Клапаны компрессоров

Описанные ниже клапаны, как правило, используются в компрессорах низкого и среднего давления.

Конструкция клапанов для средних и высоких давлений представлена на рис. 133. Седло клапана 1 представляет собой цилиндрическое тело, в котором имеются четыре ряда отверстий и два паза трапециевидного сечения. На наклонные плоскости пазов опираются закрывающие органы — пластины 2. После уста­новки пластин 2 в пазы вставляют спе­циальные ограничители 5, каждый из которых имеет сквозное отверстие для цилиндрической оси 4. На оси надеты специальные пружины 3, усики которых прижимают закрывающие органы к наклонным плоскостям седла клапана. Ограничители 5 в сборе с осями 4 и пружинами 3 устанавливают в пазы и закрепляют в них винтами 6 с потайными головками.

При открытии клапанов закрывающие органы поворачиваются вокруг своей нижней грани и располагаются своими плоскостями на плоскости ограничителей 5. Если клапан установлен отверстиями а в сторону рабочей полости цилиндра компрессора, то он работает как нагнетательный. Если клапан установлен наоборот, то он работает как всасывающий.

Рассматриваемый тип клапана имеет малые газодинамические сопротивления. Малые упругие деформации закрывающих органов обусловливают высокую надежность клапана.

Уплотнения поршней и штоков. Между поршнем и цилиндром компрессора, а также между штоком и соответствующим отверстием в крышке должен быть зазор, который необходим для свободного движения поршней и штоков при температурных деформациях сопрягаемых элементов.

Наличие таких зазоров создает возможность для вытекания газа из рабочей полости. Без обеспечения высокой герметичности в рабочей полости процесс сжатия газа осуществить невозможно.

Обычно применяют следующие типы уплотнений: кольцевое; сальниковое; специальные для поршня (лабиринтные, дроссельные, манжетные и гидравлические).

Кольцевое уплотнение — наиболее распространенный тип уплотнения поршня. Сальниковое уплотнение применяется для уплотнения штоков, а в некоторых случаях для поршней-плун жеров.

Схема кольцевого уплотнения приведена на рис. 134, а поршневое кольцо — на рис. 135. Поршневые кольца обычно имеют прорезь (замок). В свободном состоянии наружный диаметр кольца больше внутреннего диаметра цилиндра. Надетое на поршень кольцо вводится в поршневую канавку, где под действием сил упругости принимает первоначальный размер. Размещенные в поршневые канавки кольца сжимают и вместе с поршнем вводят в цилиндр. Так как в свободном состоянии диаметр кольца больше диаметра цилиндра, то кольца прижимаются наружной цилиндрической поверхностью к внутренней поверхности цилиндра, перекрывая зазоры между поршнем и цилиндром.

Уплотнительный эффект колец основан как на плотном прилегании их к внутренней поверхности цилиндра и к стенкам поршневых канавок, так и на лабиринтном действии набора колец. При работе компрессора под действием разности давлений p₁ — P₃ (рис. 136) кольцо прижимается к стенке канавки, противоположной рабочей полости. Поэтому давление в поршневой канавке р₂, действующее по внутреннему диаметру кольца, приблизительно равно давлению перед кольцом р. Давления р₁, p₂ и р₃ в течение рабочего цикла изменяются.

    Давление р₂ в поршневой канавке первого кольца со стороны рабочей полости соответствует изменению давления в цилин­дре. В последующих канавках давление падает. Таким образом, в процессе работы кольцо прижимается к внутренней поверхности цилиндра не только силами упругости, но и под действием избыточного   давления    сжимаемого газа.

     Перетекание газа при уплотнении поршня кольцами осуществляется через зазор в замке кольца, между наружной поверхностью кольца и стенкой цилиндра, а также между торцовыми поверхностями кольца и поршневой канавки.

     Сальниковое уплотнение представляет собой уплотняющее устройство, в котором применяется специальная набивка, размещаемая между штоком и деталями сальниковой камеры, тем самым закрывающие зазор между подвижными и неподвижными поверхностями. Во время работы между уплотняемыми поверхностями образуется масляная пленка, которая позволяет штоку перемещаться в сальнике.

    Набивка в сальнике может быть твердой и мягкой (рис. 137). Сальник состоит из корпуса 7, в котором расположена сальниковая набивка 2. Для центровки штока в корпус сальника встав лены вкладыши 5 из антифрикционного материала. Набивка сжимается нажимной втулкой 4 при затяге гаек на шпильках 3.

Осевое давление нажимной втулки на набивку вызывает в ней радиальные деформации. Набивка прижимается к стенкам сальниковой камеры и штоку.

Таким образом осуществляется уплотнение. Очевидно, что материал набивки должен быть пластичным, прочным и вязким, а так же иметь небольшой коэффициент трения.

Сальники с мягкой набивкой имеют простую конструкцию. По мере износа набивки герметичность падает. Поэтому необходима периодическая подтяжка сальника, а так же добавка или смена элементов набивки (сальниковых колец). Из лишняя подтяжка может вызывать повышенный нагрев и износ набивки и штока.

Более компактны самоуплотняющиеся сальниковые уплотнители с манжетами. Наибольшее распространение получили манжеты U-образной формы (рис. 138). Обычно первоначальное уплотнение манжет происходит за счет их упругости, обеспечивающей прижатие манжеты 2 к трущейся поверхности 3. В некоторых случаях первоначально герметичность обеспечивается при расклинивании бортов манжеты специальным коническим распорным кольцом 1. Сальники с манжетами не требуют подтяжки.

Широкое применение в поршневых компрессорах имеют сальники с твердой набивкой, которые выполняются с плоскими или коническими (разрезными или неразрезными) металлическими кольцами. В большинстве их конструкций основное усилие, необходимое для работы уплотнения, создается за счет давления сжимаемого газа.

Характерной особенностью сальников с разрезными кольцами является то, что их можно использовать при значительном прогибе и износе.

На рис. 139 изображен сальник, состоящий из нескольких стальных камер 1, наружный диаметр которых соответствует диаметру гнезда сальника в крышке компрессора. В каждой камере размещен элемент набивки сальника 2. Камеры сальника соединены с наружным фланцем 3 стяжными шпильками 5. Между сальником и цилиндром компрессора имеется направляющая втулка 4, которая регулирует давление газа перед сальником. Отвод протекающего через сальник газа производится через специальное отверстие внутри нажимного фланца 6.

Рис 139. Сальник с плоскими разрезными металлическими кольцами

1 и 2 устанавливают с взаимным смещением разрезов и фиксируют штифтом 3. Зазоры в радиальных разрезах колец 1 и 2 обеспечивают радиальный сдвиг их частей, компенсирующий износ уплотняющей поверхности, а также значительный прогиб штока без нарушения герметичности. Предварительное уплотнение набивки сальника достигается пружинами 4 и 5.

    Набивка сальника (рис. 140) состоит из двух плоских колец 1 и 2. Первое по ходу газа кольцо 1 разрезано на три части. Оно не препятствует проходу газа в камеру и предназначено для перекрытия с торца радиальных зазоров а основного уплотняющего кольца 2. Это кольцо разрезано радиально и тангенциально на шесть частей так, что радиальные прорези а перекрыты сегментами в тангенциальной плоскости. Для того чтобы обеспечить перекрытие радиальных разрезов с торца, кольца

Рис. 140. Элементы набивки сальника

Основное усилие, прижимающее кольцо 2 к штоку, создается в результате разности давлений газа в камере и в масляной пленке между кольцом и штоком. С повышением давления в рабочей камере возрастает разность давлений, а следовательно, и усилие прижатия кольца 2 к штоку. Во время работы компрессора в первой камере (со стороны рабочей камеры цилиндра) давление газа меньше, чем в рабочей камере.