книги из ГПНТБ / Нестеров, Ю. Ф. Судовые холодильные установки учебник для институтов водного транспорта

от недопустимого повышения давления сжатия, кроме предохрани­ тельных клапанов, применяют также приборы автоматики — реле высокого давления (маноконтроллеры).

На рис. 18 цифрой 20 обозначена маслоспускная пробка саль­

холодильных компрессоров — клапанов и сальников.

В компрессорах применяют пластинчатые клапаны, поднимаю­ щиеся и опускающиеся под действием, разности давлений пара (в прямоточных компрессорах посадка всасывающих клапанов на седло ускоряется силами инерции пластинок, возникающими при движении поршня вверх). Всасывающие клапаны делают беспружинными, что упрощает их конструкцию, уменьшает объем вред­ ного пространства и повышает коэффициент подачи компрессора. Для ускорения посадки нагнетательных клапанов на седло их час­ то снабжают индивидуальными спиральными пружинами, поме­ щаемыми в розетки. В современных компрессорах применяют разные легкие пластинчатые клапаны; ленточные (в виде самопружинящих полос), кольцевые (имеющие от одной до пяти жестких концентрических кольцевых пластинок) и пятачковые (в виде круглых пластинок с индивидуальными пружинами). Изготовля­ ют клапаны из стали.

Всасывающие ленточные клапаны компрессора ФУ-25 показа­

ловкой, которые застопорены от проворачивания контрящими колпачками 5. Седло и розетка соединены двумя потайными вин­ тами 9, точность их взаимного расположения фиксируется двумя штифтами 10. С нижней стороны седло имеет проточку, центри­ рующую весь узел клапанов относительно головки поршня. Между головкой поршня 8 и седлом 6 установлена прокладка 7. Винты, скрепляющие седло с розеткой и узел клапанов с поршнем, надеж­ но раскернивают.

Каждый клапан представляет собой узкую самопружинящую пластинку 3 толщиной 0,21 мм, длиной 45 мм и шириной 6 мм, выполненную из ленточной стали марки У-10. Седло имеет пять рядов круглых отверстий, перекрываемых пятью свободно лежа­ щими клапанными пластинами. У розетки шесть рядов отверстий для прохода фреона и пять выфрезерованных пазов между ними для подъема клапанных пластин. При ходе поршня вниз вслед­ ствие разности давлений клапанные пластины прогибаются вверх, попадая в соответствующий паз розетки и принимая форму его свода. При открытых клапанах фреон проходит через отверстия седла и розетки в верхнюю полость цилиндра. Чтобы конец кла­ панной пластины при подъеме не зажимался между седлом и розеткой, установлен ограничитель (стопор) 2. Клапанная пласти­ на садится обратно на седло под действием силы упругости самой пластины и ее силы инерции при ходе поршня вверх.

62

Нагнетательные пятачковые клапаны одного цилиндра компрес­ сора ФУ-25 показаны на рис. 20. Стальная клапанная плита 1, общая для обоих цилиндров, крепится к последним вместе с крышкой шпильками, расположенными по периметру. В плите над

каждым цилиндром имеется по окружности шесть отверстий 2 и в центре одно отверстие. Эти отверстия перекрывают семь круглых (в виде пятачков) клапанных пластин 3 толщиной 0,47 мм и диа­ метром 25 мм из стали марки 70С2ХА. Пластины прижимают к седлам нижние концы рабочих пружин 5. Верхние концы пружин упираются в направляющие (розетки) 4 клапанов, выполненные в виде развилок с тремя ножками. Сверху на направляющие опира­ ются буртиками стальные втулки 6, ограничивающие подъем кла­

63

панов. Втулки прижимают к направляющим буферные пружины 7. Боковому смещению втулок препятствуют пальцы 8, прикреплен­ ные к упорной траверсе (верхней плите) 9. Траверса в свою оче­ редь крепится к клапанной плите тремя шпильками и гайками 10.

Гайки стопорят шплинтами. При давлении сжатия, превос­ ходящем давление в конденса­ торе* клапанные пластины, сжимая пружины 5, поднима­ ются вверх, и фреоновый пар через отверстия 2 в плите и отверстия в направляющих 4 выходит под крышку цилинд­ ров.

Буферные пружины 7, уста­ новленные между траверсой и

агента тут же затираются. Кольца трения изготовляют из следую­ щих пар материалов: стали — металлизированного графита, ста­ ли— бронзы и стали — стали.

Двусторонний самоустанавливающийся сальник коленчатого вала компрессора ФУ-25 с кольцами трения и масляным затво­ ром изображен на рис. 21. К блок-картеру через прокладки 10 плотно прижаты шпильками с гайками корпус 2 и крышка 3 саль­ ника. В них запрессованы неподвижные уплотнительные кольца 7,

64

изготовленные из цементированной и закаленной углеродистой или легированной стали. Между кольцами и валом имеется небольшой зазор. С валом через упругие посадочные кольца 8 из маслобензостойкой резины (севанита) гибко соединены стальные обоймы 5, в которые с противоположной стороны запрессованы графитовые (или графитометаллические) кольца трения 4, вращающиеся вмес­ те с валом. Вращающаяся пружина 9 через стальные шайбы 6 упи­ рается в резиновые кольца и прижимает графитовые кольца к стальным, а резиновые — к валу. Резиновые кольца препятствуют утечке хладагента вдоль вала. Установка вращающихся колец 4 на упругих резиновых кольцах 8 компенсирует неточности сборки и обеспечивает плотное прилегание колец трения 7 и 4. Для обес­ печения нужной плотности торцовые поверхности стальных и гра­ фитовых колец притирают одну к другой.

Через внутреннюю полость сальника циркулирует смазочное масло, подаваемое из картера масляным насосом через штуцер 1 и возвращающееся обратно в него через отверстие в верхней части корпуса 2, так как камера сальника должна быть заполнена мас­ лом и при остановке компрессора. Масло создает гидравлический затвор, препятствующий утечке хладагента из картера вдоль вала, так как фреоновый пар, просочившийся через первое (внутреннее) уплотнение, поглощается маслом, находящимся в сальнике. Кроме того, масло смазывает трущиеся кольца и охлаждает их, вследст­ вие чего уменьшается износ трущихся частей и повышается герме­ тичность сальника. Чистота масла — важнейшее условие нормаль­ ной работы сальников. Попадание твердых частиц на трущиеся поверхности колец, как правило, выводит сальник и машину из строя, вызывает потерю хладагента. Таким образом, уплотнение сальника достигается за счет плотного прилегания стальных и гра­ фитовых колец друг к другу, резиновых колец — к валу и масляно­ го затвора. Во время осмотра и ремонта сальника масло спускают через пробку 11.

В малых компрессорах с диаметром вала до 40 мм применяют сильфонные либо односторонние самоустанавливающиеся сальни­ ки с кольцами трения (без масляного затвора).

Фреон обладает очень большой текучестью. В результате этого слабым местом фреоновых компрессоров обычно является сальник. Поэтому в настоящее время заводы освоили производство фреоно­ вых компрессоров вообще без сальников.

Для облегчения пуска крупных и средних компрессоров часто предусматривают байпасное устройство в виде патрубка, соеди­ няющего нагнетательную полость с всасывающей, и байпасного клапана. Последний открывается в период запуска, в результате чего уменьшается пусковой момент двигателя. После того как компрессор разовьет нормальную частоту вращения, байпасный клапан автоматически или вручную закрывается.

Компрессор подбирают по наибольшей холодопроизводительности. Для уменьшения производительности во время эксплуатации

применяют следующие основные способы ступенчатого регулирова­ ния.

Холодопроизводительность обычно регулируют путем пусков и остановок компрессора (на тот период, когда в охлаждаемом по­ мещении достигнута необходимая температура).

Производительность можно также регулировать изменением ча­ стоты вращения у многоскоростных двигателей переменного тока. Иногда для этого выключают отдельные цилиндры или блоки путем специального, предусмотренного схемой переключения тру­ бопроводов (без воздействия на клапаны самого компрессора).

Кроме того, для регулирования холодопроизводительности, а также для разгрузки электродвигателя в период пуска применяют отжим всасывающих клапанов (например, в компрессорах ФУ-40 и ФУУ-80). Этот способ можно использовать только в непрямоточ­ ных компрессорах с периферийным расположением всасывающих клапанов. Цилиндр с принудительно открытыми всасывающими клапанами практически выключается из работы. Клапаны отжи­ мают разными методами — электромагнитным (соленоидным уст­ ройством), гидравлическим (давлением масла от насоса ком­ прессора) или пневматическим (давлением нагнетания).

Холодопроизводительность можно также регулировать байпас­ ным клапаном.

§ 12. УСТРОЙСТВО ХОЛОДИЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Конденсаторы и ресиверы. От малых фреоновых машин тепло часто отводится воздухом в змеевиковых ребристых конденсаторах, интенсивно обдуваемых вентиляторами. Подавляющее же боль­ шинство судовых конденсаторов охлаждается забортной водой.

Для всех хладагентов с умеренными давлениями чаще всего применяют кожухотрубные конденсаторы. Они бывают горизон­ тальные и вертикальные. На судах устанавливают только горизон­ тальные конденсаторы, так как для вертикальных необходима большая высота помещения. Кроме того, коэффициент теплопере­ дачи у горизонтальных конденсаторов выше, чем у вертикальных.

зан на рис. 22. Этот конденсатор входит в состав компрессорно­ конденсаторного агрегата ПМАК-ФУ-25.

Конденсатор состоит из цилиндрического стального сварного корпуса (кожуха) 1 диаметром 377 мм, к торцам которого прива­ рены стальные трубные решетки 2. В них развальцованы концы восьмидесяти шести теплообменных трубок 5 с наружным диамет­ ром 20 мм и толщиной стенки 3 мм. Во фреоновых конденсаторах во избежание коррозии применяют трубки из меди. Для увеличе­ ния площади охлаждающей поверхности и уменьшения габаритов конденсатора на наружной поверхности медных трубок делают на­ катные ребра небольшой высоты (до 3 мм). При накатке трубок

66

получают спиральные ребра (в виде резьбы) за счет выдавливания металла стенок. (В аммиачных конденсаторах используют обычно стальные гладкие трубки, так как аммиак разъедает медь и ее сплавы. Стальные трубки сделать оребренными трудно.) Для защи­ ты стальных трубных решеток от коррозии их покрывают слоем ме-

' то

Рис. 22. Морской кожухотрубный фреоновый конденсатор марки МКТР-18

ди или латуни 3 со стороны, омываемой водой. С целью уменьше­ ния провисания и вибрации трубок в средней части конденсатора установлена опорная промежуточная решетка 13. По трубкам цир­ куляционным насосом прокачивается охлаждающая вода, а в междутрубном пространстве конденсируется пар хладагента.

К трубным решеткам крепят также (через резиновые проклад­ ки) бронзовые литые крышки 4 и 8. Для повышения скорости во­ ды в трубках и коэффициента теплопередачи крышки с внутрен ней стороны имеют перегородки, разделяющие трубки на группы и создающие шесть последовательных ходов (протоков) - воды. (Стальные крышки конденсаторов для защиты от коррозии снаб­ жают цинковыми протекторами.) Правая крышка имеет патрубки для присоединения водяных труб. Забортная вода подводится че­ рез нижний патрубок, а отводится через верхний. Хладагент дви­ жется в противоположном направлении: пар подается из компрес­ сора сверху через патрубок 9 диаметром 50 мм, а жидкость на­ правляется к регулирующему клапану снизу через патрубок диа­ метром 25 мм и угловой клапан 11.

Жидкий фреон стекает в нижнюю часть корпуса конденсатора, свободную от трубок, и сборник 12, которые выполняют функции линейного ресивера и вмещают около 70 кг жидкости. При отсут­ ствии отдельных ресиверов емкость сборников жидкости увеличи­ вают. (При использовании аммиака и фреона-22 эти сборники од­ новременно служат маслоотстойниками. Высота уровня жидкости в кожухе конденсатора при отсутствии линейного ресивера должна

■3* 67

составлять приблизительно 0,15 его диаметра. Для определения уровня жидкости на крупных конденсаторах устанавливают смот­ ровые стекла. Крышки таких конденсаторов имеют снизу краны для спуска воды, а сверху краны для выпуска воздуха из водяной части конденсатора.)

Конденсатор снабжен предохранительным клапаном 6 (марки ПКФ2-12) для сброса фреона в испаритель или в атмосферу. (Предохранительные клапаны конденсаторов и ресиверов долж­ ны начинать открываться при избыточном давлении, равном 21 кгс/см2 для аммиака и фреона-22 и 12 кгс/см2 для фреона-12.) На верхней части корпуса конденсатора размещены также кран 10 для выпуска воздуха и запорный угловой клапан 7 диаметром 10 MiMдля присоединения уравнительной трубы (при параллельной работе нескольких конденсаторов) или манометра.

В небольших фреоновых машинах часто применяют кожухозмеевиковые конденсаторы. От кожухотрубных они отличаются тем, что имеют одну трубную решетку, в которой развальцованы концы накатных медных трубок, изогнутых в виде петель. В таких трубках не возникает термических напряжений, так как концы их завальцованы в одной решетке. Кроме того, такая конструкция позволяет легко вынимать змеевик вместе с крышкой и трубной решеткой для ремонта и очистки наружной поверхности трубок, но затрудняет механическую очистку внутренней полости послед­ них в районе петель.

Получить значительное переохлаждение хладагента в кожухо­ трубных и кожухозмеевиковых конденсаторах трудно, так как в них конденсирующийся пар соприкасается с поверхностью жидкос­ ти. Во фреоновых машинах жидкий хладагент обычно переохлаж­ дают в регенеративных теплообменниках холодным паром, отсасы­ ваемым из испарителя компрессором.

В машинах средней и большой производительности для сбора жидкого хладагента устанавливают специальные отдельные ли­ нейные ресиверы. Для лучшего стекания конденсата при качке судна длинные конденсаторы соединяют с ресивером несколькими сливными трубами. Ресиверы представляют собой стальные свар'- ные горизонтальные или вертикальные цилиндрические сосуды. Горизонтальные ресиверы размещают под конденсаторами, а вер­ тикальные — отдельно в удобном для этого месте. Линейные ре­ сиверы предназначены для создания в системе запаса хладагента и для компенсации изменений в его расходе, происходящих во время работы машины. Кроме того, ресивер освобождает конден­ сатор от жидкого хладагента и улучшает теплообмен в нижних ря­ дах трубок его, так как при установке ресивера трубки не затапли­ ваются жидкостью и участвуют в конденсации пара. Линейный ре­ сивер обеспечивает также бесперебойную подачу жидкого хлад­ агента к регулирующему клапану, предотвращая прорыв несконденсированного пара в испаритель, и содействует лучшему отделе­ нию воздуха и масла. Емкость линейного ресивера обычно выбира­ ют с таким расчетом, чтобы количество хладагента на стороне вы­

68

сокого давления примерно равнялось его количеству на стороне низкого давления.

Вертикальный линейный фреоновый ресивер марки ВРЛ-0,05 вместимостью 0,05 м3 показан на рис. 23.

Крупные ресиверы снабжают указателем уровня жидкого хлад­ агента, штуцером для выпуска воздуха или присоединения воздухо­ отделителя, а при использовании ам­ миака — патрубком для выпуска мас­ ла из нижней части ресивера.

В холодильных машинах, помимо линейных, встречаются также дренаж­ ные ресиверы. Эти ресиверы устанав­ ливают на стороне низкого давления, они служат для спуска жидкого хлад­ агента из батарей перед снятием с них снеговой шубы горячим паром хладагента или из аппаратов перед ре­ монтом. Дренажный ресивер должен вмещать весь хладагент из наиболее емкого аппарата системы.

Испарители. Предназначаются ис­ парители для охлаждения промежу­ точного теплоносителя (рассола, во­ ды) или воздуха за счет отнятия от них тепла, необходимого для кипения хладагента. Испаритель, охлаждаю­

делятся на испарительные охлаждающие батареи и воздухоохлади­ тели непосредственного охлаждения.

В настоящее время как в аммиачных, так и во фреоновых су­ довых машинах применяют в основном кожухотрубные горизон­ тальные рассольные испарители, конструкция которых аналогична конденсаторам того же типа. Такой испаритель морского типа мар­

ребер составляет 25 м2.

69

Отепленный рассол, возвращающийся из охлаждаемых поме­ щений, поступает в корпус (кожух) 5 испарителя через нижний патрубок крышки, протекает, делая шесть ходов, внутри медных

крышки уходит в охлаждаемые помещения. Жидкий фреон пода­ ется в испаритель от регулирующего клапана снизу через клапан 8, в междутрубяом пространстве он кипит, а образующийся при этом слегка перегретый пар отсасывается компрессором сверху через отделитель жидкости (сухопарник) 6. Сухопарник служит для отделения капель жидкого хладагента, случайно поднявшихся при бурном его вскипании. Для уменьшения притока тепла из внеш­ ней среды снаружи корпус испарителя изолируют.

Вверху испарителя устанавливают штуцер с клапаном (не по­ казанный на рисунке) для присоединения перепускной трубы от предохранительного клапана конденсатора. Крупные испарители

хладагента в пространстве между трубками не должен превышать 0,8 диаметра кожуха. При этом три-четыре ряда верхних рассоль­ ных трубок остаются не покрытыми хладагентом и работают как

70

пароперегревательные, подсушивая и перегревая на 3—4°С подни­ мающийся пар хладагента. Уровень заполнения судовых испари­ телей жидким хладагентом регулируют терморегулирующим кла­ паном ТРК. Для дополнительного перегревания пара в сухопарни­ ках фреоновых испарителей иногда устанавливают регенеративные теплообменники.

Из фреоновых испарителей масло возвращается в компрессор вместе с паром, так как фреон растворяет масло. (К нижней час­ ти корпуса испарителей, работающих на аммиаке и фреоне-22, приваривают маслосборники.)

Для судовых машин желательно сокращать длину испарителя увеличением числа трубок и диаметра кожуха, так как при боль­ шой длине труднее найти место для очистки трубок и вытаскива­ ния их при ремонте. Диаметр кожуха обычно не превышает 1 м.

К достоинствам кожухотрубных испарителей относятся: прос­ тота, низкая стоимость, относительно небольшие размеры и масса, сравнительно хорошая теплопередача. Основной недостаток их — возможность замерзания рассола в трубках при случайных оста­ новках насоса. Поэтому при использовании таких испарителей приходится повышать концентрацию рассола, устанавливать реле, отключающее компрессор при прекращении циркуляции рассола, применять защитное термореле (по наинизшей допустимой темпе­ ратуре рассола). Недостатком кожухотрубных испарителей явля­ ется также наличие свободной поверхности жидкого хладагента, что ухудшает условия работы холодильной машины при качке. Кроме того, на работу этих испарителей вредно влияет гидростатическое давление столба жидкости, повышающее температуру кипения

внижних слоях жидкого хладагента.

Впоследние годы на судах начали устанавливать также кожухозмеевиковые фреоновые испарители. В них фреон кипит внутри U-образных трубок, а рассол циркулирует в междутрубном про­ странстве кожуха. В этих испарителях отсутствует свободная по­ верхность жидкого хладагента. Кроме того, в кожухозмгевиковых испарителях лед может намерзать на внешней поверхности трубок (а не внутри их, как в кожухотрубных аппаратах), что не опасно. Возврат масла из этих испарителей в компрессор не вы­ зывает затруднений, так как большие скорости фреона в трубках обеспечивают унос его отсасываемым паром.

Охлаждающие батареи. Испарительные охлаждающие батареи применяют в системах непосредственного охлаждения. Устройст­ во змеевиково-ребристого фреонового настенного испарителя по­ казано на рис. 25. Он состоит из двенадцати горизонтальных мед­ ных трубок 2 диаметром 18X1 мм, соединенных на сварке калачами. Трубки снабжены фигурными латунными или стальны­ ми (толщиной 0,4 мм) оцинкованными пластинами — ребрами. Хороший тепловой контакт ребер с поверхностью труб обеспечи­

вается протяжкой труб шариком при изготовлении и лужением. Трубы монтируют в стальных планках 1 и 3, используемых для навешивания их на переборки охлаждаемого помещения. Такие

71