22. Типы компрессоров их устройство и принцип работы.

 

Один из главных элементов любой холодильной машины - это компрессор. Компрессор всасывает пар хладагента, имеющий низкие температуру и давление, затем сжимает его, повышая температуру (до 70 - 90°С) и давление (до 15 - 25 атм.), а затем направляет парообразный хладагент к конденсатору. Основные характеристики компрессора - степень компрессии (сжатия) и объем хладагента, который он может нагнетать. Степень сжатия - это отношение максимального выходного давления паров хладагента к максимальному входному.

В холодильных машинах используют компрессоры следующих типов:

поршневые - с возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах;

ротационные, винтовые и спиральные- с вращательным движением рабочих частей.

23. Поршневые компрессоры

 Поршневые компрессоры используются чаще всего в машинах большой мощности. Принцип их работы показана на схеме. При движении поршня (3) вверх по цилиндру компрессора (4) хладагент сжимается. Поршень перемещается электродвигателем через коленчатый вал (6) и шатун (5). Под действием давления пара открываются и закрываются всасывающие и выпускные клапаны компрессора холодильной машины. На схеме 1 показана фаза всасывания хладагента в компрессор. Поршень начинает опускаться вниз от верхней точки, при этом в камере компрессора создается разрежение и открывается впускной клапан (12). Парообразный хладагент низкой температуры и низкого давления попадает в рабочее пространство компрессора. На схеме 2 показана фаза сжатия пара и его выхода из компрессора. Поршень поднимается вверх и сжимает пар. При этом открывается выпускной клапан компрессора (1) и пар под высоким давлением выходит из компрессора.

Рисунок 1. Схема и принцип действия поршневого компрессора.

Классификация поршневых компрессоров

Поршневые компрессоры холодильных машин классифицируют:

по виду сжимаемого хладагента — хладоновые, аммиачные, углекислотные и т.д., а также универсальные, рассчитанные на ра­боту с рядом различных хладагентов, чаще всего с хладоном и аммиаком; у отечественных компрессоров унифицированного ряда вид хладагента отражает первая буква условного обозначе­ния: Ф — хладоны, А —аммиак;

по числу ступеней повышения давления (ступеней сжатия) — одно- и многоступенчатые (обычно двухступенчатые); в многоступенча­тых конструкциях цилиндры всех ступеней компонуют в общем блоке или на общей раме;

по схеме преобразования вращения вала в возвратно-поступательное движение поршня — бескрейцкопфные (с кинематической схемой коленчатый вал-шатун — поршень) и крейцкопфные, когда движение от шатуна к поршню передается через ползун (крейцкопф) и шток;

по характеру движения хладагента в цилиндре — непрямоточные, в которых хладагент в цилиндре меняет направление движения, а неподвижные клапаны размещают в головке цилиндра, и прямоточ­ные с неизменяемым направлением движения хладагента, когда один из клапанов, установленный в днище поршня, движется вместе с ним;

по числу цилиндров — одно-, двух- и многоцилиндровые (обыч­но число цилиндров не превышает восьми);

по расположению цилиндров — вертикальные, угловые (V- и вее­рообразные), оппозитные; характер расположения и число цилин­дров в угловых компрессорах унифицированного ряда отражают второй буквой условного обозначения соответственно для двух-, четырех- и восьмицилиндровых компрессоров В, У и УУ;

по степени герметизации — сальниковые, приводимые в действие выносным двигателем; бессальниковые с встроенным электродвигате­лем и герметичные, заключенные вместе с двигателем в герметичный кожух; в условное обозначение бессальниковых и герметичных комп­рессоров унифицированного ряда вводят буквенный индекс БС или Г;

по способу охлаждения цилиндров — с воздушным или водяным охлаждением;

по холодопроизводительности (холодильной мощности) порш­невые компрессоры классифицируют так же, как и холодильные машины, — малой (менее 12 кВт), средней (от 12 до 120 кВт) и боль­шой (свыше 120 кВт) мощности: величину холодопроизводитель­ности компрессоров унифицированного ряда в Мкал/ч при стан­дартных температурах кипения и конденсации (-15. +30 °С) указы­вают в числовом индексе условного обозначения компрессора;

по числу полостей цилиндра — простого и двойного действия. В компрессорах простого действия сжатие паров происходит только с одной стороны движущегося поршня; в компрессорах двойного действия при каждом ходе поршня с одной его стороны происхо­дит всасывание, с другой — нагнетание; по виду привода — с теп­ловым (от двигателя внутреннего сгорания), турбинным и элект­рическим приводом;

по типу привода — непосредственно от электродвигателя; с вне­шним приводом — через муфту (от электрических и тепловых дви­гателей); через клиноременную передачу;

по месту установки — стационарные и транспортные;

по частоте вращения вала— тихоходные (до 500 об/мин) и быст­роходные (более 500 об/мин).

Для современных поршневых компрессоров характерны следу­ющие особенности:

снижение габаритных размеров и массы благодаря повышению частоты вращения коленчатого вала до 1500—3000 об/мин;

плавное регулирование производительности;

применение непрямоточной схемы газораспределения для воз­можности использования встроенных устройств регулирования производительности и облегчения шатунно-поршневой группы;

повышение допустимой степени сжатия и разности давлений на поршень;

универсальность по отношению к хладагентам;

расширение но­менклатуры устройств, обеспечивающих автоматическую работу.

Надежность компрессора — это вероятность его безотказной работы в течение заданного времени, а также моторесурс до ре­монта. Отказ — это нарушение работоспособности узла (детали).

Для большинства компрессоров, работающих в стационарных условиях, моторесурс до среднего ремонта составляет 8—18 тыс. ч, а между капитальными ремонтами — 27—30 тыс. ч. При этом дол­жна обеспечиваться наработка на отказ не менее 2—4 тыс. ч для бессальниковых фреоновых компрессоров и не менее 1—1,8 тыс. ч для сальниковых аммиачных. У транспортных холодильных уста­новок эти показатели значительно ниже, что в основном объясня­ется спецификой работы (удары, вибрации, температурно-влажностные факторы и др.).

Компрессоры транспортных установок разработаны на базе су­ществующих стационарных аналогов с учетом специфических ус­ловий эксплуатации, размещения на подвижном составе и особен­ностей технического обслуживания. Используются как одноступен­чатые, так и многоступенчатые компрессоры.

Конструкция компрессоров

Рассмотрим на примере компрессоров типа "5", которые применяются в системах кондиционирования воздуха с холодильными установками типа МАВ-II (Maschinen apparate Bau) пассажирских вагонов с индивидуальной системой энергоснабжения постоянным током напряжением 110 В, воздушным охлаждением, изготовленных в ГДР.

Поршневые компрессоры холодильных машин малой и средней холодопроизводительности в большинстве случаев выполняют блок-картерными. Конструктивную основу таких компрессоров составля­ет фасонная отливка (блок-картер) из чугуна или алюминиевых спла­вов. В расточки блока запрессовывают тонкостенные втулки-гильзы цилиндров, отлитые из чугуна. Головки (крышки цилиндров) литые; они закрывают цилиндр или группу цилиндров и закрепляют клапан­ные плиты (обычно с помощью буферной пружины). В компрессорах предусмотрено водяное охлаждение цилиндров и их головок. Для это­го в блоке выполняют охлаждающие полости (рубашки). В компрес­сорах с воздушным охлаждением поверхность блока в верхней части, а также головки обычно выполняют с наружным оребрением.

Стальной коленчатый вал установлен на двух коренных подшипниках скольжения и одном шариковом подшипнике в крышке сальника. Шатуны и поршни, как и корпус, изготовлены из алюминиевого сплава. На каждый поршень надеты два компрессионных кольца и одно маслосъёмное.

Рабочие клапаны компрессора, установленные на клапанной плите, выполнены объединёнными концентрическими кольцевыми. В большом отверстии в центре всасывающего клапана установлен нагнетательный, который придерживается пружиной. В самом всасывающем клапане имеется кольцевая пластина из высококачественной стали, прижимающаяся к седлу пружинами.

Смазка коренных подшипников и верхних головок шатунов осуществляется под давлением от насоса, смазка поверхностей цилиндров - разбрызгиванием и маслом, растворенным в парах хладагента. С целью облегчения пуска при низких наружных температурах предусмотрен подогрев масла.

Компрессор имеет устройство для регулирования холодопроизводительности путём автоматического отжатия всасывающих клапанов без изменения частоты вращения коленчатого вала компрессора. В компрессоре холодильной установки типа МАВ-II могут отключаться два или три цилиндра, что даёт возможность установке работать с 25-, 50 и 100 %- ной холодопроизводительностью.