В компрессорах холодильных машин применяют электродвигатели трехфазные

Привод компрессоров

Холодильные компрессоры приводятся в движение в основном электродвигателями и реже двигателями внутреннего сгорания, паровыми и газовыми турбинами.

В холодильных станциях применяют трехфазные электродвигатели переменного тока трех типов: синхронные, асинхронные с короткозамкнутым ротором, асинхронные с контактными кольцами.

Различают следующие виды соединения электродвигателя с компрессором: посадка на одном валу; соединение через муфту сцепления, компенсирующую также некоторую несоосность валов; клиноременная и плоскоременная передачи; соединение через редуктор, повышающий число оборотов.

Упругие элементы полумуфт на валах компрессора и двигателя допускают осевое смещение валов до 2 мм и перекос до 1°. В малых холодильных машинах электропривод встраивается в герметичный корпус компрессора.

Синхронные электродвигатели применяют для привода крупных компрессоров и размещают на одном валу с ними. Ротор электродвигателя при посадке его на вал тихоходного горизонтального компрессора служит одновременно маховиком. В комплект также включены возбудительные агрегаты, питающие обмотку якоря постоянным током. Их снабжают дополнительной асинхронной обмоткой для запуска двигателя и достижения синхронного числа оборотов соответствующего числу пар полюсов, установленных на статоре двигателя.

Такая конструкция синхронных двигателей повышает коэффициент использования потребляемой электрической мощности — косинус φ.

Наибольшее распространение на промышленных предприятиях получили асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и повышенным пусковым моментом. Они включаются сразу на полную- нагрузку, даже при тяжелых режимах работы холодильных установок. Двигатели с контактными кольцами, в цепь которых включается пусковой реостат, дающий искрение, применяются реже.

Во избежание опасности взрыва, щетки крупных синхронных электродвигателей обдуваются специальными вентиляторами, забирающими воздух вне помещения холодильной установки, работающей с применением взрывоопасного хладагента.

Двигатели до 150 кВт питаются, как правило, от сети напряжением 380 или 500 В, свыше 150 кВт — от сети напряжением 6000—10 000 В. На крупных холодильных станциях устраиваются собственные трансформаторные подстанции с распределительным устройством на 6000 или 10 000 В.

Пуск асинхронных электродвигателей осуществляется с помощью магнитных пускателей, пуск синхронных — от станций управления.

Станция управления синхронного двигателя обеспечивает асинхронный пуск и по достижении заданного числа оборотов подает возбуждение и включает синхронную обмотку двигателя.

В схемы управления электродвигателями вводятся реле, защищающие двигатели от перегрузки, короткого замыкания, падения напряжения, выпадения фазы и потери возбуждения.

Электродвигатели, электрическое оборудование и приборы, применяемые на холодильных станциях, в зависимости от типа хладагента делятся на открытые, взрывозащищенные и взрывонепроницаемые. Электрооборудование должно находиться в полном соответствии с Правилами устройства электроустановок — ПУЭ. Для аммиачных холодильных машин допускается применение невзрывозащищенных двигателей, искрящие части которых должны быть при этом заключены в закрытые или продуваемые кожухи.

Пульты управления, защиты и сигнализации, местные светильники, электропроводка, подлежащие установке в одном помещении с холодильными установками, должны иметь исполнение по ПУЭ класса В-16 для аммиака и класса В-1а для пропана, пропилена, этана и этилена.

Для турбокомпрессоров все большее применение находит привод от паровых и газовых турбин. Турбинный привод имеет более высокий к. п. д. и особенно выгоден на химических заводах, потребляющих большое количество пара, который может быть подан в цеха и установки после пропуска через турбины ТЭЦ. Кроме того, для паровых турбин можно использовать так называемый вторичный пар, получающийся при съеме тепла реакций, охлаждении дымовых газов перед выбросом их в атмосферу и т. д.

Газотурбинный привод при наличии дешевого топлива наиболее экономичен. В газотурбинной установке (рис. 33) газ проходит камеру сгорания КС, приобретает высокую температуру и давление, а затем расширяется в специальных каналах — соплах 1. В результате расширения внутренняя энергия газа переходит в энергию движения — поток газа из сопел с огромной скоростью устремляется к лопаткам 2 газовой турбины, которые укреплены на диске 4, жестко связанном с валом 5. Проходя через каналы, образованные лопатками, газовый поток меняет свое направление и заставляет вал с диском и лопатками вращаться. Выхлопные газы отводятся через выхлопной патрубок 3.

К валу с одной стороны присоединен воздушный компрессор, подающий воздух в камеру сгорания, а с другой — турбокомпрессор.

Рис. 33. Схема и рабочий цикл газотурбинной установки:

К — компрессор,
КС — камера сгорания,
Т — турбина;
1 — сопло,
2 — лопатка,
3 — выхлопной патрубок,
4 — диск,
5 — вал

Газотурбинная установка работает следующим образом: воздух сжимается компрессором К по адиабате 1—2 и с параметрами точки 2 поступает в камеру сгорания. Подача воздуха и топлива в камеру сгорания, а также выход из нее продуктов сгорания регулируется так, что газ на лопатки турбины входит с параметрами точки 3, а давление в камере сгорания остается неизменным. На рабочих лопатках турбины газ расширяется по адиабате 3—4, производя при этом полезную работу по приводу турбокомпрессора. Газ, потерявший давление и резко снизивший свою температуру, с параметрами точки 4 сбрасывается через выхлопной патрубок в атмосферу.

Рабочим телом в газовой турбине могут быть продукты сгорания газообразного или жидкого топлива, а также любой нагретый газ, имеющий высокую температуру (например газ, получаемый при крекинге нефти).

Газовые турбины имеют огромные скорости вращения и большие мощности при сравнительно малых размерах. На рис. 34 изображен турбокомпрессор с газотурбинным приводом.

Рис. 34. Турбокомпрессор с газотурбинным приводом (верхние крышки сняты):
1 — турбина, 2 — компрессор

Паротурбинный привод отличается от газотурбинного тем, что рабочее тело — пар под давлением, подводится извне. В этом типе привода отсутствуют камеры сгорания, системы воздухо- и топливоподачи.

Паровые и газовые турбины могут работать с переменным числом оборотов, что позволяет в широких пределах изменять холодопроизводительность турбокомпрессорных установок.

В отличие от электродвигателей привод от паровых и газовых турбин не требует установки редуктора.

Источник

Устройство компрессора холодильника

Работа бытового и промышленного холодильного оборудования напрямую зависит от циркуляции хладагента, отвечает за этот процесс компрессорная установка. По сути, это самый важный элемент конструкции, без которого домашний холодильник заинтересует только приемщиков вторсырья. Чтобы произвести ремонт этого устройства или произвести замену, важно понимать принцип его работы. В данной публикации мы расскажем о внутреннем устройстве различных компрессоров бытовых холодильников и их особенностях.

Кратко о типах оборудования

По принципу работы данное оборудование можно разделить на четыре вида:

• Пароэжекторное, в качестве хладагента выступает, как правило, вода. Применяется в различных промышленных техпроцессах.
• Абсорбционное, для работы использует не электрическую, а тепловую энергию.
• Термоэлектрическое, на элементах Пельтье, широкое применение остается под вопросом ввиду низкого КПД (подробную информацию об этих устройствах можно найти на нашем сайте).
• Компрессорное.

Именно последний вид оборудования широко используется в бытовых и промышленных агрегатах.

Компрессор для холодильника: принцип работы

Чтобы понять назначения данного аппарата, следует рассмотреть схему работы оборудования. Упрощенный вариант, где указаны только основные элементы конструкции, приведен ниже.

Рис. 1. Принцип работы холодильной установки

Обозначения:

• А – Испарительный радиатор, как правило, изготовлен из медных трубок и расположен внутри камеры.
• B – Компрессорный аппарат.
• С – Конденсатор, представляет собой радиаторную сборку, расположенную на тыльной стороне установки.
• D – Капиллярная трубка, служит для выравнивания давления.

Теперь рассмотрим, алгоритм работы системы:

1. При помощи компрессора (В на рис. 1), пары хладагента (как правило, это фреон) нагнетаются в радиатор конденсатора (С). Под давлением происходит их конденсация, то есть фреон меняет свое агрегатное состояние, переходя из пара в жидкость. Выделяемое при этом тепло радиаторная решетка рассеивает в окружающий воздух. Если обратили внимание, тыльная часть работающей установки ощутимо горячая.
2. Покинув конденсатор, жидкий хладагент поступает в выравниватель давления (капиллярная трубка D). По мере продвижения через данный узел давление фреона снижается.
3. Жидкий хладагент, теперь уже под низким давлением, поступает в испарительный радиатор (А), под воздействием тепла которого, он опять меняет агрегатное состояние. То есть становиться паром. В процессе этого происходит охлаждение испарительного радиатора, что в свою очередь привод к понижению температуры в камере.

Далее идет повторение цикла, до установления в камере необходимой температуры, после чего датчик подает сигнал на реле для отключения электроустановки. Как только происходит повышение температуры выше определенного порога, аппарат включается и установка работает по описанному циклу.

Исходя из вышеописанного, можно заключить, что данное устройство представляет собой насос, обеспечивающий циркуляцию хладагента в системе охлаждения.

Классификация компрессоров в холодильном оборудовании

Несмотря на общий принцип работы, конструкция механизмов может существенно отличатся. Классификация производится по принципу действия на три подтипа:

1. Динамический. В таких устройствах циркуляция хладагента производится под воздействием вентилятора. В зависимости от конструкции последнего их принято разделять на осевые и центробежные. Первые устанавливаются внутрь системы, и в процессе работы нагнетают давление. Их принцип работы такой же, как у обычного вентилятора. Осевой компрессор

У вторых более высокий КПД за счет роста кинетической энергии, под воздействием центробежной силы.

Центробежный компрессор в разрезе

Основной недостаток таких систем – деформация лопастей вследствие эффекта кручения, возникающего под воздействием крутящего момента. Динамические установки не применяются в бытовом оборудовании, поэтому для нас они не представляет интереса.

1. Объемный. В таких устройствах эффект сжатия производится при помощи механического приспособления, приводящегося в действие двигателем (электромотором). Эффективность данного типа оборудования значительно выше, чем у винтовых агрегатов. Широко применялся до появления недорогих роторных аппаратов.
2. Роторный. Этот подвид отличается долговечностью и надежностью, в современных бытовых агрегатах устанавливается именно такая конструкция.

Учитывая, что в бытовых устройствах используются два последних подвида, имеет смысл рассмотреть их устройство более подробно.

Устройство поршневого компрессора холодильника

Данный аппарат представляет собой электрический мотор, у которого вертикальный вал, конструкция размещается в герметизированном металлическом кожухе.

Внешний вид поршневого компрессора со снятым верхним кожухом

При включении питания пусковым реле мотор приводит в движение коленчатый вал, благодаря чему закрепленный на нем поршень начинает совершать возвратно-поступательное движение. В результате этого происходит откачка паров фреона из испарительного радиатора (А на рис. 1) и нагнетание хладагента в конденсатор. Данному процессу способствует система клапанов, открывающаяся и закрывающаяся при смене давления. Основные элементы поршневой конструкции представлены ниже.

Конструкция поршневого компрессора в виде схемы

Обозначения:

1. Нижняя часть металлического кожуха.
2. Крепление статора электромотора.
3. Статор двигателя.
4. Корпус внутреннего электромотора.
5. Крепеж цилиндра.
6. Крышка цилиндра.
7. Плита крепления клапана.
8. Корпус цилиндра.
9. Поршневой элемент.
10. Вал с кривошипной шейкой.
11. Кулиса.
12. Ползунок кулисного механизма.
13. Завитая в спираль медная трубка для нагнетания хладагента.
14. Верхняя часть герметичного кожуха.
15. Вал.
16. Крепление подвески.
17. Пружина.
18. Кронштейн подвески.
19. Подшипники, установленные на вал.
20. Якорь электродвигателя.

В зависимости от конструкции поршневой системы данные устройства делятся на два типа:

1. Кривошипно-шатунные. Используются для охлаждения камер большого объема, поскольку выдерживают значительную нагрузку.
2. Кривошипно-кулисные. Применяются в двухкамерных холодильниках, где практикуется совместная работа двух установок (для морозильника и основной емкости).

В более поздних моделях поршень приводится в действие не электродвигателем, а катушкой. Такой вариант реализации более надежен, за счет отсутствия механической передачи, и экономичен, поскольку потребляет меньше электроэнергии.

Обратим внимание, что поршневые аппараты не подлежат ремонту в бытовых условиях, поскольку их разборка приводит к потере герметичности. Теоретически ее можно восстановить, но для этого необходимо специализированное оборудование. Поэтому при выходе аппаратов из строя, как правило, производится их замена.

Устройство роторных механизмов

Если быть точным, то такие устройства необходимо называть двухроторными, поскольку необходимое давление создается благодаря двум роторам со встречным вращением.

Внутри компрессора фреон, попадая в сжимающийся «карман» выталкивается в отверстие небольшого диаметра, чем создается необходимое давление. Несмотря на относительно небольшую скорость вращения роторов, создается необходимый коэффициент сжатия. Отличительные особенности: небольшая мощность, низкий уровень шума. Основные элементы конструкции механизма представлены ниже.

Конструкция линейного роторного компрессора в виде схемы

Обозначения:

1. Отводной патрубок.
2. Отделитель масла.
3. Герметичный кожух.
4. Фиксируемый на кожухе статор.
5. Обозначение внутреннего диаметра кожуха.
6. Обозначение диаметра якоря.
7. Якорь.
8. Вал.
9. Втулка.
10. Лопасти.
11. Подшипник на валу якоря.
12. Крышка статора.
13. Вводная трубка с клапаном.
14. Камера-аккумулятор.

Устройство инверторного компрессора холодильника

По сути, это не отдельный вид, а особенность работы. Как уже рассматривалось выше, мотор установки отключается при достижении пороговой температуры. Когда она поднимается выше установленного предела, производится подключение двигателя на полной мощности. Такой режим запуска приводит к снижению ресурса электромеханизма.

Возможность избавиться от такого недостатка появилась с внедрением инверторных установок. В таких системах двигатель постоянно находится во включенном состоянии, но при достижении нужной температуры снижается его скорость вращения. В результате хладагент продолжает циркулировать в системе, но значительно медленней. Этого вполне достаточно для поддержки температуры на заданном уровне. При таком режиме работы продлевается срок службы и меньше потребляется электроэнергии. Что касается остальных характеристик, то они остаются неизменными.

Источник