Устройство компрессоров КТ-6, КТ-7, КТ-6Эл

Общие положения и основные показатели работы

Компрессоры предназначены для обеспечения сжатым возду­хом тормозной сети поезда и пневматической сети вспомогатель­ных аппаратов: электропневматических контакторов, реверсоров, песочниц и др.

Применяемые на подвижном составе компрессоры классифи­цируются по числу цилиндров (одно-, двухцилиндровые и т.д.); по расположению цилиндров (горизонтальные, вертикальные, V-и W-образные); по числу ступеней сжатия (одно- и двухступенча­тые); по типу привода (с приводом от электродвигателя или от двигателя внутреннего сгорания).

Вспомогательные компрессоры служат для наполнения сжа­тым воздухом пневматических магистралей, например, главного воздушного выключателя, блокирования щитов высоковольтной камеры и токоприемника при отсутствии сжатого воздуха в глав­ных резервуарах и резервуаре токоприемника после длительной стоянки электроподвижного состава в нерабочем состоянии.

Компрессоры должны полностью обеспечивать потребность в сжатом воздухе при максимальных расходах и утечках его в поезде. Во избежание недопустимого нагрева режим работы компрессора устанавливается повторно-кратковременным. При этом продолжи­тельность включения (ПВ) компрессора под нагрузкой допуска­ется не более 50 %, а продолжительность цикла до 10 мин.

Основные компрессоры, применяемые на подвижном составе, как правило, являются двухступенчатыми. Сжатие воздуха в них происходит последовательно в двух цилиндрах с промежуточным охлаждением между ступенями. Работа такого компрессора пояс­няется рис. 1.

При первом ходе вниз поршня 1 (рис. 1, а) открывается вса­сывающий клапан 3, и в цилиндр 2 первой ступени поступает воздух из атмосферы Ат при постоянном давлении. Линия всасы­вания АС (рис. 1, б) располагается ниже штриховой линии ат­мосферного барометрического давления на значение потерь на преодоление сопротивления всасывающего клапана. При ходе пор­шня 1 вверх всасывающий клапан 3 закрывается, объем рабочего пространства цилиндра 2 уменьшается и воздух сжимается по ли­нии CD до

1 — поршень; 2 — цилиндр первой ступени; 3 — всасывающий клапан; 4 — холодильник; 5— нагнетательный клапан

Рисунок 1 - Схема двухступенчатого компрессора (а) и теоретическая инди­каторная диаграмма его работы (б)

давления в холодильнике 4, после чего открывается нагнетательный клапан 5 и происходит выталкивание сжатого воз­духа в холодильник по линии нагнетания DF с постоянным про­тиводавлением.

В процессе последующего хода поршня 1 вниз происходит рас­ширение оставшегося во вредном пространстве (объем простран­ства над поршнем в его верхнем положении) сжатого воздуха по линии FB до тех пор, пока давление в рабочей полости не пони­зится до определенного значения и всасывающий клапан 3 откро­ется атмосферным давлением. Далее процесс повторяется. На пер­вой ступени воздух сжимается до давления 2,0...4,0 кгс/см2.

Аналогично работает вторая ступень компрессора со всасыва­нием воздуха из холодильника 4 по линии FE, сжатием по линии EG, нагнетанием в главные резервуары по линии GH, расшире­нием во вредном пространстве цилиндра второй ступени по ли­нии HF'. Заштрихованная площадь индикаторной диаграммы ха­рактеризует уменьшение работы сжатия вследствие охлаждения воздуха между ступенями.

Сжатие воздуха сопровождается выделением теплоты. В зависи­мости от интенсивности охлаждения и количества теплоты, отби­раемой от сжимаемого воздуха, линия сжатия может быть изотер­мой, когда отводится вся выделяющаяся теплота и температура остается постоянной, адиабатой, когда процесс сжатия идет без отвода теплоты, или политропой при частичном отводе выделяю­щейся теплоты.

Адиабатический и изотермический процессы сжатия являются теоретической идеализацией. Действительный процесс сжатия яв­ляется политропным.

Основными показателями работы компрессора являются про­изводительность (подача), объемный, изотермический и механи­ческий КПД.

Производительностью компрессора называется объем воздуха, нагнетаемый компрессором в резервуар в единицу времени, за­меренный на выходе из компрессора, но пересчитанный на усло­вия всасывания. Производительность компрессора локомотива определяют по времени повышения давления в главных резервуарах с 7,0 до 8,0 кгс/см2.

Объемный КПД характеризует уменьшение производительнос­ти компрессора под влиянием вредного пространства; он зависит от объема вредного пространства и давления. Двухступенчатое сжатие позволяет понизить температуру воз­духа в конце сжатия, улучшить условия смазывания компрессора и уменьшить потребляемую компрессором мощность за счет рабо­ты, сэкономленной благодаря охлаждению воздуха в промежу­точном холодильнике, а также повысить объемный КПД за счет уменьшения соотношения давлений нагнетания и всасывания.

Изотермический КПД позволяет оценить совершенство комп­рессора

Механический КПД компрессора учитывает потери на трение в самом компрессоре и потери на привод вспомогательных меха­низмов — вентилятора и масляного насоса.

Устройство компрессоров КТ-6, КТ-7, КТ-6Эл

Компрессоры КТ-6, КТ-7 и КТ-6Эл широко применяются на тепловозах и электровозах. Компрессоры КТ-6 и КТ-7 приводят­ся в действие либо от коленчатого вала дизеля, либо от электро­двигателя, как, например, на тепловозах 2ТЭ116. Компрессоры КТ-6Эл приводятся в действие от электродвигателя.

Компрессор КТ-6 — двухступенчатый, трехцилиндровый, пор­шневой с W-образным расположением цилиндров.

Компрессор КТ-6 (рис.2) состоит из корпуса (картера) 18, двух цилиндров 12 низкого давления (ЦНД), имеющих угол раз­вала 120°, одного цилиндра 6 высокого давления (ЦВД), холо­дильника 7 радиаторного типа с предохранительным клапаном 14, узла шатунов 11 и поршней 1, 5 соответственно ЦНД и ЦВД.

1 — поршень ЦНД; 2 — клапанная коробка цилиндра низкого давления ЦНД (первой ступени); 3 — сапун; 4 — клапанная коробка ЦВД (второй ступени); 5— поршень ЦВД; 6 — ЦВД; 7 — холодильник; 8 — маслоуказатель (щуп); 9 — пробка для залива масла; 10 — пробка для слива масла; 11 — узел шатунов; 12 — ЦНД; 13 — поршневой палец; 14 — предохранительный клапан; 15 — манометр давления масла; 16 — тройник для присоединения трубопровода от регулятора давления; 17 — бачок для гашения пульсаций стрелки манометра; 18 — корпус (картер); 19 — коленчатый вал; 20 — масляный насос; 21 — редукционный кла­пан; 22 — дополнительный балансир; 23 — винт крепления дополнительного балансира; 24 — шплинт; 25 — масляный фильтр; 26 — вентилятор; 27 — всасы­вающий воздушный фильтр; 28 — болт регулировки натяжения ремня вентиля­тора; 29 — кронштейн вентилятора; 30 — рым-болт

Рисунок 2- Компрессор КТ-6

Корпус 18 имеет три привалочных фланца для установки ци­линдров и два люка для доступа к деталям, находящимся внутри. Сбоку к корпусу

прикреплен масляный насос 20 с редукционным клапаном 21, а в нижней части корпуса помещен сетчатый масля­ный фильтр 25. Передняя часть корпуса (со стороны привода) за­крыта съемной крышкой, в которой расположен один из двух ша­рикоподшипников коленчатого вала 19. Второй шарикоподшип­ник расположен в корпусе со стороны масляного насоса.

Все три цилиндра имеют ребра: ЦВД выполнен с горизонталь­ным оребрением для лучшей теплоотдачи, а ЦНД имеют верти­кальные ребра для придания цилиндрам большей жесткости. В верх­ней части цилиндров расположены клапанные коробки 2 и 4.

Коленчатый вал 19 компрессора — стальной, штампованный с двумя противовесами, имеет две коренные шейки и одну ша­тунную. Для уменьшения амплитуды собственных колебаний к противовесам винтами 23 прикреплены дополнительные балан­сиры 22. Для подвода масла к шатунным подшипникам коленча­тый вал снабжен системой каналов, показанных на рис. 3.2 пунк­тирными линиями.

Узел шатунов (рис. 3) состоит из главного 1 и двух прицеп­ных 5 шатунов, соединенных пальцами 14, застопоренными вин­тами 13.

1- главный шатун; 2, 14 — пальцы; 3, 10 — штифты; 4 — головка; 5 — прицеп­ные шатуны; 6 — съемная крышка; 7 — прокладка; 8 — бронзовая втулка; 9 — каналы для подачи смазки; 11, 12 — вкладыши; 13 — стопорный винт; 15 — шпилька; 16 — замковая шайба

Рисунок 3 – Узел шатунов.

Главный шатун выполнен из двух частей — собственно шатуна 1 и разъемной головки 4, жестко соединенных друг с другом паль­цем 2 со штифтом 3 и пальцем 14. В верхние головки шатунов запрессованы бронзовые втулки 8. Съемная крышка 6 прикрепле­на к головке 4 четырьмя шпильками 15, гайки которых стопорят­ся замковыми шайбами 16. В расточке головки 4 главного шатуна установлены два стальных вкладыша 11 и 12, залитые баббитом. Вкладыши удерживаются в головке за счет натяга и стопорения штифтом 10. Зазор между шейкой вала и подшипником шатуна регулируется прокладками 7. Каналы 9 служат для подачи масла к верхним головкам шатунов и поршневым пальцам.

Основным преимуществом данной системы шатунов является значительное уменьшение износа вкладышей и шатунной шейки коленчатого вала, которое обеспечивается передачей усилий от поршней через головку сразу на всю поверхность шейки.

Поршни l и 5 (см. рис. 2) — литые чугунные. Они присоеди­няются к верхним головкам шатунов поршневыми пальцами 13 плавающего типа. Для предотвращения осевого перемещения паль­цев поршни снабжены стопорными кольцами. Поршневые паль­цы ЦНД — стальные, пустотелые; поршневые пальцы ЦВД — сплошные. На каждом поршне установлено по четыре поршневых кольца: два верхних — компрессионные (уплотнительные), два нижних — маслосъемные. Кольца имеют радиальные пазы для прохода масла, снятого с зеркала цилиндра.

Клапанные коробки внутренней перегородкой разделены на две полости: всасывающую В (рис. 4) и нагнетательную Н. В клапанной коробке ЦНД со стороны всасывающей полости прикреплен всасывающий воздушный фильтр 27 (см. рис.2), а со стороны нагнетательной полости — холодильник 7.

Корпус клапанной коробки снаружи имеет оребрение и закрыт крышками 3 и 15. В нагнетательной полости поме­щен нагнетательный клапан 4, который прижат к гнезду в корпу­се с помощью упора 5 и винта 2 с контргайкой 1. Во всасывающей полости расположены всасывающий клапан 8 и разгрузочное устройство, необходимое для переключения компрессора в режим холостого хода при вращающемся коленчатом вале. Разгрузочное устройство включает в себя упор 9 с тремя пальцами, стержень 11, поршень 13 с резиновой диафрагмой 14 и две пружины 10 и 12.

1- контргайка; 2 — винт; 3, 15 — крышки; 4 — нагнетательный клапан; 5, 9 - упоры; 6 — корпус; 7, 18 — прокладки; 8 — всасывающий клапан; 10, 12 — пружины; 11 — стержень; 13 — поршень; 14 — резиновая диафрагма; 16 — ста­кан; 17-асбестовый шнур; В - всасывающая полость; Н- нагнетательная полость

Рисунок 4 - Клапанная коробка компрессора КТ-6

Крышка 3 и седла клапанов уплотнены прокладками 7 и 18, а фланец стакана 16 — асбестовым шнуром 17.

Всасывающий и нагнетательный клапаны (рис. 5) состоят из седла 1, обоймы (упора) 5, большой клапанной пластины 2, ма­лой клапанной пластины 3, конических ленточных пружин 4, шпильки 7 и корончатой гайки 6. Седла 1 по окружности имеют по два ряда окон для прохода воздуха. Нормальный ход клапанных пластин 2,5...2,7 мм.

Разгрузочные устройства компрессора КТ-6 работают следую­щим образом: как только давление в главном резервуаре достига­ет 8,5 кгс/см2, регулятор давления открывает доступ воздуха из резервуара в полость над диафрагмой 14 (см. рис. 4) разгрузоч­ных устройств клапанных коробок ЦНД и ЦВД. При этом пор­шень 13 переместится вниз. Вместе с ним после сжатия пружины 10 опустится вниз и упор 9, который своими пальцами отожмет ма­лую и большую клапанные пластины от седла всасывающего кла­пана. Компрессор перейдет в режим холостого хода, при котором ЦВД будет всасывать и сжимать воздух, находящийся в холодиль­нике, а ЦНД будут засасывать воздух из атмосферы и выталкивать его обратно через воздушный фильтр. Это будет продолжаться до тех пор, пока в главном резервуаре не установится давление 7,5 кгс/см2, на которое отрегулирован регулятор. При этом регу­лятор давления сообщит полость над диафрагмой 14 с атмосфе­рой, пружина 10 поднимет упор 9 вверх и клапанные пластины прижмутся к седлу своими коническими пружинами. Компрессор перейдет в рабочий режим.

1-седла; 2-большие клапанные пластины; 3-малые клапанные пластины; 4- конические ленточные пружины; 5-обойма (упор); 6-корончатые гайки; 7-шпилька

Рисунок 5 - Всасывающий (а) и нагнетательный (б) клапаны компрессора КТ-6:

Компрессор КТ-6Эл при достижении в главном резервуаре оп­ределенного давления в режим холостого хода не переводится, а отключается регулятором давления.

В процессе работы компрессора воздух между ступенями сжа­тия охлаждается в холодильнике радиаторного типа. Хо­лодильник состоит из верхнего и двух нижних коллекторов и двух радиаторных секций. Верхний коллектор перегородками разделен на три отсека. Секции радиаторов крепятся к верхнему коллектору на прокладках. Каждая секция состоит из 22 медных трубок, развальцованных вместе с латунными втулками в двух фланцах. На трубках навиты и припаяны латунные ленты, образующие ребра для увеличения поверхности теплоот­дачи.

Для ограничения давления в холодильнике на верхнем коллек­торе установлен предохранительный клапан, отрегулирован­ный на давление 4,5 кгс/см2. Фланцами патрубков холо­дильник прикреплен к клапанным коробкам первой ступени сжа­тия, а фланцем 12— к клапанной коробке второй ступени. Ниж­ние коллекторы снабжены спускными краниками для продувки радиаторных секций и нижних коллекторов и удаления скап­ ливающихся в них масла и влаги.

Воздух, нагретый при сжатии в ЦНД, поступает через нагне­тательные клапаны в патрубки холодильника, а оттуда — в крайние отсеки верхнего коллектора. Воздух из крайних отсе­ков по 12 трубкам каждой радиаторной секции поступает в ниж­ние коллекторы, откуда по 10 трубкам каждой секции перетека­ет в средний отсек верхнего коллектора, из которого через вса­сывающий клапан проходит в ЦВД. Проходя по трубкам, воздух охлаждается, отдавая свое тепло через стенки трубок наружному воздуху.

В то время как в одном ЦНД происходит всасывание воздуха из атмосферы, во втором ЦНД идет предварительное сжатие воздуха и нагнетание его в холодильник. В это же время в ЦВД заканчива­ется процесс нагнетания воздуха в главный резервуар.

Холодильник и цилиндры обдуваются вентилятором 26 (рис. 2), который установлен на кронштейне 29 и приводится во вращение клиновым рем нем от шкива, установленного на муфте привода компрессора. Натяжка ремня осуществляется болтом 28.

Сообщение внутренней полости корпуса компрессора с атмо­сферой осуществляется через сапун 3, который предназначен для ликвидации избыточного давления воздуха в картере во время работы компрессора.

Сапун (рис. 6) состоит из корпуса 1 и двух решеток 2, между которыми установлена распорная пружина 3 и помещена набивка из конского волоса или капроновых нитей. Над верхней решет­кой установлена фетровая прокладка 5 с шайбами 4, 6 и втулкой 7. На шпильке 10 шплинтом 11 закреплена упорная шайба 8 пру­жины 9.

При повышении давления в картере компрессора, например из-за пропуска воздуха компрес­сионными кольцами, воздух проходит через слой набивки сапуна и перемещает вверх фетровую прокладку 5 с шайбами 4 и 6 и втулкой 7. Пружина 9 при этом оказывается сжатой. Сжатый воз­дух из картера компрессора выходит в атмосферу. При появлении в картере разрежения пружина 9 обеспечивает перемещение вниз прокладки 5, не допуская попадания в картер воздуха из атмос­феры.

Детали компрессора смазываются комбинированным способом. Под давлением, создаваемым масляным насосом 20 (см. рис. 2), масло подается на шатунную шейку коленчатого вала, пальцы прицепных шатунов и поршневые пальцы.

1-корпус; 2-решетка; 3-распор­ная пружина; 4, 6-шайбы; 5-про­кладка; 7-втулка; 8-упорная шай­ба; 9-пружина; 10-шпилька; 11-шплинт

Рисунок 6 – Сапун

Остальные детали сма­зываются разбрызгиванием масла противовесами и дополнитель­ными балансирами коленчатого вала. Резервуаром для масла слу­жит картер компрессора. Масло заливают в картер через пробку 9, а его уровень измеряют маслоуказателем (щупом) 8. Уровень мас­ла должен быть между рисками маслоуказателя. Для очистки мас­ла, поступающего к масляному насосу, в картере предусмотрен масляный фильтр 25.

Масляный насос ( рис. 7) приводится в действие от коленча­того вала, в торце которого выштамповано квадратное отверстие для запрессовки втулки и установки в нее хвостовика валика 4. Масляный насос состоит из крышки 1, корпуса 2 и фланца 3, соединенных четырьмя шпильками 12. Крышка 1, корпус 2 и фла­нец 3 центрируются двумя штифтами 11. Валик 4 имеет диск с двумя пазами, в которые вставлены две лопасти 6 с пружиной 5. Благодаря небольшому эксцентриситету, между корпусом насоса и диском валика образуется серповидная полость.

При вращении коленчатого вала лопасти прижимаются к стен­кам корпуса пружиной 5 за счет центробежной силы. Масло всасывается из картера через штуцер А и поступает в корпус насоса, где подхватывается лопастями. Сжатие масла происходит вслед­ствие уменьшения серповидной полости в процессе вращения лопастей. Сжатое масло по каналу С нагнетается к подшипникам компрессора.

1-крышка; 2-корпус насоса; 3-фланец; 4-валик; 5, 9-пружины; 6-лопасть; 7- корпус редукционного клапана; 8-клапан шарового типа; 10-регулировочный винт; И -штифт; 12-шпилька; А, В-штуцеры; С-канал

Рисунок 7 - Масляный насос:

К штуцеру В присоединена трубка от манометра. Для сглажива­ния колебаний стрелки манометра 15 (см. рис.2) из-за пульсиру­ющей подачи масла в трубопроводе между насосом и манометром помещен штуцер с отверстием диаметром 0,5 мм, установлены бачок 77 объемом 0,25 л и разобщительный кран для отключения манометра.

Редукционный клапан, ввернутый в крышку 1 (см. рис.7), служит для регулировки подачи масла к шатунному механизму компрессора в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, а также для слива избытка масла в картер. В корпусе 1 редукцион­ного клапана размещены собственно клапан 8 шарового типа, пру­жина 9 и регулировочный винт 10 с контргайкой и предохрани­тельным колпачком.

По мере повышения частоты вращения коленчатого вала рас­тет усилие, с которым клапан прижимается к седлу под действи­ем центробежных сил, и, следовательно, для открытия клапана 8 требуется большее давление масла.

При частоте вращения коленчатого вала 400 об/мин давление масла должно быть не менее 1,5 кгс/см2.

Компрессор КТ-7 получает левое вращение коленчатого вала (если смотреть со стороны привода) вместо правого на компрес­соре КТ-6. Это обстоятельство вызвало изменение конструкции вентилятора для сохранения прежнего направления потока ох­лаждающего воздуха, а также масляного насоса.

В клапанных коробках компрессора КТ-6Эл отсутствуют раз­грузочные устройства, поскольку он не переводится в режим хо­лостого хода, а останавливается. На этом компрессоре не нужен и резервуар для гашения пульсаций стрелки масляного манометра, так как относительно низкая частота вращения коленчатого вала компрессора и валика масляного насоса не дает заметной пульса­ции стрелки, а вибрация компрессора при такой частоте враще­ния вала практически отсутствует.

2 РЕМОНТ И ИСПЫТАНИЕ КОМПРЕССОРОВ