Компрессоры холодильных машин

 

 

«Компрессоры  холодильных машин»

 

 

                                                          

                                                            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Введение
2. Типы поршневых компрессоров
3. Рабочий процесс одноступенчатого поршневого компрессора
4. Многоступенчатые поршневые компрессоры
5. Ротационные компрессоры
6. Винтовые компрессоры
7. Холодильные турбокомпрессоры
8. Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Компрессор — основной элемент наиболее распространенных в современной технике компрессионных холодильных машин.

 Назначение компрессора  — сжатие и перемещение паров  и газов.

 В холодильных установках  используют компрессоры различных  типов и мощностей, начиная  от малых с встроенным электродвигателем, работающих в домашних холодильниках, и кончая турбокомпрессорами крупных холодильных станций. По конструкции компрессоры делятся на поршневые, ротационные, винтовые, центробежные или турбокомпрессоры.

 

Типы поршневых  компрессоров

 

Работа поршневых компрессоров основана на уменьшении объема газа в  цилиндре при движении поршня. Поршневые  компрессоры (рис. 11) подразделяются на следующие виды:

• по числу ступеней — на одно-, двух- и многоступенчатые;
• по числу цилиндров — на одно- и многоцилиндровые. Блок цилиндров выполняют либо отдельно от картера (корпуса), либо в одной отливке с ним. Такая конструкция компрессора носит название блок-картерной;
• по расположению осей цилиндров — горизонтальные, оппозитные, вертикальные V-образные (с расположением двух пар цилиндров под углом 90°), W-образные (4 пары цилиндров с углами между парой по 45°);
• по числу рабочих полостей цилиндра — простого и двойного действия. В компрессорах простого действия сжатие паров происходит только при движении поршня в одну сторону, в компрессорах двойного действия при каждом ходе поршня с одной его стороны происходит всасывание, с другой — нагнетание;
• по движению паров в цилиндре — прямоточные, в которых пар в процессе сжатия не меняет своего направления и непрямоточные, в которых пар при сжатии меняет направление движения;
• по быстроходности — тихоходные и быстроходные;
• по типу шатунно-кривошипного механизма — крейцкопфные и бескрейцкопфные. В крейцкопфных компрессорах движение от шатуна к поршню передается через ползун (крейцкопф);
• по степени герметичности — с встроенным двигателем, бессальниковые, сальниковые.

 

 

Рабочий процесс  одноступенчатого поршневого компрессора

 

 Поршневой компрессор  засасывает пары хладагента со  стороны низкого давления и  сжимает их до давления конденсации,  при котором они могут отдать  окружающей среде тепло, воспринятое  в испарителе и компрессоре.

 Рабочее пространство  компрессора со сторонами всасывания  и нагнетания сообщается через  всасывающие и нагнетательные  клапаны. Они открываются и  закрываются вследствие перепада  давления между рабочей полостью  компрессора и пространством  за клапаном.

 Для открытия всасывающего  клапана давление в цилиндре  должно быть меньше давления  на стороне испарения, откуда  в цилиндр поступают новые  порции паров хладагента.

 Нагнетательный клапан  сообщает полость цилиндра со  стороной нагнетания лишь тогда,  когда давление в цилиндре  превысит давление в конденсаторе.

 Для отвода тепла  от цилиндров, которые сильно  разогреваются при сжатии паров,  поршневые компрессоры снабжают  рубашками охлаждения или ребрами  (при охлаждении воздухом). Через  рубашки охлаждения пропускают  холодную воду, а ребра охлаждения  отдают тепло окружающему воздуху.

 При нагревании сам  поршень и несущая его деталь  — шатун или шток удлиняются, поэтому в устройстве поршневого  компрессора предусмотрено, что  при нахождении поршня в крайнем  положении, называемом «мертвой  точкой», между его кромкой  и крышкой остается зазор, называемый  «мертвым» или «вредным» пространством.  Чем больше «вредное» пространство, тем меньше новых паров хладагента  всасывается в цилиндр компрессора.  Размер вредного пространства  вертикальных компрессоров —  до 1 мм, горизонтальных 1,2—2,5 мм.

 При работе компрессоров  различают сухой и мокрый ход.

 Сухим ходом компрессора  называется такая его работа, при которой пары, засасываемые  компрессором, не содержат капелек  жидкого хладагента. Сухой ход  — важное условие безаварийной  работы машины.

 При влажном ходе  пары несут с собой большое  количество капель и тумана  жидкости, которые, доиспаряясь во всасывающем трубопроводе и цилиндре, уменьшают холодопроизводительность компрессора. При этом всасывающий коллектор и стенки цилиндра покрываются снеговой шубой. Влажный ход может при-

 Действительный процесс  сжатия паров хладагента отличается  от теоретического. Объясняется это тем, что происходит оно не по адиабате, а по другой кривой (политропе) и тем, что всасываются не сухие насыщенные, а перегретые пары. Для установления степени отклонения в работе действительного компрессора от теоретического служит коэффициент подачи.

 Коэффициент подачи  характеризует потери в действительном  компрессоре в зависимости от  коэффициента объемного расширения, а также от коэффициентов дросселирования, подогрева и плотности.

 Коэффициент объемного  расширения учитывает влияние  на холодопроизводительность той части паров хладагента, которая не прошла в конденсатор, а осталась во «вредном» пространстве компрессора.

 

 Коэффициент дросселирования учитывает сопротивление всасывающих клапанов. Он равен 0,93÷0,97.

 Коэффициент подогрева  вводится для учета теплообмена  со стенками цилиндра и клапанами.  Он колеблется в пределах от 0,9 до 0,95.

 Коэффициент плотности  учитывает утечки паров хладагента  с нагнетательной стороны через  поршни и клапаны. Он принимается  равным 0,95÷0,98.

 Отношение действительной  холодопроизводительности к теоретической называется индикаторным коэффициентом.

 Механический коэффициент  учитывает потери на трение  в движущихся частях компрессора  и представляет собой отношение  индикаторной мощности к эффективной (затрачиваемой на валу компрессора).

 Индикаторной называется  мощность, затрачиваемая непосредственно  в цилиндре компрессора.

 Объемная холодопроизводительность для соответствующих условий определяется по таблицам или диаграммам.

 Значение коэффициента  подачи обычно приводится в  паспорте компрессора.

 Важной характеристикой  при сравнении различных компрессоров  по затрачиваемой для производства  холода мощности является удельная холодопроизводительность, определяемая отношением холодопроизводительности компрессора к эффективной мощности. Удельная холодопроизводительность с повышением температуры кипения повышается.

 

Многоступенчатые  поршневые компрессоры

 

 Многоступенчатое сжатие (в основном двухступенчатое)  происходит либо в одноступенчатых  компрессорах, скомпонованных в  агрегатах многоступенчатого сжатия, либо в двухступенчатых и многоступенчатых  компрессорах, один или несколько  цилиндров которых являются ступенями низкого давления и один-два цилиндра — высокого давления.

 Двухступенчатые компрессоры  предназначены для холодильных  установок с низкими температурами  кипения. Большинство двуступенчатых компрессоров изготавливают на базе одноступенчатых, меняя один из цилиндров на цилиндр большего диаметра. Отечественные заводы выпускают также двухступенчатые бескрейцкопфные компрессоры с одинаковым размером цилиндров низкого и высокого  давления  ДАУ-50,  ДАУ-80  и ДАУУ-100

 Эти компрессоры предназначены  для работы в диапазоне температур  кипения от —25° до —45° С при температуре конденсации не более 40° С.

 Разность давления  на поршень в ступени низкого  давления этих машин составляет 12 кгс/см2, а в ступени .высокого давления достигает 15 кгс/см2 при отношении давлений нагнетания и всасывания до 9.

 Двухступенчатый аммиачный  четырехцилиндровый компрессор  ДАУ-80 (рис. 18) снабжен двухскоростным  двигателем со скоростью вращения. 730 и 490 об/мин. В блок-картере 7 компрессора на два опорно-упорных коренных подшипника опирается коленчатый вал 3, снабженный противовесами.

 На хвостовике коленчатого  вала с помощью шпонки закреплен  маховик 10, к которому через  муфту 11 присоединен электродвигатель. На выходе коленчатого вала  из картера установлен пружинный  сальник трения 12, снабженный масляным  затвором.

 Гильзы 4 цилиндров компрессоров  съемные.

 Коленчатый вал приводит  в движение поршни трех цилиндров  низкого и одного цилиндра  высокого давления.

 Двухступенчатые  горизонтальные  крейцкопфные компрессоры типов  ДАОП и ДАОНП строят на общей  базе с оппозитными одноступенчатыми  компрессорами типа АО со встречным  движением поршней. Крейцкопфные  направляющие, шатунно-крейцкопфные  группы, клапаны и частично рамы, цилиндры и коленчатые валы  у компрессоров этого типа  полностью унифицированы.

 Двухступенчатый горизонтальный  компрессор ДАОН-275П (рис. 19) предназначен  для работы в диапазоне температур  кипения от —20 до —45° С и имеет при t° = — 40° С и tk = +35° С холодопроизводительность, равную 275 000 ккал/ч.

 

Ротационные компрессоры

 

 В холодильной технике  применяют компрессоры с катящимся  ротором-поршнем и вращающимся  ротором.

 Компрессор с катящимся  ротором (рис. 26) приводится в движение  эксцентриком центрального вала. Диаметр поршня меньше диаметра  цилиндра. При вращении эксцентрика  ротор 8 как бы катится по  внутренней боковой поверхности  цилиндра 7, создавая серповидную полость, положение которой зависит от угла поворота ротора.

 При помощи разделяющей  лопасти 3, постоянно прижимающейся  к ротору, серповидная полость  разделяется на две изолированные  части. Одна из них сообщается  со всасывающим патрубком 4, другая — с нагнетательным 5. По мере приближения ротора к верхнему положению всасывающая полость увеличивается и заполняется хладагентом, в то же время из нагнетательной полости пары вытесняются. За один оборот ротора эксцентрикового вала совершается полный цикл работы компрессора.

 [Компрессор с вращающимся ротором (рис. 27) имеет эксцентрично расположенный в цилиндре ротор-поршень 1, который вращается вокруг своей оси. В роторе сделаны радиальные прорези, в которых размещены скользящие пластины 2, плотно прижимаемые при вращении к поверхности цилиндра действием центробежных сил. Работа этих пластин обеспечивает всасывание и сжатие пара. Ротационные компрессоры такого типа называют еще пластинчатыми.

 Во избежание большого  износа пластин и чрезмерного  шума их окружная скорость  не должна превышать 12 м/с.

 Статор выполняют двух  типов: в одном пластины скользят  непосредственно по его корпусу,  в другом — по свободно вращающимся  кольцам.

 Сжатие пара, отсеченного  двумя пластинами, происходит непрерывно  по мере прохождения его по  окружности цилиндра.

 Пластинчатые компрессоры  отличаются легкостью запуска.  Их объемная производительность  в два раз выше объемной  производительности компрессоров  с катящимся ротором. Они надежны  в эксплуатации, спокойнее переносят  режим влажного хода.

 Ротационные компрессоры  пластинчатого типа очень удобны  для перемещения больших объемов  пара при малой степени сжатия (допустимая степень сжатия не  более 6). Поэтому их используют  чаще всего в качестве первой  ступени низкотемпературных холодильных  установок.

 Ротационный аммиачный  бустер-компрессор РАБ-100 (рис. 28) используют  в качестве ступени низкого  давления в двух- и трехступенчатых  холодильных установках в диапазоне  температур кипения от —65 до  —25° С .

 В цилиндре 1 компрессора  эксцентрично расположен вращающийся  многопластинчатый стальной ротор.  Цилиндр 1 и торцовые крышки 4 компрессора  — литые чугунные с охлаждающими  водяными рубашками. Пластины 10 выполнены  из асботекстолита и расположены  радиально. Вал 2 опирается на  однорядные радиальные роликоподшипники 8, расположенные в расточках торцевых  крышек.

 Рабочая полость компрессора  отделена от подшипниковых камер  асботекстолитовыми кольцами. Выходной  конец вала уплотнен сталеграфитовым двусторонним сальником 6. Корпус сальника снабжен водяной рубашкой и указателем уровня масла.

 Смазка подшипников,  пластин и цилиндра производится  плунжерным насосом-лубрикатором, приводимым  в действие от электродвигателя  через клиноременную передачу. На  лубрикаторе установлен масляный  бачок (смазочное масло ХА-30). На  всасывающей линии установлен  газовый сетчатый фильтр 9, на  нагнетательной— обратный клапан. Для защиты компрессора от чрезмерного повышения давления и температуры нагнетания предусмотрено реле.

 Соединение с электродвигателем  — через муфту.    Компрессоры   типа РАБ   устанавливаются  вместе с электродвигателями  на специальных фундаментах.

 Самый крупный из  выпускаемых отечественной холодильной  промышленностью ротационный компрессор  РАБ-300А, имеющий четыре вида  исполнения, дает при температуре  испарения —30° С 460000 ккал/ч холода.

Винтовые компрессоры

 

 Большое будущее в  холодильной технике принадлежит  винтовым компрессорам, особенно  в установках, где в качестве  холодильных агентов применяют  углеводороды типа метана, этана,  этилена, пропана и пропилена.  Сжатие этих газов ввиду их  взрывоопасности должно по возможности  осуществляться без контакта  со смазочным маслом.

 Винтовые компрессоры  имеют небольшие габариты, работают  при высоких числах оборотов, их характеристика близка к  характеристике поршневых компрессоров.

 В цилиндре компрессора с очень малым зазором расположены два винтообразных ротора 1 (рис. 29), выступ одного из которых постоянно находится во впадине другого. При вращении роторов газ, находящийся в зазоре между ними, сжимается и выталкивается из корпуса компрессора.

 Синхронность вращения  роторов 1 винтового компрессора  обеспечивается двумя зубчатыми  колесами 2, находящимися в специальном  картере. Благодаря зазору роторы  почти не изнашиваются.

 Винтовые компрессоры  обладают значительными преимуществами: высокий к. п. д., отсутствие контакта хладагента с маслом отсутствие клапанов в полости, сжатия, малые габариты, уравновешенность движущихся частей, непрерывность и плавность всасывания и нагнетания, возможность широкого регулирования холодопроизводительности, самоочищаемость роторов.

 Недостаток винтовых  компрессоров — резкий шум,  который создается как шестернями, так и газом, движущимся со  скоростью более 100 м/с.

 Для защиты обслуживающего  персонала от шума компрессоры  оборудуют поглощающими и резонансными  звукоглушителями и закрывают  звукоизоляционными колпаками. Управляют  винтовыми компрессорами, как  правило, из операторных, отделенных  от машинного зала стеной, в  которой иногда устраивают смотровые  окна с толстым стеклом.

 Специальным конструкторским  бюро компрессоростроения совместно с институтом ВНИИХОЛОДМАШ разработан первый советский холодильный винтовой компрессор марки 5ВХ-350 с регулированием холодопроизводительности от 100 до 10%.

 По мере освоения  производства винтовых компрессоров  они будут внедряться во все  отрасли народного хозяйства,  потребляющие большие количества  искусственного холода

 

 

 

Холодильные турбокомпрессоры

 

 Холодильные станции  многих предприятий имеют холодопроизводительность до 25 ÷ 30 млн. ккал/ч. Для производства такого количества холода используют турбокомпрессоры — самые высокопроизводительные компрессорные машины. Их применяют при переработке нефти, разделении газов, в производстве многих химических продуктов, в кондиционировании воздуха для глубоких шахт, метрополитенов, крупных общественных зданий, театров.

 Принцип работы турбокомпрессора  заключается в следующем (рис. 30): при вращении рабочего колеса 3 турбины на стороне входа  образуется разрежение, вследствие  чего пары хладагента непрерывно  поступают на лопасти рабочего  колеса из всасывающего трубопровода.

 В рабочем колесе  пары под действием центробежной  силы отбрасываются от центра  колеса к его внешней окружности, откуда попадают в диффузор 2,

 служащий для уменьшения  скорости газа. Падение скорости  компрессора:

 сопровождается   ростом  давления. Безлопаточный диффузор представляет собой кольцевую щель, отлитую в корпусе или образованную вставными кольцевыми дисками.

 По неподвижным каналам  обратного направляющего аппарата  газ попадает на рабочее колесо  следующей ступени, пока, наконец,  на последней ступени не достигается давление конденсации. За последней ступенью расположена улитка, которая служит для подвода газа к нагнетательному штуцеру.

 Чтобы не допускать  перетока газа и его утечки, между ступенями и в местах выхода вала из корпуса ставятся лабиринтные уплотнения. Большей частью они делаются из мягких металлов — алюминия, меди, бронзы и образуются выступами и впадинами на подвижной и неподвижной частях компрессора.

 На валу и ступице  рабочего колеса делают проточки, а в неподвижную часть корпуса  вставляют соответствующие им  кольца гребенчатого типа или  со срезанной кромкой.

 При слишком малой  производительности турбокомпрессора  может наступить опасное явление  — помпаж. Машина при этом работает в неустойчивом режиме, начинает издавать свистящий звук и вибрировать, ее производительность резко меняется, пары хладагента периодически поступают обратно в машину. Для борьбы  с помпажом  турбокомпрессоры  оборудуются специальным противопомпажным устройством, перепускающим часть паров с нагнетательной стороны на всасывающую.

 Система смазки турбокомпрессора  состоит из рабочего насоса, холодильника, фильтра, маслопроводов, пускового  насоса и клапана, регулирующего  давление в системе.

 Турбокомпрессор непосредственно  или через редуктор, повышающий  число оборотов, соединяется с  быстроходными электродвигателями  или паровыми турбинами. Вся  установка компактно монтируется  на сравнительно небольшом фундаменте.

 Конструктивные особенности  холодильных турбокомпрессоров  зависят от применяемого хладагента, числа оборотов, условий работы, типа привода.

 Фреоновый трехколесный турбокомпрессор (рис. 31) имеет чугунный литой корпус с горизонтальным разъемом. Ротор с тремя рабочими колесами уложен на подшипниках скольжения типа «Митчел». Рабочие колеса выполнены из легированной стали с цельнофрезерованными лопатками и приклепанными покрывными дисками.

 Осевое усилие воспринимается  разгрузочным поршнем-думмисом.

 После каждого колеса  имеется безлопаточный диффузор.

 Перед входом в турбокомпрессор  установлены поворотные лопатки;  предназначенные для регулирования  холодопроизводительности. Привод поворотных лопаток — от исполнительного механизма, расположенного вне компрессора.

 Перед вторым колесом  предусмотрен промежуточный подсос  паров фреона из отсека низкого  давления поплавковой камеры, в  которой расположены два регулирующих  поплавка для ступенчатого дросселирования фреона. На выходе из компрессора вал уплотнен торцевым сальником с рабочей парой сталь — графит, причем графитовые кольца для уменьшения их износа насажены на вал свободно и вращаются с меньшим, чем он, числом оборотов.

 

Заключение

Компрессор, устройство для  сжатия и подачи воздуха или другого  газа под давлением. Степень повышения  давления в компрессоре более 3. Для  подачи воздуха с повышением его  давления менее чем в 2-3 раза применяют  воздуходувки, а при напорах до 10 кн/м2 (1000 мм вод. cm.) - вентиляторы. Компрессоры впервые стали применяться в середине 19 в., в России строятся с начала 20 в.

 

По принципу действия и  основным конструктивным особенностям различают: компрессоры поршневые, компрессоры ротационные, компрессоры  центробежные, компрессоры осевые и  компрессоры струйные. Компрессоры  также подразделяют по роду сжимаемого газа ( компрессоры воздушные  и  др.), по создаваемому давлению рн (низкого давления - от 0,3 до 1 Мн/м2, среднего - до 10 Мн/м2 и высокого - выше 10 Мн/м2), по производительности, то есть объёму всасываемого Vвс (или сжатого) газа в единицу времени (обычно в м3/мин) и другим признакам. Компрессоры также характеризуются частотой оборотов n и потребляемой мощностью N.

 

Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в  крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом. Поршневые компрессоры  бывают одно- и многоцилиндровые, с  вертикальным, горизонтальным, V- или  W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия.