Возвратно поступательные насосы и компрессоры Поршневые насосы и компрессоры

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Казанский национальный исследовательский технологический университет

 

 

 

 

Реферат на тему:

Возвратно поступательные насосы и компрессоры

Поршневые насосы и компрессоры

Вариант 1

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка гр.2211-11

Аминова А.Р.

 

 

Проверил:

Сагдеев

 

 

 

 

2014 год

Поршневые насосы и компрессоры

 Поршневой вакуумный насос - это насос объемного действия, в котором сжатие и выброс газа происходят в результате возвратнопоступательного движения поршня.                                                                        Насосы, всасывающие газ или воздух при давлении ниже атмосферного и выталкивающие их в атмосферу, называются вакуум-насос. Рабочая камера образуется между стенками цилиндра, днищем поршня и клапанной коробкой. Различают насосы со смазкой поршневых уплотнительных колец и без нее. Цилиндры могут быть с водяным или воздушным охлаждением.

Выпускаются насосы следующих типов - с клапанным газораспределением ,с золотниковым принудительным распределением и безмасляные. Насосы с золотниковым распределением имеют более низкое остаточное давление. Поршневые насосы предназначены для откачки сухих, незапыленных газов и работают с атмосферного давления. Недостатки данных насосов: неравномерность процесса откачки, неполная уравновешанность механизма и большие потери на трение. Поршневые вакуум-насосы можно разделить на две основные группы: сухие и мокрые. Мокрые насосы отсасывают смесь газа и жидкости; сухие отсасывают только газ. Мокрые вакуум-насосы по конструкции принципиально не отличаются от сухих. Различие проявляется только в распределительных узлах. У мокрых вакуум-насосов размеры мертвого пространства и распределительных узлов больше, чем у сухих, поэтому и предельное давление у них более высокое, чем у сухих насосов.

Различают горизонтальные и вертикальные поршневые вакуум-насосы. Горизонтальные имеют 160—200 об/мин. Наиболее прогрессивными являются вертикальные машины, работающие с большой частотой вращения. Поршневые вакуум-насосы выполняют чаще всего в виде крейцкопфных машин двойного действия — по обеим сторонам поршня находятся рабочие полости цилиндра. Мертвое пространство в поршневых насосах значительно влияет на величину подачи, так как степень сжатия в одной ступени весьма велика. Для уменьшения этого влияния предусмотрено золотниковое распределение с перепуском газа. При наличии перепуска мертвое пространство в конце хода нагнетания сообщается с помощью

специального канала с противоположной стороной цилиндра, где в это время заканчивается всасывание.

Описание конструкции и работы насоса.

 

    Рассмотрим поршневой насос НВБ-0,5, принципиальная схема которого приведена ниже. Насос состоит из корпуса, которому крепится цилиндр. В нём с помощью кривошипно-шатунного механизма возвратнопоступательно движется поршень. К верхней части цилиндра крепится

клапанная коробка, в которой размещены патрубки для всасывания газа и выхлопа. Внутри клапанной коробки имеется подвижная крышка, которая прижимается к цилиндру и играет роль клапана выхлопа. Отверстия в крышке закрыты самодействующими клапанами, открывающимися при всасывании. Рабочий процесс откачки основан на периодическом изменении объема рабочего цилиндра (камеры), который, образован поверхностью дна поршня, боковыми стенками цилиндра и клапанной крышкой.

Схема поршневого насоса

                                     1- шатун;

                               2- поршень;

                                3- клапан всасывания (резиновая накладка

                                4- клапан выхлопа (подвижная крышка  

                                                                 цилиндра)

                                5- выхлопной патрубок;

   6-сильфон;

   7- всасывающий патрубок;

   8- пружины;

   9- цилиндр;

   10- клапанная коробка 

 

                                   

                                   

 

 

 

Изменение объема происходит благодаря перемещению поршня. Привод поршня    осуществляется через кривошипно-шатунный механизм от электродвигателя. Различают следующие этапы рабочего процесса откачки:

Всасывание, сжатие, обратное расширение.

Процесс всасывания начинается с момента открытия всасывающего клапана. Его открытие обусловлено перепадом давлений со стороны полости всасывающего патрубка и со стороны полости рабочего цилиндра. Величина перепада давлений зависит от упругости резиновой пластины всасывающего клапана. При движении поршня от верхней мертвой точки (ВМТ -точка наиболее удаленная от механизма движения) к нижней (НМТ- точка ближайшая к механизму движения) объем рабочей полости увеличивается, вследствие чего давление в ней понижается. Возникает перепад давлений, при достижении определенного значения он вызывает открытие всасывающего клапана. Начинается процесс всасывания, который продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет НМТ. При движении поршня от НМТ к ВМТ объем рабочей полости цилиндра начинает уменьшаться, давление в ней повышается. Повышение давления вызывает закрытие всасывающего клапана.Процесс всасывания заканчивается. момент закрытия всасывающего клапана начинается процесс сжатия. Газ в рабочей полости цилиндра отсекается от полости всасывания и нагнетания. Движение поршня к ВМТ вызывает сжатие газа. Давление растет до тех пор, пока его значение не достигнет суммарного усилия давления пружины выхлопного клапана и давления в выхлопном патрубке. В момент открытия выхлопного клапана процесс сжатия заканчивается. Начинается процесс нагнетания. Процесс нагнетания продолжается до тех пор, пока поршень не достигнет ВМТ и не начнет движение обратно к НМТ до момента закрытия выходного клапана. Закрытие выхлопного клапана обусловлено преобладанием усилия давления пружины выхлопного клапана над давлением в рабочей полости. Далее при движении поршня к НМТ происходит уменьшение объема рабочего цилиндра. Газ, не вытесненный в процессе нагнетания (мертвый объем), снова расширяется. Часть хода поршня при этом теряется за счет процесса обратного расширения. Наличие мертвого объема обусловлено технологическими и конструкторскими причинами. При сжатии газа и работе пар трения в различных узлах и механизмах насоса происходит тепловыделение, которое вызывает температурные деформации поршня и клапанной коробки. Для компенсации тепловых деформаций необходимо предусмотреть зазор между поршнем и клапанной коробкой. Кроме того, данный зазор необходим для исключения удара поршня о клапанную коробку.С увеличением объема рабочей полости цилиндра давление в нем понижается до момента открытия всасывающего клапана, т.е. до начала процесса всасывания. Далее цикл рабочего процесса повторяется.

Основные расчётные соотношения

Sr = VBc * n   -  Геометрическая быстрота вакуумного насоса

Vвс D2 L -   Объём всасывания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Поршневые компрессоры

Компрессор - это машина, которая осуществляет повышение давления газа или пара.

Объемные компрессоры повышают давление газа путем уменьшения замкнутог объема (камеры), содержащего определенное количество газа. Уменьшение объема сопровождается увеличением концентрации молекул в единице объема. Количество ударов молекул о стенку возрастает, т.е. увеличивается давление. Процесс сжатия в объемных компрессорах вроисходит периодически. Типичным объемным компрессором является поршневой. Он отличается высокой экономичностью, простотой конструкции, обслуживания, ремонта и большой надежностью.

Поршневым называется компрессор объемного действия, в котором изменение объема рабочей полости осуществляется поршнем, совершающим прямолинейное возвратно-поступательное движение. Преобразование вращательного движение от двигателя в возвратно-поступательное может осущсствлятся следующими механизмами:

-кривошипно-шатунным;

-кулисным;

-кулачковым.

 

типы поршневых компрессоров с кривошипно-шатунным

механизмом;а-крейцкопфный; б- безкрейцкопфный; 1-всасывающий

клапан; 2-нагнетателъный клапан; 3-рабочие полости цилиндра; 4-

уплотнение штока; 5- направляющая крейцкопфа; 6- шатун; 7-

кривошип; 8 - крейцкопф; 9 - шток; 10 – поршень

 

 

 

Производительность компрессора - это объем газа,

нагнетаемого в единицу времени, измеренный на выходе из

компрессора и пересчитанный на условия всасывания, т.е. давление и

температуру всасывания.

 

 

Подача компрессора это масса газа, подаваемого потребителю в единицу времени.

Уменьшение производительности вызвано пятью основными

причинами:

1- наличие мертвого объема;

2- гидравлическое сопртивление потоку газа во всасывающем тракте

от входного патрубка до рабочей полости цилиндра;

3- подогрев газа при всасывании;

4- неплотности рабочей полости цилиндра;

5- влажность всасываемого газа

 

 

        Нагнетательный и всасывающий клапаны поршневого компрессора расположены в крышке цилиндра. За два хода поршня (один оборот вала), совершается полный рабочий процесс в каждом цилиндре компрессора. При движении поршня из цилиндра 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, через нагнетательный клапан сжатые пары выталкиваются в конденсатор. Затем направление движения поршня меняется, нагнетательный клапан закрывается, и компрессор вновь отсасывает пары из испарителя

 

 

 

 

 

 

 

Состав поршневого компрессора

 
    В изготовленном из чугуна корпусе компрессора, находится цилиндр и картер, в картере расположен коленчатый вал. В нижнюю часть картера залито масло, которое обеспечивает смазку трущихся деталей компрессора. В подшипниках лежат коренные шейки коленчатого вала.

        Выходящая из картера наружу шейка вала, 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.

       При помощи поршневого пальца шатун соединен своей верхней головкой с поршнем. 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.

В изготовленном из чугуна корпусе компрессора, находится цилиндр и картер, в картере расположен коленчатый вал. В нижнюю часть картера залито масло, которое обеспечивает смазку трущихся деталей компрессора. В подшипниках лежат коренные шейки коленчатого вала.

Выходящая из картера наружу шейка вала, 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.

При помощи поршневого пальца шатун соединен своей верхней головкой с поршнем. 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.

 

Основные недостатки поршневых компрессоров:

• Пульсации давления газа на выходе, приводящие к высокому уровню шума.
• Большие нагрузки при пуске, требующие большого запаса мощности и приводящие к износу компрессора.

 

Поршневые компрессоры благодаря возможности достижения высоких давлений и высокой экономичности несмотря на сложность конструкции и металлоемкость занимают значительное место в общем выпуска компрессорных машин. Рабочим давлением обусловлены прочностные степени , конструкции клапанов , материалы деталей , от величины подачи зависят размеры машины : D и S в поршневых , D и b - в центробежных .  
При определении характеристик единичной степени поршневых компрессоров используют такие комплексные показатели , как поршневая сила П и мощность ряда .  
Ряд - линия цилиндров , которое соответствует числу шатунов. Тип и число рядов определяют выполнения механизма движения и станины - базы компрессора.  
Для обеспечения выпуска широкой номенклатуры компрессоров заводы унифицируют отдельные механизмы , узлы и детали машин. Объединение рамы , кривошипно-шатунного механизма , системы смазки , системы охлаждения и других элементов и механизмов машины в отдельный блок или узел составляет базу компрессора. Основными параметрами базы являются максимальная поршневая сила П ( т) , ход поршня S (мм ) , частота вращения n ( c -1). Имея несколько стандартных баз и комплектующие их различными по размерам цилиндрами и поршнями и другим необходимым оборудованием можно получить группу компрессоров с различными подачами и давлениями .  
Кроме собственно компрессора в состав компрессорной установки входят между ступенчатые и конечные холодильники , влаго- масло- отделитель , трубопроводы обвязки , средства контроля , защиты и автоматизации . 

 

Основные расчётные соотношения

Vh = Vh*n0 =   Sп n0 = FпSп n0 - Рабочий объём цилиндра за ед. времени   

   - Коэффициент подачи

 

  - Производительность компрессора

 

 

- Энергия, передаваемая 1кг газа  в компрессоре 

 

 

- Удельный расход энергии

 

 

- Уравнение энергетического баланса