Холодильный компрессор

Компрессор, или как в нашем случае холодильный компрессор, важнейшая часть современного холодильного оборудования, например, парокомпрессионных холодильных установок, по сути это «сердце» холодильной машины. Поэтому очень важно понимать, что это такое и как он устроен. Компрессор холодильный, как устройство, очень распространен. Область применения и использования компрессоров огромна. Везде, где требуется сжатие или подача веществ под давлением, без компрессора не обойтись. Холодильные компрессорыизготавливается, согласно самым высоким требованиям герметичности, так как предназначены для сжатия и передачи паров специального вещества в холодильных установках. Это специальное рабочее вещество называется холодильным агентом, в дальнейшем будем упоминать как хладагент.

Основные хладагенты, которые приненяются в холодильных компрессорах:

— диоксид серы (еще известен как сернистый ангидрид),

— такие углеводороды как метан.

Предназначение холодильного компрессора

Задача холодильного компрессора в холодильном агрегате заключается в отсасывании паров хладагента из испарителя холодильного агрегата, сжатия, и подачи их под давлением в конденсатор холодильной парокомпрессионной машины.

Холодопроизводительность компрессора

Одной из главных характеристик холодильного компрессора является такой показатель как холодопроизводительность. Она определяется количеством теплоты, которое необходимо для испарения 1 кг холодильного агента за единицу времени, при заданной температуре кипения и конденсации хладагента. При рабочих условиях эта характеристика называется рабочая холодопроизводительность, а при расчетных или сравнительных температурах — номинальная холодопроизводительность. Современные холодильные машины имеют величины холодопроизводительности от сотен ватт до десятков мегаватт.

Основные типы холодильных компрессоров:

—Поршневые холодильные компрессоры как видно из названия, выделяются наличием поршневой группы (до 12 поршней). Такие компрессоры наиболее часто применяются для малой холодильной техники (системы кондиционирования воздуха, бытовые и торговые холодильники).

—Винтовые (роторные) холодильные компрессоры, при примерно одинаковых габаритах, более холодопроизводительны чем поршневые,.

—Ротационные холодильные компрессоры нашли применение, преимущественно, в бытовых системах кондиционирования воздуха. Их можно разделить на пластинчатые компрессоры и компрессоры с катящимся ротором.

—Спиральные холодильные компрессоры применяют в холодильном оборудовании для пищевой промышленности, а также, и в основном, в кондиционировании. Спиральные компрессоры различные модификации в зависимости от критериев классификации: маслозаполненные, с впрыском хладагента, сухого сжатия; одно- и двухступенчатые; герметичные, бессальниковые, сальниковые; с эвольвентными спиралями, со спиралями Архимеда, с кусочно-окружными спиралями; вертикальные и горизонтальные.

—Холодильные турбокомпрессоры (центробежные холодильные компрессоры)используют, главным образом, для больших систем кондиционирования воздуха.

История изобретения холодильного компрессора

История современных парокомпрессионных холодильных машин начинается, как принято считать, 14 августа 1834 года, когда английский изобретатель Джекоб Перкинс (Jacob Perkins) получил первый патент на цикл охлаждения-сжатия пара под названием «Приборы и средства для производства льда, с помощью охлаждающих жидкостей». Но подобная идея пришла еще раньше, в 1805 году, в голову американского изобретателя Оливера Эванса (Oliver Evans), но так и не сумевшего воплотить идею в жизнь. А Перкинс построил первую парокомпрессионную машину, которая использовала в качестве хладагента — эфир. Еще одним из «отцов» холодильных машин считается немец Карл фон Линде (Carl Paul von Linde), один из учителей знаменитого Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel). Общество холодильных машин было создано им в Висбадене, еще в 1879 году. Считается, что построенная им аммиачная парокомпрессионная холодильная машина, и положила начало холодильному машиностроению. Первые холодильные машины Линде заказала знаменитая ирландская пивоварня Guinness.

Современные производители компрессоров для холодильных установок

Сегодня наиболее авторитетные и известные марки в сфере производства холодильных компрессоров — это ведущие мировые бренды: —Copeland, корпорации Emerson Climate Technologies; —Bitzer, немецкой компании Bitzer SE. Также известны и распространены холодильные компрессоры компаний: -датской Danfoss, и Maneurope в том числе; -итальянских Dorin (Officine Mario Dorin) и Frascold; -немецкой Bock(Bock Kaltemaschinen GmbH).

Компрессор — это механизм, который позволяет сжимать и передавать под давлением газообразные вещества. Это может быть любой газ, воздух, хладагент в состоянии пара и прочее.

Поршневой холодильный компрессор — это один из наиболее распространенных компрессоров для холодильных установок.

Винтовой (роторный) холодильный компрессор представляет собой механизм с винтовыми роторами, для сжатия и подачи паров холодильного агента в холодильных машинах.

Спиральный холодильный компрессор это устройство, где сжатие газа происходит при помощи спиралей.

Источник

Холодопроизводительность, расчет

Холодопроизводительность установки охлаждения жидкостей — это та тепловая мощность, которую установка способна отбирать от жидкости. Холодопроизводительность оборудования часто путают с полезной мощностью. Бывает такое, что даже опытные на вид энергетики, увидев, что хододопроизводительность установки в три раза превышает потребляемую мощность, удивляются, что КПД в этом случае достигает 300%(!). На самом деле о КПД можно говорить только в том случае, где существует процесс преобразования энергии. Например в электродвигателе электрическая энергия преобразуется в механическую, при этом имеются потери на нагрев и трение. И КПД двигателя как раз показывает, сколько энергии потеряно.

В случае с холодильником, процесса преобразования нет, а есть отбор тепла (энергии) от охлаждаемой среды.

Холодопроизводительность любой холодильной установки охлаждения жидкости сильно зависит от температуры, до которой необходимо охлаждать жидкость. Чем выше конечная температура жидкости, тем выше холодопроизводительность. Это связано с тем, что хладагент способен отобрать больше тепла у жидкости, при более высокой температуре кипения.

Определить требуемую холодопроизводительность можно в соответствии с исходными данными по формулам (1) или (2).

1. объемный расход охлаждаемой жидкости G (м3/час);

2. требуемая (конечная) температура охлажденной жидкости Тk (°С);

3. температура входящей жидкости Тн(°С).

Формула расчета требуемой холодопроизводительности установки для охлаждения воды:

(1) Q (кВт) = G x (Тн – Тk) x 1,163

Формула расчета требуемой холодопроизводительности установки для охлаждения любой жидкости:

(2) Q (кВт) = G x (Тнж– Тkж) x Cpж x rж / 3600

Cpж – удельная теплоемкость охлаждаемой жидкости, кДж/(кг °С) (таблица),

rж – плотность охлаждаемой жидкости, кг/м3(таблица).

Удельная теплоемкость вещества показывает количество энергии, которую необходимо сообщить/отобрать, для того, чтобы увеличить/уменьшить температуру одного килограмма вещества на один градус Кельвина.

То есть в других словах, если например удельная теплоемкость воды равняется 4,2 кДж/(кг*К) — это значит, что для того, чтобы нагреть один кг воды на один градус, необходимо передать этому кг воды 4,2 кДж энергии.

Удельная теплоемкость для любого вещества есть величина переменная, то есть она зависит от температуры и агрегатного состояния вещества. Если продолжать пример с водой, то ее удельная теплоемкость для 0°С равняется 4,218, а при 40°С 4,178 кДж/(кг*К). Для льда теплоемкость еще ниже — 2,11 кДж/(кг*К) для льда с температурой 0°С.

Что касается воды, необходимо отметить, что это жидкость с самым высоким значением удельной теплоемкости. Другими словами, чтобы обеспечить заданное количество температуры, вода должна поглотить или отдать количество тепла значительно больше, чем любое другое тело такой же массы.

В связи с этим становится понятным интерес к воде, когда нужно обеспечить искусственный теплообмен. Количество тепла, необходимое для повышения температуры с Тн до Тk тела массой m можно рассчитать по следующей формуле:

где m — масса тела, кг; С — удельная теплоемкость, кДж/(кг*К)

Источник

3.4. Производительность холодильной установки и способы ее регулирования

Холодопроизводительность холодильной установки характеризуется количеством теплоты, отводимой от охлаждаемого объекта. Эта теплота расходуется на превращение в пар определенного количества хладагента в камерных приборах.

Холодопроизводительность компрессора — условное понятие. Под ней понимают объем пара, отсасываемого из испарительной системы компрессором или группой компрессоров.

Различают теоретическую, действительную и стандартную холодопроизводительность компрессора.

Для оценки работы действительного поршневого компрессора его сравнивают с теоретическим, который имеет такую же величину объема, описанного поршнями. В теоретическом компрессоре не учитываются потери.

Теоретическую холодопроизводительность компрессора определяют по формуле Q_OT = V_hq_v, где Q_OT — теоретическая холодопроизводительность компрессора, кВт; V_h — теоретическая объемная подача (объем, описанный поршнями компрессора), м³/с; q_v — удельная объемная производительность хладагента, кДж/м³.

Теоретическая объемная подача поршневого компрессора может быть рассчитана по формуле V_h = πD² / 4Snz, где D — диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м; n — частота вращения вала компрессора, с -1 ; z — число цилиндров.

Действительная холодопроизводительность компрессора меньше теоретической вследствие наличия потерь: происходит расширение пара, остающегося в конце сжатия в мертвом пространстве; давление всасывания ниже давления кипения, а давление нагнетания выше давления конденсации; пар в цилиндре подогревается; имеются перетекания пара через поршневые кольца, клапаны и другие неплотности; происходит дросселирование в клапанах и т. д. В герметичных и бессальниковых компрессорах пар перегревается, охлаждая обмотки электродвигателя.

Величина всех перечисленных потерь характеризуется коэффициентом подачи λ. С повышением температуры конденсации или понижением температуры кипения увеличиваются потери, коэффициент подачи уменьшается.

Действительная холодопроизводительность компрессора может быть рассчитана по формуле Q_0q = Q_0T λ или

На рис. 23 показан график зависимости коэффициента подачи от степени сжатия для различных типов компрессоров.

Под степенью сжатия Е понимается отношение абсолютного давления нагнетания к абсолютному давлению всасывания: Е = Р_К/Р₀, где Е — степень сжатия; Р_К — абсолютное давление нагнетания, МПа; Р₀ — абсолютное давление всасывания, МПа.
В технической документации на холодильные компрессоры указывается стандартная холодопроизводительность. Это действительная холодопроизводительность компрессора при стандартных условиях его работы.
В качестве стандартного режима по отраслевому стандарту (ОСТ 2603-943—77) принимаются следующие температуры кипения, всасывания, конденсации и переохлаждения, °С:

Стандартный режим введен для возможности испытания и сравнения характеристик различных компрессоров в сопоставимых условиях. Действительные рабочие параметры, как правило, отличаются от стандартного режима.

На рис. 24 представлена зависимость холодопроизводительности компрессоров серии П, входящих в агрегаты А110, А165 и А220, от температур кипения и конденсации.

Стандартная холодопроизводительность компрессора может быть определена по формуле Q_0ст = Q₀ (q_vст λ_ст) / q_v λ, где q_vст — удельная объемная холодопроизводительность компрессора, работающего в стандартном режиме, кВт; λ_ст — коэффициент подачи в стандартном режиме; Q₀ — рабочая холодопроизводительность компрессора, кВт.

Выбор холодопроизводительности компрессора делается из расчета максимальной расчетной тепловой нагрузки.

Для стабильного поддержания заданных температур в охлаждаемых помещениях необходимо отрегулировать холодопроизводительность установки до величины, соответствующей величине теплопритоков в охлаждаемые помещения в данное время года, суток и при конкретной тепловой нагрузке. Существуют следующие способы регулирования холодопроизводительности холодильной установки:

ручное или автоматическое включение и выключение компрессоров;

ступенчатое или плавное изменение частоты вращения электродвигателя;

подключение дополнительного мертвого пространства компрессора;

отключение отдельных цилиндров путем отжима пластин всасывающих клапанов;

уменьшение подачи жидкого хладагента в камерные приборы;

выключение части камерных приборов;

соединение нагнетательной полости компрессора со всасывающей (байпасирование);

прикрытие всасывающего вентиля компрессора.

Ручное включение и выключение компрессоров. Наиболее простым способом регулирования холодопроизводительности холодильной установки является отключение части работающих компрессоров при понижении температуры кипения или подключении дополнительных компрессоров при ее повышении.

Серьезной ошибкой является попытка добиться понижения температуры камеры путем уменьшения подачи хладагента в камерные приборы. В этом случае понижается температура кипения, но вследствие недостатка хладагента в камерных приборах температура охлаждаемого объекта повышается.

Автоматическое включение и выключение компрессоров. Автоматический пуск и остановка компрессора производятся по команде термореле, контролирующего температуру в охлаждаемом помещении или температуру хладоносителя,
либо по команде реле низкого давления, контролирующего давление всасывания компрессора.

При работе компрессора на охлаждение одной камеры или любого другого объекта (например, танка с молоком) достаточно применения одного автоматического включения и выключения компрессора. При поддержании с помощью одного компрессора различных температур в охлаждаемых объектах дополнительно применяются и другие способы регулирования холодопроизводительности установки, например уменьшение подачи хладагента в камерные приборы (см. ниже).

Ступенчатое изменение частоты вращения электродвигателя. Частота вращения электродвигателя может быть изменена за счет подключения дополнительных пар полюсов. Используются двух- и трехскоростные электродвигатели асинхронного типа. Уменьшение числа включенных пар полюсов приводит к возрастанию частоты вращения электродвигателя.

Плавное изменение частоты вращения электродвигателя. Метод плавного изменения частоты вращения электродвигателя компрессора более целесообразен с точки зрения экономичности эксплуатации, чем метод ступенчатого изменения. При плавном изменении частоты вращения электродвигателя происходит плавное изменение холодопроизводительности компрессора, что дает возможность поддерживать в охлаждаемых помещениях стабильную температуру. Однако этот метод значительно усложняет конструкцию электропривода и по этой причине применяется ограниченно.

Подключение дополнительного мертвого пространства компрессора. Дополнительный объем мертвого пространства располагается в крышке или стенке цилиндров компрессора. Величина этого объема может меняться плавно или ступенчато. Холодопроизводительность компрессора уменьшается с увеличением мертвого пространства. Энергетические потери при таком способе регулирования холодопроизводительности велики и связаны с необходимостью сжатия пара, находящегося в дополнительном объеме мертвого пространства.

Отключение отдельных цилиндров компрессора путем отжима пластин всасывающих клапанов. На некоторых зарубежных непрямоточных поршневых компрессорах имеется устройство для отжима пластин всасывающих клапанов с пневматическим и гидравлическим управлением. При пневматическом управлении пластина всасывающего клапана отключаемого цилиндра отжимается давлением пара, сжимаемого в других цилиндрах. При гидравлическом управлении всасывающие клапаны неработающего компрессора находятся в отжатом состоянии и возвращаются в рабочее положение только при достижении
разности давлений в системе смазки компрессора. Такая конструкция позволяет запускать компрессор без нагрузки, но не обеспечивает регулирование холодопроизводительности для поддержания заданной температуры.
На отечественных компрессорах применяется электромагнитное управление — отжимом пластин всасывающих клапанов. Так, регулирование холодопроизводительности поршневых непрямоточных компрессоров типа П110, ФУ-40РЭ и их модификаций осуществляется отжимом пластин за счет электромагнитного поля, сосредоточенного в зоне пластин, которое удерживает пластины у розетки клапана (рис. 25). Источником поля являются электромагниты, размещенные в верхних крышках цилиндров. Напряжение, подаваемое на катушки электромагнитов, составляет 24 В. Компрессоры с регулированием холодопроизводительности оснащают специальными всасывающими клапанами, приспособленными для электромагнитного регулирования. При подаче напряжения на катушку электромагнита образуется магнитное поле, которое показано на рис. 25 стрелками. Благодаря наличию в корпусе катушки и в розетке всасывающего клапана вваренных вставок из немагнитной стали (на рис. 25 показаны черным цветом) магнитые силовые линии распространяются, как указано на схеме. Пластина всасывающего клапана отрывается от седла, которым является верхняя плоскость гильзы цилиндра; она прижимается к розетке, установленной на гильзе, замыкая магнитное поле между внешним и внутренним кольцами корпуса розетки клапана. Направляющая клапана выполнена из алюминия, что исключает замыкание магнитных силовых линий непосредственно через нагнетательный клапан. При снятии напряжения с катушки всасывающий клапан включается.

Этот способ экономичен и обеспечивает как разгрузку компрессора при пуске, так и ступенчатое регулирование производительности компрессора в ходе его эксплуатации путем отключения любого количества цилиндров.

Уменьшение подачи жидкого хладагента в камерные приборы. При использовании одного компрессора для охлаждения нескольких камер с различными температурами применяют ограничение подачи жидкого хладагента в камерные приборы. При этом имеет место искусственное отклонение от оптимального режима: увеличивается разность между температурами охлаждаемых помещений и температурой кипения. Это снижает энергетические показатели работы холодильной установки, однако находит применение в малых холодильных установках для хранения различных продуктов (молока, творога, сливочного масла и т. д.) при режимах, рекомендованных технологией хранения.

Соединение нагнетательной полости компрессора со всасывающей (байпасирование). Байпасирование дает возможность, перепуская пар из нагнетательной полости во всасывающую, разгрузить компрессор при пуске. Длительная работа компрессора при открытом байпасе невозможна, поскольку приводит к его перегреву.

Прикрытие всасывающего вентиля компрессора. При переполнении испарителя жидким хладагентом холодопроиз-
водительность компрессора уменьшают, прикрывая всасывающий вентиль компрессора или запорный вентиль на испарителе. Дросселирование пара перед компрессором уменьшает интенсивность кипения хладагента в испарителе. Таким образом исключают вынос капельной влаги из испарителя в компрессор. Если дросселирования пара для этого недостаточно — частично приоткрывают байпас.

Источник