Выпускная квалификационная работа - Проектирование и изготовление действующей модели поршневого компрессора - файл n1.doc

Выпускная квалификационная работа - Проектирование и изготовление действующей модели поршневого компрессора
скачать (13232 kb.)
Доступные файлы (2):
n1.doc14005kb.25.06.2010 02:11скачать
n2.doc24kb.22.06.2010 10:12скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8

1.1.3. Ротационные компрессоры


В ротационных компрессорах используется электрический двигатель для сжатия парам движущимся элементом в стационарном элементе.
Ротационные холодильные компрессоры бывают четырех типов: ротационный, ротационный пластинчатый, винтовой и спиральный. Все эти компрессоры — объемные, которые сжимают пар хладагента без преобразования вращения вала в возвратно-поступательное движение. Хотя ротационные компрессоры являются объемными устройствами, но ротационное движение производит более ровный, почти постоянный поток всасываемого и нагнетаемого паров. Это сокращает уровень механического напряжения в компрессоре, а сокращение пульсации пара снижает уровень вибрации и шума. У ротационных компрессоров меньше движущихся частей, чем у поршневых, что упрощает их производство и снижает стоимость.



Рис. 3. Схема ротационного компрессора: 1 - отверстие для всасывания газа;

2 -ротор; 3 - пластины; 4 - корпус цилиндра; 5 - холодильник; 6, 7 - трубы для подвода и отвода охлаждающей воды.
Ротационные компрессоры имеют один или несколько роторов, которые бывают различных конструкций. Значительное распространение получили ротационные пластинчатые компрессоры, имеющие ротор 2 с пазами, в которые свободно входят пластины 3 (рисунок 3). Ротор расположен в цилиндре корпуса 4 эксцентрично. При его вращении по часовой стрелке пространства, ограниченные пластинами, а также поверхностями ротора и цилиндра корпуса, в левой части компрессора будут возрастать, что обеспечит всасывание газа через отверстие 1. В правой части компрессора объёмы этих пространств уменьшаются, находящийся в них газ сжимается и затем подаётся из компрессора в холодильник 5 или непосредственно в нагнетательный трубопровод. Корпус ротационного компрессора охлаждается водой, для подвода и отвода которой предусмотрены трубы 6 и 7. Степень повышения давления в одной ступени пластинчатого ротационного компрессора обычно бывает от 3 до 6. Двухступенчатые пластинчатые ротационного компрессора с промежуточным охлаждением газа обеспечивают давление до 1,5 Мн/м2.

Как и поршневые, ротационные компрессоры также испытывают потери объема и сжатия из-за мертвого объема, нагрева цилиндра, протечки клапанов, перетечки и характеристик потока через клапан. Но данная неэффективность все равно меньше, чем у поршневых компрессоров.

Мертвый объем и связанное с ним расширение пара мертвого объема в ротационных компрессорах относительно небольшие. Следовательно, их коэффициент подачи относительно высокий (от 65 до 80 %) в зависимости от типа компрессора и режима эксплуатации.

Производительность ротационного компрессора непосредственно зависит от скорости вращения ее ротора. Так как в данных компрессорах обычно используется асинхронный двигатель с постоянной скоростью, контролировать производительность можно, изменяя объем пара хладагента в камере сжатия. Это достигается путем выпуска пара хладагента при низком давлении и самой низкой степени сжатия через байпасный клапан между камерой сжатия и всасывающим трубопроводом. В результате происходит частичное сжатие полного потока пара.

У ротационного компрессора есть цилиндрический стальной ротор, приводимый в движение эксцентриковым валом. Эксцентриковый вал смещен относительно центральной оси. Следовательно, край ротора описывает окружность большего диаметра, чем диаметр ротора. Больший диаметр, который описывает ротор, почти равен диаметру цилиндра компрессора. Благодаря эксцентриковому валу ротор скользит по стенке цилиндра в том же направлении, в котором вращается вал. Ротор всегда контактирует со стенкой цилиндра. В щели стенки цилиндра находится подпружиненная лопасть. Пружины выдвигают лопасть из щели, поэтому она следует движениям ротора.

В результате между ротором и стенкой цилиндра образуется одна или две камеры, когда лопасть прижимается к ротору, а ротор — к стенке цилиндра. Всасываемый и нагнетаемый пары отделяются в точках контакта лопасти с ротором и ротора со стенкой цилиндра. Ротор и лопасть делят всю длину цилиндра. Торцевые крышки цилиндра закрывают оба конца цилиндра и поддерживают вал.

Всасывающее и нагнетательное отверстия расположены в стенке цилиндра около щели лопасти. Всасывающие отверстия расположены ниже лопасти по направлению вращения ротора. Хотя всасывающих клапанов не нужно, в нагнетательном отверстии установлен полосовой клапан, который устраняет попадание пара обратно в цилиндр. Нагнетательное отверстие и клапан расположены выше щели лопасти. Так как при работе компрессора ротор вращается непрерывно, поток пара через всасывающее и нагнетательное отверстия почти непрерывный. Поток кратко прерывается каждый раз, когда ротор проходит по отверстиям, создавая маленькие пульсации плавного потока. Между лопастью, ротором и торцевыми крышками предусмотрены рабочие зазоры. Смазочные материалы в компрессоре закрывают пространство между движущимися и статичными частями для ограничения просачивания. Все поверхности в компрессоре, включая торцевые крышки, полированные и расположены тесно друг к другу для образования уплотнения. При работе компрессора масляная пленка образует уплотнение между областями высокого и низкого давления. Но при остановке компрессора масляное уплотнение исчезает, и давление в компрессоре выравнивается.

1.1.4. Центробежный компрессор

По сравнению с поршневым и даже ротационным центробежный компрессор отличается значительно меньшим весом и габаритами, особенно при больших производительностях, чистотой подаваемого воздуха, малыми инерционными силами, быстроходностью и, соответственно, возможностью непосредственного привода от быстроходных электродвигателей, паро­вых и газовых турбин. Указанные преимущества этих компрессоров приводят к всё более широкому применению их в промышленности, в центральных компрессор­ных станциях машиностроительных заводов, в уголь­ной, горнорудной и нефтяной промышленности в авиационных силовых установках, в газотурбин­ных двигателях и так далее. Наибольшее отношение давлений, достигаемое центробежным компрессором даже в специальных конструк­циях, не превышает 25-30; промышленные же компрессоры изготовляются с отношением давлений, не превы­шающим 8-12. При больших давлениях обычно применяют поршневые компрессоры.

Производительность центробежного компрессора лежит обычно в пределах 20-2500 м3/мин, мощ­ность доходит до 5000-6000 кВт, а у отдельных компрессоров превышает 10000 кВт, число оборотов n=3000-12000 в минуту. Отдельные типы авиационных К. не­большой производительности (3-10 м3/мин) выпол­няются с числом оборотов свыше 30000 в мин. Число промежуточных холодильников у этих машин обычно больше, чем у поршневых.

В отличие от поршневых компрессоров большие поверхности центробежных и большие их скорости протекания воздуха позволяют, при наличии водяной рубашки (внутреннее охлаждение), осуществить отвод тепла от стенок самого компрессора, доводя показатель политропы сжатия  до  n=1,25-1, 35. Отвод тепла водой от стенок заметно усложняет конструкцию корпуса, так что в большинстве случаев применяются выносные холодильники (внешнее охлаждение).

Необходимость в разделении сжатия на несколько ступеней определяется в первую очередь условиями прочности рабочих колёс. Обычно конструкции центробежного компрессора выполняются с окружной скоростью колёс 220-280 м/сек, а в специаль­ных конструкциях окружные скорости достигают 420-450 м/сек и иногда более. С другой стороны, допускаемые окружные скорости определяются ещё я условиями протекания газа через вращающиеся и неподвижные каналы. Практически и в тех и в дру­гих каналах стараются избегать скорости, большей 0,7-0,8 скорости звука; только в авиационных компрессорах иногда доходят до 0,9 скорости звука.

В отличие от поршневого и ротационного, у цен­тробежного компрессора в зависимости от режима работы степень сжатия, производительность и кпд меняются в широких пределах. Поэтому для описа­ния основных эксплуатационных свойств этих компрессоров, как правило, пользуются их характеристи­ками, получаемыми опытным путём на основании испытаний машины.

Повышение давления газа частично происходит при его протекании между лопатками быстро вра­щающегося рабочего колеса. При последующем уменьшении скорости потока газа в диффузоре или направляющем аппарате, установленных за ко­лесом, значительная часть приобретённой газом при прохождении через колесо кинетической энер­гии также превращается в давление. У центробежного компрессора часто применяются гибкие валы; при этом подшипники делаются само­устанавливающимися. В стационарных машинах обычно используются подшипники скольжения, в авиационных конструкциях - также и подшип­ники качения. Один из подшипников таких компрессоров всегда делается упорным, несмотря на то, что у большинства конструкций имеет место более или менее полная разгрузка опор от осево­го усилия.

При работе в нормальных эксплуатационных усло­виях (в устойчивой области) подача центробежного компрессора уменьшается при увеличении противо­давления, например, когда подача компрессора превышает потреб­ление воздуха. Поэтому они в отличие от поршневых и ротационных, в извест­ной мере обладают свойством саморегулирования. Иногда такое саморегулирование оказывается до­статочным для обеспечения надёжной и устойчивой работы. Таковы, например, условия, в которых работают компрессоры газотурбинных двигателей. Когда диапазон колеба­ния расхода шире диапазона саморегулирования компрессора, центробежный компрессор снабжается специальной системой регулирования. Если привод осуществляется с помощью турбины, гидро­муфты и тому подобных устройств, допускающих плав­ное изменение числа оборотов, приспособление компрессора к переменному режиму потребления обеспечивается этим путём. В случае же привода двигателем с по­стоянным числом оборотов (пли переменным, но ме­няющимся определёнными ступенями) потребное в процессе регулирования снижение производитель­ности осуществляется дросселированием воздуха (газа). При этом во избежание приближения к не­устойчивой зоне работы дросселирование произво­дится со стороны всасывания. В качестве дросселей обычно применяются поворотные заслонки. Иногда (например, у авиационных нагнетателей с приводом че­рез многоступенчатый редуктор) обе схемы регули­рования применяются совместно; ступенчатое регу­лирование оборотов дополняется точной настройкой с помощью автоматического  дросселя.

В зависимости от назначения система регулирова­ния центробежного компрессора должна поддер­живать либо постоянное давление на выходе (пневматическое хозяйство, наддув двигателей), либо постоян­ную производительность; последнее характерно для компрессоров, обслуживающих тепловые и химико-технологические процессы. Иногда применяются комбинированные устройства.



Рис. 4. Схема центрабежного компрессора: 1 - вал; 2 - ступень; 3,4 - каналы.

Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал 1 с симметрично расположенными рабочими колёсами (рисунок 4). Центробежный 2-ступенчатый компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы 3 и 4. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость. Сжатие продолжается в кольцевом диффузоре из-за снижения скорости газа, то есть преобразования кинетической энергии в потенциальную. После этого газ по обратному направляющему каналу поступает в другую ступень компрессора и так далее.

Получение больших степеней повышения давления газа в одной ступени (более 25—30, а у промышленных компрессоров — 8—12) ограничено главным образом пределом прочности рабочих колёс, допускающих окружные скорости, до 280—500 м/сек. Важной особенностью центробежных компрессоров (а также осевых) является зависимость давления сжатого газа, потребляемой мощности, а также кпд от его производительности. Характер этой зависимости для каждой марки компрессора отражается на графиках, называемых рабочими характеристиками.

Регулирование работы центробежных компрессоров осуществляется различными способами, в том числе изменением частоты вращения ротора, дросселированием газа на стороне всасывания и другие.

1.1.5. Осевой компрессор

Здесь ротор — полый стальной барабан, к концам которого посредством фланцев присоединены концы двух валов. Проточная часть (т. е. омываемая газом) этого компрессора состоит из нескольких рядов рабочих лопаток укрепленных на наружной поверхности барабана, чередующихся с рядами неподвижных лопаток (спрямляющих поток), укрепленных на внутренней цилиндрической поверхности корпуса. Сочетание одного ряда рабочих лопаток и следующего ряда неподвижных лопаток называется ступенью давления. Перед первой ступенью стоит еще направляющий аппарат (из неподвижных лопаток), обеспечивающий наивыгоднейшее направление входа газа в эту ступень.

Название осевых эти компрессоры получили потому, что сжимаемый газ перемещается по проточной части параллельно оси вала При вращении ротора газ, заполняющий каналы рабочих лопаток, также приобретает вращательное движение, но форма профиля этих лопаток также приобретает вращательное движение, но форма профиля этих лопаток заставляет струйки газа передвигаться по ним к неподвижным лопаткам, где происходит завершение процесса в ступени.

Повышение давления газа происходит последовательно на рабочих и на неподвижных лопатках всех ступеней. При этом объем воздуха уменьшается, и соответственно должна уменьшаться высота лопаток от первой ступени к последней.


Рис. 5. Схема осевого компрессора: 1 – канал для нагнетания; 2 – корпус компрессора; 3 – канал для всасывания; 4 – ротор; 5 – направляющие лопатки; 6 – рабочие лопатки.
Осевой компрессор имеет ротор 4, состоящий обычно из нескольких рядов рабочих лопаток 6 (риунок 5). На внутренней стенке корпуса 2 располагаются ряды направляющих лопаток 5. Всасывание газа происходит через канал 3, а нагнетание через канал 1. Одну ступень осевого компрессора составляет ряд рабочих и ряд направляющих лопаток. При работе осевого компрессора вращающиеся рабочие лопатки оказывают на находящиеся между ними частицы газа силовое воздействие, заставляя их сжиматься, а также перемещаться параллельно оси компрессора (откуда его название) и вращаться. Решётка из неподвижных направляющих лопаток обеспечивает главным образом изменение направления скорости частиц газа, необходимое для эффективного действия следующей ступени. В некоторых конструкциях осевых компрессоров между направляющими лопатками происходит и дополнительное повышение давления за счёт уменьшения скорости газа. Степень повышения давления для одной ступени осевого компрессора обычно равна 1,2—1,3, то есть значительно ниже, чем у центробежных компрессоров, но коэффициент полезного действия, у них достигнут самый высокий из всех разновидностей компрессоров.

Зависимость давления, потребляемой мощности и кпд от производительности для нескольких постоянных частот вращения ротора при одинаковой температуре всасываемого газа представляют в виде рабочих характеристик. Регулирование осевых компрессоров осуществляется так же, как и центробежных. Осевые компрессоры применяют в составе газотурбинных установок.

Техническое совершенство осевых, а также ротационных, центробежных и поршневых компрессоров оценивают по их механическому кпд и некоторым относительным параметрам, показывающим, в какой мере действительный процесс сжатия газа приближается к теоретически наивыгоднейшему в данных условиях.

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессоры обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

1.1.6. Струйные компрессоры

Струйные компрессоры по устройству и принципу действия аналогичны струйным насосам. К ним относят струйные аппараты для отсасывания или нагнетания газа или парогазовой смеси. Струйные компрессор обеспечивают более высокую степень сжатия, чем струйные насосы. В качестве рабочей среды часто используют водяной пар.

Принцип действия струйного компрессора (насоса) основан на передаче энергии от одной газообразной среды или жидкой (рабочей) к другой (перекачиваемой). Движение перемещаемой жидкости обеспечивается струей рабочей среды. Различают три разновидности струйных насосов: эжекторы, инжекторы и гидроэлеваторы. В эжекторах в качестве рабочей и перекачиваемой жидкостей используется одна и та же жидкость. В инжекторах рабочим (эжектирующим) потоком является газ или пар, а эжектируемым (перекачиваемым) - жидкость.

В гидроэлеваторах рабочим потоком является вода, а эжектируемым - пульпа (смесь воды с твердыми частицами).



Рис. 6. Схема эжектора:1 - сопло; 2 - камера смешения; 3 - диффузор.
Любой струйный аппарат состоит из сопла, куда подается рабочая жидкость (вода, пар, газ), камеры смешения, где смешиваются рабочая и подсасываемая жидкость, и диффузора, в котором осуществляется преобразование кинетической энергии в потенциальную, то есть создается давление.

Работает струйный аппарат следующим образом. Рабочая жидкость выходит из сопла с большой скоростью в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Активная рабочая струя захватывает окружающую жидкость и передает ей часть своей энергии. Образовавшийся смешанный поток движется в проточной части аппарата. В камере смешения в результате обмена импульсами происходит выравнивание поля скоростей потока и за счет высвобождающейся кинетической энергии растет его статическое давление. Затем поток поступает в диффузор, где вследствие уменьшения скорости и, следовательно, динамического давления потока происходит увеличение статического давления.

К патрубку рабочей жидкости эжектора (струйного насоса) под напором подводится поток жидкости. Жидкость под действием напора с большой скоростью вытекает из сопла, при этом ее потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Разрежение при выходе из сопла настолько велико, что в камеру смешения через всасывающий патрубок засасывается перекачиваемая жидкость. Образовавшаяся смесь попадает в диффузор, где за счет уменьшения скорости вновь увеличивается потенциальная энергия потока (возрастает напор).

К достоинствам струйных компрессоров следует отнести простоту конструкции и отсутствие подвижных элементов. К недостаткам относится очень низкий КПД (не превышает 35 %).

На основе изложенной выше научно-технического материала можно сформулировать вывод с нижеследующими положениями.

Существует много типов компрессоров. Их технология заключается в сжатии воздуха. Ценностью поршневых установок была низкая цена и простая технология их изготовления. Вдобавок, они долгое время могли использоваться после ремонта. Самое главное, для того чтобы продлить его срок службы, надо вовремя провести сервисное обслуживание.

§ 1.2. Устройство и принцип работы поршневого компрессора
На основе изложенного выше в первом параграфе выпускной квалификационной работы конкретизируем положение об устройстве и принципе работы поршневого компрессора.

Компрессор — это газовая машина, которая в отличие от двигателей не совершает работу, а потребляет ее. Компрессор является одним из основных и наиболее ответственных элементов холодильного агрегата.

1.2.1. Определение и принцип действия поршневого компрессора

Поршневым называют компрессор, у которого поршень совершает в цилиндре возвратно-поступательные движения. Простейший поршневой компрессор (рисунок 7) состоит из цилиндра, в котором перемещается поршень (между стенками цилиндра и поршнем имеется небольшой зазор). Движение поршня обеспечивается кривошипношатунным механизмом от вала с приводным двигателем.



Рис. 7. Схема поршневого компрессора.
 В крышке цилиндра расположены нагнетательный и всасывающий клапаны компрессора. За один оборот вала, то есть за два хода поршня, в каждом цилиндре компрессора совершается полный рабочий процесс. При движении поршня вправо (по рисунку) в конденсатор надпоршневом пространстве создается разрежение и пары хладагента всасываются в цилиндр из испарителя через открывающийся клапан. При обратном ходе поршня пары сжимаются и давление возрастает. Всасывающий клапан при этом закрывается, а сжатые пары через нагнетательный клапан выталкиваются в конденсатор. Затем направление движения поршня меняется, нагнетательный клапан закрывается и компрессор вновь отсасывает пары из испарителя. Таким образом, циклически повторяется весь рабочий процесс.

1.2.3. Устройство поршневого компрессора

Общий вид поршневого компрессора приведен на рисунке 8.



Рис. 8. Поршневой компрессор.

 

В корпусе компрессора, изготовленном из чугуна, находится цилиндр и картер, в котором расположен коленчатый вал. В нижней части картера залито масло для смазки трущихся деталей компрессора. Коренные шейки коленчатого вала лежат в подшипниках, а к шатунной шейке прикреплен своей нижней головкой шатун.

Шейка вала, выходящая из картера наружу, уплотнена сальником, чтобы не было течи хладагента через зазор между валом и подшипником. На шейке вала напрессован маховик, который вращается вместе с валом от электродвигателя при помощи ременной передачи.

Шатун соединен своей верхней головкой с поршнем при помощи поршневого пальца. При вращении вала поршень попеременно движется вдоль оси цилиндра от одного крайнего положения до другого на величину двойного радиуса кривошипа. На поршне надеты кольца, трущиеся по зеркалу цилиндра и уплотняющие (благодаря своей упругости) рабочую полость цилиндра, чтобы пары хладагента не могли попасть в картер.

Верхний торец цилиндра закрыт головкой. Головка цилиндра состоит из двух камер: всасывания и нагнетания. В каждой камере находится клапан, соответственно называемый всасывающим и нагнетательным. Клапаны расположены по обе стороны клапанной плиты и закрывают имеющиеся в ней отверстия, которые соединяют камеры головки с цилиндром. К камере всасывания подходит всасывающий трубопровод, соединенный с испарителем, к камере нагнетания — нагнетательный трубопровод, соединенный с конденсатором.

1.2.4. Рабочий процесс компрессора

Этап 1

При движении поршня вниз рабочий объем цилиндра (объем цилиндра над поршнем) увеличивается и давление паров хладагента в нем падает.

Этап 2

Когда давление в цилиндре станет ниже, чем давление в камере всасывания головки (в испарителе), откроется всасывающий клапан и пары хладагента из испарителя по всасывающему трубопроводу будут поступать в цилиндр. Начнется процесс всасывания. Он будет продолжаться до тех пор, пока поршень, достигнув крайнего нижнего положения (нижняя мертвая точка) в цилиндре, не начнет двигаться вверх. Рабочий объем цилиндра будет уменьшаться, а давление паров, соответственно, расти.

Этап 3

Как только давление паров в цилиндре превысит давление в камере всасывания головки, всасывающий клапан закроется и процесс всасывания закончится. Начнется сжатие паров. Процесс сжатия будет происходить до тех пор, пока давление паров в цилиндре не превысит давления в камере нагнетания головки (в конденсаторе).

Этап 4

В результате предыдущего этапа откроется нагнетательный клапан. Начнется процесс нагнетания, т.е. выталкивание сжатых паров из цилиндра компрессора в конденсатор.

Небольшое количество сжатых паров хладагента на этапе 4 неизбежно останется в цилиндре. Это происходит потому, что при крайнем верхнем положении поршня (верхняя мертвая точка) в цилиндре должен быть зазор между донышком поршня и клапанной плитой, чтобы поршень не ударялся о нее своим донышком. Зазор создает вредный — мертвый объем, в который также входит объем, образуемый проходным сечением отверстия в клапанной плите, соединяющего цилиндр с камерой нагнетания головки. Сжатые пары, оставшиеся в мертвом объеме (пространстве), будут расширяться в цилиндре при последующем движении поршня вниз до тех пор, пока их давление, т.е. давление в цилиндре, не станет ниже, чем давление паров хладагента в камере всасывания головки.

Приведенные выше научно-техническая информация о поршневом компрессоре служит основой для формулирования нижеследующего вывода с положениями.

При движении поршня вниз происходит расширение паров, оставшихся в цилиндре, и всасывание новых паров хладагента из испарителя, а при движении поршня вверх — сжатие паров и нагнетание их в конденсатор.


§1.3. Основные физические параметры компрессоров

Основными параметрами любого объёмного компрессора являются: степень повышения давления (не путать с давлением на выходе) и объёмный расход. Вторичными: мощность приводного двигателя (прямо пропорциональна двум основным), объём ресивера (непосредственно к компрессору не относится, но входит в состав некоторых компрессорных установок), давление на выходе.

1.3.1. Степень повышения давления

По сути, этот параметр равен величине давления нагнетания делённой на величину давления всасывания. Надо чётко понимать, что в компрессорах далеко не всегда на входе давление равно атмосферному (компрессор, дожимающий или включен в технологический цикл). Или, например, во второй ступени какого-нибудь двухступенчатого компрессора давление на входе во вторую ступень равно (точнее чуть меньше) давлению на выходе первой ступени и давление на выходе из второй ступени будет равно давлению всасывания второй ступени, умноженному на величину степени повышения давления второй ступени. То есть степень повышения давления характерна и для компрессора, в общем, и для каждой ступени в частности. Именно под степень повышения давления проектируются все компрессоры.

Пример: положим, у компрессора степень повышения давления 4, давление на входе 0,101 МПа (1 атмосфера.). Тогда конечное давление, которое сможет выдать такой компрессор - 4*1=4 атмосфер. Если тот же компрессор поднять высоко в горы, то давление нагнетания будет уменьшаться по мере увеличения высоты установки. Как правило, степень повышения давления в каталогах не указывается. Величина безразмерная.

1.3.2. Объёмный расход (Производительность)

Это количество сжатого газа в единицу времени, которое компрессор нагнетает в сеть. В случае с поршневым компрессором эта величина в основном напрямую зависит от величины объёма цилиндра при нахождении цилиндра в нижней мертвой точке (принимаем мёртвое пространство равным нулю) и частоты вращения приводного вала (за каждое полное вращение приводного вала поршень делает один рабочий цикл). Важно понимать тот факт, что сеть, по сути, представляет собой большой сосуд, работающий под давлением. С одной стороны в этот сосуд заполняется газом компрессором, с другой опустошается работающим от этой сети оборудованием. И ещё один момент: расход ВСЕГДА указывается по параметрам газа НА ВСАСЫВАНИИ компрессора. Параметры типа "реальная производительность", "реальная потребность в воздухе" не имеют НИКАКОГО физического либо технического смысла.

Итак, производительность компрессора указывается при параметрах газа на всасывании (как правило, это давление 1 атмосфера и температура 20 градусов). Это обусловлено тем, что давление в сети в процессе работы постоянно меняется (причём серьезно, зачастую в разы) и едва ли кто-то будет пересчитывать производительность компрессора по сжатому газу, давление которого постоянно скачет.

Пример: внеся ряд упрощений в работу поршневого компрессора, положим, объём рабочей камеры при нахождении поршня в нижней мёртвой точке поршня - 200 кубических см (0,2 литра), частота вращения вала компрессора 1500 об/мин, давление всасывания 1 атмосфера, степень повышения давления 4. Производительность компрессора будет равна: 0,2*1500=300 л/мин газа при давлении 1 атмосфера. Поскольку мы сжали газ в 4 раза, объёмный расход газа при давлении 4 атмосферы будет равняться 300/4=75 л/мин. Поскольку 4 - это максимальная степень повышения давления, то реально давление газа будет постоянно меняться от 1 атмосферы до 4 атмосфер (в зависимости от потребления сети), что ставит задачу постоянного пересчёта параметров компрессора. Именно поэтому, в компрессорах применяется объёмная производительность по параметрам всасывания, т.к. на неё никак не влияют постоянно меняющиеся параметры сети. Если для Вашего оборудования указано потребление воздуха, то, скорее всего, указано оно при давлении 1 атмосфера. Иначе технологи, проектирующие пневмосети имели бы множество проблем с "подгонкой" в схему сети оборудования для одного из которого потребление указано при давлении «А», для другого при давлении «Б», для третьего вообще не пойми при каком давлении.

1.3.3. Мощность приводного двигателя

Этот параметр наиболее интересен потребителю сжатого воздуха, так как киловатты потребляемые компрессором имеют линейную связь с теми деньгами, которые потребитель сжатого воздуха платит РАО ЕЭС за электричество, либо за топливо для дизель - компрессоров. Комментарии здесь излишни. Добавлю лишь то, что "не все йогурты одинаково полезны" - от того, насколько грамотно спроектированы компрессоры зависит, то, сколько киловатт они будут потреблять при одинаковой производительности и степени повышения давления. Потребляемая мощность компрессоров различных производителей может серьезно отличаться при прочих одинаковых параметрах. Это как японские автомобили, которые при объёмах двигателя в среднем 2-2,5 литра выдают такие характеристики, которые "американцы" выдают при объёмах двигателей 3-5 литров.

1.3.4. Объём ресивера

Ресивер это сосуд большой ёмкости, который устанавливается в пневмосетях с целью увеличения инерционности системы. Что это значит? По сути, у ресивера две основные функции: создание запаса сжатого газа в сети и погашение пульсаций в потоке газа, возникающие в результате частотного характера работы любой объёмной машины.

Запас сжатого газа необходим в случаях, когда используется компрессор, который в силу своих конструктивных особенностей не может работать без регулярных отключений с целью отдыха (большинство малорасходных поршневых компрессоров). То есть вы накачали ресивер до необходимого давления, в компрессоре срабатывает реле давления и он выключается. Сеть при этом начинает работать от ресивера, а компрессор "отдыхает". Когда давление в ресивере падает, до какой - то заданной величины, реле давления запускает компрессор, и тот опять начинает накачивать сеть, частью которой является ресивер.

Также ресивер гасит колебания в потоке сжатого газа, возникающие в связи с цикличностью работы объёмных машин, за счёт собственного большого объёма, что также положительно сказывается на работе сети (снижаются лишние низкочастотные вибрации) и оборудования подключенного к ней.

1.3.5. Максимальное давление на выходе (на нагнетании)

Тоже неоднозначная характеристика. Конечное давление, задаётся не компрессором, а сетью, на которую он работает, точнее сопротивлением сети. Откройте выходной присоединительный патрубок компрессора на атмосферу и поверьте мне, компрессор не будет создавать вообще никакого давления. Начните прикрывать кран нагнетательного патрубка, и давление в камере нагнетания компрессора начнёт увеличиваться. При этом объёмный расход по параметрам всасывания будет постоянным (если быть совсем точным - чуть снизиться, но это тема другого раздела). Максимальное давление на выходе, которое может создать компрессор, определяется геометрией камеры сжатия (величиной мёртвого пространства) прочностными характеристиками, термодинамическими параметрами сжатого газа, мощностью приводного двигателя.

В качестве вывода по вышеизложенному материалу может быть утверждение о том, что правильно определив основные исходные параметры компрессоров и выполнив несколько математических вычислений, можно понять, какими характеристиками должен обладать компрессор. Однако выбирать нужно конкретную технику, а не характеристики.
ВЫВОДЫ ПО I ГЛАВЕ

Таким образом, существуют множество различных компрессоров с различными техническими параметрами, которые применяются в широком спектре отраслей промышленности и народного хозяйствования. Но более широкое применение получили поршневые компрессора, из-за своей дешевезны, долговечности и отличительных характеристик, по сравнению с другими типами компрессоров.

Данный компрессор используется для сжатия воздуха уже на протяжении двухсот лет, так как он конструктивно прост. При своевременном обслуживании поршневой компрессор является практически вечной машиной. Выбирая компрессор нужно помнить, что стоимость эксплуатации компрессора в течение срока его службы должна во много раз превосходит первоначальные затраты.

Глава II. Проектирование и изготовление действующей модели поршневого компрессора
При составлении и оформлении данной излагаемой главы выпускной квалификационной работы использовались такие литературные источники, как, «Слесарь по ремонту компрессоров: Практическое пособие» Карагодина В. И. [15], «Технология. Метод проектов в технологическом образовании школьников. Пособие для учителя» И.А.Сасовой [35] «Типовой лабораторный практикум по теории механизмов и машин» Э.А. Горова [37].
§ 2.1. Проектирование действующей модели поршневого компрессора
Для того, чтобы изготовить действующую модель поршневого компрессора нужно исходить из потребностей. Мысль не очень оригинальная, но справедливая, причем справедливая при выборе любого оборудования. Поскольку лучше всего о своих потребностях осведомлены мы сами - за нами и первое слово. Перед тем как изготовить действующую модель поршневого компрессора, нужно по возможности более точно подсчитать количество потребителей сжатого воздуха поршневого компрессора, определить их рабочие параметры (давление и номинальный расход воздуха) и предполагаемый режим работы поршневого компрессора. Рабочие параметры поршневого компрессора нетрудно посчитать. Если по каким-либо причинам эта информация отсутствует, можно у своих коллег или любого продавца поршневых компрессоров выяснить характеристики аналогичных устройств. Понятно, что поршневой компрессор используется в работе не часто, а время от времени, соответственно изменяется текущее воздухопотребление.

2.1.1. Требования при изготовлении действующей модели поршневого компрессора

Чтобы изготовить необходимый поршневой компрессор, нужно определить какими характеристиками должен обладать отечественный поршневой компрессор. Для определения характеристик поршневого компрессора ориентируются на усредненное значение потребности в сжатом воздухе. Чтобы ее рассчитать, нужно, исходя из опыта эксплуатации и знания технологии планируемых работ, представить, каковы будут продолжительность и периодичность между включениями компрессора, возможна ли одновременная работа нескольких устройств. Сказанное касается тех, кто впервые хочет изготовить поршневой компрессор. Если вы уже купили и используете отечественный поршневой компрессор, который по каким-либо соображениям не удовлетворяет вашим потребностям, например, в связи с увеличившейся интенсивностью работ, нужно знать технические характеристики используемого поршневого компрессора, включая объем ресивера, а также сформулировать конкретные претензии к его работе. Например, если отечественный поршневой компрессор не обеспечивает требуемый расход воздуха, что часто приводит к перерывам в работе, следует экспериментально установить, за какой период времени давление в ресивере падает ниже допустимого уровня.

Существуют различные типы отечественных компрессоров, используемые в технике в качестве источников сжатого воздуха. В нашем же поршневом компрессоре, воздух сжимается в замкнутом пространстве цилиндра в результате возвратно-поступательного движения поршня. Конструктивно действующая модель поршневого компрессора представляет собой агрегат, включающий электропривод, ресивер и устройство для регулирования давления (пневморедуктор). Аргумент в пользу того, чтобы изготовить действующую модель поршневого компрессора определяется их приемлемыми массогабаритными показателями, простотой в эксплуатации и обслуживании и выходными характеристиками, способными удовлетворить потребности практически любого человека.

Прежде чем изготовить действующую модель поршневого компрессора смотрят на основные характеристики. Главными из них являются два параметра - максимальное давление (Pmax) и объемная производительность или подача (Q). Большинство предлагаемых для выбора поршневой компрессоров сегодня на рынки развивают давление, превышающее потребности стандартного пневмооборудования и инструмента. Соответственно изготовить поршневой компрессор, нужно исходя из потребностей. На рынке представлены поршневые компрессоры с максимальным давлением 6, 8, 10, 16 бар. Напомним, что номинальное рабочее давление окрасочных пистолетов - 3-4 бар, пневмоинструмента - до 6,5 бар. Исключение составляет пневмопривод шиномонтажных станков, для которого многие производители рекомендуют использовать сжатый воздух при давлении 8-10 бар. Впрочем, можно остановится на выборе 8-барного поршневого компрессора, так как практика показывает, что пневматика шиномонтажного оборудования надежно работает при таком давлении.

2.1.2. Учет максимального давления, развиваемое поршневым компрессором

Во-первых, при изготовлении поршневого компрессора, следует иметь в виду, что система автоматического регулирования давления всех отечественных поршневых компрессоров настроена таким образом, что обеспечивает поддержание давления в ресивере с допуском -2 бар от максимального значения. Это означает, что в процессе работы поршневого компрессора с Pmax=8 бар давление на выходе может изменяться в диапазоне от 6 до 8 бар, у 10-барного, - соответственно, от 8 до 10 бар. Для того, чтобы изготовить поршневой компрессор надо учитывать, что регулировка пневморедуктора может быть изменена пользователем только в сторону уменьшения минимального давления.

Во-вторых, при изготовлении поршневого компрессора необходимо учитывать, что наличие протяженных пневмомагистралей до потребителей сжатого воздуха вызывают падение давления в линии. При ошибках в проектировании пневмосети (применении трубок или шланг малого диаметра и так далее) оно может достигать существенной величины и стать причиной неэффективной работы пневмооборудования. Чтобы избежать возможных неприятностей в таких случаях, нужно выбрать поршневой компрессор с более высоким максимальным давлением. Некоторый запас по давлению полезен и с другой точки зрения. Чем выше давление, развиваемое поршневым компрессор, тем большую массу воздуха он может закачать в ресивер и тем большее время последний будет опорожняться до минимально допустимого давления, обеспечивая поршневому компрессору время для отдыха. Прежде чем изготовить поршневой компрессор нужно ответить на вопрос нужен ли отдых поршневому компрессору? В ответе на этот вопрос кроется ключ к пониманию особенности рабочего процесса в поршневом компрессоре. Учитывая ее, определяют важнейшую характеристику поршневого компрессора - производительность.

2.1.3. При изготовлении действующей модели поршневого компрессора необходимо учитывать режим работы

Сжимаясь в цилиндре отечественного поршневого компрессора, воздух нагревается. На выходе из одноступенчатого поршневого компрессора его температура превышает 150 °С. При этом часть тепла поглощается деталями и элементами конструкции головки поршневого компрессора, что приводит к повышению их температуры и изменению тепловых зазоров в узлах трения. Если не обеспечить отвод тепла, головка не успевает охлаждаться. Последствия представить несложно: температура смазываемых узлов возрастает выше допустимого уровня, полностью выбираются тепловые зазоры, горячее масло, подаваемое к парам трения разбрызгиванием, не держит "масляный клин". В "лучшем" случае это грозит ускоренным износом механизма поршневого компрессора, в худшем - немедленным выходом из строя в результате заклинивания. Это учитывается при проектировании поршневого компрессора. Для обеспечения теплосъема применяют принудительное охлаждение компрессорной головки - обдув воздухом. В качестве нагнетателя обычно используется вентилятор электродвигателя или шкив коленчатого вала поршневого компрессора. Чтобы повысить эффективность охлаждения отечественного поршневого компрессора, корпус головки изготавливают из сплавов с высокой теплопроводностью и делают оребренным. Такие меры наиболее просты и дешевы, но недостаточны для того, чтобы обеспечить продолжительную непрерывную работу отечественного поршневого компрессора. Поэтому наш поршневой компрессор изначально рассчитывается на эксплуатацию со строго определенной скважностью, что предполагает обязательное наличие перерывов, необходимых для нормализации теплового режима.

2.1.4. Изготовление действующей модели поршневого компрессора, учитывая режим эксплуатации

Чтобы изготовить действующую модель поршневого компрессора необходимо учитывать количественно режим эксплуатации, который оценивается коэффициентом внутрисменного использования (Кви), показывающим, какую часть времени поршневой компрессор способен работать непрерывно.

Так, прежде чем изготовить поршневой компрессор отечественного стандарта, необходимо учитывать режимы работы. Есть три вида режима:

1. Кратковременный (Кви = 0,15).

2. Непродолжительный (Кви = 0,5).

3. Продолжительный (Кви = 0,75).

Для того, чтобы грамотно изготовить действующую модель поршневого компрессора мы должны знать, что способность дольше работать в непрерывном режиме означает, в конечном счете, большую надежность и ресурс техники. Она достигается использованием более совершенных материалов и схемных решений, больших запасов прочности конструктивных элементов, если мы для изготовления действующей модели поршневого компрессора, берем мотор-компрессор зарубежного производителя. Так в зависимости от допустимого режима эксплуатации, а также выходных характеристик поршневые компрессоры подразделяют на несколько серий: хобби (полупрофессиональную), профессиональную и промышленную. О том, чем они принципиально отличаются, мы расскажем далее.

Как обеспечивается требуемый режим эксплуатации выбранного поршневого компрессора? Прежде всего, рассчитывая объемную производительность поршневого компрессора, нужно соблюсти правильный баланс между этой важнейшей характеристикой и средним воздухопотреблением. Эти параметры связаны между собой через коэффициент, зависящий от класса поршневого компрессора, который больше единицы для поршневых компрессоров всех серий. Это означает, что подача поршневого компрессора должна быть всегда больше, чем среднее воздухопотребление.

Изготовить поршневой компрессор нужно тот, который производит сжатого воздуха больше, чем расходует. Поршневой компрессор сам создает для себя задел, позволяющий ему время от времени "расслабляться". Величина запаса по производительности тем больше, чем ниже положение, занимаемое поршневым компрессором в "табели о рангах".

Функцию хранения запасенного сжатого воздуха выполняет ресивер действующей модели поршневого компрессора, а в случае разветвленной пневмосети - также и внутренний объем магистралей. В этом заключается наиважнейшая роль ресивера наряду с демпфированием пиковых нагрузок, сглаживанием пульсаций давления и охлаждением сжатого воздуха. При изготовлении поршневого компрессора может сложиться ложное мнение, что чем больше емкость ресивера, тем легче жизнь поршневого компрессора. Это мнение ошибочно. Дело в том, что для наполнения ресивера до максимального давления, когда автоматика прессостата отключает поршневой компрессор, требуется время, и немалое. При необоснованном увеличении объема ресивера поршневой компрессор будет трудиться непрерывно на его восполнение, выходя из допустимого режима работы. Объем ресивера связан как с производительностью поршневого компрессора, так и с характером воздухопотребления. В среднем объем ресивера таков, что поршневой компрессор способен наполнить его за 3-4 мин. Если потребности в сжатом воздухе примерно равномерные по времени, то в целях экономии средств можно ограничиться при выборе поршневого компрессора минимальным ресивером. Если возможны пиковые нагрузки, лучше выбрать поршневой компрессор с большим ресивером.

Итак, грамотно изготовить действующую модель поршневого компрессора для заданного воздухопотребления означает, определить его производительность и объем ресивера таким образом, чтобы при эксплуатации данный поршневой компрессор работал в режиме внутрисменного использования, на который он рассчитан. Если купить отечественный поршневой компрессор, у которого режим работы не соответствует паспортному значению, это приводит либо к неэффективному использованию поршневой компрессора, либо к сокращению его ресурса и преждевременному выходу из строя. Как упоминалось, поршневых компрессоров, имеющих Кви = 1, в природе не существует.

Приведенные выше положения о проектировании действующей модели поршневого компрессора позволяют сформулировать вывод о том, что данная техническое изделие может быть создано на основе имеющегося в учебных заведениях материального обеспечения и посредством использования основных знаний и умений у студентов по общетехническим дициплинам.
§ 2.2. Обоснование и составление технологической карты на изготовление поршневого компрессора
Из курса технологических дисциплин известно, что любое уникальное, мелкосерийное или промышленное изделие проектируется, разрабатываются и производятся согласно технологической карты.

В таблице 1 представлена технологическая карта изготовления действующей модели поршневого компрессора.

Таблица 1

Технологическая карта изготовления действующей модели поршневого компрессора



п/п

Последовательность операций

Наглядное изображение

Инструменты и приспособления

1.

Выбор ходовой части, поршневого компрессора, на основе шасси детской коляски.






Продолжение таблицы №1

2.

Покраска шасси детской коляски.



Баллон краски «Эмаль универсальная KU – 1027 Хром».

3.

Выбор платформы установки, в виде ламинированной древесно-стружечной плиты (ЛДСП) размером 520х410х15 мм.



Линейка, стальной угольник и карандаш.

4.

Выбор крепежа, в виде 4 металлических пластинок (Профнастил С8-1150),

размером 50х28х0,4 мм.



Линейка, стальной угольник, карандаш и ножницы по металлу.

5.

Закрепление платформы ЛДСП, к шасси детской коляски, при помощи металлической пластинки.



Фигурная отвертка, 4 самонарезающего шурупа (саморез 3,9х19 мм).

Продолжение таблицы №1

6.

Закрепление платформы ЛДСП к шасси детской коляски полностью.



Фигурная отвертка, 16 самонарезающих шурупов (саморез 3,9х19 мм), 4 металлические пластинки, линейка карандаш.

7.

Выбор деревянной подставки под мотор-компрессор, размером 170х155х40 мм.



Линейка, карандаш, стальной угольник, ножовка по дереву, рубанок, топор, плоская стамеска, наждачная бумага.

8.

Выбор резиновой подкладки под мотор-компрессор размером 190х155х5 мм.



Линейка, карандаш, стальной угольник, кухонный нож, деревянная подставка.

9.

Закрепление резиновой подкладки на деревянную подставку.



Молоток, кухонный нож, 10 гвоздей 1,8х25 мм.

Продолжение таблицы №1

10.

Выбор мотор-компрессора ДХ2-1010 холодильника фирмы «Саратов-2М» 65.



Угловая шлифовальная машина (болгарка) фирмы «HITACHI G18SS», наждачная бумага.

11.

Покраска мотор-компрессора ДХ2-1010 холодильника фирмы «Саратов-2М» 65.



Баллон краски «Эмаль универсальная KU – 1027 Хром».

12.

Выбор крепежа в виде 2 металлических лент (Профнастил С8-1150), размером 540х 28х0,4 мм



Линейка, стальной угольник, карандаш и ножницы по металлу.

Продолжение таблицы №1

13.

Закрепление мотор-компрессора, с деревянной подставкой, на платформу ЛДСП компрессорной установки.





Линейка, карандаш.

фигурная отвертка,

8 сморезов 3,9х19 мм,

2 металлические ленты.

14.

Изготовление замка на пусковое реле РТК-Х мотор-компрессора размером 150х28х0,4 мм.



Линейка, карандаш,

стальной угольник,

ножницы по металлу.

15.

Выбор ресивера: огнетушитель порошковый (ОП-4(3) ABCE-01).






16.

Выбор пневматического шланга для перекачки воздуха, с манометром 4 атмосферы, от автомобильного компрессора.





1   2   3   4   5   6   7   8


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации