Поршневые компрессоры холодильных машин

Это — самый старый тип холо­дильных компрессоров, над со­вершенствованием конструкции ко­торого инженеры и технологи в содружестве с учеными трудятся вот уже несколько десятилетий. В результате у современного ком­прессора некоторые детали по клас­су точности и Чистоте обработ­ки не уступают деталям часового механизма.

Принцип действия. поршневого компрессора весьма прост. Внутри цилиндра взад-вперед перемещает­ся поршень. При его движении в одном* направлении происходит всасывание паров хладагента, в обратном направлении — сжатие и нагнетание. Пар поступает в ци­линдр через всасывающий клапан, который немедленно закрывается, как только всасывание закончи­лось. Сжатый пар выталкивается из цилиндра через нагнетатель­ный клапан, свободно открыва­ющийся только в одну сторону, благодаря чему пар не может воз­вратиться в цилиндр.

Нагнетательный клапан всегда размещается в крышке цилинд­ра, а всасывающий — либо в крыш­ке, либо в днище. В последнем случае всасываемый и сжимаемый пар проходит прямо от одного конца цилиндра к другому, поэ­тому такой компрессор называют прямоточным (рис. I). Когда же оба клапана находятся рядом в крышке, поток пара делает по­ворот на 180 градусов, и такой компрессор называют непрямоточ­ным (рис. 2).

Современные поршневые холо­дильные компрессоры конструиру­ют исключительно по непрямоточ­ной схеме. Это объясняется тем, что у непрямоточных компрессоров, по сравнению с прямоточными, существенно короче^ и, главное, легче поршень, что позволяет де­лать их более компактными и го­раздо более высокооборотными.

РИС. 1. Прямоточный поршневой холодильный компрессор:

/ — блок-картер; 2 нодянан ру­башка; 3 — крышка ннлиндроп; 4 — нагнетательный клапан; 5 — всасы­вающий клапан; 6 — гилі. за цилинд­ра; 7 — нитунно ііорпикиііи группа; Н — коленчатый нал; ‘J. масляный насос; 10 — фильтр; // — сальник

Поршневые компрессоры холодильных машин

Поршневые компрессоры холодильных машин

РИС. 2. Непрнмоточный поршневой холодильный компрессор:

Поршневые компрессоры холодильных машин

РИС. 3. Схема кривошипно-шатунного (а) и кривошипно-кулнсиого (б) механизмов движения поршня:

/ — кривошип; 2 — шатун; 3 — поршень; 4 — цилиндр с клапанами;5 — ползун; 6 — кулиса с поршнем

1 — блок-картер; 2 — всасывающий патрубок; 3 — блок цилиндров; 4 — крышка цилиндров; 5 — клапанная группа; С — нагнетательный патру­бок; 7 — шатунно-тюршневая груп­па; 8 — коленчатый вал; 9 — фильтр

Возвратно-поступательное дви­жение поршня в цилиндре обес­печивается кривошипно-шатунным механизмом, состоящим из колен­чатого или эксцентрикового вала и шатуна (рис. 3, а). Иногда в компрессорах малых холодильных машин применяют кривошипно-ку — лисный механизм (рис. 3, б).

Чтобы предотвратить утечку хладагента в окружающую среду, механизм движения поршня поме­шают в непроницаемый для пара хладагента корпус (картер), соеди­няемый с цилиндром в одну не­разъемную отливку, реже — с по­мощью шпилек.

В первом случае цилиндрами служат гильзы, плотно вставленные в расточки корпуса. В этом слу­чае он называется блок-картером. Для того чтобы предотвратить, по возможности, утечку сжимаемого пара через зазор между степка­ми цилиндра и поршнем, в коль­цевые проточки поршня вставляют пружинящие поршневые кольца.

Коленчатый вал соединяется с приводящим его в движение ва­лом двигателя (в большинстве случаев это — электродвигатель, редко — двигатель внутреннего сгорания) клиноременной переда­чей либо непосредственно муфтой. В этом варианте двигатель рас­полагается снаружи компрессора. Электродвигатель может также находиться внутри картера: его ро­тор насаживают непосредственно на коленчатый вал.

Поршневые компрессоры холодильных машин

РИС 4. Бессальниковый холодильный компрессор:

I — блок-картер; 2 — ротор электродвига­теля; 3 — статор электродвигателя; 4 — герметизированные электровводы

Поршневые компрессоры холодильных машин

Существует два типа компрессо­ров с электродвигателем внутри картера—так называемые бес­сальниковые и герметичные ком­прессоры. У бессальниковых ком­прессоров (рис. 4) картер разъем­ный, благодаря чему их можно ре­монтировать на месте эксплуата­ции. Герметичные компрессоры (рис. 5) наглухо заваривают в состоящий из двух половин кожух со впаянными в него всасываю-
шей и нагнетательной трубками и электропроводами для питания электродвигателя. Такие компрес­соры ремонтируют только на спе — диализированном предприятии, за­то при массовом производстве они обходятся значительно дешевле, а в случае поломки их можно заме­нить целиком.

Tw

Бессальниковые и герметичные компрессоры применяют только во фреоновых холодильных машинах.

Если в качестве хладагента слу­жит аммиак, размещать электро­двигатель внутри картера недопу­стимо. Аммиак весьма агрессивен по отношению к меди и имеет не­значительное электрическое сопро­тивление, поэтому очень трудно защитить медные обмотки электро­двигателя от разрушения.

Поршневые компрессоры холодильных машин

РИС. 5. Герметичный холодильный комп­рессор:

/ — кожух; 2 — блок цилиндров; 3 — ша- туиио-поршневая группа; 4 — масляный на­сос; 5 — коленчатый вал; 6 — электродви­гатель; 7 — глушитель шума

Если двигатель располагается вне герметичного компрессора, то конец коленчатого вала должен быть выведен через картер на­ружу и необходимо позаботиться о том, чтобы в этом месте не бы­ло утечек хладагента. Достигается это с помощью сальникового уплот­нения. Оно состоит из двух коль­цеобразных деталей, одна из ко­
торых крепится к вращающемуся валу, а другая — к неподвижному корпусу. Плотный контакт тща­тельно отполированных поверхно­стей двух колец обеспечивается специальной пружиной. Благодаря высокой чистоте обработки поверх­ностей, подбору материалов и обильной смазке кольца при враще­нии почти не изнашиваются, а по­тери на трение оказываются очень небольшими. Масляный слой меж­ду соприкасающимися поверхно­стями колец дополнительно пре­пятствует просачиванию хладаген­та через сальниковое уплотнение. Иногда для надежности в сальни­ковом уплотнении применяют две пары трущихся колец.

Очень важна для эффективной работы компрессора хорошая смаз­ка. Смазывать необходимо все тру­щиеся детали: подшипники колен­чатого вала, шатунные шейки, пор­шневые пальцы, цилиндры, сальни­ковые уплотнения. Простой вари­ант смазки — разбрызгивание мас­ла, налитого до определенного уровня в картер, при вращении коленчатого вала. Более надежной является принудительная смазка с помощью масляного насоса (ше­стереночного, лопастного, центро­бежного и др.). Нагнетаемое на­сосом масло через каналы, про­сверленные в коленчатом валу, подается к шатунным шейкам. Иногда в крупных поршневых ком­прессорах путь масла продлевает­ся по сверлениям в шатунах к поршневым пальцам.

Смазочное масло, заливаемое в картер, частично уносится пото­ком хладагента, из-за чего при длительной работе компрессора может возникнуть опасность су­хого трения в трущихся парах. Чтобы избежать этого, в холодиль­ной машине после компрессора устанавливают маслоотделитель, из которого масло периодически возвращается обратно в картер. В холодильных машинах, работаю­щих на хладагентах, которые хоро­шо растворяют масло (таким свой­ством обладают многие фреоны), маслоотделители обычно не ста­вят, так как. масло свободно цир­кулирует по системе вместе с хла­дагентом и своевременно возвра­щается в картер с потоком вса­сываемого пара.

При работе компрессор нагрева­ется за счет теплоты сжатого па­ра и различных потерь (в основ­ном из-за трения), поэтому его температура может повышаться до­вольно значительно. Чтобы ком­прессор не перегревался (а это может привести к подгоранию мас­ла, заклиниванию и другим не­приятностям), применяют охлаж­дающие водяные рубашки, охлаж­дающие змеевики в масляной ван­не картера, оребреннын корпус, вентилятор для принудительного обдува корпуса.

В компрессорах устанавливают также приборы, облегчающие об­служивание или повышающие без­опасность,^— манометры, запорные вентили, указатели уровня масла, фильтры, приборы автоматической защиты и т. д.

Некоторые модели компрессо­ров снабжены специальными уст­ройствами для регулирования про­изводительности.

Объемная производительность компрессора VKM, м3/с, тем боль­ше, чем больше объем его цилинд­ра ^D2S, м3 (где D—диаметр

Цилиндра, м; S — расстояние меж­ду двумя крайними положениями поршня, м), число цилиндров г и частота вращения (число оборо­тов) п, I /с, вала компрессора.

Теоретическая, при отсутствии каких-либо потерь, объемная про­изводительность

Ее называют также объемом, опи­сываемым поршнями.

Если эту величину умножить на плотность всасываемого пара у, кг/м’ то получим теоретическую массовую производительность ком­прессора GKMT= К,,мт у, кг/с.

Действительная производитель­ность компрессора всегда меньше : теоретической:

0К„.Л= ^КМ. Т^"

Коэффициент X, называемый коэффициентом подачи или напол­нения, учитывает потери, связан­ные с наличием мертвого простран­ства, подогревом всасываемого па­ра, утечками пара через неплот­ности, гидравлические потери в клапанах.

Мертвое пространство (или мертвый объем) — это небольшое свободное пространство в цилинд­ре, в котором остается сжатый пар, когда поршень достигает край­него положения в конце хода наг­нетания. Оно предохраняет пор­шень от удара о клапанную доску.

По мере того, как поршень дви­гается в цилиндре в обратном на­правлении, пар, находящийся п мертвом пространстве под высоким давлением нагнетания, начинает расширяться, заполняет цилиндр и затрудняет тем самым всасывание новой порции пара. В результате в цилиндр поступает нового пара меньше, чем могло бы. Это можно рассматривать как потерю произ­водительности компрессора по сравнению с теоретической.

Конструкторы стараются свести мертвое пространство к миниму­му. В современных компрессорах оно составляет 3—4 % полного объема цилиндра, и лишь в редких случаях его удается уменьшить до 1,5-2%.

Потеря производительности из — за других, названных выше при­чин, каждой в отдельности, как правило, меньше, но общие по­тери из-за них могут быть и боль­ше, чем потери из-за наличия мертвого пространства.

Действительная производитель­ность компрессора меньше теоре­тической на 10—40 %. Коэффици­ент подачи А.=0,9…0,6. Конкретное значение к зависит от многих фак­торов: конструкции компрессора, качества его изготовления, режи­ма работы (чем больше отноше­ние давления нагнетания к дав­лению всасывания, тем меньше X), вида хладагента и др.

В технической документации, как правило, указывается холодо — производительность компрессора. Это понятие условное, так как сам компрессор холода не производит. Холод вырабатывает холодильная машина, которая, помимо компрес­сора, имеет другие обязательные элементы, а ее холодопроизводи — тельность зависит от вида хлада­гента и термодинамического цикла.

Если они оговорены, то известна удельная массовая холодопроиз- водительность компрессора кДж/кг, и его холодоироизводи — тельность, кВт, легко подсчитыва — ется по формуле

Qokm= GKM Д<?0КЫ-

Если известен объем, описы­ваемый поршнями VKM,,то холодо- производительность компрессора можно определить как

QoKH~ ^KM. T^fluKM •

Где <701(н — удельная объемная хо- лодопроизводительность компрес­сора, кДж/м3.

По аналогии с холодильной машиной (см. тему 4) можно оп­ределить условный холодильный коэффициент компрессора екм=

Для компрессоров с электро­двигателем, встроенным в корпус, в эту формулу подставляют мощ­ность Л/„ измеренную электро­приборами на клеммах питания (^.k^Qokm/ZV,). в этом случае холодильный коэффициент называ­ют электрическим. Для компрес­соров с вынесенным из корпуса двигателем определяют так назы­ваемый эффективный холодильный коэффициент BeK»—Qo*4/Ne, ДЛЯ вычисления которого в формулу подставляют механическую мощ­ность Ne на приводном валу ком­прессора.

К’ще одним важным показате­лем является коэффициент полез­ного действия (КПД) т]км компрес­сора, который дает представление о том, насколько действительная потребляемая мощность больше теоретической[7], т. е. затрачиваемой на сжатие пара при отсутствии каких-либо потерь: теоретическую мощность находят с помощью /,І£р-диаграммьі (см. тему 4):

NT—IGKKT= (/2-/.)<w

Для компрессоров со встроен­ным электродвигателем определя­ют электрический КПД

А для компрессоров с вынесен­ным двигателем — эффективный КПД

КПД компрессора, как и коэф­фициент подачи, зависит от ре­жима работы, в первую очередь, от отношения давлений нагнетания и всасывания. Для современных компрессоров со встроенным элек­тродвигателем tjskm=0,45…0,7, для компрессоров с вынесенным дви­гателем — тіекм~0,6…0,77. Более высокие значения i)rKM объясняются тем, что в этом коэффициенте не учитываются электрические потери, входящие В Г);, км ■

В настоящее время широко ис­пользуют поршневые холодильные компрессоры холодопроизводитель — ностью при так называемых стан­дартных условиях (сравнительных, наиболее распространенных значе­ниях to, tK, tiw и /„) от десятко» ватт до примерно 250 кВт. Одна­ко, несмотря на совершенство, по­ршневые компрессоры понемногу уступают место компрессорам дру­гих типов, отличающимся более длительным рабочим ресурсом, меньшей виброактивностью и боль­шей компактностью.

Сокращение области примене­ния компрессоров поршневого типа будет происходить в ближайшие годы в основном за счет вытесне­ния компрессоров большой холодо- производительности. Компрессоры же малой холодопроизводитель — ности, видимо, еще дйлго будут удерживать главенствующее по­ложение в компрессорном парке.

Posted in К холодильной технике


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *