Конструкции компрессоров.

Рис.8.3 Многоступенчатые схемы поршневых компрессоров.

Рис. 8.2 Схема поршневого компрессора

 

При движении поршня влево (см.рис.8.2) объем правой рабочей камеры V_пувеличивается, атмосферным давлением открывается всасывающий клапан и в нее поступает воздух, как это показано стрелками и сплошными линиями. В это же время объем левой камеры V_л уменьшается и происходит сжатие поступившего в нее из атмосферы воздуха (всасывающий клапан левой камеры закрыт). Как только давление воздуха в левой камере превысит давление в пневматической сети (воздухосборнике), откроется нагнетательный клапан левой камеры и сжатый воздух вытеснится в пневмосеть. При обратном движении поршня закрыт нагнетательный клапан левой камеры и через всасывающий клапан в нее поступает атмосферный воздух, а в правой камере происходит процесс сжатия и вытеснения воздуха (движение воздуха показано пунктирными линиями).

Клапаны компрессора - бесприводные пружинные, открывающиеся под действием перепада давлений между внутренней полостью рабочих камер и окружающей средой. Поэтом давление сжатого воздуха в цилиндре перед его вытеснением зависит от противодавления в пневмосети.

Цилиндр компрессора, схема которого приведена на рис.8.2, называют цилиндром двойного действия, так как при одном полном обороте коленчатого вала происходит два рабочих цикла в компрессоре. В цилиндре простого действия одна из торцевых частей открыта, отсутствуют соответствующие крышка и система клапанов, а преобразование энергий происходит в одной камере В таком компрессоре за один двойной ход поршня происходит один рабочий цикл, включающий в себя процессы всасывания, сжатия и вытеснения воздуха. Привод компрессора простого действия, как правило, бескрейцкопфный (отсутствуют шток 6 и крейцкопф 7, а шатун 8 непосредственно соединяют с поршнем 5), в отличие от крейцкопфного привода компрессора двойного действия.

Высокую степень повышения давления получают за счет многоступенчатых схем (рис.8.3), когда воздух поочередно прохо­дит через несколько рабочих камер компрессора.

Двухступенчатое сжатие, наиболее распространенное напрактике, может быть реализовано в компрессоре с дифференциальным цилиндром (рис.8.3,а) или путем последовательного соединения двух цилиндров по схеме тандемкомпрессора (рис.8.3,б) или рядного компрес­сора(рис.8.3,в). Взаимное расположение цилиндров, помимо рядного, может быть угловым (рис.8.3,г), V-образным (рис.8.3,д) и оппозитным(рис.8.3,е).

В компрессорах большой производительности применяют параллельное соединение цилиндров, приводимых в действие общим коленчатым валом. Такие компрессоры называют много цилиндровыми. Они подразделяются на однорядные и многорядные с угловым, - образным и оппозитным взаиморасположением рядов. По ориентации цилиндров в пространстве однорядные компрессоры подразделяют на вертикальные и горизонтальные. Кроме того, в зависимости от производительности компрессоры могут иметь водяной или воздушный отвод тепла от стенок цилиндра.

 

Стационарные пневматические установки горных предприятий до последнего времени комплектовали преимущественно вертикальными и горизонтальными компрессорами. Причем последние имели рядное П-образное исполнение, при котором ряд цилиндров располагается по одну сторону от оси вращения коленчатого вала, а приводной двигатель размещен между шатунно-поршневыми группами цилиндров высокого и низкого давлений. Среди П-образных горизонтальных компрессоров наибольшее распространение получили компрессоры типа 1ВГ производительностью 60 м³/мин, а также типа 2ВГ, 55В, 55ВМ и 5Г-100/8 производительностью 100 м³/мин. Все перечисленные компрессоры рассчитаны на номинальное давление 8 бар.

Среди вертикальных наиболее распространены крейцкопфные компрессоры типа В-300-2к и 2Р-20/8 производительностью соответственно 40 и 20 м³/мин. при давлении сжатого воздуха 8 бар. На ряде горных предприятий эксплуатируются вертикальные крейцкопфные компрессоры типа 200-B-I0/3 (Q= 10 м³/мин_, р=8 бар).

В последние годы проводится унификация воздушных компрессоров общего назначения с дальнейшим усовершенствованием их конструкций, в связи с чем горизонтальные и вертикальные компрессоры перечисленных марок сняты с производства. Стационарные пневматические установки вновь вводимых горных предприятий оборудуют новыми горизонтальными компрессорами, выполненными по оппозитной схеме, а также прямоугольными и V -образными компрессорами.

При оппозитной схеме цилиндры компрессора располагаются в два ряда по обе стороны от оси вращения коленчатого вала и имеют взаимно противоположное направление движения шатунно-поршневых групп. Равенство сил инерции поступательно движущихся масс и поршневых сил с противоположным их направлением в каждой паре цилиндров обеспечивают высокую степень уравновешенности компрессора, что, в свою очередь, позволяет увеличить частоту вращения коленчатого вала и при прочих равных условиях снизить размеры и массу компрессорного агрегата и его фундамента. В настоящее время промышленность выпускает два типа оппозитных горизонтальных компрессоров: 2M10-50/8 и 4М10-100/8. Производительность компрессоров соответственно составляет 50 и 100 м³/мин при давлении сжатого воздуха 8 бар. Буквенный индекс обозначает многорядное исполнение компрессора, цифра перед буквенным индексом - количество цилиндров, а после буквенного индекса — величину поршневой силы в десятках тысяч ньютонов. Все основные узлы обоих компрессоров унифицированы.

Компрессор 4М10-100/8 (рис.8.4) монтируют на чугунной литой фундаментной раме 1 прямоугольной формы. К раме жестко крепятся кронштейны 6, в которых размещены направляющие крейцкопфов. Цилиндры I-3 и II 3 ступеней снабжены передними 9 и задними 10 крышками. В полостях корпусов цилиндров и крышек циркулирует охлаждающая вода.

Рис.8.4 Компрессор 4М10-100/8

 

Поршень 2 I-ой ступени имеет сварную конструкцию, а поршень 2 II -ой ступени — чугунный литой. Отверстия в задних крышках цилиндров через которые проходят штоки 5 загерметизированы металлическими сальниками 4 с плоскими уплотняющими элементами. Клапаны I ступени 7 размещены в крышках цилиндра, а II ступени - в корпусе. Клапаны обеих ступеней унифицированы.

Компрессор имеет две автономные системы смазки. Смазка стенок цилиндров осуществляется лубрикатором. Для подачи масла к трущимся элементам механизма движения используется шестеренчатый насос.

Производительность компрессора регулируется перепуском воздуха с нагнетательной стороны во всасывающую по байпасу Б, снабженному перепускными клапанами ПК.

Компрессорные агрегаты 2MI0-50/8 и 4MI0-I00/8 комплектуют синхронными двигателями с частотой вращения 500 об/мин и мощностью соответственно 320 и 630 кВт. Для устранения резонансных явлений во всасывающем и нагнетательном трубопроводах в связи с пульсирующей подачей воздуха перед первой ступенью и после второй ступени компрессора устанавливают специальные буферные емкости.

Для стационарных пневматических установок разработан ряд компрессоров типа ВП (воздушный, прямоугольный) производительностью от 6 до 100 м³/мин при давлении сжатого воздуха от 8 до 220 бар. В настоящее время освоены промышленностью и применяются на горных предприятиях, двухступенчатые прямоугольные компрессоры типа ВП-10/8, ВП-20/8, ВП-30/3 и ВП-50/3. Намечен выпуск компрессора ВП-100/8. Цифры в числителе после буквенного индекса обозначают подачу компрессора в м³/мин, а в знаменателе — давление сжатого воздуха в барах.

На ряде обогатительных фабрик для специальных технологических целей используют трехступенчатые компрессоры ВП-20/18 и ВП-20/35.

На рис.8.5 показана конструкция компрессора 205 ВП-20/35, являющаяся типовой для всех прямоугольных компрессоров, базовые узлы которых унифицированы. Число 20 перед буквенным индексом обозначает вторую модернизацию компрессора, 5 - типоразмер базы, характеризуемый усилием, действующим на шток, в десятках тысяч ньютонов.

Цилиндр I 1-ой ступени двойного действия имеет вертикальное расположение. Для герметизации штокового отверстия в задней крышке используются такие же уплотнения 2, как и в компрессоре 4М10-100/8. В опор­ной раме 8 смонтированы промежуточный холодильник 3, шатуны 4 с крейцкопфами 5 и коленчатым валом II.

Рис. 8.5 Компрессор 205 ВП-20/35

Последний приводится во вращение электродвигателем 12, имеющим спе­циальную конструкцию (ротор двигателя насажен на консоль коленчатого вала, а статор крепится к раме). Цилиндры 2-ой 6 и 3-ий 7 ступеней имеют горизонтальное расположение, соединены по схеме тандем-компрессора простого действия и представляют один общий дифференциальный блок. Лубрикатор 10 обеспечивает смазку цилиндров, а масляный насос - смазку трущихся элементов движения. Клапаны 9 I -ой и II-ой ступеней унифицированы. Охлаждение цилиндров — водяное.

Вертикальный четырехцилиндровый двухступенчатый компрессор К-9м (рис.8.6) используют на передвижных пневматических установках ПК-10, КС-9 и ДК-9м.