Пз. 2.

Компрессоры бытового холодильного оборудования

Колач С.Т. Бытовые холодильники и кондиционеры: учеб. пособие для студ. сред. спец. проф. образования/С.Т. Колач.- М.: «Академия», 2006.-240 с.

1. Назначение и отличительные особенности компрессоров

Для обеспечения циркуляции хладагента в компрессионной холодильной системе служит компрессор того или иного типа. При этом компрессор отсасывает пар хладагента из испарителя, пони­жая давление в последнем до достижения требуемой низкой тем­пературы кипения. Кроме того, он осуществляет процесс сжатия паров хладагента до такого уровня, чтобы температура насыще­ния была выше температуры среды (для бытовых холодильников это воздух), используемой для охлаждения конденсатора и соот­ветственно конденсации хладагента.

В бытовых холодильниках уже с 1930-х гг. используют только герметичные компрессоры, в подавляющем большинстве порш­невые, и лишь в некоторых моделях ротационные.

Герметичным компрессором, или мотор-компрессором, назы­вают компрессор, объединенный с электродвигателем в цельную конструкцию без промежуточной передачи и находящийся вместе с ним в общем наглухо заваренном кожухе.

Ротор электродвигателя насаживается непосредственно на вал компрессора, а статор закрепляется на корпусе компрессора или в кожухе.

Одной из отличительных особенностей герметичных компрес­соров является наличие упругой подвески компрессора и двигате­ля, значительно снижающей шум и вибрации при их работе.

Су­ществует два типа подвески: наружная и внутренняя. При наружной подвеске, применявшейся ранее, компрессор и двигатель жестко закрепляются в кожухе, а кожух подвешивают на раме на пружинах или опирают на них. В подобной конструкции с помощью специальных болтов можно на время транспортировки холодильника жестко закрепить мотор-компрессор на раме. При ус­тановке холодильника на месте эксплуатации болты отвинчивают. При внутренней подвеске компрессор с двигателем подвешен на пружинах внутри кожуха, а кожух жестко закреплен на раме. В этом случае мотор-компрессор более компактен, уровень шума меньше, чем при наружной подвеске, кроме того, вибрация по­чти не передается на кожух.

2. Конструкции и принципы работы герметичных компрессоров

В бытовых холодильниках используют герметичные поршневые компрессоры с кривошипно-шатунным и кривошипно-кулисным механизмами движения и достаточно редко — ротационные с ка­тящимся ротором. В холодильных агрегатах бытовых кондиционеров, напротив, очень широко используются ротационные компрессоры.

Хотя конструкции с кривошипно-шатунным механизмом яв­ляются морально устаревшими и в настоящее время не произво­дятся, все же в эксплуатации еще имеется достаточно большое количество холодильников, оснащенных подобными компрессо­рами.

Один из первых отечественных герметичных компрессоров — компрессор типа ДХ — одноцилиндровый, поршневой, непрямо­точный, с кривошипно-шатунным механизмом и горизонтально рас­положенным валом; частота вращения вала 1500 мин^-1 (рис. 1).

Рис. 4.1. Компрессор ДХ:

а — общее устройство компрессора ДХ:

1 - маслоприемник насоса; 2 - корпус компрессора; 3 - передний подшипник коленчатого вала; 4 - коленчатый вал; 5 - шатун в сборе; 6 - стопор переднего подшипника; 7 - редукционный клапан в сборе; 8 - поршень; 9 - цилиндр; 10 - всасывающий клапан; 11 - головка цилиндра; 12 - нагнетательный клапан; 13 - камера всасывания; 14 - всасывающий патрубок; 15 - нагнетательный патрубок; 16 - глушитель на всасывании; 17 - кожух мотор-компрессора; 18 - нагнетательный глушитель головки компрессора; 19 - ротационный масляный насос в сборе; 20 - картер с маслом;

б — схема работы компрессора ДХ:

1 - коленчатый вал; 2 - шатун; 3 - корпус цилиндра; 4 - поршень; 5 - всасывающий клапан; 6 - нагнетательный клапан; 7 - подшипник.

Корпус компрессора, закрепленный в кожухе, отлит из чугу­на заодно с подшипником и цилиндром. Коленчатый вал сталь­ной, двухопорный. Шатун — чугунный, с разъемной нижней го­ловкой, без вкладышей; поршень — стальной, не имеет порш­невых колец. Уплотнение достигается уменьшением зазора меж­ду поршнем и цилиндром до 0,018...0,01 мм, что обеспечивается точной обработкой и специальной (селективной) сборкой. Две кольцевые уплотняющие канавки во время работы заполняются маслом.

К верхнему торцу цилиндра привернута четырьмя винтами го­ловка, собранная с всасывающим и нагнетательным клапанами, а также глушителями стороны всасывания и стороны нагнетания (рис. 2).

Рис. 2. Устройство головки цилиндра: А - всасывание; Б - нагнетание; 1 - цилиндр; 2 - всасывающий клапан; 3 - всасывающий патрубок; 4 - корпус головки; 5 - камера всасывания; 6 - заклепка; 7 - заглушка камеры; 8 - камера нагнетания; 9 - нагнетательный клапан; 10 - седло клапана; 11 - нагнетательный патрубок.

Стальной корпус головки состоит из двух камер — всасывания и нагнетания. Камера всасывания соединяется через всасывающий патрубок и глушитель с внутренней полостью кожуха мотор-комп­рессора, а при открытом всасывающем клапане через отверстия, расположенные по окружности на дне камеры, — с цилиндром. Сверху камера всасывания имеет заглушку.

Камера нагнетания, из которой выходит нагнетательный пат­рубок с глушителем, может соединяться с цилиндром через от­верстия, расположенные по окружности седла и закрываемые нагнетательным клапаном.

Всасывающий и нагнетательный клапаны пластинчатые. Рабо­та клапанов компрессора происходит следующим образом. При движении поршня вниз вследствие образующегося в цилиндре разрежения упругая пластинка всасывающего клапана, прижатая по окружности к кромке седла, отходит. Пары хладагента из кожу­ха компрессора через всасывающий патрубок и глушитель попа­дают в камеру всасывания, откуда через отверстия в корпусе го­ловки поступают в цилиндр.

При обратном движении поршня всасывающий клапан при­жимается к кромке седла, закрывая отверстия в корпусе головки. Сжатые пары хладагента приподнимают нагнетательный клапан и поступают в камеру нагнетания, а оттуда через нагнетательный патрубок и глушитель — в нагнетательную трубку.

Глушители, установленные на стороне всасывания и нагнета­ния, значительно снижают шум при работе компрессора.

Вал компрессора вращает электродвигатель, ротор которого напрессован на конце задней коренной шейки.

Смазка трущихся пар компрессора (поршень — цилиндр, пор­шневой палец — верхняя головка шатуна, шейка вала — нижняя головка шатуна, опорные подшипники вала) производится рота­ционным масляным насосом. На задней коренной шейке имеется эксцентрическая эксплуатационная выточка, к поверхности ко­торой с помощью пружины прижимается плунжер (миниатюр­ный поршень). Выточка вала служит ротором, а плунжер — лопа­стью масляного насоса.

Масло, находящееся в нижней части кожуха мотор-компрес­сора, засасывается насосом через маслоприемник и входные ка­налы в корпус и подается в продольную канавку в коренном под­шипнике вала. Из канавки масло поступает через сквозные отвер­стия в щеке вала и шатунной шейке на передний подшипник, одновременно смазывая нижнюю головку шатуна. Из переднего подшипника масло попадает в кольцевую канавку цилиндра, про­ходя при этом через редукционный клапан, обеспечивающий под­держание требуемого давления в механизме движения.

При перемещении поршня в цилиндре масло из канавки попа­дает в отверстия бобышек поршня и смазывает палец. Излишки масла стекают из кольцевой канавки цилиндра через имеющееся отверстие в кожух мотор-компрессора.

Компрессор вместе с электродвигателем помещен в стальном кожухе, представляющем собой горизонтальную трубу с прива­ренными боковыми крышками. Ротор электродвигателя напрессо­ван на хвостовик вала, а статор, имеющий рабочую и пусковую обмотки, запрессован в кожух компрессора.

В одну из крышек (со стороны статора) впаяны проходные контакты, через которые подается напряжение на обмотки двига­теля. Через отверстие в другой крышке проходит нагнетательная трубка компрессора. Для технологических целей (обслуживание, ремонт агрегата) в одной из крышек имеется штуцер с запорной иглой или короткий патрубок, который в дальнейшем наглухо запаивают.

Мотор-компрессор типа ДХ имеет наружную подвеску кожуха на двух, трех или четырех пружинах.

Компрессор типа ФГ — поршневой, одноцилиндровый, с вер­тикально расположенной осью вала и кривошипно-кулисным меха­низмом движения. Компрессор ФГ является высокооборотным (ча­стота вращения вала 3000 мин^-1) и имеет внутреннюю подвеску (рис. 3).

Горизонтальное возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре осуществляется с помощью кулисного механизма за счет вращательного движения вала. Поршень с припаянной к нему обоймой перемещается в результате воздействия на него ползуна, расположенного на кривошипной шейке вала.

Смазка трущихся пар механизма движения компрессора осу­ществляется под действием центробежной силы. При вращении вала, нижний конец которого опущен в масляную ванну, масло через отверстие, просверленное эксцентрично оси вращения, поднимается вверх по спиральной канавке на поверхности корен­ной шейки и поступает в спиральные наружные канавки вала, где смазывает коренную и кривошипную шейки, а также пару обой­ма кулисы — ползун. Пара поршень — цилиндр смазывается раз­брызгиванием масла, которое орошает внутреннюю поверхность кожуха и двигатель, способствуя при этом их охлаждению.

Рис. 3. Компрессор ФГ: а - общее устройство: 1 - кожух; 2 - болт крепления статора; 3 - статор; 4 - корпус; 5 - болт крепления головки цилиндра; 6 - головка цилиндра; 7 – клапанная плита; 8 - цилиндр; 9 - поршень; 10 - кривошипная шейка вала; 11 - обойма кулисы; 12 - ползун кулисы; 13 - нагнетательная трубка; 14 – крышка кожуха; 15 - коренная шейка вала; 16 - шпилька подвески; 17 - пружина подвески; 18 - кронштейн подвески; 19 - подшипник вала; 20 - ротор; 21 - вал; б - схема работы компрессора ФГ: 1 - вал; 2 - опорный подшипник вала; 3 - корпус цилиндра; 4 - всасывающий клапан; 5 - нагнетательный клапан; 6 - поршень; 7 - кулисный механизм; в - коленчатый вал кулисного компрессора.

Пары хладагента всасываются из кожуха в цилиндр через глу­шитель всасывания и нагнетаются через глушитель нагнетания в нагнетательный трубопровод.

Цилиндр и глушители выполнены в общей чугунной отливке корпуса компрессора. Пластинчатые консольные клапаны распо­ложены по обе стороны плиты, которая вместе с крышкой и про­кладками прикреплена к торцу цилиндра четырьмя болтами. Ро­тор с крыльчаткой напрессован на валу. Статор прикреплен болтами к выступам нижнего торца корпуса. Компрессор подвешен на трех пружинах, которые предохраняются от выпадения шпиль­ками.

Выводные концы обмоток статора присоединены к проходным контактам с помощью трехгнездной штепсельной колодки из пла­стмассы. Токопроводящие стержни контактов в стеклянной изо­ляции находятся в общем стальном корпусе, приваренном к стенке кожуха.

Вплоть до самого последнего времени в агрегатах бытовых хо­лодильников применялись исключительно компрессоры поршне­вого типа. Однако уже сейчас американские производители за­явили о скором поступлении в продажу бытовых холодильников с ротационным мотор-компрессором, имеющим регулируемую ча­стоту вращения.

Основными элементами ротационных компрессоров, применяе­мых в бытовых кондиционерах, являются неподвижный цилиндр и вращающийся в нем поршень или ротор (рис. 4). Ротор свобод­но сидит на эксцентрике вала.

Рис. 4. Принцип работы ротационного компрессора: 1 - цилиндр; 2 - ротор; 3 - лопасть; 4 - нагнетательный клапан

Поскольку система с одним ротором является недостаточно устойчивой, а вибрация ощутимой, в последних моделях ротаци­онных компрессоров предложена высокопроизводительная двухроторная конструкция (рис. 5). Два ротора уравновешивают друг друга, обеспечивая устойчивую работу с гораздо меньшей вибра­цией. Кроме того, подобная система позволяет осуществить вра­щение с низким числом оборотов.

Рис. 5. Двухроторная конструкция: 1 - нижний цилиндр; 2, 4 – всасывающие патрубки; 3, 5 - лопасти; 6 – нагнетательный патрубок; 7 - вал; 8 - верхний цилиндр; 9 - байпас; 10 - клапан регулирования мощности.

Появление в сравнительно недавнее время в области холо­дильной техники и кондиционирования компрессора нового типа можно смело назвать революцией в отрасли. В 1905 г. француз­ский инженер Л.Круа получил в США патент на «роторную машину», в основе которой был заложен принцип будущего спирального компрессора. Однако вплоть до 1980-х гг. этот тип комп­рессора не разрабатывался и не про­изводился в силу технологических проблем, которые могли быть реше­ны только с появлением станков с числовым программным управлением. В настоящее время широ­комасштабные исследования в области спиральных компрессо­ров ведут все фирмы-производители компрессоров для холодиль­ной промышленности.

Спиральный компрессор состоит из двух основных частей — двух спиралей, вставляемых одна в другую. Одна из спиралей (подвиж­ная), связанная с эксцентриковым валом, колеблется, совершая плоско-параллельное орбитальное движение, причем центр ее движется по кругу. Вторая спираль (неподвижная) закреплена неподвижно относительно корпуса компрессора. Обе спирали абсолютно идентичны. В процессе работы (рис. 6) места контакта подвижной спирали перемещаются по профилю неподвижной спирали против часовой стрелки. Образующиеся при этом замкнутые серповидные полости концентрически перемещаются от периферии к центру. Центробежная сила обеспечивает хороший боковой контакт между спиралями.

В начальный момент, когда полость еще не замкнута, в нее по периферии системы свободно входит всасываемый газ. В дальнейшем газ перемещается к центру, испытывая повышение давления и температуры вследствие уменьшения объема полости, и в конце процесса сжатия через нагнетательное отверстие в центре выводится из компрессора. Максимальное сжатие происходит после трех полных оборотов подвижного спирального элемента.

Рис. 6. Принцип работы спирального компрессора.

Представляя цикл работы спирального компрессора целиком, можно заметить, что все три фазы — всасывания, сжатия и нагнетания — происходят одновременно и непрерывно. Когда газ сжимается на втором витке, в спирали входит другая порция газа, в то время как предыдущая уже уходит в линию нагнетания.

Сразу над выходным каналом неподвижной спирали находит­ся обратный клапан. Он предохраняет компрессор (после его вклю­чения) от обратного тока газа. Пройдя обратный клапан, газ ухо­дит из компрессора через нагнетательный патрубок.

Количество движущихся частей спирального компрессора снижено на 80 % по сравнению с поршневым герметичным ана­логом (с 15 до 3).

Учитывая особенности конструкции спирального компрес­сора, можно отметить следующие основные его преимущества перед поршневыми герметичными или бессальниковыми ана­логами:

• высокая надежность и повышенный срок службы благодаря небольшому количеству деталей, участвующих в процессе сжатия хладагента;

• хорошая устойчивость к перегрузкам;

• крайне низкий уровень шума вследствие отсутствия клапанов и возвратно-поступательного движения деталей;

• крайне малая вибрация вследствие плавного, непрерывного сжатия;

• очень высокий коэффициент подачи из-за отсутствия «мертво­го» пространства;

• повышенная энергетическая эффективность;

• стабильность работы компрессора при попадании в зону сжа­тия механических примесей, продуктов износа или жидкого хлад­агента;

• малые пусковой момент и пусковые токи (пуск без нагрузки), для однофазных моделей нет необходимости в пусковом оборудо­вании;

• компактность и меньшая масса (на 20 %).