Проект поршневого компрессора с пояснительной запиской

4 Конструкция, расчет и техническая эксплуатация гаражного компрессора BALMA NS 59 S/500 FT 10

4.1 Принцип действия, устройство и регулировки оборудования

4.1.1 Классификация, характеристика и анализ конструкций компрессоров.

В связи с увеличением парка отечественных автомобилей новых марок и иномарок, в настоящее время требуется коренное техническое переоснащение автотранспортных предприятий, станций техобслуживания и авторемонтных мастерских новым современным технологическим оборудованием и специализированным инструментом. Без такого оборудования выполнение ряда операций по техническому обслуживанию и текущему ремонту автомобилей современных моделей, имеющих оригинальные конструкции узлов, агрегатов и систем, практически невозможно. Уровень, соответствующий мировым стандартам, по производительности труда и качеству технических воздействий может быть достигнут лишь с использованием специализированного оборудования в сочетании с применением новых прогрессивных форм и методов технического оборудования и ремонта автомобилей.

Компрессор – важнейшее энергетическое оборудование, применяемое в технологических процессах многих отраслей, в том числе и в автомобильной промышленности для повышения давления и перемещения газа.

Компрессорные машины разделяют на три класса:

вентиляторы – компрессоры, с относительно низким повышением и отношением давлений;

нагнетатели – машины с повышенным отношением давлений и без охлаждения среды в процессе работы;

собственно компрессоры – машины, снабженные устройством для охлаждения среды при работе (отношение давлений более 3).

По достижимому конечному результату различают:

компрессоры низкого давления – с конечным давлением до 1МПа;

компрессоры среднего давления – с конечным давлением от 1 до 10МПа;

компрессоры высокого давления – с конечным давлением от 10 до 100мПа;

компрессоры сверхвысокого давления – с конечным давлением свыше 100мПа.

По способу эксплуатации компрессоры можно разделить на: стационарные, передвижные, переносные, прицепные, самоходные, транспортные.

По применимости в рабочей среде компрессоры разделяют на:

газовые – для сжатия любого газа или смеси газа кроме воздуха;

воздушные – для сжатия воздуха;

циркуляционные – для обеспечения циркуляции воздуха (газа) в замкнутом технологическом контуре;

многоцелевые – для попеременного сжатия различных газов;

многослужебные (специальные) – для одновременного сжатия различных газов;

Классификация компрессоров по принципу действия и основным конструктивным признакам:

1) объемного действия: поршневые, поршнемембранные, мембранные;

2) динамического действия: турбокомпрессоры, струйные.

В автосервисе используют два типа компрессоров: поршневые (более распространенные) и роторные (винтовые) (для крупных СТОА с потреблением воздуха более 1000 л/мин).

Основными характеристиками компрессоров являются объемная производительность и максимальное давление. Эти параметры являются определяющими при выборе типа и модели данного оборудования.

Так, для подкачки шин или работы с обдувочным пистолетом вполне подойдет компрессор производительностью 150 – 200 л/мин с небольшим ресивером (баллоном-аккумулятором для хранения сжатого воздуха). В пунктах шиномонтажа обычно достаточно производительности 300 – 400 л/мин с объемом ресивера 50 – 100 л. Небольшие автомастерские на 3-4 поста, использующие пневмоинструмент, требуют от компрессора производительности около 600 л/мин. Одному окрасочному пистолету малярного участка нужно столько же. Для крупных сервисных центров с разветвленной пневмосетью с десятками потребителей нужно приобретать аппарат производительностью не менее 1000 – 1500 л/мин.

Давление, развиваемое компрессором, должно быть больше чем требуемое давление для потребителей сжатого воздуха. Считается, что стандартом для использования на СТОА является компрессор с давлением 800 КПа (8 бар). В случае применения исключительно для окрасочных работ можно использовать компрессор на 600 КПа (6 бар). Как источник сжатого воздуха в составе разветвленных пневмосетей более целесообразным будет компрессор, развивающий давление не менее 1,0 МПа (10 бар). На значения величин производительности и давления непосредственно влияет конструкция аппарата.

Современные поршневые компрессоры выпускаются в четырех версиях:

- класс «Хобби»;

- класс профессиональных масляных компрессоров с прямой передачей;

- класс профессиональных поршневых компрессоров с ременным приводом;

- класс промышленных поршневых компрессоров с ременным приводом.

Компрессоры класса «Хобби». В данном классе компрессоров используется одноцилиндровая, одноступенчатая компрессорная группа сухого (без масляного) типа, обозначаемая в каталогах - «цил./ступ. - 1/1». Это означает, что весь процесс сжатия происходит в одном цилиндре.

Вращение от вала электродвигателя передается напрямую через муфту (коаксиальный тип) к кривошипно - шатунному механизму компрессора. Потребляемая мощность не превышает 2,25 кВт, давление – до 800 КПа, рекомендуемая продолжительность работы – не более 15 – 20 минут в час. Компрессоры выполняются, как без ресивера, так и с ресиверами емкостью от 6 до 50 литров для более интенсивного кратковременного использования.

Компрессоры без смазки цилиндропоршневой группы называют необслуживаемыми. Ввиду отсутствия картера они могут работать в любом положении, воздух от них поступает без масла. Но ресурс таких механизмов ниже, чем у аналогичных смазываемых моделей, какие бы антифрикционные материалы и конструкции несмазываемых подшипников ни применялись

Компрессоры данного класса предназначены для достаточно редкого использования, в основном в бытовых целях, для работ дома, в гараже, на даче и т.п. Поэтому большое внимание в конструкции этих компрессоров уделено их потребительским свойствам. Они имеют небольшой вес и габариты, низкий уровень шума, практически не требуют технического обслуживания, могут перевозиться как в вертикальном, так и в горизонтальном положении.

Область применения диктует и ряд специальных требований. Корпус компрессора выполнен из ударопрочного полистирола и предназначен для снижения уровня шума и защиты потребителя от ожогов. Использование прямой передачи между электродвигателем и компрессорной группой позволило предельно упростить конструкцию компрессора и снизить его стоимость.

Производительность по всасыванию таких компрессоров находится в диапазоне до 200 л/мин. Для одноцилиндровых одноступенчатых компрессоров с прямой передачей поправочный коэффициент для расчета реальной производительности равен 0,60,65.

Данный класс компрессоров не предназначен для производства работ с высокой интенсивностью в течение рабочего дня, поэтому это оборудование практически не нашло применение на СТОА, но его можно встретить в маленьких автомастерских.

Профессиональные масляные компрессоры с прямой передачей (коаксиальный тип). Отсутствие смазки в компрессорах класса «Хобби» отрицательно сказывается на ресурсе аппаратов, поэтому для его увеличения применяются масляные компрессоры с прямой передачей.

В этом типе компрессоров, равно как и в других типах поршневых масляных компрессоров смазка шатунно–поршневой группы организуется одинаковым образом. Масло, находящееся в картере, подается к трущимся частям разбрызгиванием. "Разбрызгивателем" является специальный иглообразный прилив на нижней головке шатуна, который при вращении вала компрессора периодически погружается в масляную ванну и распыляет частицы масла на стенки цилиндра, предотвращая сухое трение.

Использование смазки позволяет уменьшить коэффициент трения и тем самым понизить рабочую температуру головки, а, следовательно, и увеличить интенсивность работы масляного компрессора с коаксиальным приводом, поэтому и область его применения значительно шире, чем у компрессоров класса «Хобби».

Производительность компрессоров данного типа находится в пределах от 170 л/мин до 400 л/мин при 2850 об / мин. Поправочный коэффициент для реальной производительности составляет 0,60,65.

Масляный компрессор с прямой передачей - это самый распространенный тип компрессоров. Слово "профессиональный" присутствует в названии данного класса не случайно. Оптимальное соотношение цена - качество нашло применение ему в самых разнообразных сферах малого бизнеса, где нет такой нагрузки как при серийном и мелко серийном производстве. Эти компрессоры подходят для использования на небольших предприятиях автосервиса, однако они плохо приспособлены для круглосуточной работы и не должны быть задействованы более 40 минут в час.

При относительно невысокой стоимости высокопроизводительные версии коаксиальных смазываемых компрессоров привлекательны для использования на шиномонтажных участках. Но наиболее широкое применение этот класс компрессоров также нашел в области личного потребления - для гаража, дома, дачи. Он, как и компрессор «Хобби», незаменим для мелкого ремонта личного автомобиля (продувка радиатора, карбюратора, покрасочные работы, подкачка шин и т.п.).

В данном классе применяются компрессоры с одноцилиндровыми одноступенчатыми и двухцилиндровыми одноступенчатыми компрессорными группами.

Одноступенчатый компрессор имеет одну ступень сжатия воздуха, т.е. при движении в цилиндре поршня вниз происходит всасывание воздуха из атмосферы, а при его движении вверх – нагнетание в ресивер.

Теоретическая производительность компрессора равна произведению объема камеры сжатия на количество циклов сжатия в единицу времени. Это определяет основные пути увеличения производительности, важной характеристики для профессионального компрессора. Увеличение объема камеры, достигающееся увеличением диаметра цилиндра, поршня или его хода, приводящее к возрастанию массы движущихся деталей, с определенного момента становится невыгодным.

В этом случае используют двухцилиндровую схему, позволяющую при неизменной частоте вращения электродвигателя удвоить количество циклов сжатия или же снизить частоту вращения, выиграв в ресурсе механизма привода. В двухцилиндровой компрессорной группе, в отличие от одноцилиндровой, работают два поршня одновременно, но в противофазе, когда один всасывает воздух, другой находится в режиме нагнетания.

В коаксиальных двухцилиндровых компрессорах расположение цилиндров может быть рядное или V-образное. V-образная схема расположения цилиндров является наиболее удачной с точки зрения компенсации инерционных сил, возникающих при движении поршней. Производительность V-образных коаксиальных компрессоров достигает 400550 л/мин.

При приобретении двухцилиндровых компрессоров предпочтение следует отдавать тем моделям, у которых повышенная производительность сочетается с невысокой (1450 об/мин) частотой вращения электродвигателя. Они более надежны, что подтверждается и более высоким сроком гарантии производителя, обычно увеличивающимся на 30%.

Профессиональные поршневые компрессоры с ременным приводом. В этот класс входят масляные компрессоры, имеющие иную конструктивную схему, нежели коаксиальные компрессоры. Это компрессоры с клиноременной передачей от электродвигателя к компрессорной головке. Преимущества такой схемы очевидны. Отсутствие жесткой связи между электроприводом и компрессорной головкой в случае неисправности одного из агрегатов сводит к минимуму возможные последствия. Наличие ременной передачи, помимо этого, позволяет конструкторам гибко подбирать оптимальную частоту вращения вала компрессора для обеспечения требуемых характеристик той или иной модели.

Такая схема привода компрессора позволяет повысить эффективность охлаждения головки, так как нагревающийся при работе электродвигатель, охлаждаемый вентилятором, расположен отдельно. Обдув головки осуществляется шкивом приводного вала, спицы которого выполнены в форме лопастей.

Использование системы принудительного воздушного охлаждения, благодаря специальной конструкции направляющей воздушного потока от шкива - вентилятора, позволяет еще более уменьшить температуру компрессора. Снижение оборотов компрессорной группы и принятые специальные меры для более эффективного охлаждения при той же производительности, что и у компрессоров с прямой передачей, дает возможность увеличить ресурс и использовать данный тип компрессора для более интенсивного режима работы.

Тепловой режим головки имеет определяющее значение на режим работы компрессора. Поэтому клиноременные компрессоры работают в более продолжительном режиме. Ресурс таких компрессоров - 5000 часов и более.

Клиноременные компрессоры могут быть одноцилиндровыми или двухцилиндровыми. Одноцилиндровые компрессоры выпускаются в передвижном исполнении, двухцилиндровые – могут быть как передвижными, так и стационарными.

Модельный ряд одноцилиндровых компрессоров ограничивается производительностью 500 л/мин, а двухцилиндровых компрессоров с клиноременной передачей начинается с производительности 250 л/мин и доходит до производительности 1000 л/ мин.

В двухцилиндровых компрессорных головках применяется схема рядного расположения цилиндров. Применение ременного привода в данном классе позволило, используя двухцилиндровую одноступенчатую компрессорную группу, снизить обороты вала компрессора практически вдвое по сравнению с частотой вращения двигателя. В отличие от компрессоров с прямой передачей той же производительности, у которых частота вращения двигателя и коленчатого вала равны, в компрессорах с ременной передачей обороты снижаются за счет изменения передаточного числа между двигателем и компрессорной головкой.

Благодаря хорошим техническим характеристикам и относительно невысокой стоимости компрессоры данного класса нашли широкое применение как на крупных СТОА, так и на малых предприятиях автосервиса.

Промышленные поршневые компрессоры с ременным приводом. Компрессоры с ременным приводом данного класса разделяются по конструктивно – компоновочному решению на две группы – аппараты с одной компрессорной головкой и с двумя компрессорными головками, так называемые, тандемные компрессоры.

В классе промышленных компрессоров с ременным приводом используются двухцилиндровая двухступенчатая компрессорная группа. Такая схема позволяет при неизменной частоте вращения электродвигателя удвоить количество циклов сжатия или снизить частоту вращения, еще больше облегчить температурный режим работы компрессора, что дает значительный выигрыш в ресурсе механизма. Компрессоры могут работать в более продолжительном режиме. Их ресурс – свыше 5000 часов. Двухступенчатые компрессоры с клиноременной передачей ориентированы на работу в сложных условиях.

Применение двухцилиндровой двухступенчатой компрессорной группы позволило и тем самым увеличить его ресурс. Компрессоры с двухступенчатым сжатием имеют производительность 500 л/мин и выше.

Компрессора с одной компрессорной головкой и двухступенчатым сжатием воздуха выпускаются с горизонтальным и вертикальным ресиверами. В большинстве случаев такие компрессоры являются стационарными. При вертикальном ресивере компрессоры более компактны и занимают меньшую производственную площадь.

Более высокие требования по производительности могут быть удовлетворены применением двухголовочных компрессоров. Это - так называемый тандем. Его работа не имеет никаких принципиальных отличий. Фактически, это два компрессора, но использующие один и тот же ресивер. Обе головки, работая на общий ресивер, имеют автономные приводы и независимые прессостаты (устройства настройки давления). Прессостат одной из головок отрегулирован на 50 КПа (0,5 бар) меньшего давления срабатывания, чем у другой. При этом обе головки могут работать одновременно и параллельно, либо одна из головок работает как основная, другая подключается в случае пикового воздухоразбора, когда первая не обеспечивает требуемой производительности. Сначала включается одна компрессорная группа, а затем, по истечении установленного времени, вторая. Для этого в тандемах используется устройство электронного управления.

Производительность тандемного компрессора до 2000 л/мин. Надежность таких аппаратов удваивается, а опасность остаться вообще без сжатого воздуха сведена к минимуму. При выходе из строя одной из головок вторая сможет временно обеспечить производственные потребности. Время от времени регулировки прессостатов изменяют на обратные с целью выравнивания наработки обоих головок.

Роторные (винтовые) компрессоры

При оснащении крупной СТО с потреблением сжатого воздуха от 1000 до 5000 л/мин и выше более подходящими являются роторные (винтовые) компрессоры, обеспечивающие давление на выпускной магистрали до 1,5 МПа 1(15 бар). В этом секторе они более экономичные и перспективные. Роторные аппараты – это совершенно другой уровень технологии, качества и надежности. Они дороже профессиональных поршневых, но при интенсивном использовании и с учетом всех эксплуатационных расходов разница в цене очень быстро окупается. Роторные компрессоры – достаточно простые по конструкции, оснащены автоматической системой управления и контроля работоспособности, а потому безопасны, не нуждаются в контроле, отличаются большой надежностью, способны долго работать без обслуживания . Они обладают целым рядом преимуществ: имеют низкий уровень шума и вибраций, малые габариты и вес, практически не расходуют масло (2-3 мг на 1м3 расхода воздуха.). Качество сжатого воздуха от винтовых компрессоров на порядок выше, чем полученного с помощью поршневых компрессоров.

Компрессоры этого типа выпускаются в корпусе, установленном на ресивере, или без ресивера. В последнем случае ресивер устанавливается отдельно и соединяется с компрессором воздушными шлангами высокого давления.

4.3 Монтаж, техническое обслуживание и ремонт компрессора BALMA NS 59 S/500 FT 10

4.3.1 Монтаж компрессора BALMA NS 59 S/500 FT 10

При выборе монтажного положения устройства следует принимать во внимание следующие моменты:

- Наличие доступа к отверстиям для наполнения маслом / измерения его уровня и сливным пробкам.

- Наличие достаточного пространства для циркуляции охлаждающего воздуха вокруг устройства.

- Наличие достаточного расстояния от источников тепла, например выхлопной системы транспортного средства или горячих труб, которые в любом случае могут оказать влияние на температуру компрессора.

- Выпуск воздуха перепускным/регулировочным клапаном должен быть беспрепятственным и производиться непосредственно в атмосферу.

- Перепускной и/или предохранительный и регулировочный клапан следует располагать как можно ближе к выходному отверстию.

- Выпускные клапаны должны располагаться таким образом, чтобы горячий воздух не попадал на оператора или компрессор.

- Глушители следует располагать как можно ближе к выходному отверстию.

- Для получения информации о рекомендуемой схеме размещения устройства и вспомогательных систем.

Масса стандартного компрессора без вспомогательных систем равняется 295 кг. Монтажная поверхность, на которую устанавливается стандартное изделие, должна быть ровной во избежание перекоса/напряжения, монтажные болты / фиксирующие гайки должны иметь размер М16, класс 8.8 или выше. Стандартный компрессор поставляется с установленным рымболтом, предназначенным для подъемных работ. После установки устройства следует снять рым-болт и закрыть это место изолирующей шайбой (прилагается в комплекте). Любое оборудование, используемое для подъемных работ, должно соответствовать требованиям нормативов.

4.3.2 Техническое обслуживание и ремонт компрессора

Своевременное качественное обслуживание и ремонт являются залогом безотказной и безаварийной работы компрессора.

Не допускается превышать рабочее давление в ресивере.

Техническое обслуживание поршневых компрессоров подразделяется на:

- ежесменное техническое обслуживание (ЕО), выполняемое в течение рабочей смены;

- плановое техническое обслуживание в зависимости от режима работы головки выполняется (ориентировочно) после отработки компрессорной головки:

- 175...200 часов - ТО-1;

- 500..750 часов - ТО-2.

При ЕО:

- перед запуском поршневых в эксплуатацию следует проверять уровень масла в картере компрессорной головки и при необходимости долить до верхней метки щупа;

- проверять состояние и натяжение приводных ремней, осуществляющих передачу вращения от электродвигателя на коленчатый вал компрессорной головки;

- проверять работу предохранительного клапана;

- проверять герметичность соединений;

- при обнаружении утечки воздуха или масла устранить причину неисправности;

- проверять работу влагоудалителя. Через 2...3 часа работы, после сброса давления в ресивере через влагоудалитель должен автоматически сливаться конденсат;

- постоянно производить очистку, как компрессорной головки так и компрессора в целом от пыли и грязи.

При ТО1:

- заменить масло в картере компрессорной головки, промыть картер и магнитную пробку;

- проверить фильтрующий элемент воздушного фильтра, изготовленный из ультратонкого стекловолокна, при необходимости фильтроэлемент – заменить;

- вывернуть сливную пробку из коллектора низкого давления на компрессорной головке и слить конденсат; промыть клапан влагоудалителя;

- проверить затяжку шатунных болтов; проверить затяжку соединений и при необходимости подтянуть: гайку крепления маховика, гайки крепления блока цилиндров к картеру, гайки крепления головки цилиндров, гайки крепления коллеторов и трубопроводов, гайки крепления крышек картера

При ТО2:

- снять головку блока цилиндров, блок цилиндров - очистить от масляного нагара поршни, поршневые кольца, клапаны, внутренние стенки цилиндров и крышек; - - очистить поверхности охлаждения компрессоров; после очистки наружных поверхностей холодильника поршневыхх компрессоров и трубопроводов от пыли, грязи, масляного нагара необходимо промыть их водой и продуть сжатым воздухом; ресивер продуть сжатым воздухом;

- заменить прокладки, обеспечивающие герметичность соединений; заменить отдельные детали из комплекта запасных частей.