6.5. Детали винтовых компрессоров

Детали винтовых компрессоров относительно просты, однако они требуют очень точной обработки.

Корпус компрессора. Корпус компрессора за редким исключением делают литым. Наиболее распространенным материалом является чугун со средними прочностными свойствами. В некоторых случаях для передвижных установок корпус отливается из легких сплавов с невысоким коэффициентом температурного расширения. При большом коэффициенте линейного расширения, учитывая неравномерный разогрев компрессора, могут сильно измениться монтажные зазоры.

Для работы компрессора очень важны расположение и форма всасывающего и нагнетательного окон. Форма канала, по которому газ подводится к всасывающему окну компрессора, должна быть такой, чтобы направление потока газа соответствовало бы направлению витков ротора. Всасывающее окно должно иметь максимальные размеры и располагаться таким образом, чтобы всасывание продолжалось возможно дольше. У малых и средних компрессоров корпус компрессора делается неразъемным, у больших машин он имеет разъем по плоскости осей обоих роторов. У небольших машин одна из крышек корпуса отливается вместе с корпусом.

В машинах низкого давления тепло от корпуса отводится в окружающую среду ребрами, отлитыми на корпусе. Во всех остальных случаях корпус компрессора отливается вместе с водяной рубашкой. В воздушных винтовых компрессорах скорость воздуха во всасывающем и нагнетательном патрубках принимается 28–30 м/сек.

Роторы. Роторы изготовляют из поковки или прутка проката совместно с валом. Для их изготовления применяется высококачественная углеродистая сталь. Роторы делают также из мелкозернистого чугуна, из чугуна с шарообразным графитом, из алюминиевых сплавов и из нержавеющей стали. В этих случаях роторы изготовляются отдельно от вала и насаживаются или напрессовываются на стальной вал. Посадка вала должна быть достаточно тутой, чтобы не произошло ослабление соединения, так как это может привести к тяжелой аварии машины. Во многих случаях стальной ротор приваривается к валу. При высоких степенях повышения давления ротор имеет внутреннее охлаждение маслом, которое подается через сверление в валу. Благодаря этому увеличивается коэффициент подачи компрессора.

Профили зубьев с уплотняющими поясками

Рис 75. Профили зубьев с уплотняющими поясками

Для улучшения уплотнения на торцовых плоскостях ротора и на наружных поверхностях вершин зубьев ротора делаются уплотняющие пояски (рис. 75). Имеются роторы с уплотняющими поясками из мягкого железа или из пластических масс, запрессованными в канавки по наружному диаметру ротора, либо делают уплотняющие выступы насечкой металла по обеим сторонам выступа, при этом ширина уплотняющих выступов обычно 0,3–0,6 мм, а высота – 0,6–0,8 мм. Против уплотняющего выступа одного ротора имеется канавка в другом роторе. Отношение f062-2 принимают в пределах от 1 до 2. Очень длинные роторы имеют малую жесткость. Окружная скорость на ободе ротора зависит от степени повышения давления, от высоты зуба и плотности сжимаемого газа.

Зависимость окружной скорости и на ободе главного ротора от степени повышения давления при различной высоте зуба Н

Рис 76. Зависимость окружной скорости и на ободе главного ротора от степени повышения давления при различной высоте зуба Н

На рис. 76 показана зависимость окружной скорости на ободе ведущего ротора воздушного компрессора от степени повышения давления при различной относительной высоте зуба. Для газов с малой плотностью принимают окружную скорость выше, для газов с высокой плотностью – ниже. На валу ротора между уплотнениями и подшипником имеются маслоотражательные кольца, чтобы предохранить цилиндр oт попадания масла из подшипника. Роторы балансируются статически и динамически, причем балансировка повторяется после монтажа на роторе синхронизирующей шестерни, дисков для опоры осевых подшипников и полумуфты. Ротор должен иметь максимальную жесткость, чтобы прогиб ротора не вызывал необходимости увеличения зазоров, снижающих коэффициент подачи и энергетические показатели компрессора.

Синхронизирующие шестерни. Синхронизирующие шестерни всегда имеют косые зубья с углом наклона, доходящим до 45°, чтобы, хотя бы частично, компенсировать осевую силу, действующую на ведущий ротор. Зубья каленые и шлифованные или шевингованные с зазором между зубьями f062-3, где f062-4 – диаметр делительной окружности большего колеса. Окружная скорость шестерен достигает 60 м/сек. Поскольку зазор в зубчатом зацеплении должен быть меньше зазора в роторе, шестерни смазываются обильно, даже в том случае, если передают небольшую мощность. Этим достигается снижение износа шестерен. Для достижения лучшего сопряжения обоих роторов шведская фирма Атлас Колко делает зубчатый венец синхронизирующей шестерни ведомого ротора из двух частей, взаимное смещение которых позволяет выбрать люфт в шестернях.

Двусторонний сегментный осевой подшипник

Рис. 77. Двусторонний сегментный осевой подшипник

Подшипники. Подшипники качения применяются только у компрессоров низкого давления и вакуум-насосов, поскольку высокие числа оборотов и большая нагрузка на подшипники снижают долговечность подшипников качения у компрессоров, имеющих высокие перепады давления. При нагрузках, которые действуют на подшипники в этих машинах, более приемлемы подшипники скольжения. Учитывая значительные усилия, вызывающие изгиб ротора, расстояние между подшипниками должно быть минимальным. Во избежание задиров по краям подшипника, вызванных изгибом ротора, длина подшипника принимается сравнительно небольшой. Нагрузка, действующая на радиальные и осевые подшипники, обычно постоянная. Осевые подшипники, как правило, выполняются сегментными (рис. 77). Во избежание перекоса в осевом подшипнике обычно делают шаровую опору, позволяющую подшипнику самоустанавливаться.

Для получения масляного клина, по которому скользит сегмент подшипника, подшипник имеет осевой зазор 0,1–0,2 мм, что необходимо учитывать при выборе осевых зазоров роторов в корпусе компрессора.

В радиальных подшипниках хорошо зарекомендовали себя поверхности скольжения, получаемые «лимонной» шабровкой, форма которых подбирается согласно гидродинамической теории смазки. В компрессорах лучше всего работают трехслойные подшипники, которые представляют собой не разрезную стальную втулку, имеющую внутреннюю втулку из свинцовистой бронзы, покрытой тонким слоем баббита. Сильное выделение тепла в подшипниках требует наличия холодильника в масляной системе. Во избежание износа подшипников, что привело бы к нарушению зазоров в роторе и к аварии компрессора, следует в масляной системе тщательно отфильтровывать масло и магнитом улавливать продукты износа.

При обеспечении хорошего охлаждения подшипника рекомендуется радиальный зазор в подшипниках скольжения принимать в пределах (0,001–0,002)d, где d – диаметр подшипника.

Уплотнения. Вследствие большой скорости вращения к уплотнениям винтовых компрессоров предъявляются повышенные требования. При конструировании уплотнений следует учитывать необходимость предохранить цилиндр компрессора от попадания в него масла из подшипников. Это исключает часто применяемое в других конструкциях масло как жидкость, обеспечивающую герметичность уплотнения. Применяются уплотнения, работающие без смазки – самосмазывающиеся графитовые кольца или лабиринтные уплотнения.

Фирма Демаг (ФРГ) устанавливает на своих винтовых компрессорах лабиринтные уплотнения из той же нержавеющей стали, из которой сделан и вал. При сжатии взрывоопасных или токсичных газов к камере (фонарю), расположенной в середине уплотнения, подсоединяется отсасывающий трубопровод или подводится инертный газ. Ряд других предприятий изготовляет внешние уплотнения с разрезными графитовыми кольцами, в канавки их входят лабиринтные ножи, которые получены механической обработкой вала.

Применяются также уплотнения, состоящие из не разрезных графитовых колец; такие уплотнения получаются короче лабиринтных и называются камерными. Уплотнение имеет от 4 до 6 камер и разделено фонарем на две части: внутреннюю и внешнюю. Фонарь для отвода проникающего в него газа соединяется или со всасыванием, или с трубой, отводящей газ на крышу помещения. В некоторых случаях в фонарь подводится инертный газ для отделения газового пространства от окружающей среды.

При конструировании уплотнения необходимо иметь в виду, что и на нагнетательной стороне уплотнение не находится под полным давлением нагнетания, поскольку пространство перед уплотнением соединено с одной стороны с нагнетательным патрубком, а с другой – с впадинами между зубьями, в которых находится газ под давлением всасывания. Действительное давление газа перед уплотнением составляет от 0,55 до 0,6 суммы давлении на нагнетании и всасывании.

Торсионные валы. Ведущий ротор имеет привод от быстроходного вала редуктора или от электродвигателя, как правило, через торсионный вал небольшого диаметра. Этот вал устанавливается для предохранения редуктора или муфты от торсионных колебаний. Соединение между валом ротора и редуктором или между валом и полумуфтой шлицевое.

Глушители шума. Большим препятствием для использования крупных винтовых компрессоров является шум, издаваемый ими при работе. Конструкция ротора, всасывающего и нагнетательного окон, установка глушителей на всасывающем. И нагнетательном патрубках и общая компоновка могут значительно снижать шум, который неприятен главным образом вследствие высокой частоты 200–2000 Гц, что определяется числом зубьев и скоростью вращения ротора. Кроме этих частот, имеется шум более высоких частот, который, однако, значительно менее интенсивен.

Шум от винтовых компрессоров лучше всего гасится в комбинированных поглощающего типа и резонансных глушителях, отрегулированных на наиболее интенсивную часть спектра шума. У больших винтовых компрессоров с низкими частотами шума размеры глушителей очень большие относительно габаритов машины из-за необходимости устанавливать толстый слой изолирующего материала.

© 2017: ООО Техпром-Н, производство компрессоров ВР 8, компрессорных станций КС