Холодильное и вентиляц оборудование Белов ЕЛ

181

Рис. 7.2. Компрессор ФГэС: 1 – клапанная группа;

2 – поршень; 3 – шатун; 4 – ротор; 5 – эксцентриковый вал; 6 – статор; 7 – экран; 8 – кожух; 9 – опора вала; 10 - корпус

Среднетемпературные компрессоры работают на хладагенте R12. В технически обоснованных случаях можно использовать также хладагент R22. Низкотемпературные компрессоры работают на хладагенте R22 и R502, высокотемпературные - на R12 и R22.

Герметичный компрессор имеет встроенный электродвигатель. Статор последнего отделен от ротора экраном из нержавеющей стали, приваренным к кожуху компрессора.

Преимущества герметичных компрессоров по сравнению с сальниковыми и бессальниковыми заключаются в следующем: они надежнее в работе, обладают меньшей массой и габаритами. Однако сальниковые и бессальниковые компрессоры характеризуются более высокой ремонтопригодностью даже в условиях эксплуатации.

По частоте вращения компрессора разделяют на имеющие синхронную частоту 25 и 50 с-1 (при токе частотой 50 Гц), 30 и 60 с-1 (при 60 Гц), 50 и 66,7 с- 1 при 400 Гц). В настоящее время изготавливают модели с частотой 50 и 60 с-1.

Классификация герметичных компрессоров

По числу цилиндров компрессоры могут быть с 1, 2, 3, 4 и более цилинд-

рами.

Герметичные компрессоры могут иметь в кожухе давление всасывания или давление нагнетания (поршневые компрессоры, как правило, имеют в кожухе давление всасывания, ротационные - давление нагнетания).

По производительности компрессоры с объемом, описанным поршнями до 3,5 дм3/с (около 12,5 м3/ч) относят к малым, а с объемом более 3,5 дм3/с - к крупным.

К поршневым герметичным относят также экранированные компрессоры, ротор двигателя которых отделен от статора тонкостенным экраном, приваренным к кожуху (ротор омывается холодильным агентом, статор - воздухом). Экранированные компрессоры характеризуется повышенной ремонтопригодностью, но энергетически они менее эффективны, чем герметичные и имеют худшие виброакустические характеристики.

Малые герметичные поршневые компрессоры используют в бытовых холодильниках и в торговом оборудовании малой емкости (прилавки, витрины, охладители напитков, льдогенераторы и др.) преимущественно полностью монтируемом на заводе изготовителе.

Крупными герметичными компрессорами комплектуют машины для охлаждения воды и других жидких теплоносителей, торговое холодильное оборудование большой емкости, специализированные машины для с.-х., автономные кондиционеры, термокамеры и др. Окончательная сборка таких машин, как правило, производится на месте эксплуатации.

182

Компрессоры с кривошипно-кулисным механизмом получили наибольшее распространение в домашних холодильниках. Более крупные компрессоры изготавливают преимущественно с кривошипно-шатунным механизмом. Аксиальные компрессоры с косой шайбой применяют главным образом в автомобильных кондиционерах.

Ротационными компрессорами комплектуют среднетемпературные холодильные шкафы, прилавочные витрины, автоматы газированной воды, водоохладители, льдогенераторы, наибольшее применение они находят в бытовых кондиционерах.

Экранированные поршневые компрессоры имеют ограниченное применение (в основном в торговом оборудовании).

Поршневые герметичные компрессоры изготавливают Харьковский завод холодильных машин (ХЗХМ), Московский завод «Искра» и др. Ротационные герметичные компрессоры изготавливают рижский завод «Компрессор» (РЗК), Бакинский завод «Кондиционер» и др.; экранированные поршневые компрессоры - Ярославский завод холодильных машин (ЯЗХМ). Производством герметичных компрессоров для бытовых холодильников занят ряд заводов, крупнейший среди которых - Мажейкяйский завод компрессоров.

Первые поршневые герметичные компрессоры для бытовых холодильников в СССР, изготовлявшиеся Харьковским тракторным заводом, работали на сернистом ангидриде.

В начале 50-х годов завод им. Лихачева (ЗИЛ) начал производство фреоновых герметичных компрессоров бытовых холодильников. Компрессор КХ-1005 одноцилиндровый, холодопроизводительностью 130 Вт (около 110 ккал/ч), с синхронной частотой вращения 25 с-1 (1500 об/мин).

Это - основная модель, применявшаяся в отечественных бытовых холодильниках до освоения компрессора ФГ-0,100.

Через несколько лет ХЗХМ начал серийно изготовлять герметичные компрессоры для торгового холодильного оборудования.

В 50-х годах ХЗХМ, а после и Мелитопольский завод холодильных машин (МЗХМ) начали изготавливать бессальниковые компрессоры.

С 1966 года Рижский завод холодильных машин (РЗХМ) начал выпуск герметичных ротационных компрессоров ФГр 0,35-1 номинальной холодопро-

об/мин). В настоящее время ХЗХМ и РЗХМ производят герметичные компрессоры с синхронной частотой вращения 50 с-1 (3000 об/мин).

В зависимости от холодопроизводительности герметичные компрессоры можно разделить на две основные группы. Компрессоры холодопроизводительностъю до 1800 Вт (около 1500 ккал/ч) применяют преимущественно в бытовых холодильниках и торговом холодильном оборудовании. Холодильный агент - фреон R12 (в низкотемпературных компрессорах также фреоны R22 и R502). Герметичные компрессоры холодопроизводительностью более 1800 Вт используют в основном в кондиционерах. Холодильный агент - фреон R22.

Деление это условно; иногда одни и те же модели компрессоров применяют в обеих группах.

183

В бытовых холодильниках применяют одноцилиндровые герметичные компрессоры, работающие на фреоне R12. Современные модели имеют синхронную частоту вращения 50 с-1 (при f = 50 Гц), вертикальный вал, кривошип- но-кулисный или шатунно-кривошипный (с разъемным шатуном) механизм движения. Широко распространены также более ранние конструкции с частотой вращения 25 с-1, с горизонтальным валом и шатунно-кривошипным механизмом.

Компрессоры для бытовых холодильников в России изготавливают только герметичными.

Компрессор ФГ-0,100 с вертикальным валом и горизонтальным цилиндром (рис. 7.3) в настоящее время является основной моделью компрессоров для бытовых холодильников отечественного производства. Частота вращения 50 с-1 (3000 об/мин). Диаметр цилиндра 22 мм, ход поршня 12 мм. Холодопроизводительность (при t0 = -20 0С, tк = 55 0С) равна 116 Вт (100 ккал/ч). Механизм движения кривошипно-кулисный, внутри кулисы перемещается ползун с помощью кривошипа. Поршень припаян к кулисе. В качестве масляного насоса используется вал, в котором сделано вертикальное отверстие, смещенное относительно оси. Масло, под действием центробежной силы подается в спиральные канавки на поверхности коренной и шатунной шеек вала. Клапаны упругие консольные. Всасывающий и нагнетательные глушители отлиты заодно с чугунным корпусом. Цилиндр и статор прикреплены к корпусу болтами.

Виброизоляторы внутренние пружинные, нагнетательная трубка упругая, поэтому вибрации компрессора передаются на корпус ослабленными и шум меньше. Крышка сварного кожуха ограничивает перемещение корпуса вверх в местах установки штифтов виброизоляторов.

Рис. 7.3. Компрессор ФГ 0,1:

1 — нижняя часть герметичного компрессора; 2 — болт; 3 — статор электродвигателя; 4 — корпус электродвигателя; 5 — болт крепления крышки цилиндра; 6

— крышка цилиндра; 7 — клапанная доска; 8 — цилиндр; 9 — поршень; 10 — шатунная шейка кривошипного вала; 11 — кули-

са; 12 — вкладыш кулисы; 13— нагнетательная трубка; 14 — верхняя часть герметичного кожуха; 15 — кривошипный вал; 16 — направляющая пружинного амортизатора; 17— пружина амортизатора; 18— опора амортизатора; 19 — коренной подшипник кривошипного вала; 20 — ротор электродвигателя

Электродвигатель однофазный с расщепленной фазой. Кожух компрессора должен сохранять прочность и плотность при избыточном давлении 2 МПа. Уровень звука компрессора в установившемся режиме не более 43 дБ; при пуске и остановке 50 дБ. В меньшем масштабе выпускается компрессор ФГ-0,125.

184

Кривошипно-кулисный компрессор вместе со встроенным электродвигателем укреплен на пружинных подвесках в стальном герметичном штампованном кожухе, состоящем из двух частей, соединенных сваркой. Вал компрессора вертикальный, эксцентриковый (рис. 7.4).

Механизм движения работает следующим обра-

кривошипа.

Ротор электродвигателя насажен на вал компрессора, а статор крепится винтами к его корпусу. В различных конструкциях электродвигатель может иметь верхнее или нижнее расположение.

Рис. 7.5. Кулисный механизм гер-

метичного компрессора ФГ 0,1: а –

кулисный механизм: 1 – корпус компрессора; 2 – поршень; 3 – шатунная шейка кривошипного вала; 4 – вкладыш кулисы; 5 – кулиса; 6 – кривошипный вал; б – фазы работы кулисного механизма

Один или два цилиндра, расточенные непосредственно в чугунном корпусе, расположены горизонтально под углом 90° к валу.

Поршни компрессора не имеют поршневых колец. Уплотнение достигается уменьшением зазора между поршнем и стенками цилиндра до 0,01 мм и наличием кольцевых канавок на боковой поверхности поршня, заполняемых мас-

Рис. 7.6. Клапанная группа компрессора

ФГ 0,7~3:

1 — пружина нагнетательного клапана; 2 — нагнетательный клапан; 3 — всасывающий клапан; 4 — плита; I — вход пара в цилиндр; II — выход пара из цилиндра; III — выход пара в нагнетательный трубопровод

185

лом. Уменьшение зазора в герметичных компрессорах стало возможным, так как детали шатунно-поршневой группы эффективно охлаждаются парами хладагента, вследствие чего термическое расширение под действием сил трения невелико.

Клапанная группа (рис. 7.6) состоит из клапанной плиты, пластинчатых, подпружиненных рессорой нагнетательных клапанов и язычковых всасывающих клапанов, закрепленных с одной стороны (консольно). Возможны варианты крепления с двух сторон или кольцевое. Клапанная плита крепится непосредственно к цилиндру над поршнем и закрывается сверху крышкой.

В герметичных компрессорах имеются глушители шума всасывания и нагнетания. Обычно используют камерные глушители, состоящие из одной или нескольких камер с узким входным отверстием, а также трубчатые нагнетательные глушители из трубки малого диаметра с несколькими изгибами сложной формы. Для уменьшения вибраций при работе, пусках, остановках и транспортировании компрессоров служат виброизоляторы (амортизаторы) в виде внутренних пружин подвески и наружных резиновых опор.

К боковой или верхней части кожуха приварена стальная колодка с тремя проходными герметичными контактами—стержнями из железоникелевого сплава в стеклянной изоляции, на внутренние концы которых надеты наконечники выводных концов статора. На наружные концы контактов непосредственно закреплены либо пусковое и защитное реле, либо наконечники проводов от пускозащитного устройства.

Некоторые заводы продолжают выпуск компрессоров ФГ-0,14 (модели

(140 ккал/ч) при температурах кипения - 15 0С, конденсации 30 0С, всасывания 15 0С, переохлаждения 55 0С.

В результате повышения частоты вращения вдвое, облегчения конструкций, отказа от отдельного насоса значительно сократилась трудоемкость изготовления, масса компрессора уменьшилась в полтора раза.

Герметичные поршневые компрессоры применяют в агрегатах торгового холодильного оборудования (ТХО), кондиционерах и других холодильных установках. Выпускают герметичные поршневые компрессоры в двух исполне-

ниях, различающихся частотой вращения вала встроенного электродвигателя: 25 с-1 и 50 с-1.

Наиболее крупным производителем герметичных поршневых компрессоров за рубежом является фирма «Тесumseh» (США) вместе с работающими по ее лицензиям фирмами Франции, Италии, Испании и др. Холодильный агент фреон R12.

Градация компрессоров, используемых в торговом холодильном оборудовании, обусловлена ГОСТ 22502-83 «Агрегаты холодильные герметичные

полнения С, Н и В (табл.1).

Градации компрессоров позволяют подобрать к агрегатам холодильного оборудования, кондиционеров и др. холодильных установок малой производительности.

186

Электродвигатели обеспечивают пуск и нормальную работу компрессора при отклонении номинального значения напряжения в сети от -15 до +10% и частоты тока ±5%. От перегрузки электродвигатели защищены тепловым реле, устанавливаемым на компрессор.

1.Диапазон работы герметичных компрессоров

Компрессоры изготавливают с электродвигателями трехфазного переменного тока на напряжение 220 или 380 В, частотой 50 Гц и однофазного - 220 В, частотой 50 Гц. В марку компрессора с однофазным двигателем включено обозначение «1», с трехфазным «3». С 1984 года все встроенные трехфазные электродвигатели герметичных компрессоров поставляются с тремя выводными концами, т.е. обмотка электродвигателя соединена для его подключения только на одно напряжение сети на 220 или на 380 В.

Холодопроизводительность поршневых компрессоров с частотой вращения 25 и 50 с-1 для холодильных агрегатов по ГОСТ 22502-83 приведена в табл. 2 и 3.

Номинальная холодопроизводительностъ компрессора зависит при одинаковой частоте вращения вала электродвигателя от диаметра и количества цилиндров, величины хода поршня, а также применяемого хладагента.

Параметрический ряд герметичных компрессоров установлен в соответствии с 10-м рядом предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-56 номинальные холодопроизводительности образуют ряд (Q) = 1,25(Q) .

2.Основные параметры поршневых герметичные компрессоров

счастотой вращения 25 с-1, выпускаемых ХЗХМ

187

3. Основные параметры поршневых герметичных компрессоров с частотой вращения 50 с-1

Приняты следующие значения холодопроизводительностей: 220, 280, 350, 450, 550, 700, 1100, 1400, 1800, … ккал/ч. В настоящее время используют близкий к принятому ряд в единицах системы СИ: 250, 345, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000, … Вт. Каждый четвертый член этого ряда в двое больше 1-го, что соответствует переходу от одно- к двухцилиндровому компрессору. Холодопроизводительность одного и того же компрессора при работе в номинальном высокотемпературном режиме вдвое больше, в чем среднетемпературном.

4. Технические характеристики герметичных поршневых компрессоров

188

Клапаны

Клапаны принадлежат к числу наиболее нагруженных элементов компрессора. В малых компрессорах наиболее распространены клапаны с упругими пружинящими пластинами (рис.3а), в том числе с пластинами со свободными концами с одним закрепленным концом, с центральным креплением, с двумя закрепленными концами, закрепленными по контуру и кольцевыми. Наряду с упругими применяют жесткие пластины, не меняющие формы, при работе, в том числе дисковые пятачковые (рис. 7.7). Упругие пластины получают все большее распространение; преобладают пластины консольного типа, закрепленные с одной стороны.

Пластина всасывающего клапана обычно укреплена на двух штифтах, запрессованных в торец цилиндра. С другой стороны пластины часто делают язычок, а в торце цилиндра - соответствующий паз.

Толщина упругих пластин обычно находится в пределах от 0,15 до 0,4 мм. Условия работы клапанов холодильных компрессоров легче, чем компрессоров большой производительности, т.к. у них меньше ход запорных органов. Но требования к их надежности и долговечности значительно выше. Срок службы клапанов должен быть не меньше 50000 часов.

Упругие пластины клапанов отечественных компрессоров изготавливают из холоднокатанной стали У10А или из шведской стали «Сендвик», плиты из стали марки Сталь 45, жесткие пластины - из хромистой стали марки Сталь 70С2ХА.

189

Рис. 7.7. Пластины клапанов: а - упругие, б - жесткая, в, г, д - образцы иностранных фирм

Назначение глушителей и виброизоляторов – улучшать акустические характеристики компрессоров.

Глушители служат для снижения шума от пульсаций пара. В малых компрессорах применяют камерные (из одной или нескольких камер с узкими вход-

ными отверстиями, с отношением сечений от 50 до 150), а также трубчатые и резонансные, в последних пульсации уменьшаются в результате взаимного гашения волн, смешенных по фазе. Во всех глушителях происходят потери энергии.

Роль глушителя во всасывающем и нагнетательном клапанах компрессора различна: в нагнетательном глушителе колебания газового потока гасятся уже после воздействия на систему компрессора и поэтому глушитель не оказывает влияния на его шум. Назначение этого глушителя уменьшить газовый поток в нагнетательном трубопроводе и конденсаторе и таким образом снизить шум и повысить надежность машины в целом.

Всасывающий глушитель уменьшает пульсации газа в кожухе и непосредственно снижает шум компрессора. При хорошей внутренней виброизоляции передача колебаний к кожуху происходит главным образом по газовой среде и зависит от ее волнового сопротивления, т.е. произведения плотности газа ρ на скорость звука Сзв.

Эффективность всасывающего глушителя тем больше, чем меньше влияние механических источников шума. При отсутствии виброизоляции передача колебаний к кожуху происходит в основном в местах жесткой связи компрессора с кожухом. В этом случае всасывающий глушитель обычно не нужен.

Камерные глушители (рис. 7.6 а, б, г, д) выполняют либо литыми в общей отливке с цилиндром, либо выносными - из отдельных штампованных элементов. Встречаются также комбинированные конструкции. Литые глушители обычно имеют неправильную форму, выносные - правильную (рис. 4 г, д). Конструкцию выбирают по технологическим соображениям. Эффективность работы камерных глушителей определяется соотношением геометрических размеров камер и входящих в них каналов.

Гашение колебаний в однокамерном глушителе:

где: р1, р2 - давления звуковых колебаний соответственно до глушителя и после него; m - отношение сечения камеры глушителя Sk к сечению входящего в нее соединительного канала Sc.k; k - волновое число (k = 6,28 f /Сзв; f - частота заглушаемого колебания, Гц; l – длина камеры глушителя по оси входного канала, м.

190

Чем выше m, тем эффективнее глушитель, и чем больше l, тем ниже частота, при которой он начинает эффективно работать.

Виброизоляторы (амортизаторы) уменьшают вибрации, передаваемые холодильному оборудованию, а от него - ограждениям строительных конструкций. Иногда эти вибрации могут оказаться источником недопустимого шума.

Виброизоляторы должны воспринимать вибрации при работе, пусках и остановках, а также при транспортировании компрессоров. Для уменьшения жесткости нагнетательных трубок им часто придают сложную форму, например, несколько грибовидных витков

(рис. 7.8, в).

Рис. 7.8. Глушители: а, б - камерные литые, в - трубчатый, г - камерный штампованный и трубчатый, д - камерные штампованные в сборе

Осевые усилия обычно воспринимают вертикальные цилиндрические пружины, боковые усилия (при пусках и останов-

ках) - горизонтальные пружины, работающие на сжатие, или пружины с наклонной осью.

В компрессорах с частотой 50 с-1 обычно устанавливают внутренние пружинные и наружные резиновые или резинометаллические амортизаторы.

Корпус. Кожух. Проходные контакты.

Корпус герметичного компрессора - литая деталь, объединяющая коренной подшипник вала, цилиндры и статор встроенного электродвигателя.

Цилиндры отливают заодно с корпусом или соединяют с ним болтами, статор - болтами иди с помощью запрессовки.

Корпус герметичного компрессора отливают из чугуна или алюминиевых сплавов.

Для обеспечения антифрикционных свойств и упрощения отливок применяют цилиндровые втулки. Так, корпуса компрессоров Х3ХМ отливают из серого чугуна СЧ 21-40. В цилиндры запрессовывают втулки из антифрикционного чугуна, содержащего около 0,1% титана, 0,15% хрома, 1% марганца, до 2% свободного кремния.

Кожух герметичного компрессора обычно стальной, сваренный из двух частей. В компрессоре КХ-1010 кожух выполнен из стальной трубы с двумя приваренными крышками.

Кожух компрессоров бытовых холодильников устанавливают на двух - четырех, а компрессоров большой холодопроизводительности - на трех - четырех лапах.

На кожухе устанавливают проходные контакты встроенных электродвигателя и защитного реле - обычно в специальной круглой пластине, припаянной или приваренной к верхней части кожуха. В качестве изоляции используют специальное стекло, а в компрессорах больших размеров - также эбонит и электроизоляционный картон.