Компрессоры холодильных машин

3. Компрессоры холодильных машин

3.1 Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры являются самыми распространенными в странах СНГ, среди установленных компрессоров с производительностью до 100 м3/мин. Данная технология используется для сжатия воздуха на протяжении уже двух столетий, в силу относительной простоты её технической реализации. По этой же причине поршневые компрессорыпоршневому были основным, и до недавнего времени единственным типом воздушных компрессоров (за исключением центробежных производительностью от 100 м3/мин) производимых в СССР. Винтовые компрессоры в то время не рассматривались как серьезная альтернатива поршневым компрессорам, в силу технологической сложности производства первых и ориентирования экономики на обслуживание компрессорной техникой предприятий-гигантов, с потреблением сжатого воздуха, значительно превосходящим 100м3/мин. Основными достоинствами поршневых компрессоров являются их заметная дешевизна по сравнению с компрессорами других типов, относительная простота производства, высокая ремонтопригодность. При своевременном обслуживании, поршневой компрессор - практически "вечная" машина. Необходимость проведения частого технического обслуживания и ремонта - является и основным недостатком поршневых компрессоров. Межсервисный интервал поршневого компрессора не превышает 500 рабочих часов. В результате нормальная ситуация для промышленных предприятий, использующих поршневые компрессоры и по сей день - когда на один работающий поршневой компрессор приходится один резервный или (и) находящийся в состоянии ремонта поршневой компрессор.

Поршневые компрессоры по своим характеристикам и ценовым параметрам предпочтительнее компрессоров других типов в следующих случаях:

Большие перепады в потреблении сжатого воздуха. Промышленные поршневые компрессоры одинаково хорошо работают в повторно-кратковременном режиме, когда они намного экономичнее, чем винтовые компрессоры.

Неблагоприятные условия эксплуатации компрессора. При неблагоприятных условиях эксплуатации компрессора, например, при использовании в установках расфасовки цемента, на угольных складах или мельницах для помола зерна, либо при больших колебаниях температуры, поршневые компрессоры обеспечивают более длительный срок службы и требуют меньших затрат на обслуживание.

3.2 Турбокомпрессоры

Всем наверняка знакомо слово «турбина», оно особенно часто звучит в кругу автомобилистов. Но, что же на самом деле скрыто там под капотом? Давайте откроем и взглянем.Прежде чем в полной мере можно оценить роль турбины, нужно понять основные принципы работы двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания «дышит» — он всасывает воздух и топливо для создания энергии. Эта энергия рождается в момент воспламенения смеси воздуха и топлива. Излишки, остающиеся после сгорания, выбрасываются. Весь цикл происходит за четыре такта работы поршней в цилиндрах.Турбина делает смесь более горючей, нагнетая больше воздуха в цилиндры двигателя, который в свою очередь производит большую мощность и тягу в момент, когда поршень из-за резкого расширения воспламенившейся смеси движется назад. Больший объем подаваемого воздуха достигается за счет компрессии, сжатия молекул воздуха, становящегося плотнее.

Турбокомпрессор — это по своей сути воздушный насос. Горячие выхлопные газы, возникающие при сгорании топливной смеси, направляются из двигателя прямо на лопатки первого, «турбинного» колеса турбокомпрессора, заставляя его вращаться. Это колесо находится на одной оси со вторым, «компрессорным» колесом турбины. Оба колеса начинают вращаться с одинаковой скоростью. «Компрессорное» колесо своими лопатками всасывает наружный воздух и успевает его сжать, перед тем как направить в цилиндры двигателя.

Наружный воздух, проходя через «компрессорное» колесо турбины, сильно нагревается под воздействием сжатия и трения, и должен быть охлажден перед подачей в камеры сгорания. Здесь на помощь приходит интеркулер. Он снижает температуру сжатого воздуха и этим увеличивает его количество в единице объема (ведь при охлаждении предметы сжимаются, как нас учили в школе), следовательно, в камеру сгорания двигателя попадет больше воздуха! Еще один плюс интеркулера заключается в снижении температуры в самой камере сгорания.

В некоторых случаях интеркулер снабжается дополнительным вентилятором, способным еще более снизить температуру сжимаемого в турбокомпрессоре воздуха.

Хотя принцип действия турбокомпрессора чрезвычайно прост, сам турбокомпрессор является чрезвычайно сложным устройством. Требуется не только полнейшая слаженность работы его отделных компонентов, но и идеальное его соответствие двигателю на котором он установлен. В противном случае двигатель будет работать неэффективно или даже выйдет из строя.

3.3 Винтовые компрессоры

Компрессор - основное устройство холодильной машины, предназначенное для сжатия фреона до высокого давления и подачи его под давлением в трубопровод. Герметичные и полугерметичные компрессоры (Maneurop, Bitzer, Copeland). Все компрессоры имеют подогреватели масла и защитные реле, на сторонах всасывания и нагнетания установлены виброгасители.

Рис. Устройство винтового компрессора

Принцип действия винтового компрессора заключается в следующем: Предварительно очищенный с помощью входных фильтров 1 воздух из окружающей среды попадает через всасывающий клапан 2 в винтовую пару 3, смешиваясь с маслом, подаваемым в полость сжатия. Масло в полости сжатия выполняет три функции:

обеспечение масляного клина между зубьями роторов винтовой пары (отсутствие касания винтов),

уплотнение зазоров между корпусом и роторами, между поверхностями роторов для уменьшения утечек и перетечек,

отвод тепла, выделяющегося при сжатии воздуха.

Образовавшаяся воздушно-масляная смесь сжимается в винтовом блоке 3 и поступает в маслоотделитель 7, где происходит сепарация масла и воздуха. Воздух после охлаждения в радиаторе 10 поступает на выход винтового компрессора а масло, после дополнительной фильтрации (фильтр 6), вновь возвращается в винтовой блок 3, при этом оно может проходить как через радиатор 9, так и, минуя его, в зависимости от температуры компрессора, регулировка осуществляется с помощью термостата 8.

Составные части винтового компрессора:

1.Всасывающий воздушный фильтр обеспечивает очистку поступающего в компрессор воздуха из окружающей среды и состоит обычно из двух частей: предварительного прямоугольного фильтра, установленного непосредственно на корпусе компрессора в месте забора воздуха и фильтра, устанавливаемого перед всасывающим клапаном.

2. Всасывающий клапан предназначен для регулирования производительности компрессора (обычно имеет два положения: открыто - закрыто, регулирование - переходом на холостой ход; встречаются пропорциональные клапаны). Имеет пневматическое управление.

3. Винтовой блок является «сердцем» винтового компрессора, представляет из себя два ротора выполненных на основе высокоточной технологии механообработки, установленных внутри корпуса.

4. Ременная передача два шкива, один на двигателе, а другой на винтовой паре, задают скорость вращения роторов. Для одного и того же электродвигателя изменение передаточного числа уменьшает скорость вращения винтовой пары, но увеличивает прикладываемое усилие. Технические характеристики компрессора меняются при этом следующим образом: чем выше скорость вращения, тем больше производительность, но максимальное рабочее давление при этом ниже (это связано с ресурсом подшипников винтовой пары и мощностью приводного двигателя). В мощных компрессорных установках применяется редуктор либо прямая передача через муфту.

5. Электродвигатель вращает винтовую пару через ременной привод, редуктор, либо муфту. Для снижения пиковых нагрузок на компрессорах используется схема запуска "звезда-треугольник" (кроме маломощных, где используется прямой пуск).

6. Масляный фильтр предназначен для очистки масла перед возвратом в винтовую пару.

7. Маслоотделитель представляет из себя металлический бак специальной формы. В средине бака находится металлическая перегородка с отверстиями. Очистка воздуха от масла происходит первоначально под воздействием центробежной силы при закрутке потока и специальным маслоотделительным фильтром. Благодаря комплексной системе очистки удается добиться минимального остатка масляных паров на выходе компрессора, равного 3 p.p.m. (3 частицы на миллион). 1 p.p.m. = 1,3 мг/куб. м

8. Термостат обеспечивает температурный режим. Пока масло не достигло температуры 72 градуса, он пропускает его, минуя охлаждающий радиатор, и тем самым ускоряет выход компрессора на оптимальную температуру. Кроме того, при низкой температуре компрессора возможно нежелательное образование конденсата.

9. Маслоохладитель предназначен для охлаждения горячего масла после отделения его от сжатого воздуха.

10. Концевой воздухоохладитель предназначен для охлаждения сжатого воздуха перед подачей его на потребителя. Обеспечивает температуру на выходе на 15-20 градусов выше температуры окружающей среды.

11. Предохранительный клапан является устройством безопасности и срабатывает в случае превышения давления в баке маслоотделителя выше максимального значения.

12. Система трубопроводов имеет три контура: воздушный, масляный, и воздушно-масляной смеси.

13. Реле давления задает параметры работы компрессора по давлению. Компрессор достигает заданного максимального давления, после чего переходит в режим холостого хода, после того как давление падает до заданного минимального давления, вновь включается. Как правило, в реле давления регулируются два параметра: максимальное давление и дельта, то есть разница между максимальным и минимальным давлением. В новых моделях компрессоров реле давления не используется, а применяется система электронного управления.

14. Блок электронного управления и контроля обеспечивает управление работой компрессора, передачу на дисплей рабочих параметров, защиту.

15. Вентилятор осуществляет забор воздуха из окружающей среды и одновременно охлаждение электродвигателя, радиаторов и винтовой пары.

16. Корпус внешние панели компрессоров изготавливаются обычно из стального листа покрытого звукопоглощающим, негорючим и маслостойким материалом. При работе компрессора все панели должны быть закрыты, поскольку только в этом случае обеспечивается расчетный оптимальный режим вентиляции и охлаждения рабочих частей.

Винтовой компрессор - ротационный компрессор, в котором сжатие среды достигается с помощью двух сцепленных между собой роторов с винтовыми зубьями. Он предназначен для работы в тяжелых условиях круглые сутки, комплектация компрессора зависит от климатических условий потребителя.

Преимущества винтовых компрессоров:

1. возможность круглосуточной непрерывной работы;

2. высокая надежность;

3. низкие эксплуатационные издержки;

4. простота установки и эксплуатации;

5. низкий уровень шума;

6. возможность применения автоматического управления;

7. высокий уровень энергосбережения;

8. высокая чистота сжатого воздуха на выходе;

9. Высокая производительность.

Меньшая масса и габариты по сравнению с поршневыми компрессорами.

Высокая надежность (гораздо меньшее количество деталей, чем в поршневом компрессоре, нет клапанов и поршневых колец, которые являются наиболее быстроизнашиваемыми деталями, малое количество подвижных частей).

Быстроходность, малая металлоемкость (скорость вращения вала поршневого компрессора – не более 1500 об/мин (3000 предел из-за клапанов), для винтовых скорость вращения ведущего ротора достигает 10000-12000 об/мин, соответственно та же производительность при меньших размерах).

Низкий шум (компрессоры оборудованы шумопоглощающим кожухом). Шум, производимый поршневым компрессором, низкочастотный, поскольку частота вращения вала невелика. Шум от винтового компрессора более высокочастотный, он очень хорошо гасится шумопоглощающим кожухом, которым оборудуют такие компрессоры. Для поршневых компрессоров кожух неэффективен.

Малая вибрация из-за отсутствия частей, совершающих возвратно-поступательное движение. В поршневом компрессоре вибрация вызвана в первую очередь силами и моментами инерции от возвратно-поступательно движущихся частей. В винтовом компрессоре таких частей нет, вибрацию вызывают только дисбаланс роторов и колебания давления. Поскольку роторы проходят при изготовлении операцию балансировки, первая причина устраняется, а колебания давления ниже, чем в поршневом – за один оборот вала поршневой компрессор выталкивает из одного поршня одну порцию воздуха, винтовой – 6 порций.

Меньшие колебания давления нагнетания на нагнетании, причина – в предыдущем пункте.

Воздушное охлаждение – для компрессоров небольшой мощности (где-то до 55 кВт) водяное охлаждение не дает практически никаких особых преимуществ, только удорожает машину, её монтаж и эксплуатацию. Воздушное охлаждение здесь предпочтительно.

Возможность сжатия газа с высокой влажностью. В винтовом компрессоре отсутствует понятие «мертвого объёма», поэтому нет опасности гидравлического удара, попадание влаги в сжимаемый воздух или газ не приведет к немедленной аварии.

Возможность обеспечения степени сжатия в одной ступени до 16. Для поршневых компрессоров степень сжатия в одной ступени ограничена где-то 4-мя из-за нагрева воздуха при сжатии до температур, при которых начинается термическое разложение масла (около 180 гр, ограничение – 160 гр). В винтовых компрессорах в сжимаемый воздух добавляется большое кол-во масла, которое, обладая высокой теплоёмкостью, отводит большую часть тепла. В результате температура воздуха при степенях сжатия до 16 не поднимается выше 100 гр.

Отсутствие необходимости в фундаменте – из-за низкого уровня вибрации, см. выше.

Простота и удобство обслуживания и эксплуатации. Обслуживание винтового компрессора производится раз в 3000 часов (смена фильтров и масла). В промежутках он не требует присутствия персонала. Для поршневых компрессоров периоды обслуживания гораздо меньше, вероятность неисправности выше.

Максимальная приспособленность для длительной непрерывной работы. В условиях длительной непрерывной работы винтовой компрессор просто незаменим, поскольку при работе винтового компрессора износа винтов практически нет – между ними образуется масляный клин, тонкая пленка, исключающая трение. Небольшой износ винтов возможен только в краткий момент пуска, когда может произойти касание поверхностей винтов, а масляный клин между ними еще не сформирован. В поршневых машинах износ поршневых колец и клапанов происходит постоянно.