3. Основные элементы компрессорных холодильных установок

3.1. Компрессоры

Компрессоры холодильных установок предназначены для отсасывания пара хладагента, образующегося в испарителе за счет теплоты охлаждаемого объекта, и сжатия его до давления конденсации.

Компрессоры классифицируются по следующим признакам:

— по принципу действия

– компрессоры объёмного сжатия: пар сжимается вследствие уменьшения замкнутого объёма, это — поршневые, винтовые и ротационные компрессоры

– компрессоры динамического сжатия: пар сжимается вследствие непрерывного принудительного перемещения его через плавно сужающуюся проточную часть компрессора (улитку), при этом кинетическая энергия потока переходит в потенциальную энергию давления; это — центробежные, осевые, вихревые компрессоры.

Для указания типа используемого компрессора приняты следующие условные обозначения:

П — поршневой сальниковый

ПБ — поршневой бессальниковый

ПГ — поршневой герметичный

Р — ротационный сальниковый

РБ — ротационный бессальниковый

ВХ — винтовой сальниковый

ВБ — винтовой бессальниковый

— по степени герметичности:

– открытые (сальниковые) (компрессор и приводящий двигатель установлены рядом и не объединены общим кожухом);

– полугерметичные (бессальниковые): со встроенными электродвигателями, но со съёмными крышками-лазами в общем корпусе;

– герметичные: со встроенным электродвигателем в общем заваренном корпусе, без разъёмов и доступа к подвижным элементам компрессора и двигателя.

— по холодопроизводительности:

– малые (Q₀ ≤ 15 кВт)

– средние (Q₀ = 15…120 кВт)

– крупные (Q₀ > 120 кВт)

— в зависимости от вида перекачиваемого хладагента

– аммиачные

– хладоновые (фреоновые)

– унифицированные (пригодные для работы с различными хладагентами).

— в зависимости от температурного диапазона всасываемого хладагента:

– высокотемпературные (от +10 до –15⁰ С)

– среднетемпературные (от –10 до – 30⁰ С)

– низкотемпературные (ниже – 30⁰ С)

— в зависимости от типа используемого привода

– с приводом от электродвигателя

– с приводом от двигателя внутреннего сгорания и др.

— по способу смазки

– с принудительной смазкой маслонасосом

– со смазкой разбрызгиванием

– без смазки (с сухим трением).

К судовым холодильным компрессорам предъявляются повышенные требования, в частности, они должны:

– иметь небольшую массу и габариты

– иметь высокие технические показатели

– обладать высокой надежностью и долговечностью

– быть безопасными в эксплуатации

– обладать высокой энергетической эффективностью при различных режимах работы

– иметь низкий уровень шума и вибраций

– обладать высокой степенью автоматизации.

В холодильных установках, имеющихся в холодильной лаборатории университете, из перечисленных используются два типа компрессоров:

– поршневой сальниковый малой холодопроизводительности хладоновый среднетемпературный со смазкой разбрызгиванием с приводом от электродвигателя;

– поршневой герметичный малой холодопроизводительности среднетемпературный с приводом от электродвигателя.

В судовых холодильных установках применяются компрессоры трех типов: центробежные, винтовые и поршневые.

Рис. 3. Поршневой W-образный компрессор

1 - сальник вала; 2 - разгрузочный механизм цилиндра; I - всасывание хладагента; II - нагнетание хладагента.

Центробежные компрессоры работают на фреонах R11 и R12 и используются в крупных установках кондиционирования воздуха. По внешнему виду центробежные компрессоры похожи на горизонтальные центробежные насосы и могут иметь одну или несколько ступеней сжатия.

Поршневые компрессоры применяются в широком диапазоне температур (давлений) — от установок для кондиционирования воздуха до низкотемпературных установок для охлаждения груза (мяса, рыбы). Эти компрессоры обычно компактны и выполняются с вертикальным, V- или W-образным расположением цилиндров. Устройство четырехцилиндрового W-образного компрессора показано на рис.3. Принцип действия этого компрессора во многом схож с принципом действия поршневого воздушного компрессора. Для обеспечения низких температур охлаждения такие компрессоры выполняются двухступенчатыми. Имеются конструкции компрессоров, позволяющие осуществлять их перенастройку из режима одноступенчатого в режим двухступенчатого сжатия в зависимости от необходимости.

В связи с тем, что картер компрессора находится под некоторым давлением паров хладагента, необходимо устанавливать сальник приводного вала, предназначенный для уплотнения картера. В бессальниковых и герметичных компрессорах этой проблемы не существует, так как в них электродвигатель встроен в корпус компрессора.

Винтовые компрессоры в крупных установках вытесняют поршневые, и происходит это по двум причинам:

– первая — бόльшая компактности холодильных машин на базе винтовых компрессоров при той же холодопроизводительности;

– вторая — винтовые компрессоры имеют меньшее количество подвижных частей, что обеспечивает более высокую их надежность и упрощает их эксплуатацию.

На практике применяются два вида винтовых компрессоров:

– с двумя роторами-винтами, находящимися в непосредственном зацеплении;

– с одним ротором-винтом и двумя звездочками по одной с каждой стороны (более современный). Звездочки сжимают пар хладагента в противоположных направлениях, поэтому осевое усилие в таком компрессоре уравновешивается.

Принцип действия винтовых компрессоров обоих типов в определенной степени схож с принципом действия поршневых компрессоров. Для обеспечения герметичности между роторами и корпусом, в компрессор впрыскивается масло, а для того, чтобы оно не попадало в систему (в теплообменные аппараты), на стороне нагнетания компрессора устанавливаются маслоотделители, более крупные и сложные, чем у поршневых компрессоров. Ввиду того, что часть теплоты сжатия хладагента передается смазочному маслу, в состав холодильных установок включают крупные маслоохладители, которые охлаждаются водой, хладагентом или холодоносителем. Вследствие того, что приводные электродвигатели компрессоров работают на переменном токе с нерегулируемой частотой вращения, для регулирования подачи компрессора используют различные устройства, отключающие (включающие) цилиндры компрессора при необходимости. В частности, удерживающие всасывающие клапана компрессора в открытом положении.