4.5 Расчет сальника

При расчете усилия пружин сальника исходят из того, что удельное давление на уплотнительных торцах должно быть q_c = 0,4 МПа. При максимально допустимом износе минимальное удельное давление на уплотнительных поверхностях должно быть 0,2 МПа. Необходимая сила от пружин сальника для обеспечения удельного давления (в Н):

где D_Н - наружный диаметр графитового кольца, м;

D_BH - внутренний диаметр графитового кольца, м;

D_B - диаметр вала в сальнике, м.

Принимая число пружин в сальнике, размеры пружин: средний диаметр D_ср =7,25 ∙ 10^-3 м, диаметр проволоки d = 1,5 ∙ 10^-3 м, число рабочих витков n_р = 12, полное число витков n = 13,5, материал пружин - проволока 1 (ГОСТ 93-86-60) с модулем упругости G = 8 ∙ 10¹⁰ Па, определим силу одной пружины:

Н.

Необходимый прогиб пружины при минимальном давлении на опорной поверхности графитовых палец сальника, в м:

Максимально допустимый износ пары трения графит-сталь составляет 1,5 ∙ 10^-3 м. Для двух пар износа составит 3 ∙ 10^-3 м.

Необходимый прогиб пружин в начальном состоянии, в м:

Δ_max = Δ_min + 3 ∙ 10^-3 = 0,0039 + 0,003 = 0,0069м.

Сила одной пружины при прогибе Δ_max:

Н.

Напряжение в пружине при максимальном прогибе:

В пружинах из проволок класса 1 допускается τ 900 МПа. Наибольшее давление на опорной поверхности графитового кольца, в Па:

где ΔР_mах = 0,25 МПа - максимальная разность давлений масла в камере сальника и картере.

Для графита АГ 1500-Б83 допускается q < 2,5 МПа.

4.6 Расчет поршневого кольца

При работе поршневое кольцо находится в сжатом состоянии. Создаваемое им на стенку давление зависит от величины деформац ии кольца в цилиндре. При расчете кольца следует определить величины: удельное давление на стенку цилиндра, развиваемое силами упругости кольца; напряжение в материале кольца при надевании его на поршень.

Удельное давление кольца на стенку цилиндра (в МПа):

где А - зазор в стыке кольца, находящегося в свободном состоянии, см;

Е - модуль упругости (11 · 10⁵ кг/см² для чугуна марки СЧ 21 - 40), кг/см²;

r_н - наружный радиус кольца, см;

r_m - средний радиус кольца, см;

t - радиальная толщина кольца (t = 2 (r_н - r_m).

Напряжение в кольце при рабочем состоянии (Па):

Напряжение в кольце при надевании его на поршень:

Допускаемое напряжение для чугунных поршневых колец:

σ_р = 150 - 300 МПа и σ_над = 250 - 400 МПа.

5 Описание работы и защита компрессора Принцип работы компрессора

Холодильный компрессор предназначен для отсоса паров холодильно­го агента из испарительной системы и сжатия до давления конденсации. Сжатие холодильного агента происходит за счет уменьшения объема рабочей полости цилиндра. В поршневом компрессоре вращательное движение, со­общаемое коленчатому валу компрессора от электродвигателя, преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма.

Пары холодильного агента поступают из испарительной системы по всасывающему трубопроводу во всасывающий коллектор, где очищаются, проходя через сетчатый цилиндрический фильтр. При ходе поршня вниз и увеличении объема рабочей полости цилиндра давление газа, оставшегося в мертвом пространстве, уменьшается. Как только сила от давления газа во всасывающей полости будет достаточна для отрыва пластины всасывающего клапана от седла, холодильный агент начнет поступать в цилиндр компрес­сора - происходит процесс всасывания. Процесс всасывания прекратится при выравнивании давления в цилиндре и всасывающей полости. Это произойдет в тот момент, когда поршень подойдет к нижней мертвой точке или когда при изменении направления движения поршня силы от давления газа в ци­линдре и силы инерции превысят силы от давления газа во всасывающей по­лости. Всасывающий клапан закроется. Процесс сжатия холодильного агента продолжается до тех пор, пока силы от давления газа в цилиндре не станут большими, чем силы от давления газа в нагнетательной полости. При откры­тии нагнетательного клапана происходит процесс выталкивания паров холо­дильного агента в нагнетательную полость и далее в конденсатор.

В крайнем верхнем положении поршень вплотную не подходит к лож­ной крышке, образуя так называемое мертвое пространство. Зазор между торцом поршня и ложной крышкой в верхней мертвой точке называется линейным размером мертвого пространства.

При ходе поршня от верхней мертвой точки объем рабочей полости начнет увеличиваться, а давление в цилиндре компрессора уменьшается. Си­лой от давления газа в нагнетательной полости нагнетательный клапан за­кроется. Происходит процесс обратного расширения газа, оставшегося в ци­линдре, до момента открытия всасывающегося клапана. Затем процесс по­вторится.

Система смазки

Смазка компрессора уменьшает износ трущихся деталей, мощность трения, отводит теплоту трения. Повышает герметичность сальника. Смазоч­ное масло заливают в картер компрессора до уровня 2/3 смотрового стекла. Смазка компрессоров принудительная от шестеренного масляного насоса, расположенного в стенке картера. Привод масляного насо­са от коленчатого вала осуществляется через пару косозубых шестерен. На всасывающей линии насоса установлен фильтр грубой очистки масла, распо­ложенный на расстоянии 10-15 мм от дна картера. На нагнетательной сторо­не насоса имеется щелевой пластинчатый фильтр тонкой очистки.

После тонкой очистки масло под давлением поступает в сальник компрес­сора, оттуда по сверлениям в коленчатом валу к нижним головкам шатуна. Цилиндры, верхние головки шатуна и коренные подшипники смазываются разбрызгиванием. Давление в масляной системе контролируется манометром. При более высокой разности давлений излишки масла сбрасываются перепускным вентилем в картер компрессора. В нижней части картера имеется вентиль для добавле­ния и замены масла. Для нормвльной работы компрессора необходимо чтобы разность давлений в сальнике и картере была 0,2-0,3 МПа. В фильтре тонкой очистки встроен перепускной регулирующий клапан, поддерживающий давление масла в указанных пределах.

Защита компрессора

Предохранительные клапаны защищают механизм движения компрессора от превышения предельной разности давлений нагнетания и всасывания, перепуская сжатый пар из полости нагнетания в полость всасы­вания, но не защищают компрессор от превы­шения, допустимого давления нагнетания.

Применяют пружинные самодействующие предохранительные клапаны, а также клапа­ны, в которых при повышенном перепаде дав­лений разрушается диафрагма, и полости высокого и низкого давлений соединяются. Однако применение клапанов с разрушающей­ся диафрагмой в компрессорах, работающих в составе автоматических холодильных ма­шин недопустимо.

В унифицированном поршневом компрессоре, предназначенном для работы на различных холодильных агентах, целесообразна применять предохранительный клапан одного и того же размера. Расчет сечения кла-пана ведут для холодильного агента, имеющего наибольшую молекулярную массу и наименьшую критическую скорость исте­чения при наивысшей принятой температуре кипения и предельной разности давлений.

Проходные сечения трактат после клапана для обеспечения нормальной его работы должны быть по крайней мере в 3 раза больше, чем сечение клапана.

В пружинных предохранительных клапанах с металлическими рабочими органами (клапан, седло) часто не обеспечивается их полное уплотнение после сброса давления поэтому применяют мягкое уплотнение: седло и клапан выполняют из стали, уплотнительный поясок — из маслостойкой резины, выдерживающей высокую температуру нагнетания.

Предохранительные клапаны до установки на компрессор регулируют и испытывают воздухом на заданную разность давлений (1,6МПа) открытия и закрытия, а также на плотность посадки клапана на седло (последнее произ­водят под водой).

Защиту от прекращения подачи смазки применяют для всех компрессоров, оснащен­ных шестеренными масляными насосами. В бескрейцкопфных компрессорах защиту вы­полняет дифференциальное реле давления, отключающее приводной электродвигатель, когда разность давления масла и давления в картере становится ниже заданной.

Защиту компрессора от гидравлических ударов (попадание в цилиндр жидкого холодильного агента или повышенного количества масла) осуществляют с помощью ложных крышек, которые устанавливают для сброса жидкости, не прошедшей через нагнетательные клапаны. В качестве ложных крышек в компрессорах используют нагнетательные клапаны, которые прижимаются к уплотнительному буртику цилиндра буферной пружиной

Буферные пружины должны обеспечить подъем ложной крышки примерно на высоту 0,1 диаметра цилиндра при разности давлений 0,35-0,45 МПа. При частых подъемах крышки возникают остаточ­ные деформации буферной пружины и уплотнительных поясков цилиндра, в результате чего происходит перепуск пара из нагнетательной полости в цилиндр и снижается производительность компрессора.

Используемая литература

1. Холодильные машины: метод. указ./ Под ред. В.П. Шайдуллина Владивосток,2002. 71 с.

2. Холодильные компрессоры: Справ./ Под ред. А.В. Быкова. М., 1981. 280 с.

3. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Под ред. Н.Н. Кошкина Л., 1976. 464 с.