Холодильные установки с поршневыми компрессорами

Основным и наиболее ответственным компонентом любой холодильной установки, от бытового холодильника до промышленной машины, является компрессор. Он служит для создания разности давлений и обеспечения основных процессов в системе. Холодильный компрессор всасывает хладагент в виде пара с низким давлением и температурой, сжимает его и нагнетает с высоким давлением и температурой в конденсатор.

Наибольшее распространение в холодильной технике получили поршневые компрессоры. Принцип их работы основан на возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре.

Принцип работы поршневого холодильного компрессора.

В поршневом компрессоре возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре обеспечивается за счет вращения коленчатого вала. Вращение коленвала создается за счет работы электродвигателя. Поршневой компрессор может иметь один, два, три, четыре, шесть и восемь цилиндров. За один полный оборот коленчатого вала поршень совершает два хода между двумя крайними положениями и в каждом его цилиндре выполняется полный рабочий процесс.

Рассмотрим работу поршневого компрессора на примере простейшего варианта с одним цилиндром и соответственно одним поршнем. Весь рабочий процесс можно разделить на две части: фаза всасывания и фаза нагнетания.

Рисунок 1. Принцип работы поршневого холодильного компрессора: а) – процесс всасывания, б) – процесс нагнетания

Процесс всасывания поршневого компрессора.

При движении поршня (3) вниз от крайней верхней точки, в рабочей зоне (8) создается разряжение за счет увеличения объема полости цилиндра. И как только давление в рабочей области цилиндра (8) станет ниже давления в полости всасывания (11), всасывающий клапан (12) открывается, и пары хладагента из испарителя попадают в цилиндр (4).

Процесс нагнетания поршневого компрессора.

При движении поршня (3) вверх от крайней нижней точки, в рабочей зоне (8) давление растет, за счет уменьшения объема полости цилиндра (8) и сжатия паров хладагента. При увеличении давления всасывающий клапан закрывается, и как только давление в рабочей зоне (8) становится выше, чем в области нагнетания (7), нагнетательный клапан (1) открывается и газ поступает в конденсатор. В рабочем процессе поршневого компрессора невозможно полностью использовать весь объем цилиндра. Остается минимальное расстояние между поршнем в крайней верхней точке и крышкой цилиндра (10). Это пространство является вредным, за счет него образуются лишние потери в работе компрессора.

Так, при обратном ходе поршня, оставшаяся часть паров хладагента расширяется до давления в области всасывания (9), только после этого открывается всасывающий клапан (12). Рабочий процесс повторяется.

Устройство поршневого холодильного компрессора

Рассмотрим устройство холодильного поршневого компрессора на примере шестицилиндрового полугерметичного компрессора фирмы Bitzer . Основные элементы конструкции поршневого компрессора показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Устройство поршневого холодильного компрессора

Большое внимание при работе поршневого компрессора уделяется его системе смазки. Смазывание рабочих, трущихся частей компрессора необходимо чтобы уменьшить их износ и увеличить срок службы поршневого компрессора. В зависимости от конструкции, смазка поршневого компрессора осуществляется методом разбрызгивания и с помощью встроенного масленого насоса.

Конструкция поршневого холодильного компрессора.

Поршневые компрессоры могут быть герметичными и полугерметичными, конструктивно размещаясь в одном корпусе с электродвигателем, и полугерметичными открытого типа, зацепляясь с электродвигателем через муфту или другую передачу. Преимуществом полугерметичных поршневых компрессоров перед герметичными является возможность в случае поломки разобрать его и заменить поврежденные детали, не меняя целиком компрессор.

Производительность поршневых компрессоров может регулироваться с помощью частотных преобразователей, изменяя скорость вращения вала компрессора. Кроме этого полугерметичные компрессоры могут менять производительность с помощью системы электромагнитных клапанов, позволяющих закрывать часть всасывающих клапанов или перепускать газ.

На сегодняшний день на рынке холодильной техники в России, и в Челябинске в частности, представлены такие производители поршневых компрессоров, как Bock , Bitzer , Frascold , Copeland , Maneurop , Aspera , L ’ Unite Hermetique . К сожалению, среди них нет пока ни одного российского производителя.

Читайте также: Нормальный компрессор для покраски

Видео:Структура поршневого холодильного компрессора BitzerСкачать

Принцип работы поршневого холодильного компрессора

Компрессор — один из основных элементов холодиль­ной машины и холодильное оборудование. Он служит для сжатия холодильного аген­та от давления кипения Pо до давления конденсации P_к. Кроме того, компрессор отсасывает пар из испарителя и этим обеспечивает пониженное давление и температу­ру кипения холодильного агента, а нагнетая в конденса­тор, создает необходимые условия для сжижения газа.

Обязательным условием для создания заданного по­ниженного давления и температуры кипения в испарите­ле является отсос всего пара, образовавшегося в нем при восприятии тепла от охлаждаемой среды. Поэтому про­изводительность компрессора должна соответствовать производительности испарителя.

Производительность холодильный компрессор холодильного компрессора в от­личие от газового компрессора выражается не только массой или объемом засасываемого в единицу времени пара, но и холодопроизводительностью машины, т. е. количеством тепла, воспринятого от охлаждаемой сре­ды в единицу времени Q₀Bt (ккал/ч), которое вызвало образование пара, засасываемого компрессором.

Компрессор всасывает парообразный хладагент, поступающий от испарителя при низкой температуре и низком давлении, производит его сжатие, повышая давление и температуру, и направляет затем к конденсатору. В зависимости от условий работы холодильной машины, давление паров хладагента на выходе компрессора может составлять 15-25 атм, а температура 70-90°С.

Важной характеристикой компрессора является степень сжатия и объем хладагента, который нагнетается компрессором. Степень сжатия определяется как отношение максимального давления на выходе компрессора к максимальному давлению на входе.

По своему конструктивному исполнению компрессоры, используемые в холодильных машинах, могут быть разделены на две основные категории:

• поршневые;
• ротационные, спиральные SCROLL, винтовые.

Принципиальное отличие ротационных, спиральных и винтовых компрессоров от поршневых заключается в том, что всасывание и сжатие хладагента осуществляется не за счет, возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах, а за счет вращательного движения рабочих органов, соответственно пластин, спиралей и винтов.

Видео:Поршневые холодильные компрессорные установкиСкачать

Компрессоры поршневые

Наибольшее распространение получили поршневые компрессоры. Схема работы такого компрессора показана на рисунке.

Сжатие газа обеспечивается поршнем (3) при его движении вверх по цилиндру (4). Перемещение поршня обеспечивается электродвигателем через коленчатый вал (6) и шатун (5). Всасывающие и выпускные клапаны открываются и закрываются под действием давления газа.

Фаза всасывания хладагента показана на рис. 3.5, а. Поршень (3) начинает опускаться в цилиндре (4) от верхней т.н. «мертвой точки». При движении поршня вниз, над поршнем создается разрежение и парообразный хладагент через открытый впускной клапан (10) всасывается в цилиндр.

Фаза сжатия и выпуска разогретого пара высокого давления показана на рис. 3.5, б. Поршень двигается в цилиндре вверх и сжимает пар. Выпускной клапан (1) открывается, и пар под давлением выходит из компрессора. Конструкция цилиндра такова, что поршень никогда не касается головки клапанов (10), всегда оставляя некоторое свободное пространство, называемое «мертвым объемом».

Поршневые компрессоры производятся в различных модификациях. В зависимости от типа конструкции и от типа электродвигателя различают компрессоры:

В герметичных компрессорах электродвигатель и компрессор расположены в едином герметичном корпусе. Мощность таких компрессоров может составлять 1,7-35 кВт. Они широко используются в холодильных машинах малой и средней мощности.

В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор закрыты, соединены напрямую и расположены по горизонтали в едином разборном контейнере. Эти компрессора производятся в широкой гамме мощностей от 30 до 300 кВт. В случае повреждения можно вынимать электродвигатель, получая доступ к клапанам, поршню, шатунам и другим поврежденным частям. Они широко применяются в холодильных машинах средней и средне-большой мощности.
В открытых компрессорах электродвигатель расположен снаружи (вал с соответствующими сальниками выведен за пределы корпуса). Соединение электродвигателя с компрессором может быть прямым (в линию) либо через трансмиссию.

Охлаждение электродвигателя герметичных и полутерметичных компрессоров производится самим же всасываемым хладагентом.

Читайте также: Как установить зиловский компрессор

Регулирование мощности холодильной установки может выполняться как в режиме «пуск-остановка», так и с плавной регулировкой скорости вращения компрессора, с использованием специальных устройств, называемых инверторами.

В полугерметичных компрессорах регулирование мощности может обеспечиваться также перепуском газа с выхода на вход либо закрытием всасывающего клапана одного или нескольких цилиндров.

Для привода компрессора используются, в зависимости от мощности, однофазные с конденсаторным пуском или трехфазные электродвигатели.

Основным недостатком поршневого компрессора является наличие пульсаций давления паров хладагента на выходе из компрессора, а также большие пусковые нагрузки. Поэтому электродвигатель должен иметь запас мощности для пуска компрессора и иметь акустическую защиту для снижения уровня шума.

Количество запусков компрессора является наиболее критичным для его срока службы. Именно на режиме запуска происходит большее количество отказов, поэтому система управления холодильной машины ограничивает время между повторными пусками компрессора (как правило, не менее 6 мин) и время между остановом и повторным пуском (2-4 мин).

Видео:Что нужно знать про компрессора с холодильных установокСкачать

Холодильные компрессоры — винтовые, поршневые

Герметичные компрессоры имеют неразъемный корпус и сравнительно малую мощность, а потому их применение зачастую ограничивается розничной торговлей. Полугерметичные обладают более высокой производительностью, что позволяет использовать их в составе промышленных холодильных установок. Мощность электродвигателей полугерметичных компрессоров составляет до 500 кВт.

Видео:Мощные компрессоры BITZER и DORIN.Скачать

Применение

Промышленные холодильные агрегаты производства нашей компании оборудуются производительными и экономичными поршневыми и винтовыми компрессорами Copeland, Bitzer, Maneurope и L’UniteHermetique.

Видео:Холодильные компрессорыСкачать

Полугерметичные винтовые компрессора

Винтовые полугерметичные компрессоры Bitzer обладают производительностью от 84 до 780 кВт, что позволяет их использовать в камерах шоковой заморозки, а также там, где необходимо плавное регулирование уровня мощности. Объединив в одной установке несколько компрессоров можно достичь холодопроизводительности 2800 кВт и больше.

Винтовые компрессоры имеют следующие преимущества:

• небольшие размеры;
• низкая шумность и отсутствие вибрации;
• высокая производительность, а также возможность работы со всеми типами хладагентов;
• надежные и мощные электродвигатели.

Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

Принцип работы

Видео:Холодильный компрессор | Как это устроено? | DiscoveryСкачать

Полугерметичные поршневые компрессора

Характерными особенностями является:

• инновационная конструкция клапанных досок;
• наличие встроенных моторов высокой мощности с системой возврата масла и системой охлаждения посредством всасываемых паров;
• наличие коленвалов высокой износостойкости;

Компрессоры, предназначенные для работы при низких температурах (от — 40°С до −5°С), оснащены системами «CIC» и «Varicool». Они применяются для промышленного охлаждения и систем кондиционирования. Двухступенчатые компрессоры отличаются тем, что в них две ступени сжатия производятся в одном корпусе, что снижает возможность перегрева агрегата. Основными преимуществами двухступенчатых являются:

• интегрированная система охлаждения жидкости;
• используют для работы хлор-несодержащие хладагенты;
• имеют низкое энергопотребление;
• характеризуются компактными размерами.

Видео:Промышленные холодильные компрессоры.Скачать

Принцип работы

Видео:Дозаправка компрессора маслом | Полугерметичный поршневой компрессор Frascold V25-93YСкачать

Сравнительный анализ спирального и поршневого компрессоров

Сейчас, динамично развивающееся производство спиральных компрессоров все больше теснит своих конкурентов, когда-то прочно занимавших свои позиции в определенном диапазоне холодопроизводительности. Появляются вопросы: почему так происходит, в чем отличительные особенности спирального компрессора, в чем его достоинства над своими конкурентами.

В статье сделана попытка раскрыть кое-какие достоинства, проведя сравнительный анализ по процессам всасывания и нагнетания спирального компрессора с его ближайшим конкурентом – поршневым компрессором.

Видео:MYCOM холодильная установка обзор от машиниста холодильных установокСкачать

Идеальные параметры

Видео:Краткое руководство по переходу на другой реф. компрессор, только практикаСкачать

Сравнение рабочих коэффициентов

Мертвый объем.

В спиральном компрессоре оставшийся невытесненным газ выполняет совсем другую роль, чем газ, находящийся в мертвом пространстве поршневого компрессора. Невытесненное рабочее вещество практически не влияет на полноту наполнения полостей всасывания, и оно расширяется не до давления всасывания, а до давления внутреннего сжатия:
¥с=1

Гидравлические потери.

Подогрев пара.

Перетечки.

Видео:Какой компрессор лучше: безмасляный, ременный или коаксиальныйСкачать

Коэффициенты подачи для спирального (СК) и поршневого компрессоров (ПК)

Для этих же компрессоров, что и коэффициент подачи, рассчитаны величины полного КПД (см. табл. 2).
Таблица 2

Читайте также: Компрессор автомобильный насос berkut r20

Видео:Сборка холодильного агрегата на базе компрессора BITZER.Скачать

Величины полного КПД для спирального (СК) и поршневого компрессоров (ПК)

Видео:Компрессор из холодильного 1П10, ФВ6, ИФ56, 5 часть, завершениеСкачать

Зависимость КПД от степени сжатия

(рассчитано для спирального компрессора с производительностью 75 м3/ч)

Как видно из таблицы, с другими параметрами для спирального компрессора результаты не столько впечатляющи, как с коэффициентом подачи. Спиральный компрессор выигрывает лишь в высокотемпературном режиме работы, при небольшом значении степени сжатия (πk). При увеличении степени сжатия (см. график 1), величина полного КПД прямолинейно снижается и при значении πk=8 пересекает рубеж 50%. Трудно точно сказать, почему так происходит, но из проведенного анализа можно сделать вывод: спиральному компрессору гораздо выгоднее работать с большими количествами сжимаемого пара, при невысоких значениях степени сжатия.

Видео:В поисках льда Тема 5 Холодильные компрессорыСкачать

«Пульсация пара» в поршневом и спиральном компрессорах

В поршневом компрессоре всасывание и нагнетание пара происходит периодично. Из-за этого возникает такое явление как «пульсация пара». Это негативно сказывается на процессах в конденсаторе, а так же создает дополнительный шум при работе компрессора. Для устранения данной проблемы применяются глушители. Роль их различна в зависимости от того, на какой линии они расположены. Основное назначение глушителя на нагнетании — уменьшить колебания газового потока в нагнетательном трубопроводе и конденсаторе, и таким образом, снизить шум, а также повысить надежность работы машины в целом. Всасывающий глушитель уменьшает пульсации газа в кожухе и непосредственно снижает шум компрессора. В компрессорах серии «Оctagon» (Bitzer, Германия) существует эксклюзивная запатентованная система глушителя, встроенного в крышку цилиндров (см. рис. 1), которая представляет собой длинный узкий загнутый канал, расположенный на выходе из нагнетательной камеры и служащий своего рода газовой подушкой для паров, выходящих из цилиндра компрессора. Эта система существенно снижает колебания пара в нагнетательном патрубке (см. рис. 2).

Рис. 1. Схематический чертеж встроенного глушителя (сам глушитель – это длинная узкая трубка). Правый конец этой трубки закрыт, он упирается в металлический корпус компрессора, другим своим концом она уходит на нагнетание. В центральной части трубки сделано отверстие, куда поступает сжатый в компрессоре пар. Пар, попадая в отверстие, разделяется на два потока: один идет налево, другой направо. Поток, ушедший направо ударяется о глухой конец трубки, идет обратно, доходит до отверстия, встречается там с вновь сжатым в компрессоре паром и гасит его пульсацию, за счет разного направления движения и различных фаз колебания.

Рис. 2. «Пульсация пара» (вверху — с использованием встроенного глушителя, внизу — без него).

Видео:Двухступенчатый компрессор Bitzer с переохладителем жидкости. Шоковая заморозка. Минус 40*С.Скачать

В спиральном компрессоре:

• Процессы всасывания, сжатия и нагнетания происходят непрерывно и растянуты по углу поворота вала
• Ротационное движение подвижной спирали полностью уравновешивается и совершает плавное движение
• Отсутствуют препятствия для свободного течения газового потока

Отсюда отсутствие «пульсации пара» и снижение шума компрессора, по некоторым данным на 5-10 Дб. К примеру, уровень шума полугерметичного поршневого компрессора составляет 70 Дб, что соответствует шуму, производимому грузовым автомобилем во дворе жилого дома или громкому разговору, а шум в 60 Дб — это телевизор, музыкальный центр, включенные на средней мощности, электробритва или легковой автомобиль во дворе жилого дома.

Видео:ПРИНЦИП РАБОТЫ КЛАПАНОВ поршневого холодильного компрессора.Скачать

Заключение

Все данные по компрессорам взяты из каталогов фирмы Bitzer (Германия).
Для расчетов были выбраны следующие типы компрессоров:

• ESH730 (B)(Y) – 30 м3/ч.
• ESH976 (B)(Y) – 76 м3/ч.

• 4VCS – 6.2(Y) – 34,7 м3/ч.
• 4H – 15.2(Y) – 73,7 м3/ч.

Расчеты проводились для фреона R134a.

🔥 Видео

Компрессор из холодильной установки, без заморочек.Скачать

Принцип работы холодильной централиСкачать

⚠️ КАК РАБОТАЕТ КОМПРЕССОР ⚠️ для ХОЛОДИЛЬНИКА ❄️Скачать