Изменение холодопроизводительности поршневых компрессоров

В настоящее время большое распространение получили способы изменения холодопроизводительности компрессора путем пуска и остановки, а также с помощью отжима всасывающих клапанов. Первый способ не требует дополнительных устройств и является основным для компрессоров небольшой производительности.

Частые пуски и остановки компрессоров большой холодопроизводительности кроме нежелательной пульсации тока в электросети вызывают повышенный износ трущихся узлов компрессора. Усложняется схема автоматического управления и защиты, так как необходимо устанавливать дополнительные приборы и устройства для разгрузки компрессора на период пуска. Отжим всасывающих клапанов компрессоров с вертикальным и угловым расположением цилиндров возможен только при непрямоточной конструкции компрессора.

На рис. 2.20 показан электромагнитный клапан с внутренней и внешней катушками. Электромагнитный клапан работает следующим. При подачи тока в катушку 1 магнитное поле замыкается через пластину 3 кольцевого клапана и удерживает ее в верхнем отжатом положении. При этом полость цилиндра соединяется с полостью всасывания, обеспечивая перепуск пара (газа) при нагнетании из цилиндра обратно в полость всасывания. При отжатом положении пластины всасывающего клапана цилиндр не подает пары в нагнетательную сторону и холодопроизводительность компрессора снижается. Можно отжать пластины всасывающих клапанов всех цилиндров. В этом случае холодопроизводительность равна нулю. К нулевой производительности прибегают в период пуска компрессора с целью разгрузки компрессора. На рис. 2.21 видно, что площадь 2 на диаграмме значительно меньше площади 1 индикаторной диаграммы рабочего цикла.

Система электромагнитного воздействия на пластину всасывающего клапана по сравнению с гидравлической системой отжима пластины, не требуя дополнительных деталей, кроме катушки и диамагнитных приставок, отличается конструктивной простотой, обеспечивая при этом безынерционную работу клапана (продолжительность срабатывания электромагнита обычно не более 5-10 микросекунд - мкс).

Электромагнитное управление всасывающими клапанами позволяет в зависимости от требований технологического процесса осуществлять ступенчатое (т. е. с отсечкой на части хода сжатия) регулирование компрессора.

На рис. 2.22 показана схема изменения холодопроизводительности 6-цилиндрового компрессора SMC фирмы "Саброе" (Дания). Отжим пластин всасывающих клапанов цилиндров осуществляется гидросистемой. В качестве таковой используют смазочную систему компрессора. Масляный насос 2 подает масло в систему и одновременно в клапан 6. Если масло не поступает из клапана 6 в отжимной цилиндр 4, то пружину отводит шток отжимного устройства в правое положение. Пластины всасывающих клапанов этого ряда цилиндров находятся в отжатом состоянии. После остановки компрессора масляный насос не создает давления, поэтому все отжимные устройства всех рядов цилиндров создают полную разгрузку компрессора.

Перемещая поршень клапана 6, можно отключать 2, 4 и 6 цилиндров компрессора, изменяя холодопроизводительность со 100 до 33 и 66%, и обеспечивать нулевую производительность.

Винтовые компрессоры

Винтовые компрессоры, как и поршневые, относятся к типу компрессоров объемного принципа действия. Повышение давления пара в них достигается за счет уменьшения замкнутого объема, образуемого впадинами винтов и стенками корпуса. Винтовые компрессоры имеют преимущества перед поршневыми. В отличие от поршневых, у винтовых компрессоров нет всасывающих и нагнетательных клапанов, возвратно-поступательно движущихся частей. Коэффициент подачи у винтовых маслозаполненных компрессоров выше, чем у поршневых, а срок службы составляет не менее 40 тыс. ч. Винтовой компрессор можно использовать для сжатия любых холодильных агентов, не изменяя при этом конструкцию.

Принцип работы винтовых компрессоров известен более 100 лет, но начали использовать их в холодильной технике лишь в 40-х годах XX в. Возможность использования винтовых компрессоров в холодильной технике возникла в связи с применением компрессора маслозаполненного типа, когда в полость между винтами подается значительное количество масла. Оно (масло) предназначено для смазывания и уплотнения зазоров между рабочими частями компрессора.

На рис. 2.23, а показан момент всасывания, т. е. заполнение парами хладагента полостей; на рис. 2.23, б - момент разъединения полостей всасывающей стороной, т. е. происходит отсечка полостей роторов.

Подача циркулирующего масла производится в той части корпуса, когда полости между роторами уже не сообщаются с всасывающей стороной. По мере входа зуба ведомого ротора во впадину ведущего занимаемый хладагентом объем уменьшается. Процесс сжатия паров в парной полости продолжается до тех пор, пока все уменьшающийся объем не подойдет к кромке окна нагнетания. На рис. 2.23, в показан процесс сжатия. На рис. 2.23, г видно, что полость сжатого пара подошла к кромке окна нагнетания, процесс сжатия закончился, начинается процесс нагнетания.

На рис. 2.24 показана индикаторная диаграмма рабочего процесса.

Винтовой компрессор, работающий с циркуляционной смазочной системой, показан на рис. 2.25. Корпус компрессора 1 имеет один вертикальный разъем. В цилиндрических расточках корпуса находятся винты, ведущий 2 и ведомый 13. В качестве опорных подшипников 3 применены подшипники скольжения. Осевое усилие ротора воспринимает упорный подшипник 5. Для уменьшения этого усилия на ведущем роторе имеется разгрузочный поршень 4. Шестерни 6 и 7, закреп-

Рис. 2.24. Индикаторная ленные на валах ведущего и ведомого винтов, синхронизируют их вращение. У маслозаполненных винтовых компрессоров шестерни связи могут отсутствовать.

Роторы у винтовых компрессоров изготавливают стальными цельноковаными, зазор между ними меньше 1 мм, торцовый зазор со стороны нагнетания составляет 0,1 мм, со стороны всасывания - 0,5 мм, зазор между ротором и цилиндрической частью корпуса 0,25 мм, установочный зазор в подшипниках скольжения - 0,07-0,095 мм. Большую опасность для радиальных подшипников представляет работа компрессора в режиме так называемого влажного хода. Если объем засасываемого жидкого хладагента приближается к конечному объему рабочей полости, то резкое увеличение радиальной нагрузки приведет к задирам подшипников. Винтовые компрессоры комплектуются с маслоотделителем.

Холодопроизводительность винтового компрессора. В отличие от поршневых компрессоров с самодействующими клапанами показатели процесса сжатия пара хладагента зависят от расположения и размеров окна нагнетания. Давление внутреннего сжатия (см. рис. 2.24) может не совпадать с давлением нагнетания, которое устанавливается для данной машины в зависимости от температуры воды, охлаждающей конденсатор. Если p_i′<p₂ (в точке 3'), то происходит так называемое внегеометрическое

дожатие пара до давления нагнетания. Если p_i′>p₂ (в точке 3"), то происходят расширение сжатого в полостях роторов пара и падение давления. При работе компрессора на данных режимах наблюдается повышенный расход энергии. Значение этих потерь определяется площадью одного из заштрихованных треугольников.

Процессы всасывания, сжатия и выталкивания пара в винтовом компрессоре последовательно чередуются для каждой отдельно взятой парной полости. Непрерывная подача пара обеспечивается высокой скоростью перемещения полостей.

Теоретическая объемная производительность винтового компрессора - рабочий объем - равна сумме объемов полостей, т. е.

V_k=m₁f₁n₁l+m₂f₂n₂l

где m₁ и m₂ - число зубьев (заходов) ведущего и ведомого роторов, шт.;

f_1n, f_2n- площадь впадин между зубьями (в торцовой части) ведущего и ведомого роторов, м²;

n₁, n₂- частота вращения ведущего и ведомого роторов, с^-1;

l - длина винтовой части ротора, м.

Поскольку m₁n₁ = m₂n₂, то уравнение будет иметь вид

V_k=n₁m₂l(f_1n+f_2n)

Действительная объемная холодопроизводительность винтового компрессора V_д ниже теоретической, что вызвано такими потерями, как внутренние протечки, гидравлические сопротивления всасывающего тракта, подогрев всасываемого пара, влияние защемленных объемов. Объем пара, действительно засасываемого компрессором, учитывают с помощью коэффициента подачи. Коэффициент подачи винтового компрессора так же, как у поршневого, определяется отношением действительной объемной производительности к теоретической, определяемой при одних и тех же условиях.

Изменение действительной объемной холодопроизводительности винтового компрессора можно осуществлять перепусканием сжатого пара со стороны нагнетания во всасывающую сторону, дросселированием пара во всасывающем патрубке, изменением частоты вращения и с помощью регулировочного шибера. Первые два способа приводят к большим затратам энергии, так как снижение Кд компрессора происходит почти без снижения расхода энергии. Управление изменением частоты вращения требует усложнения конструкции привода. Наиболее часто изменяют действительную объемную холодопроизводительность с помощью регулировочного шибера (золотника) 12 (см. рис. 2.25). Валик 8 и винт 9 служат для перемещения золотника вместе с гайкой 11. От проворачивания шибер удерживается шпонкой 10. Привод шибера ручной, а в режиме автоматической работы гидравлический или электрический. Назначение шибера - задержать начало сжатия, что эквивалентно уменьшению рабочего объема компрессора. Такой способ изменения холодопроизводительности компрессора гораздо экономичнее, чем перепуском сжатого пара или дросселированием.

С помощью золотника можно изм* пять действительную объемную холодопроизводительность от 10 до 100%.

На схеме (рис. 2.26) масло подается из смазочной системы комрессора. После пуска компрессор масло поступает в разгрузочный клапан 9 и плунжер поднимается вверх, перекрывая трубопровд 8, 10. Масло поступает к невозвратным клапанам 7, 14 и к трехходовым соленоидным вентилям и 12, последние соединены труб проводами 11 и 6 с полостями и 4 гидроцилиндра 2.

При остановке компрессора давление падает, плунжер клапана опускается под действием силы пружины и соединяет полости гидроцилиндра. Пружина гидроцилиндра перемещает поршень соответственно золотник 1 в положении минимальной производительности. Этим обеспечивается разгрузка KOI прессора при пуске.

Для увеличения действительной объемной холодопроизводительности компрессора подается питание i соленоидный вентиль 12, который пропускает масло из полости 3 по трубопроводу 13 на всасывание. Поршень, перемещаясь влево, передвигает шибер и увеличивает холодопроизводительность компрессора. Для уменьшения холодопроизводительности компрессора подается питание на соленоидный вентиль.

Смазка винтового компрессора (рис. 2.27). Масляный насос приводится в действие от ведущего ротора, после чего масло подает к холодильнику 10, оттуда в фильтр 9. Контроль за подачей осуществляют с помощью реле протока 8. Давление масла после наcoca, как правило, превышает давление нагнетания на 0,25-0,3 МПа. Количество подаваемого в компрессор масла изменяется в среднем от 5 до 8,5 л на 1 м³ рабочего объема компрессора. Например, для компрессора с рабочим объемом 711м³/ч объем подаваемого масла равен 6 м3/ч. Около 50% масла идет на смазку подшипников, остальное впрыскивается в полости компрессора.

Все масло после компрессора поступает в маслоотделитель 18. Масло, отделенное в маслоотделителе, имеет сравнительно высокую температуру (в среднем 50-90 °С), поэтому оно охлаждается в холодильнике 10 до температуры 30-40 °С. Охлаждение масла производят забортной водой или с помощью небольшого испарителя холодильной машины. Охлаждение водой предпочтительнее, так как оно экономичнее и конструктивно выполняется проще.

Если компрессор длительное время не работает и масло охладится, то перед пуском компрессора масло подогревают специальным электронагревателем.

Недостатком винтовых компрессоров является высокий уровень шума. Экономичность винтовых компрессоров несколько ниже, чем поршневых. К недостаткам винтовых маслозаполненных компрессоров можно отнести сложную смазочную систему.

Контрольные вопросы

I. В чем отличие прямоточных и непрямоточных компрессоров?

2. Какое конструктивное отличие компрессора простого действия от компрессора двойного действия?

3. Какое устройство для защиты от гидравлического удара имеется в компрессоре?

4. Чем отличается поршневое уплотнительное кольцо от маслосъемного?

5. Как смазывается сальник компрессора?

6. Каково назначение предохранительного клапана в компрессоре?

7. Каким образом масло, уносимое парами хладагента, возвращается в картер компрессора?

8. Почему компрессор, работающий на аммиаке, имеет большую холодопроизводительность, чем при работе на R12?

9. Каким образом можно изменить холодопроизводительность холодильного компрессора?

10. Как происходит сжатие в винтовом компрессоре?

11. Почему в винтовом компрессоре возникают энергетические потери, когда давление в конце сжатия не совпадает с давлением нагнетания?

12. Почему при перемещении золотника холодопроизводительность винтового компрессора изменяется?

13. Какие достоинства и недостатки имеет винтовой компрессор но сравнению с поршневым?

Основы теплообмена