Основні типи компресорів
Класифікація малих холодильних компресорів включає:
- принцип дії;
- тип механізму руху;
- тип електродвигуна;
- схема розташування циліндрів;
- вид холодоагенту;
- діапазон температур кипіння;
- умови експлуатації.
За принципом події розрізняють:
- поршневі (зі зворотно-поступальним рухом поршня);
- ротаційні, гвинтові (з обертальним рухом роторів);
- спіральні (з плоскопаралельним рухом спірального елемента)
Поршневі компресори мають обертальний чи коливальний привід; в останніх замість асинхронного двигуна та кривошипно-шатунного механізму застосовують електромагніт, що взаємодіє з постійним магнітом. Їх поділяються на непрямоткові, у яких всмоктуючий та нагнітальний клапани розташовані в кришці циліндра, і прямоточні, всмоктуючий клапан яких встановлений у дні поршня.
Сучасні малі компресори є непрямоточними, крім з коливальним приводом. Поршневі компресори є найбільш поширеним типом в області холодильних установок продуктивністю до 2÷3 кВт (побутові холодильники та морозильники, торгові холодильні установки та системи кондиціювання повітря). Обмежене застосування прямоточних компресорів пов'язане з наявністю цілого ряду недоліків. Ускладнення конструкції поршня призводить до збільшення його маси, появі додаткових сил інерції та обмеження частоти обертання колінчастого валу; підвищенню потужності тертя через збільшення довжини поршня; недоступностівсмоктувального клапана, встановленого на поршні, для керування при регулюванні продуктивності; зниження міцності стінки гільзи циліндра через наявність у ній отворів; розташування поршневого пальця вище маслознімних кілець, що погіршує умови його змащування та збільшує винесення олії з картера.
Ротаційні компресори (РК) поділяються на пластинчасті і з ротором, що котиться.
Пластинчастий ротаційний компресор (ПРК) має ротор, в якому радіально переміщаються розділові пластини, а в компресорах з ротором (ККР), що котиться, останній розташований ексцентрично щодо циліндра, по поверхні якого він переміщається з невеликим зазором.
Переваги цих машин такі:
- невелика кількість деталей, простота конструкції, відносно низька вартість виготовлення;
- надійність в експлуатації; просте обслуговування;
- хороші масогабаритні показники, особливо у пластинчастих (ПРК);
- відсутність клапанів на всмоктуванні, а деяких типах і лінії нагнітання, що знижує сумарні газодинамічні втрати.
Недоліки цих РК полягають у зношуванні частин, що рухаються; пластин у ПРК та розділової лопаті у ККР. Тому під час виготовлення цих деталей необхідно вибирати
- можливість роботи у циклі із дозаправкою робочою речовиною;
- реалізація роботи в холодильних циклах з одно- та дворазовим дроселюванням;
- робота на будь-яких холодоагентах та газах;
- плавність зміни робочих характеристик за зміни частоти обертання електродвигуна чи ступеня підвищення тиску;
- незалежність ступеня підвищення тиску від частоти обертання ротора;
- відсутність зон нестійкої роботи (компажу);
- повна врівноваженість роторів (статистична та динамічна);
- відсутність клапанів та інших деталей, що часто виходять з ладу.
До недоліків гвинтових компресорів слід віднести складність виготовлення гвинтів (провідного та веденого), тонкість підтримки необхідних проміжків, що забезпечують нормальну роботу, наявність шуму при роботі.
Спіральні холодильні компресори відносяться до одновальних машин об'ємного принципу дії. Ці машини можуть працювати як в режимі стиснення парів холодоагенту (компресори), так і їх розширення (детандери).
Вони мають таку класифікацію: маслозаповнені, з упорскуванням краплинної рідини (холодоагенту); сухого стиску; одно- та двоступінчасті з різним розташуванням ступенів по відношенню до електродвигуна.
Залежно від роду холодоагенту, потужності та інших умов: герметичні, безсальникові та сальникові.
На кшталт застосовуваних спіралей: з евольвентними спіралями, зі спіралями Архімеда, з кусочно-окружными та інші.
За розташуванням валу: вертикальні та горизонтальні.
Основні переваги спіральних компресорів такі:
- висока надійність і довговічність завдяки невеликій кількості деталей, що беруть участь у процесі стиснення холодоагенту;
- хороша врівноваженість, незначна зміна
- крутного моменту на валу компресора, малі швидкості руху газу (пара) в машині - все це забезпечує спокійний
- хід машини із низьким рівнем шуму;
- висока енергетична ефективність;
- їх ефективний ККД досягає 80÷86%;
- висока швидкохідність - кількість обертів валу становить від 1000 до 13000 об/хв, і цей діапазон розширюється;
- відсутність мертвого простору, мала частка перетікань парів холодоагенту, більш високий коефіцієнт подачі та індикаторний ККД, що всмоктується компресором пар нестикається зі стінками деталей;
- відсутність клапанів на всмоктуванні, а часто й нагнітанні;
- процеси всмоктування, стиснення та нагнітання розтягнуті по кутку повороту валу, і тому швидкості пари невеликі, навіть за великої частоти обертання;
- спіральний може працювати на будь-якому холодоагенті і навіть з уприскуванням крапельної рідини, наприклад, маслозаповненому варіанті, як і гвинтовій.
Порівняно з поршневим компресором однакової потужності спіральні мають такі переваги:
- вищий ККД - на 10÷15%;
- більш високий коефіцієнт подачі - на 20÷30%;
- менші розміри – на 30÷40%;
- менша маса - на 15÷18%;
- рівень шуму нижчий на 5÷7 дБ;
- відсутні деталі, що часто виходять з ладу - поршневі кільця та клапани;
- має менше деталей, отже, і нижчу вартість виробництва;
- кількість рухомих частин спірального компресора знижено на 80% порівняно з поршневим герметичним аналогом (з 15 поршневого до 3 у спірального).
Це призводить до зменшення вібрації та рівня шуму, підвищує надійність. Завдяки цьому також досягається дещо більша компактність спірального компресора та його менша маса. Зважаючи на відсутність клапанів більш стійкий у разі потрапляння в нього рідкого холодоагенту та забруднень, ніж поршневий.
Узгоджено-спіральний компресор поєднує в собі майже 100% об'ємну ефективність (внаслідок розширення пари холодоагенту з «мертвого простору») з вкрай низькими тепловими втратами, має кращу організацію руху газового потоку, відсутні втрати в клапанах, теплообмін між лініями всмоктування та нагнітання, які у спіральному розміщені окремо. Все це сприяє збільшенню ефективностіпорівняно з поршневим.
Відцентрова сила забезпечує добрий бічний контакт між спіралями. Надійний контакт між спіралями та відсутність зазорів в осьовому та радіальному напрямках виключають перетікання парів холодоагенту та максимально збільшують об'ємну ефективність (продуктивність) спірального компресора. У ньому досягнуто повне осьове та радіальне узгодження спіральних елементів завдяки їхній досконалій конструкції, допуски при виготовленні спіралей не перевищують 1/10 4 дюйми. Між спіральними елементами не потрібні будь-які спеціальні ущільнювальні пристрої.
Узгоджено-спіральний компресор зберігає високу ефективність роботи протягом усього терміну служби незалежно від ступеня зношування спіралей.
Холодильний коефіцієнт при роботі в стандартному європейському режимі кондиціювання повітря досягає значення 3,37 проти 2,75-2,95 у герметичного поршневого. Рухаюча спіраль робить дуже плавний рух, оскільки вона добре збалансована. Тому рух потоку парів холодоагенту на лініях всмоктування та нагнітання має безперервний характер, причому пульсації тиску пари, а отже, і гідравлічні втрати вкрай малі в порівнянні з поршневими аналогами. В результаті для такого компресора відпадає додаткове встановлення зовнішнього або вбудованого глушника.
Крім того, за відсутності клапанів не виникає специфічного шуму, немає тут і механізмів, що здійснюють зворотно-поступальні рухи, що помітно впливають на рівень шуму при експлуатації. Він у 8 разів "тише", ніж його поршневий аналог, особливо при змінних режимах роботи.
У поршневому компресорі при пуску та зупинці спостерігаються сплески рівня шуму, що пояснюється навіть «вологим» ходом. У спірального подібного ефекту немає.
Узгоджено-спіральний компресор «Copeland» має низку переваг і з економічної точки зору. Вони проявляються як при режимі роботи, що встановився, так і в моменти пуску і зупинки.
Для спірального «Copeland» не потрібно підігрівач картера для більшості випадків застосування, оскільки він не боїться «вологого» ходу. По-друге, пуск відбувається без навантаження і тому для нього не потрібно розвантажувального пристрою, незалежно від типу вентиля, що дроселює, холодильної системи. По-третє, маючи більшу енергетичну ефективність, ніж поршневий аналог, дозволяє при конструюванні холодильних машин дещо скоротити витрати на теплообмінну апаратуру.
Завдяки відпрацьованій за багато років виробничій програмі компресори «Copeland» мають найменший відсоток відмов порівняно з будь-якими іншими компресорами в холодильній галузі у світі. Надійність і технічні стандарти найбільше відповідають високим вимогам, які висуваються сьогодні до виробників холодильного обладнання в усьому світі.
До недоліків спіральних компресорів належать:
- більш високий технологічний рівень виготовлення та організації виробництва;
- складність виготовлення спіралей; використання більш точної технології в машинобудуванні;
- на рухливу спіраль діє складна система сил: осьових, тангенціальних, відцентрових, що вимагають грамотного розрахунку та врівноважування, а отже, і балансування ротора. За відсутності нагнітального клапана індикаторна діаграма спірального компресора на вигляд така ж, як і у гвинтового з можливими ефектами «недотискання» і «перетискання» пари, тобто. із додатковими втратами.
В даний час використовують в основному в побутових та транспортних системахкондиціювання повітря, теплових насосів, холодильних машин малої та середньої потужності до 50 кВт.
За принципом розташування електродвигуна розрізняють наступні компресори: герметичні (з вбудованим електродвигуном в нероз'ємному корпусі), безсальникові (з електродвигуном в роз'ємному корпусі зі знімними кришками циліндрів) і відкриті або сальникові з окремим електродвигуном, з'єднаним з компресором муфтою або клинопасом.
Проміжне положення займає екранований компресор: між ротором і статором електродвигуна встановлений тонкий герметичний екран з нержавіючої сталі; ротор омивається парами холодоагенту, а статор - зовнішнім повітрям. Компресори з вбудованим електродвигуном складніше у виготовленні, ніж відкриті, але компактніші, легші, надійніші. Безсальникові та екрановані компресори дорожчі, ніж герметичні, але більш ремонтопридатні.
По пусковому (початковому) моменту, що обертає, вбудованого електродвигуна малі компресори діляться на компресори з підвищеним пусковим моментом (для холодильних машин з терморегулюючим вентилем) і з пониженим (для холодильних машин з капілярною трубкою); за частотою використовуваного струму - для мереж із частотою 50, 60 та 400 Гц; за частотою обертання валу електродвигуна - на звичайні та високооборотні (n>30 с -1 ).
За принципом механізму руху розрізняють поршневі з колінчастим валом та роз'ємним шатуном, з ексцентриковим валом та нероз'ємним шатуном, з кривошипно-кулісним механізмом та аксіальні (з косою шайбою).
Так, побутові типу ДХ мають кривошипно-шатунний механізм, горизонтальний вал і зовнішню підвіску, а компресори типів ФГ, ХКВ КС - кривошипно-кулісний механізм, вертикальний вал і внутрішню підвіску.
За розташуванням циліндрівбезсальникові та відкриті можуть бути вертикальні (з вертикальною віссю робочих циліндрів) та кутові (U-подібні). У герметичних компресорах осі робочих циліндрів зазвичай горизонтальні, розташування кутове, рядне та опозитне або хрестоподібне (з чотирма циліндрами) з осями під прямим кутом.
За типом хладагента розрізняють хладонові, аміачні, хлорметилові та сірчано-ангідридні. Найбільш поширені нині переважно лише хладонові малі компресори.
За умовами застосування розрізняють експлуатовані у звичайних умовах, і спеціальні — у тропічному виконанні.
По діапазону температур кипіння холодоагенту розрізняють: низькотемпературні (номінальна температура кипіння t0 = -35 ° С); середньотемпературні (номінальна температура кипіння t0 = -15 ° С); високотемпературні (номінальна температура кипіння t0 = +5 ° С).