Холодильное и вентиляц оборудование Белов ЕЛ

161

Соединение коренного вала с поршнем или крейцкопфом осуществляется с помощью шатуна.

Шатун (рис. 3.10) состоит из тела 1, верхней 2 и нижней 3 головок. Верхние головки шатунов - неразъемные с запрессованной бронзовой

втулкой. Нижние головки имеют горизонтальный или косой разъем. Съемная часть нижней головки крепится к шатуну с помощью шатунных болтов. В нижней головке шатуна устанавливают вкладыши подшипников скольжения с бабитовой заливкой. Вкладыши изготавливают на основе тонкой стальной ленты, или на массивной стальной основе. У малых компрессоров бабит может быть залит в тело нижней головки шатуна. Если вкладыши изготовлены из ленты, то нижняя головка шатуна собирается без регулировочных прокладок.

Когда, бабит залит в тело шатуна или используют индивидуальные вкладыши, зазор между шатунной шейкой коренного вала и вкладышами регулирует прокладками, устанавливаемыми в разъем нижней головки.

Шатуны малых компрессоров с эксцентриковым валом изготавливают из бронзы без втулок в верхней головке и вкладышей и разъема в нижней.

Шатуны изготавливает из углеродистых сталей марок 35, 40 и 45 при серийном производстве штамповкой, а при индивидуальном изготовлении - точением. Тело штампованных шатунов имеет двутавровое сечение, а в точеных - круглое. Шатунные болты изготавливают из стали марки 38ХА.

Смазка шатунных подшипников осуществляется маслом, подаваемым по сверлениям коренного вала от насоса, или разбрызгиванием. В малых и средних компрессорах смазка втулки верхней головки шатуна чаше всего осуществляется разбрызгиванием, а в крупных компрессорах - от циркуляционной системы смазки.

К шатунам предъявляются следующие требования: устойчивость к продольному изгибу, высокая прочность при знакопеременных нагрузках и небольшая масса.

Поршневой палец (палец крейцкопфа)

Поршневой палец служит для подвижного соединения шатуна с поршнем или крейцкопфом.

В зависимости от конструкции различают плавающие пальцы, когда, они свободно перемещаются в верхней головке шатуна и бобышках поршня, и неподвижные, если они закреплены неподвижно в поршне или крейцкопфе.

Пальцы крейцкопфа всегда делают неподвижными. Коническими посадочным поверхностями палец устанавливается в проушинах крейцкопфа и для предотвращения от проворачивания фиксируется с помощью шпонки.

Осевое перемещение плавающих пальцев ограничивают пружинными шайбами, которые устанавливают в специальные выточки бобышек поршней, или бронзовыми заглушками.

Пальцы изготавливают полыми или сплошными из легированной стали марок 20Х или 45 с последующей цементацией с поверхностной закалкой слоя толщиной 0,6 - 0,8.

162

Поршни

С помощью поршней, совершающих возвратно-поступательное движение, осуществляются все рабочие процессы в цилиндре компрессора.

или непроходные.

Дисковые поршни находят применение в крупных крейцкопфных компрессорах двойного действия, когда по обе стороны поршня расположены рабочие объемы цилиндра. Поршень соединяется с крейцкопфом с помощью поршневого штока. Дисковые поршни изготавливают литьем из чугуна марок СЧ 21-40 или СЧ 24-44 с последующей термической и механической обработкой, на поршне делают канавки для установки уплотнительных и направляющих колец.

Проходные поршни - это поршни бескрейцкопфных прямоточных компрессоров. В головке поршня 1 (см. рис. 3.11) вместо донышка устанавливают всасывающий клапан. Верхняя часть поршня полая с боковыми окнами 3 для прохода пара холодильного агента.

Нижняя часть поршня отгорожена от верхней части перегородкой 4, которая разобщает полость картера, компрессора от полости всасывания. На боковой поверхности головки поршня сделаны канавки 2 для установки уплотнительных колец. В нижней части поршня расположены бобышки 5, в отверстиях которых устанавливают поршневой палец. В отверстиях для поршневого пальца сделаны проточки для установки пружинных шайб фиксирующих положение пальца. На юбке 6 поршня сделана канавка 7 для установки маслосъемного кольца.

Проходные поршни изготавливают из чугуна марок СЧ 21-40 или, СЧ 2444 литьем с последующей механической обработкой.

Достоинством проходных поршней является возможность увеличения проходных сечений всасывающего и нагнетательного клапанов и уменьшения их гидравлического сопротивления.

К недостаткам проходных поршней следует отнести следующие: сложность конструкции и большую массу.

Тронковые или непроходные поршни находят применение в малых и средних прямоточных компрессорах. Поршень отличается простотой конструкции и небольшой массой. Изготавливают их литьем из чугуна марок СЧ 2140 и СЧ 24-44 или из алюминиевого сплава с последующей механической обработкой. На боковых поверхностях головки поршня проточены канавки для установки уплотнительных и маслосъемных колец. В средней части поршня расположены бобышки для установки поршневого пальца.

Тронковые поршни малых компрессоров с диаметром до 50 мм устанавливают в цилиндры компрессоров без колец. Для уменьшения утечек сжимае-

163

мого холодильного агента из рабочей полости цилиндра в картер в верхней части цилиндрической поверхности поршня делают канавки, которые образуют лабиринтное уплотнение. К основным требованиям, предъявляемым к поршням, следует отнести сохранение геометрической формы в процессе эксплуатации и высокую прочность.

Крейцкопф

Крейцкопф или ползун - это промежуточный элемент между механизмом движения и поршнем. Он соединяется с дисковым поршнем с помощью поршневого штока.

Крейцкопфные компрессоры, как правило, крупные компрессоры с горизонтальным или вертикальным расположением цилиндров.

Корпус крейцкопфа изготавливают литьем из чугуна или стали с последующей механической обработкой. В направляющих рам или картера крейцкопф устанавливают на башмаках с баббитовой заливкой.

Поршневые кольца

Для уплотнения зазора между зеркалом цилиндра и поршнем устанавливают на поршне уплотнительные кольца, которые плотно прилегают цилиндрической поверхностью к зеркалу цилиндра, а плоскими торцевыми поверхностями к боковым поверхностям канавок на поршне. Несколько последовательно установленных колец образуют лабиринтное уплотнение. Прижатие колец к зеркалу цилиндра обеспечивается силами упругости Рупр кольца (рис. 3.11) и давлением холодильного агента Рх, а перед кольцом, которое действует на внутреннюю поверхность кольца, прижатие колец к боковым поверхностям канавок осуществляется силами, обусловленными разностью давлений до и после кольца ∆Р = Рх.а. – РТР, и силой трения, действующей на кольцо при движении поршня.

Рис. 3.12. Поршневое кольцо:

форма замка: 1 - внахлестку; 2 - косой; 3 - прямой

В свободном состоянии наружный диаметр колец больше диаметра цилиндра. При установке колец в цилиндр их сжимают, при этом зазор в замке уменьшается. Форма замка колец может быть разной: прямая, косая и в нахлестку (рис. 3.12).

Величина зазора в замке колец зависит от диаметра цилиндра и выбирается из расчета компенсаций температурных деформаций кольца.

Наиболее часто встречаемые соотношения размеров колец h/в = 0,6...0,3.

Рис. 3.13. Маслосъемные кольца: 1 – конические; 2 – с прорезкой

164

Маслосъемные кольца предназначены для снятия пленки масла с зеркала цилиндра и предотвращения уноса его с парами холодильного агента из компрессора в систему холодильной машины. Их делают конической формы или с прорезями (рис. 3.13).

Кольца изготавливают из чугуна марок СЧ 21-40 или СЧ 24-40 механической обработкой из специальных заготовок - маслот. Хорошими качествами обладают кольца, изготовленные из маслот.

Сальники

Одним из ответственных элементов конструкции холодильных компрессоров является сальник. Различают сальники хвостовиков коренного вала и поршневого штока. Сальник хвостовика коренного вала предназначен для уплотнения вала и предотвращения утечек холодильного агента и масла из картера компрессора в атмосферу, а также подсоса воздуха в картер компрессора и систему холодильной машины, когда давление всасывания в компрессор ниже атмосферного.

Сальник поршневого штока предназначен для уплотнения штока и предотвращения утечек холодильного агента из рабочей полости цилиндра и подсоса воздуха в цилиндр, когда давление в нем меньше атмосферного.

Для уплотнения валов используют мембранный, сильфонный и пружинные сальники.

В мембранном сальнике (рис. 3.14) уплотнение по валу осуществляется резиновым кольцом 1, который по наружному периметру обжимается подвижным стальным кольцом 2. К кольцу 2 прижимается неподвижное кольцо 3, закрепленное на упругом элементе сальнике – мембране 4, с помощью которой обеспечивается постоянное прижатие колец. По пояску контакты колец 2 и 3 осуществляются подвижное уп-

лотнение картера.

Рис. 3.14. Мембранный сальник

Для предотвращения открытия сальника при возрастании давления холодильного агента в картере на крышке сальника 5 предусмотрен выступ, который предназначен для обеспече-

ния предварительного прижатия колец 2 и 3 и возрастающего усилия сжатия их с увеличением давления в картере.

В качестве упругого элемента в сальнике может быть использован сильфон 4, который крепят к фланцу. Фланец сжимают между корпусом картера и крышкой сальника. Для обеспечения гарантированного прижатия неподвижного кольца к подвижному предусмотрена пружина. Уплотнение вала осуществляется резиновым кольцом.

Конструкция пружинного или самоустанавливающегося сальника (рис. 15) проще мембранного и сильфонного.

Уплотнение вала осуществляется резиновым кольцом 1 в стальной обойме 2, выполняющего роль подвижного кольца уплотнения. Неподвижные кольца 3 закрепляют в крышке сальника 4 и перегородке камеры сальника. Постоянное прижатие подвижных колец 2 к неподвижным достигается с помощью

165

пружины 5, установленной между кольцами 2. Резиновые кольца изготавливают из стойкой к воздействию фреона, аммиака и масла резины, подвижные - из стали марок 20 и 20Х с последующей цементацией и закалкой, неподвижный - из оловянистой бронзы марки ОФ10 и металлизированного графита.

Сальники для уплотнения поршневых штоков изготавливают из набора чугунных разрезанных колец, устанавливаемых в корпусе сальника с промежуточными отборами пара холодильного агента.

Для отвода тепла от узлов трения и уменьшения коэффициента трения к сальникам подводится масло.

К основным требованиям, предъявляемым к сальникам, следует отнести: плотность при работе и стоянке компрессора и высокую износостойкость.

Работа № 4 Изучение молокоохладительной установки МХУ-8С

Цель работы: Изучение конструкции, принципа действия, операций монтажа, наладки, технического обслуживания, ремонта, настройки на оптимальные режимы работы молокоохладительной установки МХУ-8С.

Оборудование и приспособления: стенды, плакаты, оборудования. Задание:

1.Изучить конструкцию и принцип действия молокоохладительной установки МХУ-8С.

2.Ознакомиться с операциями монтажа, наладки, технического обслуживания и ремонта.

3.Ознакомиться с причинами неисправной работы установки и способами определения и устранения неполадок.

Назначение и способы охлаждения молока

Молоко является ценным продуктом питания, но его качество ухудшается при длительном хранении в результате действия различных микроорганизмов, которые попадают в молоко во время доения и дальнейшего хранения. Молоко в вымени коров полностью стерильно. Свежевыдоенное молоко обладает бактерицидными свойствами, бактерии, попадая в него, гибнут. Но уже через 4 часа после дойки в 1 см3 молока находится около 30 тыс. микроорганизмов, через 9 часов - 100 тыс., а через 24 часа - около 4 млн. Попадая в молоко и быстро развиваясь, микроорганизмы ухудшают его качество - изменяется вкус и запах, в результате чего молоко переводится в более низкий сорт или становится совсем непригодным к употреблению. Содержание микроорганизмов в молоке зависит - от условий его получения и температуры хранения. Оптимальная температура размножения микроорганизмов от 20 до 30 0С, некоторых от 20 до 40 0С. Длительность хранения молока зависит от первоначальной загрязненности его бактериями.

Охлаждают молоко на фермах для подавления жизнедеятельности микроорганизмов, и сохранения его свежим для доставки на молочный завод или в торговую сеть. Время, в течение которого задерживается развитие микроорга-

166

низмов, называется бактерицидной фазой. Для продления бактерицидной фазы молоко необходимо охлаждать сразу же после дойки (табл.1).

4.1. Продолжительность бактерицидной фазы в зависимости от температуры молока

Развитие большинства молочнокислых бактерий, вызывающих порчу молока замедляется при температуре молока 10 0С и ниже. Их жизнедеятельность приостанавливается при 2...3 0С.

Поэтому в зависимости от продолжительности хранения молока для экономии затрат на выработку холода устанавливают температуру его охлаждения. Например, если время доставки молока на завод для переработки не превышает 6 часов, то его следует охлаждать до 10 0С; при хранении в течение 12 часов - охлаждают до 8 0С; если необходимо хранить молоко в течение 24 часов - охлаждают до 5 0С.

При охлаждении до температуры 5 0С и кратковременном хранении качество молока практически не изменяется. ГОСТ 1326—70 предусматривает, что молоко для отправки на предприятия молочной промышленности необходимо хранить не более 20 часов с температурой не выше 10 0С.

Во многих странах мира соответствующим законодательством предусмотрено охлаждение молока на фермах до 4...6 0С. Всемирная организация здравоохранения рекомендует охлаждать молоко до 4 0С не позднее чем через час после приемки с ферм. Температура молока должна сохраняться и при его транспортировке.

Охлаждение молока на фермах можно производить естественным и искусственным способами.

Наиболее простым из естественных способов охлаждения молока на фермах является охлаждение его артезианской водой. Температура артезианской воды колеблется от 2 до 8 0С, что позволяет при использовании эффективных теплообменников получать молоко с температурой не выше 10 0С. Основной недостаток такого способа - большой расход воды на охлаждение.

Отвод тепла от молока посредством льда, намораживаемого в зимний период, также нашел широкое применение на фермах. Заготовка льда осуществляется одним из следующих способов: послойным намораживанием льда на горизонтальных площадках, прилегающих к ферме; вырезкой льдин из водоемов; наращиванием ледяных сосулек на эстакадах-градирнях.

Первые два способа наряду с невысокой трудоемкостью намораживания отличаются большими затратами труда на получение льда и транспортировку его в молочную.

167

Получение молока на промышленной основе в настоящее время уже немыслимо без применения искусственных источников холода.

Искусственным называется охлаждение тел в результате их теплообмена с холодильными агентами, кипящими при низких температурах. Искусственное охлаждение производится при помощи холодильных машин. Наибольшее распространение в промышленности, быту и с.-х. получили паровые компрессионные холодильные машины со сжатием паров компрессором и затратой для этого механической энергии.

Для охлаждения молока на животноводческих фермах и комплексах промышленность выпускает поточные (типа МКТ и МВТ) и аккумуляционные (типа МХУ-8С) водоохлаждающие холодильные машины.

Оборудование для охлаждения молока

В паровой холодильной машине источником холода является холодильный агент — жидкость, кипящая при низкой температуре.

Наибольшее применение в холодильной технике нашли паровые холодильные машины с замкнутым циклом, в которых через испаритель в течение многих лет циркулирует один и тот же холодильный агент. Для этого пар, образующийся в испарителе, снова конденсируется, превращается в жидкость, отдавая тепло окружающему воздуху или воде.

Температура конденсации любой жидкости зависит от давления. Чем выше температура окружающей среды, тем выше должно быть давление пара, при котором происходит конденсация.

Компрессионная холодильная машина (рис. 4.1) состоит из четырех основных узлов: испарителя 4, компрессора 1, конденсатора 2 и терморегулирующего вентиля 3, которые соединены между собой в герметичную систему, заполненную холодильным агентом. В процессе работы такой машины холодильный агент циркулирует по замкнутой системе и изменяет свое агрегатное состояние, периодически превращаясь в пар или жидкость.

Полезный эффект охлаждения достигается в испарителе, который расположен непосредственно в охлаждаемом объекте (охладителе, аккумуляторе холода и др.).

Давление пара повышают с помощью холодильного компрессора. При сжатии пара одновременно с давлением возрастает и его температура. Сжатый пар поступает в теплообменный аппарат - конденсатор, где охлаждается водой или воздухом и снова превращается в жидкость. Жидкий холодильный агент дросселируется, т.е. снижает давление, проходя через узкое отверстие в регулирующем вентиле или капиллярной трубке (при отсутствии теплообмена с окружающей средой).

При дросселировании небольшая часть жидкости (несколько процентов) мгновенно испаряется, благодаря этому оставшаяся жидкость охлаждается до температуры кипения, и процесс повторяется.

168

Таким образом, один и тот же холодильный агент циркулирует по замкнутой системе, изменяя температуру и давление. В компрессоре

Рис. 4.1. Схема паровой компрес-

сионной холодильной машины: 1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - регулирующий вентиль; 4 - испаритель; 5 - холодильная камера; 6- тепловая изоляция

затрачивается энергия, вследствие чего температура и давление холодильного агента повышаются. В дросселирующем устройстве давление и температура падают.

В испарителе жидкость отводит от охлаждаемого объекта тепло в количестве Qо. В компрессоре на сжатие пара затрачивается работа L, тепловой эквивалент которой равен AL. В конденсаторе все это тепло, в соответствии с законом сохранения энергии, должно быть отдано окружающей среде:

Qo AL Qk

Рис. 4.2. Схема охлаждения молока с аккумулятором холода: 1 - бак для холодной воды; 2 -

пластинчатый испаритель; 3 - водяной насос; 4 - охладитель молока; 5 - ванна для свежевыдоенного молока; 6 - водосливная труба; 7 - термостат (реле температуры); 8 - терморегулирующий вентиль; 9 - холодильная установка

Часть холодильной системы от компрессора до дросселирующего устройства (по движению холодильного агента) называется стороной высокого давления, дру-

гая часть, от дросселирующего устройства до компрессора - стороной низкого давления.

Для повышения экономичности и удобства эксплуатации холодильная машина оборудуется теплообменником, накопителем жидкого холодильного агента (ресивером), фильтром-осушителем, приборами контроля и автоматического регулирования технологического процесса.

Тепловая нагрузка холодильных машин, обслуживающих предприятия молочной промышленности, весьма неравномерна: в часы поступления молока она максимальна, потом быстро снижается. Для уменьшения размеров холодильной установки и выравнивания расхода электроэнергии используют аккумуляцию холода.

Охлаждение молока на фермах производится в теплообменных аппаратах (молокоохладителях), а хранение - в специальных танках (ваннах). Схема охлаждения молока показана на рисунке 2.

169

Холодильная установка 9 охлаждает воду в баке 1, насос 3 подает воду на пластинчатый охладитель 4, через который противотоком подается свежевыдоенное молоко. Молоко после охлаждения поступает в ванну для хранения, которая имеет теплоизоляцию для уменьшения притока тепла.

Для охлаждения молока на фермах применяют хладоновые холодильные установки малой мощности МХУ-8, ТОМ-2А, КСА-500, СМ-1200, УВ-10, АВ30 и др.

Основной особенностью холодильных машин для охлаждения молока является наличие в них аккумулятора холода. Накопление холода в аккумуляторе путем охлаждения воды или намораживания льда происходит в период между доением. Продолжительность этого периода намного превышает время, необходимое для охлаждения молока. Поэтому при одинаковом суточном потреблении холода холодильная установка с аккумулятором холода имеет меньшую холодильную мощность, чем холодильная машина без аккумулятора. Например, для охлаждения одной тонны молока с 36 0С до 6 0С необходимо около 120 тыс. кДж. При охлаждении молока в течение 2 часов холодильная мощность установки с учетом потерь тепла в окружающую среду должна быть не менее 65 тыс. кДж/ч. Если до начала охлаждения молока занести 9...10 тыс. кДж в промежутке между доением, то можно ограничиться использованием холодильной установки мощностью 45...50 тыс. кДж/ч. Такая установка значительно дешевле.

Холодильные установки с аккумулятором холода работают в автоматическом режиме, поддерживая заданную толщину льда на пластинах испарителя или температуру воды в. баке-аккумуляторе.

Холодильная машина МХУ-8С

Холодильная машина МХУ-8С (рис. 4.3) является наиболее распространенной установкой для охлаждения молока.

Этот агрегат состоит из вертикального двухцилиндрового компрессора, приводимого электродвигателем; воздушного конденсатора; прямоугольного теплоизолированного бака-аккумулятора холода с панельным испарителем; ра- мы-ресивера; теплообменного фильтроосушительного агрегата; щита управления и приборов автоматики. Схема холодильной установки МХУ-8С показана на рис. 4.

Рис. 4.3. Холодильная установка МХУ-8С: а- вид спереди: 1 - компрессор; 2 - конденсатор; 3 - шкаф управления; 4 - электродвигатель; 5 - терморегулирующий вентиль; 6 -

170

ресивер; 7 – бак-аккумулятор холода); б – вид сбоку : 1 - шкаф управления; 2 - воздушный конденсатор; 3 - испаритель-аккумулятор

Холодильный агент хладон R-12 кипит в пластинчатом испарителе 13, отбирая тепло от окружающей его воды аккумулятора холода 2. Образовавшиеся при кипении пары хладона отсасывает компрессор 6. Пары хладона после испарителя проходят через теплообменник 10. В нем пар дополнительно нагревается жидким хладоном, который поступает из ресивера 8 и имеет более высокую температуру, чем пар.

Рис. 4.5. Пластинчатый охладитель: а - общий вид охладителя: 1 - ком-

патрубки для подвода и отвода молока; 8, 9 - патрубки для подвода и отвода хладоносителя; б - схема движения теплообменивающихся сред в пластинчатом охладителе: 1, 4 - патрубки для подвода и отвода молока; 2 и 3 - соответственно нижний и верхний продольные каналы движения молока; 5, 8 - патрубки для подвода и отвода хладоносителя; 6, 7 - нижние продольные каналы движения хладоносителя

Компрессор сжимает пар (при этом температура паров повышается до (70...80 0С) и нагнетает в конденсатор 7, где он охлаждается воздухом, обдувающим наружную поверхность трубчатого конденсатора 7, и конденсируется. Обдувают наружную поверхность конденсатора окружающим воздухом с помощью четырехлопастного вентилятора. Жидкий хладон направляется в запасную емкость (ресивер), а затем проходит через фильтр-осушитель и теплообменник.