Лабораторная работа №1. Изучение конструкции и принципа работы поршневого компрессора
Цель работы: изучение устройства и работы поршневого компрессора на примере одноступенчатого поршневого компрессора с приводом от двигателя постоянного тока, наблюдение последовательности перемещения элементов конструкции качающего блока.
Теоретические сведения
Машины, предназначенные для сжатия и перемещения газов, называются компрессорами. В машиностроении используются компрессоры для сжатия воздуха, который служит энергоносителем для привода всевозможных машин и инструментов, облегчающих труд человека, т.е. для механизации трудоемких процессов. В этом случае компрессоры также устанавливают в отдельных помещениях, называемых компрессорными станциями, и централизованно подают сжатый воздух в цехи предприятия. В современном машиностроительном производстве до 30 % всей расходуемой мощности идет на выработку сжатого воздуха.
Всё многообразие компрессоров можно подразделить на следующие группы по создаваемым ими давлениям нагнетания (давление перед всасывающим патрубком принято равным атмосферному).
Компрессоры низкого давления, сжимающие газ до 1,5 МПа. Такие машины называют часто компрессорами общепромышленного или общего назначения. Подобного давления требуют пневматические инструменты, машины, приспособления и другие устройства, позволяющие заменять мускульную силу человека работой машин. Компрессоры низкого давления изготавливаются очень большими сериями и являются наиболее распространенным типом машин.
Компрессоры среднего давления, сжимающие газы до 10 МПа. Такие давления используются в системах автоматического регулирования, пусковых устройствах двигателей внутреннего сгорания, транспортировке газа и т. д.
Для получения высоких и сверхвысоких давлений газа используются пока только поршневые компрессоры, так как нет еще других типов машин, которые были бы способны в промышленных условиях создавать давления 100—350 МПа при сравнительно небольших производительностях.
Схема наиболее простой конструкции поршневого компрессора с тронковым поршнем представлена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема поршневого компрессора с одной рабочей камерой и тронковым поршнем: 1 — всасывающий патрубок; 2 — камера всасывания; 3 — всасывающие клапаны; 4 — цилиндр; 5 — поршень; 6 — шатун; 7 — коленчатый вал; 8 — камера нагнетания; 9 — нагнетательные клапаны; 10 — нагнетательный патрубок
Рассмотрим компрессор с одной рабочей камерой. Ее образуют неподвижные стенки втулки цилиндра, клапанная плита с размещенными в ней клапанами линий всасывания (всасывающими), нагнетания (нагнетательными) и подвижным поршнем, перемещающимся двигателем компрессора с помощью кривошипно-шатунного механизма. Обозначим камеру буквой А.
Начальные давление рн температуру Тн газа перед всасывающим отверстием (патрубком) и конечные после нагнетательного патрубка рк, Тк, считаем постоянными в течение всего цикла компрессора. При движении поршня от клапанной плиты к коленчатому валу объем камеры А увеличивается, и давление газа в ней снижается. Под разностью давления газа перед всасывающим патрубком рн и в цилиндре pц откроются линии всасывания и газ поступит в цилиндр, заполняя его увеличивающийся объем. Этот процесс называется всасыванием.
Увеличение объема цилиндра происходит до достижения поршнем нижней мертвой точки (НМТ), т. е. наибольшего приближения к коленчатому валу.
В этот момент еще рц меньше рн, клапаны линии всасывания открыты и газ продолжает поступать в цилиндр. Перемена направления движения поршня вызовет уменьшение объема цилиндра и повышение давления в нем как за счет уменьшения объема, так и поступления свежего газа. В момент сравнивания величин давления в цилиндре и полости всасывания клапаны линий всасывания закроются, камера А станет замкнутой. Процесс всасывания при самодействующих клапанах в ступени заканчивается уже при обратном ходе поршня.
Дальнейшее движение поршня от вала к крышке вызывает повышение давления газа рц и температуры Тц из-за уменьшения объема камеры. Происходит процесс сжатия газа.
Процесс сжатия заканчивается при некотором превышении давления в цилиндре над давлением в полости нагнетания и открытия из-за этого клапанов линии нагнетания. При этом камера перестает быть замкнутой и при дальнейшем движении поршня газ будет выталкиваться в полость нагнетания, а затем в производственную сеть. Процесс вытеснения газа из камеры называется нагнетанием или вытеснением. Он заканчивается в момент наибольшего удаления поршня от вала, т.е. в верхней мертвой точке (ВМТ). Обычно к этому моменту в полости нагнетания и цилиндре давления выравниваются, клапаны линии нагнетания закрываются и рабочая камера опять становится замкнутой. В этот момент объем камеры наименьший, он и называется мертвым пространством. При перемене направления движения поршня в верхней мертвой точке объем камеры начнет возрастать, а давление и температура газа – падать. Процесс этот называется расширением и заканчивается в момент достижения в камере давления, равного давлению в полости всасывания, и открытия клапанов линии всасывания.
Процессы всасывания, сжатия, нагнетания и расширения образуют вместе цикл компрессора.
Конструкция компрессора лабораторного стенда представлена на рисунке 1.2.
Рис. 1.2. Устройство компрессора
Компрессор включает в себя:
- крышку 1 цилиндра;
- отверстие 2 присоединения к линии нагнетания;
- манометр 3;
- уплотнение 4;
- клапан 5 нагнетания;
- корпус 6 клапана нагнетания с седлом;
- уплотнение 7;
- гильза 8;
- радиатор 9 гильзы;
- клапан 10 всасывания;
- уплотнение 11 поршня;
- поршень 12 с шатуном;
- подшипник 13;
- кривошип с балансиром 14;
- стопорный винт 15;
- подшипник 16;
- держатель магнитов 17;
- постоянный магнит 18;
- держатель 19 токоподводящих подвижных контактов;
- коллектор 20 электродвигателя;
- передняя крышка 21;
- корпус 22 компрессора;
- корпус 23 электродвигателя;
- ротор 24;
- токоподводящий подвижный контакт 25;
- задняя крышка 26 с подшипником.
Принцип работы компрессора проиллюстрирован на рисунке 1.3.
При движении поршня вниз давление воздуха в поршневой полости меньше, чем в линии нагнетания и чем атмосферное, поэтому клапан нагнетания закрыт, а клапан всасывания открыт. Осуществляется такт всасывания.
При перемещении поршня вверх давление воздуха в поршневой полости больше, чем в линии нагнетания и чем атмосферное, поэтому клапан всасывания закрыт, а клапан нагнетания открыт. Осуществляется такт нагнетания.
Последовательность выполнения
1. Изучить конструкцию разрезной модели компрессора, сопоставить элементы модели с элементами, изображенными на рисунке.1.2.
2. За дополнительную ручку, установленную на электродвигателе, привести вал двигателя во вращение, пронаблюдать движение элементов конструкции: поршня с шатуном и кривошипа.
3. Осуществить сопоставление тактов нагнетания и всасывания с изображением, приведенным на рисунке.1.3.
Всасывание Нагнетание
Рис. 1.3. Принцип работы компрессора