Основным и безусловным компонентом любой холодильной установки, является холодильный компрессор. Рассмотрим в данной статье поршневой холодильный компрессор. Он служит для создания разности давлений и обеспечения основных процессов в системе по переносу хладагента. Компрессор всасывает хладагент в виде пара с низким давлением и температурой, сжимает его и нагнетает уже с высоким давлением и температурой в конденсатор.
Наибольшее распространение в холодильной технике, от бытового холодильника до промышленной машины, получили поршневые компрессоры. Поршневые холодильные компрессоры относятся к компрессорам объёмного действия. То есть передача хладагенту энергии и сжатие его происходит за счет сокращения его объёма в замкнутой камере.
Если вам необходимо подобрать поршневой холодильный компрессор, обратитесь к нам.
Принцип их работы основан на возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре.
В поршневом компрессоре возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре обеспечивается за счет вращения коленчатого вала. Вращение коленвала создается за счет работы электродвигателя. За один полный оборот коленчатого вала поршень совершает два хода между двумя крайними положениями и в каждом его цилиндре выполняется полный рабочий процесс.
Рассмотрим как работает поршневой холодильный компрессор 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.
Внутри поршневые компрессоры устроены совершенно по-разному в зависимости от их вида, типа и исполнения.
Герметичный поршневой компрессор
Рисунок 2. Разрез герметичного поршневого компрессора Tecumseh
Рассмотрим устройство холодильного поршневого компрессора на примере шестицилиндрового полугерметичного компрессора фирмы Bitzer. Основные элементы конструкции поршневого компрессора показаны на рисунке 3.
Устройство поршневого холодильного компрессора
Рисунок 3. Устройство поршневого холодильного компрессора
далее по списку элементы, которые встречаются не во всех компрессорах:
Деталировка поршневого холодильного компрессора
Рисунок 4. Взрыв схема 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.
На сегодняшний день существует множество различных конструкций поршневых компрессоров. Попробуем изложить основные.
Поршневые компрессоры могут иметь один, два, три, четыре, шесть, восемь и двенадцать цилиндров. Помимо количества они характеризуются по диаметру цилиндров и ходу поршня.
Цилиндры поршневого холодильного компрессора могут располагаться горизонтально, оппозитно, вертикально или под углом V-образно и W-образно.
Поршневой холодильный компрессор может быть герметичным и полугерметичным, конструктивно размещаясь в одном корпусе с электродвигателем. Разница в том, что герметичный корпус – сварной и неразборный, а полугерметичный – соединен на винтах и болтах через уплотнительные прокладки.
Герметичный тип широко распространен в бытовых холодильниках и коммерческих машинах малой мощности. В то время, как полугерметичные компрессоры работают во всех сферах холодильного оборудования.
Третье исполнение – это открытого типа, без двигателя в едином корпусе. В этом случае вал компрессора вращается, зацепляясь с электродвигателем через муфту или ременную передачу через шкив. В рефрижераторах на транспорте компрессоры открытого типа приводятся в действие не с помощью электромоторов, а двигателя автомобиля или собственного независимого ДВС.
Отличительной особенностью данных компрессоров является уплотнение, сальник, через который вал выходит наружу. Ему уделяется повышенное внимание во избежание утечек хладагента. Такие компрессоры применяются в транспортной холодильной технике, автокондиционерах и в составе крупных промышленных установок.
Преимуществом полугерметичных поршневых компрессоров, а особенно открытых, перед герметичными является возможность, в случае поломки, разобрать его. Произвести замену поврежденных деталей, не меняя целиком компрессор.
Поршневой холодильный компрессор может быть одноступенчатым и двухступенчатым. Двухступенчатые поршневые компрессоры работают для достижения температур до -40…-60 градусов. Они гораздо эффективней одноступенчатых, благодаря своей конструкции и работе переохладителя.
По режиму работы они делятся на среднетемпературные и низкотемпературные. В основном при одной и той же объёмной производительности различаются мощностью электромотора. На среднетемпературном режиме нагрузка на двигатель больше.
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 на головках цилиндров, позволяющих закрывать часть всасывающих клапанов или перепускать газ. Большим диапазоном регулирования обладают поршневые компрессоры открытого типа, так как для них можно ставить любой двигатель, инвертор.
Поршневые компрессоры работают на всех видах существующих хладагентов. Это ГФУ-газы, аммиак, двуокись углерода.
Во всех случаях охлаждение электродвигателя герметичного и полугерметичного поршневого холодильного компрессора должно осуществляться за счет холодных всасывающих паров холодильного агента. Для этого необходимо правильно настраивать работу элементов установки.
При особых режимах работы требуется дополнительное охлаждение. Охлаждение может осуществляться впрыском жидкого хладагента в область низкого давления. А также охлаждение с помощью вентилятора, направленного на головки цилиндров.
Для долгой работы поршневых компрессоров, производителями самих компрессоров и холодильного оборудования выпускаются специальные защитные устройства. Они контролируют работу и в случае отклонений отключают компрессор для предотвращения аварийных ситуаций.
Это такие приборы как: тепловые защиты электродвигателя, датчики температур нагнетательных газов, реле давления масла, реле низкого и высокого давления хладагента, реле контроля фаз (хотя направление вращения вала для поршневых компрессоров не критично).
Кроме этого, необходимо защищать поршневой холодильный компрессор от попадания жидкой фазы хладагента в полость цилиндров. Особенно актуально для низкотемпературных установок. Для предотвращения гидровлических ударов требуется устанавливать в составе оборудования на всасывающей линии отделители жидкости.
Поршневые компрессоры отличаются проверенной десятилетиями надёжностью и неприхотливостью. И при отсутствии аварийных ситуаций они будут работать от 15 лет и дальше.
Недостатком поршневого холодильного компрессора можно считать возможную вибрацию при работе, передающуюся на другие элементы установки. Это происходит не во всех случаях и в основном это касается только промышленной техники и то в большинстве своём из-за возникновения эффекта резонанса.
Любая техника требует обслуживания и контроля для стабильной и беспроблемной работы. Это относится и к компрессорам. Нельзя отделить обслуживание компрессора от обслуживания всей холодильной системы в целом. Но если заострить внимание только на компрессоре, то необходимо:
На сегодняшний день на рынке холодильной техники в России, и в Челябинске, в частности, представлены такие производители поршневых компрессоров, как Bock, Bitzer, Frascold, Copeland, Dorin, Refcomp, Daming, Брейзер, Danfoss, Secop.
