Поршневой компрессор состоит из кривошипно-шатунного и воздухораспределительного механизмов и четырех систем (смазочной, охлаждения, воздухоподготовки и регулирования производительности).
Кривошипно-шатунный механизм вместе с цилиндропоршневой группой преобразует вращательное движение коленчатого вала в возвратно-поступательное движение поршней.
Кривошипно-шатунный механизм вместе с цилиндропоршневой группой (рис. 32) представляет собой чугунный корпус 1 (картер), на котором установлены цилиндры низкого 11 и высокого 5 давления, коленчатый вал 20 с закрепленными на нем шатунами 3 с поршнями 4 и 10.
Рис. 32. Поршневой компрессор
1 – картер (корпус); 2 – маслоуказатель; 3 – шатун; 4, 10 – поршни; 5. 11 – цилиндры; 6, 9 – клапанные коробки цилиндров высокого и низкого давления; 7 – холодильник; 8 – предохранительный клапан низкого давлении; 12 воздухоочиститель; 13 – фильтр и маслозаборник; 14 – масляный насос; 15 – сапун;
16 – вентилятор; 17 – кронштейн вентилятора; 18 – клиноременная передача; 19 – шкив полумуфта,
20 – коленчатый вал; 21 – муфта; 22 – спускная пробка; 23 – опорные лапы
В нижнюю часть картера через сапун 15 заливают масло, уровень которого контролируют по маслоуказателю 2. Отработанное масло сливают из картера через отверстие, закрываемое пробкой 22. В боковых стенках картера / сделаны люки для осмотра коленчатого вала 20 и шатунов 3. Один из люков закрыт крышкой с маслоуказателем 2. Картер лапами 23, усиленными ребрами жесткости, крепится к раме станции. Во время работы компрессора двигающиеся поршни создают в картере (под поршнями) то разрежение (при движении вверх), то давление (при движении вниз), что приводит к порче прокладок и выталкиванию масла из картера через уплотнение коленчатого вала. Чтобы этого не происходило, во время работы наружный воздух свободно входит в картер и выходит из него через сапун 15. Сетчатый фильтр сапуна очищает поступающий в картер наружный воздух и предотвращает выброс масла из картера через сапун во время работы компрессора.
Рис. 33. Цилиндр
Цилиндры (рис. 33) в виде пустотелых стаканов отлиты из чугуна и служат направляющими для поршней. В них происходят процессы всасывания, сжатия и нагнетания сжатого воздуха.
Внутренняя рабочая поверхность цилиндров, где двигаются поршни, называется зеркалом. Зеркало цилиндров обрабатывают с высокой степенью точности. Ребра на наружной поверхности улучшают отвод теплоты в атмосферу.
Цилиндры компрессора бывают одиночные и сдвоенные в виде блоков. У одних компрессоров цилиндры установлены в один ряд вертикально, у других расположены У-образно. Нижний фланец цилиндра имеет привалочную плоскость и отверстия под шпильки, которыми цилиндр крепится на картере. Между фланцем цилиндра и обработанной плоскостью ставят прокладку. Сверху цилиндры закрыты клапанными коробками.
Клапанные коробки (рис. 34) отлиты из чугуна с ребрами 3 на наружной поверхности для лучшего отвода теплоты. Две внутренние полости (всасывающая н нагнетательная) разделены перегородкой 4. Каждая полость соединена с соответствующим патрубком. Между цилиндром 9 и коробкой установлена клапанная плита 7 с собранными на ней всасывающими и нагнетательными клапанами. У компрессоров, имеющих блоки цилиндров, каждая клапанная коробка одновременно закрывает два цилиндра.
Рис. 34. Клапанная коробка:
1, 6 – нагнетательный и всасывающий трубопроводы; 2, 5 – всасывающая и нагнетательная полости;
3 – ребро; 4 – перегородка; 7 – клапанная плита; 8 – воздухоочиститель; 9 – цилиндр
Рис. 35. Поршень:
1 – ребра жёсткости; 2 – днище; 3 – цилиндрическая часть; 4, 7 – канавки для поршневых и стопорных колец; 5 – бобышка; 6 – отверстие для поршневого пальца; 8 – отверстие для подачи масла к поршневому пальцу
Поршень (рис. 35) имеет днище 2, цилиндрическую часть 3 с канавками 4 для уплотняющих и маслосъемных колец, отверстия 6 для установки и крепления поршневого пальца. Цилиндрическая часть служит для направления движения поршня в цилиндре и передачи бокового давления на стенку цилиндра. Поршни отливают из алюминиевых сплавов или чугуна с ребрами жесткости на внутренней поверхности. Чтобы поршень при нагревании не заклинивало в цилиндре, между ним и стенками цилиндра предусматривают зазоры 0,5–0,6 мм (для поршней из алюминиевых сплавов) и 0,1–0,2 мм (для поршней из чугуна). Канавки для маслосъемных колец имеют сквозные отверстия во внутреннюю полость цилиндра. Через эти отверстия излишнее масло, снятое кольцами со стенок цилиндров, возвращается в картер.
Рис. 36. Металлические (а) и синтетические (б) поршневые кольца:
1, 2 – уплотняющие и маслосъёмные кольца; 3, 4 – расширитель в свободном и рабочем состояниях
Поршневые кольца (рис. 36) изготовляют двух видов: уплотняющие 1 и маслосъемные 2. Уплотняющие кольца обеспечивают герметичность полости цилиндра (уменьшают утечку сжимаемого воздуха в зазоре между цилиндром и поршнем). На поршень устанавливают несколько уплотняющих поршневых колец таким образом, чтобы замки (стыки) были разведены в разные стороны. Это уменьшает утечку сжимаемого воздуха в картер. Кольца должны легко (при нажатии рукой) перемешаться (углубляться) в канавки за счет бокового зазора между кольцами и стенками канавок. В свободном состоянии диаметр поршневого кольца несколько больше диаметра цилиндра, поэтому кольца, установленные на поршень и помещенные в цилиндр, плотно по всей окружности прилегают к зеркалу цилиндра за счет сил упругости. Вместе с тем зазор в стыке кольца все же остается и во время работы.
Маслосъемные кольца 2 во время работы компрессора снимают со стенок цилиндра излишнее масло. Затем это масло стекает в картер.
Поршневые кольца изготовляют из специального серого чугуна или антифрикционного синтетического материала. Синтетические кольца эластичны, но недостаточно упруги и для плотного прилегания к зеркалу цилиндра под них устанавливают металлические пружинные расширители. Такие кольца надежно и долго (около 10 000 ч) работают в компрессоре, если температура их не превышает 170°С. При более высокой температуре синтетические кольца оплавляются и выходят из строя. Дефекты в поршневых кольцах приводят к снижению давления сжатого воздуха и производительности компрессора, а также к загрязнению сжатого воздуха маслом. Кольца должны быть упругими, плотно прилегать к зеркалу цилиндра по всей окружности, оказывать равномерное давление на зеркало цилиндра и тщательно снимать со стенок цилиндра масло, не допуская излишнего проникновения его в сжимаемый воздух.
Рис. 37. Поршневой палец (а) и шатун (б):
1 – вкладыш; 2 – шатунный болт с гайкой и шплинтом; 3 – втулка верхней головки шатуна;
4 – ограничительное кольцо;
5 – верхняя головка шатуна;
6 – стержень; 7 – крышка;
8 – разбрызгиватель масла;
9 – регулировочные прокладки
Поршневой палец 2 (рис. 37, а) – стальной цементированный и закаленный пустотелый валик – шарнирно соединяет поршень с шатуном. Устанавливают его в отверстия бобышек поршня. Наружная поверхность пальца, охваченная втулкой 3 шатуна тщательно отшлифована и отполирована для снижения трения. Овальность и конусность пальца допускаются не более 0,005 мм. Палец может поворачиваться как в головке шатуна, так и в бобышках поршня (плавающее крепление). Чтобы он не перемещался в осевом направлении и не касался зеркала цилиндра (при касании пальца о зеркало цилиндра может произойти задир цилиндра), в бобышках поршня выполнены канавки, в которые устанавливают пружинящие стопорные кольца 4.
Шатун (рис. 37,6) шарнирно соединяет поршни с коленчатым валом и передает усилие от коленчатого вала поршню во время работы компрессора Шатун обычно штампуют из стали с поперечным двутавровым сечением. Верхняя головка 5 шатуна цельная, в ней запрессована бронзовая втулка 3, которая уменьшает трение ее о поршневой палец. Нижняя головка, охватывающая шатунную шейку коленчатого вала, разъемная и состоит из двух частей. Верхняя часть составляет одно целое со стержнем 6 шатуна, нижняя (съемная крышка 7) соединена с верхней шатунными болтами 2 с гайками, которые шплинтуют во избежание самопроизвольного ослабления затяжки шатунных болтов.
Для уменьшения трения головок шатунов о шатунные шейки коленчатого вала в нижние головки шатунов устанавливают тонкостенные антифрикционные вкладыши 1 из стальной ленты с залитым слоем баббита. У некоторых компрессоров баббит залит непосредственно на внутреннюю поверхность нижней головки шатуна. В разъеме нижней головки шатуна, где смыкаются торцы нижней и верхней ее половинок, устанавливают тонкие регулировочные прокладки 9. По мере износа баббитовой заливки удаляют часть прокладок, компенсируя таким образом износ подшипников.
Для прохода масла к трущимся деталям в шатуне предусматриваются каналы и отверстия. Масло к подшипникам в нижней головке шатуна поступает под давлением масляного насоса по каналам в теле коленчатого вала или путем разбрызгивания через отверстия в самой нижней головке шатуна. Масло к втулке верхней головки шатуна поступает через отверстия в самой верхней головке. К месту опоры поршневого пальца на бобышки поршня масло поступает через отверстия в бобышках поршней.
Коленчатый вал (рис. 38), изготовляемый из стали или ковкого высокопрочного чугуна, воспринимает усилия от двигателя (крутящий момент) и приводит в движение шатуны и поршни компрессора. Кроме того, коленчатый вал используют для привода вспомогательных механизмов: вентилятора, масляного насоса, маховика. Состоит он из шатунных 4 и коренных 7 шеек, щек 2 и противовесов 3. Шейки термически обработаны для придания им необходимой твердости, отшлифованы и отполированы с высокой степенью точности.
Рис. 38. Коленчатый вал с опорными подшипниками:
1, 6 – передний и задний концы вала; 2 – щека; 3 – противовес; 4 – шатунная шейка;
5 – роликовый подшипник; 7 – коренная шейка
Коленчатый вал устанавливают в расточках картера на шариковых, роликовых или подшипниках скольжения. К шатунным шейкам коленчатого вала присоединены нижние головки шатунов. Для уравновешивания центробежных сил, возникающих при работе компрессора, и для уравновешивания сил инерции поршней и шатунов на коленчатом валу предусмотрены противовесы 3. При вертикальном расположении цилиндров в один ряд число шатунных шеек равняется числу цилиндров, в этом случае коленчатый вал большой длины. При V-образном расположении цилиндров к каждой шатунной шейке подсоединены два шатуна. Такая конструкция кривошипно-шатунного механизма позволяет использовать более короткий коленчатый вал. В торцовых стенках картера, где коленчатый вал выходит наружу, установлены уплотнения, предотвращающие утечку масла из картера.
Маховик, уменьшающий неравномерность вращения коленчатого вала, представляет собой отлитый из чугуна массивный диск, который насаживают непосредственно на конец коленчатого вала на шпонке и закрепляют гайкой.
В компрессорах с фрикционной муфтой сцепления маховик является деталью муфты. На некоторых компрессорах маховик используют как полумуфту для соединения вала компрессора с полумуфтой нала электродвигателя.
Техническое обслуживание. При износе баббитовой заливки вкладышей шатунных подшипников появляется стук и падает давление в масляной системе Небольшой износ баббитовой заливки устраняют регулировкой: снимают часть регулировочных прокладок из шатунных подшипников и вновь затягивают и шплинтуют шатунные болты. Если произошло выплавление баббита, заменяют изношенные вкладыши новыми или заливают баббит заново, затем расточкой и шабрением добиваются плотного прилегания шеек коленчатого вала к баббитовой заливке.
Звонкий стук в верхней части компрессора появляется при износе втулок поршневых пальцев. Изношенные втулки в верхних головках шатунов заменяют новыми.
Течь масла из картера по концу коленчатого вала – результат износа сальника, размещенного в торцовых крышках картера. Неисправность можно устранить только разборкой компрессора и заменой изношенных сальников новыми.
Большое количество масла в конденсате при одновременном снижении производительности компрессора и давления сжатого воздуха свидетельствует об износе поршневых колец, а возможно, и об износе поршней и цилиндров. Изношенные кольца заменяют новыми. При износе цилиндров и поршней компрессор передают в капитальный ремонт. Техническое обслуживание кривошипно-шатунного механизма заключается в поддержании необходимой плотности всех соединений и креплений деталей, своевременной проверке и регулировке подшипников коленчатого вала.