Холодильные компрессоры Введение
В общем случае компрессорами называют машины, предназначенные для сжатия и перемещения различных газов. Различные газы являются рабочими веществами для многих пневматических машин и технологических устройств.
Компрессоры, работающие в составе холодильных машин, имеют значительные отличительные особенности от других типов компрессоров. Такие компрессоры выделены в отдельную группу, которая называется “Холодильные компрессоры”.
Холодильные компрессоры имеют следующие отличительные особенности от общепромышленных:
1. Компрессоры работают на хладагентах, у которых значительно изменяются термодинамические, теплофизические и другие свойства.
2. Всасываемый в компрессор пар, может содержать неиспарившиеся капли холодильного агента.
3. Компрессор может работать в широком диапазоне изменения давления всасывания и нагнетания.
4. Многие холодильные агенты легко растворяются в смазочном масле, при этом всасывается маслохладоновая смесь.
5. Рабочие процессы в компрессоре могут сопровождаться конденсацией части пара при всасывании с последующим испарением конденсата при сжатии.
6. Многие холодильные агенты обладают высокой степенью текучести и могут просочиться через мельчайшие поры, раковины в металле.
В связи с особенностями работы холодильных компрессоров к ним предъявляют следующие основные требования:
1. Высокая надежность и долговечность работы основных узлов и деталей компрессора.
2. Высокая энергетическая эффективность работы холодильного компрессора в широком диапазоне температур кипения и конденсации.
3. Возможность полной автоматизации работы холодильного компрессора без обслуживающего персонала.
4. Высокая степень герметичности компрессора.
5. Малые гидравлические потери на стороне всасывания и нагнетания компрессора.
6. Хорошая технологичность конструкции.
7. Высокая степень унификации (взаимозаменяемости) узлов и деталей компрессора.
8. Малые массогабаритные показатели компрессора.
9. Низкая стоимость.
Все холодильные компрессоры делятся на два больших класса:
1. Компрессоры объемного принципа действия (объемные компрессоры).
2. Компрессоры динамического принципа действия (турбокомпрессоры).
В компрессорах объемного принципа действия сжатие происходит за счет уменьшения внутреннего объема рабочей полости. К таким компрессорам относятся: поршневые, винтовые, ротационные, спиральные, мембранные и т.д.
В компрессорах динамического принципа действия сжатие происходит за счет действия различных сил инерции. К таким компрессорам относят: центробежные, осевые, вихревые, а также струйные компрессоры.
1 Поршневые компрессоры
1.1 Теоретический поршневой компрессор
P
3 Pн 2
Pвс
4
1
Vт
4
Vцил(Sп)
В
МТ
НМТ
3 2 1 2
Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма теоретического поршневого компрессора.
Теоретическим называется компрессор, у которого отсутствуют все энергетические и объемные потери.
Основными элементами теоретического поршневого компрессора являются: цилиндр (1),поршень (2),всасывающий клапан (3), нагнетательный клапан (4).
Возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре, в сочетании с работой всасывающего и нагнетательного клапана обеспечивают последовательное протекание процессов всасывания, сжатия и нагнетания.
За один оборот коленчатого вала совершается один рабочий цикл компрессора.
Работу теоретического компрессора можно изучить по индикаторной диаграмме в V,P координатах.
Vц – внутренний объём цилиндра.
P – давление в цилиндре.
В первоначальный момент времени поршень находится в Верхней мертвой точке (ВМТ), всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. При вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться от ВМТ к НМТ. Всасывающий клапан открывается, объём цилиндра увеличивается и пар поступает в цилиндр через проходные сечения всасывающего клапана, т.е. начинается процесс всасывания. Процесс всасывания (4-1) протекает при постоянном давлении, по мере движения поршня от ВМТ к НМТ. Он заканчивается, когда поршень достигнет НМТ. При этом всасывающий клапан закрывается. Цилиндр максимально заполняется паром холодильного агента. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться в обратном направлении: от НМТ к ВМТ. Объём цилиндра начинает уменьшаться, т.к. всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. В цилиндре повышается давление, т.е. происходит процесс сжатия (1-2). При достижении давления в цилиндре, равного давлению нагнетания (т.2), открывается нагнетательный клапан и пар начинает выходить через нагнетательный клапан из цилиндра. Процесс нагнетания (2-3) протекает при постоянном давлении Pн по мере движения поршня от т.2 до ВМТ. Процесс нагнетания заканчивается тогда, когда поршень достигнет ВМТ. При этом внутренний объём цилиндра будет равен нулю. Нагнетательный клапан закрывается. При дальнейшем вращении коленчатого вала открывается всасывающий клапан и начинается новый рабочий цикл.