом обертів від 500 до 1000 за хвилину, а крейцкопфні найчастіше всього в межах від 200 до 500. Експлуатуються також прямо діючі компресори без кривошипно-шатунного механізму, з вільно рухомими поршнями, рух яким передається від поршня двигуна внутрішнього згорання.

Поршневі компресори мають наступні загальні недоліки:малу продуктивність і малообертовість, що перешкоджає в деяких випадках здійсненню безпосереднього з'єднання компресора з швидкохідними електродвигунами;нерівномірність подачі повітря в мережу, внаслідок чого потрібна установка повітрозбірника;порівняно великі габарити машин і фундаментів (особливо горизонтальні компресори);неврівноваженістю рухомих мас. Загальні недоліки, властиві різним видам поршневих компресорів, є причиною розробки і використання інших типів компресорів.

Будова і принцип дії поршневих компресорних машин (1/2)Поршневий компресор складається: з кривошипно-шатунного і повітророзподільного механізмів та чотирьох систем (змащувальної системи, охолоджувальної системи, системи підготовки повітря і системи регулювання продуктивністю). Кривошипно-шатунний механізм разом з циліндропоршневою групою перетворюють обертальний рух колінчастого вала у зворотно-поступальний рух поршнів. Кривошипно-шатунний механізм разом з циліндропоршневою групою (далі на рис.) являє собою чавунний корпус (1) (картер), на якому встановлено циліндри низького (11) і високого (5) тиску, колінчастий вал (20) з закріпленими на ньому шатунами (3) з поршнями (4) і (10).

Будова і принцип дії поршневих компресорних машин (2/2)В нижню частину картера через сапун заливають масло, рівень якого контролюють по масловказівнику (2) (покажчику масла). Відпрацьоване масло зливають із картера через отвір, що закритий пробкою (22). В бокових стінках картера (1) зроблені люки для огляду колінчастого валу (20) і шатунів (3). Один з люків закритий кришкою з покажчиком масла (2). Картер лапами (23), підсиленими ребрами жорсткості, кріпиться до рами станції. Під час роботи компресора рухомі поршні створюють в картері (під поршнями) то розрідження (при русі вверх), то тиск (при русі вниз), що приводить до зносу прокладок і виштовхуванню масла з картера через ущільнення колінчастого валу. Для запобігання цьому під час роботи зовнішнє повітря вільно входить в картер і виходить з нього через сапун (15). Сітчастий фільтр сапуна очищає це повітря і запобігає викиданню масла з картера під час роботи.

Поршневий компресор:1 – картер(корпус),2 – масловказівник (покажчик масла),3 – шатун,4,10 – поршні,5,11 – циліндри,6,9 – клапанні коробки циліндрів високого та низького тиску,7 – холодильник,8 – запобіжний клапан низького тиску,12 – повітроочисник,13 – масляний фільтр і маслозабірник

Збільшений план поршневого компресора

Збільшений план поршневого компресора з боку14 – масляний насос,15 – сапун,16 – вентилятор,17 – кронштейн вентилятора,18 – клинопасова передача,19 – шків-півмуфта,20 – колінчастий вал,21 – муфта,22 – зливна пробка,23 – опорні лапи.

Схеми поршневих компресорів одноступеневого стиснення з циліндрами простої (а) і подвійної(б) дії:1 – поршень,2 – циліндр,3,4 – всмоктувальний і нагнітаючий клапани,5 – поршневий палець,6 – шатун,7 – колінчастий вал,8 – шток,9 – кришка

Принцип роботи поршневого компресора (1/3) В циліндрі (2) розташований поршень (1), який пальцем (5) шарнірно поєднаний з верхньою головкою шатуна (6). Нижня головка шатуна шарнірно поєднана з шийкою колінчастого вала (7). При обертанні колінчастого вала поршень здійснює зворотно-поступальні рухи, досягаючи то верхнього, то нижнього кінцевих (крайніх) положень. Кінцеві положення, в яких поршень змінює напрямок руху, відповідно називають верхніми і нижніми мертвими точками (в.м.т. і н.м.т). Відстань, яку проходить поршень між вмт і нмт, називається ходом поршня. В кришці циліндра розміщуються самодіючій всмоктувальний (3) та нагнітаючий(4) клапани.

Принцип роботи поршневого компресора (2/3) Всмоктувальний клапан пропускає повітря із порожнини всмоктування в циліндр, проте запобігає його виходу з циліндра. Нагнітаючий клапан випускає повітря із циліндра в порожнину нагнітання і запобігає йому проходити в зворотному напрямку (з нагнітаючої порожнини в циліндр). Під час руху поршня донизу від вмт в циліндрі строюється розрідження. Зовнішнє атмосферне повітря, подолав супротив всмоктувального клапана (3), відкриває його і заповнює циліндр доки поршень не досягне нмт. В цей момент всмоктувальний клапан закривається, поршень починає рухатись догори, стискаючи повітря в циліндрі – тиск повітря зростатиме доки не відкриється нагнітальний клапан (4), через який стиснене повітря буде витіснятись поршнем до моменту прибуття поршня у вмт.

Принцип роботи поршневого компресора (3/3) За один оберт колінчастого вала (360°) виконується повний робочий цикл компресора: такт всмоктування (при русі поршня від вмт до нмт); такт стиснення (при русі поршня від нмт до моменту відкриття нагнітального клапана) і такт нагнітання (стиснене повітря виштовхується поршнем під час його руху в напрямку вмт). Особливість поршневого компресора – при нагнітанні не все стиснене повітря виштовхується поршнем з циліндра, через це при зворотному русі поршня процес всмоктування почнеться тільки після того, як тиск залишеного повітря досягне тиску всмоктування. Тобто самодіючий всмоктувальний клапан відкриється тільки тоді, коли тиск повітря в робочій порожнині циліндра буде набагато менший, чим тиск повітря в порожнині всмоктування (всмоктувальний трубопровід).

Принципова схема роботи поршневого крейцкопфного компресора подвійної діїПроцес стиснення повітря відбувається в наступній послідовності. У циліндрі (1) поршень (2) здійснює зворотно-поступальний рух. Зусилля від колінчастого валу (3) на поршень передасться через шатун (5) і крейцкопф (4). При русі поршня зліва направо об'єм між внутрішніми стінками циліндра і верхньою частиною поршня збільшується, утворюється розрідження, і атмосферне повітря поступає в компресор через всмоктувальний клапан (6); нагнітальний клапан (7) при цьому закритий. Зі сторони нижньої частини поршня відбувається зменшення робочого об'єму і стиснення порції повітря, що знаходиться там. Всмоктувальний клапан (8) закритий, а нагнітальний (9) відкритий. При русі поршня справа наліво процеси, що протікають зверху і знизу поршня, міняються місцями.

5. Схема робочого циклу і робочих процесів поршневого компресора (діаграма P,V): (1/3)РВС – тиск всмоктування, VМ – об’єм залишеного стисненого повітря в циліндрі після нагнітання, РН – тиск нагнітання, 1-4 – точки на діаграмі, що відповідають певним положенням поршня в циліндрі

Схема робочого циклу і робочих процесів поршневого компресора (діаграма P,V): (2/3)РВС – тиск всмоктування, VМ – об’єм залишеного стисненого повітря в циліндрі після нагнітання, РН – тиск нагнітання, 1-4 – точки на діаграмі, що відповідають певним положенням поршня в циліндрі

Схема робочого циклу і робочих процесів поршневого компресора (діаграма P,V): (3/3)РВС – тиск всмоктування, VМ – об’єм залишеного стисненого повітря в циліндрі після нагнітання, РН – тиск нагнітання, 1-4 – точки на діаграмі, що відповідають певним положенням поршня в циліндрі

6. Основні технічні характеристики поршневих компресорів (1/2)Головними технічними характеристиками поршневих компресорів є: Продуктивність - це здатність стиснення повітря за одиницю часу. Чим компресори більш продуктивні, тим більше стисненого повітря вони можуть нагнітати за хвилину. Обсяг одержуваного на виході повітря нерідко є вирішальним параметром установки, за яким і вибирають модель. Також слід пам'ятати, що в технічній документації на повітряний компресор зазвичай вказується обсяг повітря на вході, який здатний істотно відрізнятися від вироблюваного на виході. Обсяг ресивера (спеціального резервуара, призначеного для збору стисненого повітря). Чим більше обсяг ресивера, тим більше за часом може працювати обладнання при вимкненому компресорі в автономному режимі.

Основні технічні характеристики поршневих компресорів (2/2)Тиск - третій основний параметр вибору моделі повітряного компресора, цей параметр може бути найбільш важливим при виборі пристрою. Не кожен компресор має достатню потужність для стиснення повітря під сильним тиском. Лише потужні поршневі пристрої здатні досягати тиску до 30 атм. Що стосується гвинтових аналогів, вони зазвичай до такої високої планки не дотягують. В технічній характеристиці вказується:вихідний тиск (кгс/см2);номінальне число обертів колінчастого валу (об/хв);продуктивність (м3/хв);потужність (к. Вт);габаритні розміри (мм);маса (кг).

Список використаної літератури: Р. О. Клімов, Конспект лекцій з дисципліни “Компресори та компресорні станції”, Кам’янське 2016 А. П. Агурін, “Передвижні компресорні станції”, “Вища школа” 1989