Компрессоры

Компрессор центробежный

В струйных компрессорах повышение давления газа объясняется увлечением сжимаемого газа струей пара, газа или жидкости.

Современные модели компрессоров широко применяются в самых различных сферах деятельности человека, в том числе в компрессорных холодильных установках, где обеспечивают удаление теплого воздуха из холодильных камер. Холодильные компрессоры предназначены для сжатия и перекачки паров хладагента.

Конструктивно компрессоры могут быть одноступенчатыми или многоступенчатыми.

Разделяются компрессоры и по степени герметичности:

-открытые или сальниковые;

-бессальниковые или разъемные;

-герметичные компрессоры, предусматривающие размещение компрессора и электродвигателя в общем герметичном, сварном и неразъемном корпусе.

В холодильном оборудовании, главным образом, применяются поршневые, ротационные и спиральные компрессоры.

Поршневые компрессоры представляют собой самый распространенный тип компрессоров. Рабочий цикл поршневого компрессора представляет собой возвратно-поступательное движение поршня, вызывающее изменение объема рабочей камеры (цилиндра).

Изобретение поршневого воздушного насоса, прототипа современных компрессоров с одной ступенью сжатия, связано с именем немецкого физика Герике (1640 год). Совершенствованию компрессоров в 18 и 19 веках способствовало развитие горнорудной промышленности и металлургии.

Впервые поршневой компрессор в качестве машины для сжатия и перемещения газа был использован в металлургии в 1765 году. Создателем первого поршневого компрессора был изобретатель паровой машины И.И. Ползунов. Во второй половине 18 века в Англии Вилькинсон разработал и запатентовал двухцилиндровый поршневой компрессор, практически одновременно Уаттом была построена воздуходувная машина с паровым приводом.

В 30-х годах 19 века во Франции появились компрессоры со ступенями сжатия, но без промежуточных охладителей. В 1849 году конструктором Ратеном из Германии была предложена идея создания многоступенчатого компрессора с межступенчатыми охладителями.

Вплоть до конца 19 века поршневым компрессорам, как единственному на тот момент типу воздуходувных машин, не было альтернативы в промышленности.

Появление в конце 19 века паровых турбин и электродвигателей привело к изобретению

более экономичного центробежного компрессора, постепенно вытеснившего поршневые компрессоры из металлургии при подаче газа в печи. Изобретателем центробежного компрессора является генерал И. И. Саблуко.

Производство центробежных компрессоров было налажено фирмами Рато (Франция) и Парсонс (Англия) в начале 20 века.

В сороковых годах прошлого века шведским инженером Лисхольмом был изобретен винтовой компрессор. Усовершенствованные модели винтового компрессора Лисхольма стали основным оборудованием передвижных компрессорных установок в 70-80-е годы и до настоящего времени успешно конкурируют с поршневыми компрессорами в стационарных установках.

60-е годы двадцатого века – время появления нового вида поршневых компрессоров без подачи масла в цилиндры.

Современные поршневые компрессоры выпускаются различных модификаций: некоторые из них предусматривают смазку минеральными маслами, другие – в ней не нуждаются.

Условия работы холодильных компрессоров отличаются от условий работы компрессоров общепромышленного назначения, в том числе воздушных и характеризуются следующими особенностями:

-холодильные компрессоры работают в широком диапазоне давлений нагнетания и всасывания и большой разности этих давлений;

-некоторые хладагенты легко растворяются в смазочном масле, что снижает надежность подшипниковых узлов (в масляных компрессорах);

-пар, всасываемый в компрессор, может содержать неиспарившиеся капли рабочего вещества;

-в поршневых компрессорах возможна периодическая конденсация хладагента на стенках цилиндра с последующим его испарением;

-некоторые хладагенты, являющиеся рабочим веществом компрессоров, обладают высокой степенью проницаемости не только через разъемы, но и через поры чугунных отливок, что, наряду с подсосом воздуха в компрессор, является совершенно недопустимым;

-компрессоры, используемые в холодильных установках, работают с рабочими веществами, обладающими широким диапазоном физических и химических свойств, такими как: плотность, вязкость, текучесть, химическая стойкость и химическая активность.

Важной особенностью компрессоров объемного принципа действия является возможность их применения в холодильных устройствах при любых видах хладагентов. Это, как правило, компрессоры, работающие с использованием смазки.

Холодильные компрессоры динамического принципа действия характеризуются полным отсутствием масла в рабочем пространстве.

Рассмотрим вкратце принцип действия компрессионного холодильника.

Переход хладагента, циркулирующего внутри холодильного устройства, из жидкого агрегатного состояния в газообразное, как и в случае испарения любой другой летучей жидкости, сопровождается уменьшением температуры окружающей среды. Давление хладагента при этом уменьшается. Этот процесс происходит при протекании хладагента через капиллярную трубку. Затем с помощью компрессора образовавшийся пар сжимается, что приводит к повышению его температуры и давления и в таком состоянии пар поступает в конденсатор. Здесь горячий пар охлаждается и переходит в жидкое состоянии в результате конденсации, подобно конденсации влажного воздуха на холодной поверхности. Далее уже жидкий хладагент возвращается обратно в испаритель и процесс повторяется. Холодильные компрессоры не только повышают давление, но и температуру, поэтому в конденсаторах происходит не только конденсация, но и охлаждение сжатого хладагента.

Таким образом, нетрудно заметить, что компрессор является основным элементом холодильной установки, определяющим его работоспособность, производительность и экХолодильный компрессорономичность.

 

Особые требования, предъявляемые к холодильным компрессорам непосредственно

вытекают из их роли и условий работы в составе холодильной машины. Основными требованиями являются:

-высокая надежность и достаточный ресурс работы основных узлов и компрессора в целом, обеспечивающие заданные режимы работы холодильной машины;

-высокая энергетическая эффективность при широком диапазоне изменения параметров работы компрессора;

-возможность автоматизации;

-герметичность;

-низкие скорости движения пара в клапанах и трактах холодильных компрессоров;

-технологичность конструкций, высокая степень унификации деталей и узлов компрессора, доступность материалов для их изготовления, низкая материалоемкость;

-низкий уровень шума и механической вибрации. В зависимости от требуемой мощности число поршней в компрессорах поршневого типа, используемых в холодильной технике, варьируется от 1 в бытовых холодильниках до12 в крупных промышленных холодильных установках. Поршневые холодильные компрессоры подразделяются на одно и двухступенчатые. Сжатие хладагента в случае применения двухступенчатых поршневых компрессоров происходит сначала в цилиндрах первой ступени, а затем подается в цилиндры второй ступени.

В сравнении с поршневым типом компрессоров, компрессоры винтового типа, также применяемые в холодильных установках, отличаются меньшим потреблением электроэнергии и большей эффективностью.

Идея создания винтового компрессора принадлежит немецкому конструктору Кригару, предложившему использовать винтовой нагнетатель воздуха в некоторых отраслях производства.

Первым же создателем действующей модели винтового компрессора был, как мы уже упоминали, изобретатель из Швеции Лисхольм, запатентовавший свое изобретение в 1936 году. Винтовой компрессор Лисхольма и в наши дни по-прежнему не имеет себе равных по эффективности и совершенству. Конструкция винтового компрессора представляет из себя два сверлообразных ротора с заостренными формами. При вращении роторов воздух в винтовом устройстве сжимается. Особенностью данного компрессора является движение сжимаемого воздуха исключительно в одном направлении и его невозвращение обратно в нагнетательное устройство. Подобный принцип работы обеспечивает высокий КПД винтового компрессора при различных скоростях вращения, а также длительную и стабильную работу установки.Винтовой компрессор

Так же, как и компрессоры поршневого типа, винтовые компрессоры выпускаются двух видов – масляные и безмасляные. В масляных компрессорах, работающих с подачей масла в рабочую камеру, механизмы ротора смазываются маслом, одновременно происходит поглощение маслом тепла, выделяющегося при сжатии воздуха. В некоторых моделях компрессоров предусмотрена возможность замены масла водой.

В безмасляных компрессорах масло в процессе сжатия не участвует. Основное отличие таких компрессоров – это наличие не одной, а двух ступеней сжатия воздуха, что позволяет давлению в таких установках нарастать постепенно.

Для того чтобы получить чистый сжатый воздух без примесей масла и механических частиц, часто после обычного масляного компрессора приходится устанавливать систему фильтров, что существенно усложняет эксплуатацию и увеличивает затраты. Выбор масляного или более дорогого безмасляного компрессора определяется конкретными условиями производства.

Преимуществами винтовых компрессоров являются высокая производительность, надежность и износостойкость, к основным же недостаткам относится высокая себестоимость изготовления, что позволяет поршневым компрессорам по-прежнему быть востребованным товаром на рынке компрессоров.

Поскольку рабочее давление, производимое компрессором, достаточно велико (до 35 кгс/см2), то герметичность является необходимым условием работы такого компрессора. Холодильные компрессоры помещаются в герметичный корпус, с выводом наружу электрических контактов.

Холодильные компрессоры для транспорта могут использовать для работы привод как от автомобильного генератора, так и от отдельного электродвигателя.

Ротационные компрессоры более других подходят для систем кондиционирования воздуха. Ротационными обычно называют компрессоры с вращающимся поршнем, преобразующие его вращение в разницу давлений. Принцип действия такого компрессора аналогичен поршневому, однако конструктивно налицо значительные различия. В поршневых компрессорах электрическая энергия превращается в механическую, причем механическую вращательную. В ротационных же компрессорах газ или жидкость подвергаются сжатию при непосредственном использовании вращательной энергии. Рабочие органы ротационных компрессоров включают в себя: неподвижный корпус, вращающийся ротор и подвижные замыкатели различной конфигурации. Ротационные компрессоры выделяются своей компактностью. Чаще всего встречаются в импортном бытовом холодильном оборудовании.

Ротационный компрессор.

Использование спиральных компрессоров не ограничивается их использованием в кондиционировании воздуха, они широко применяются в тепловых насосах, а также низко- и среднетемпературном холодильном оборудовании.

Спиральный компрессор

 

Для крупных систем кондиционирования наиболее применимы центробежные компрессоры (турбокомпрессоры).

 

 

Однако наиболее часто применяемыми видами компрессоров, используемыми в холодильном оборудовании являются поршневые и винтовые компрессоры. Несмотря на то, что принципы их работы различны (поршневой компрессор использует возвратно-поступательное движение поршня, винтовой – специальный винтовой механизм),

каждый из них достаточно востребован и распространен. Простота конструкции и легкость изготовления – основные достоинства поршневых компрессоров, которые подразумевают и невысокую их стоимость. Устойчивы к агрессивным средам, износостойки, удобны в эксплуатации. Турбокомпрессор Недостатками же являются высокий уровень шума и вибрации, высокое содержание смазочного масла в вырабатываемом воздухе.

Плавность хода, экономичность в эксплуатации, высокая эффективность, а также пониженный уровень шума и вибрации – все эти преимущества обусловили высокий спрос на винтовые компрессоры. Есть у них и недостатки – сложность ремонтно-восстановительных работ и высокая стоимость. Выбор за потребителем.

И в наши дни многие ведущие производители компрессионного оборудования продолжают работу над созданием новых видов компрессоров, отвечающим требованиям современного потребителя: более экономичных, экологически чистых и бесшумных. Значительное уменьшение расхода электроэнергии достигнуто при использовании компрессоров с переменными оборотами вала и самой последней разработки в области компрессоров – линейных компрессоров. В холодильниках с линейным компрессором без системы принудительной циркуляции воздуха потребление электроэнергии уменьшается более чем на 40 процентов, а в холодильных системах, оснащенных вентилятором, на 30%. Возможность с помощью электронной системы управления компрессором регулировать мощность в зависимости от конкретной ситуации делает холодильник еще более экономичным. Использование линейных компрессоров в холодильном оборудовании делает холодильники практически бесшумными, что обеспечивается в значительной степени регулирующей и контролирующей функцией электронной системы, отслеживающей ход поршней компрессора, а также осуществляющей плавный пуск и остановку. Полная экологическая безопасность холодильных машин с линейными компрессорами обусловлена их изначальной ориентировкой на работу с безопасными хладагентами.

Модели поршневых компрессоров, являвшиеся до недавнего времени, наиболее распространенным типом компрессоров, использовавшимся в холодильной технике, имели привод от электродвигателя и наружную подвеску. Вибрации компрессора, прикрепленного к статору электродвигателя передавались на кожух, в котором они были жестко закреплены, а затем на сам холодильный шкаф. Наличие наружной подвески компрессора служило причиной повышенного шума. В кривошипно-шатунных и кривошипно-кулисных поршневых компрессорах вращательное движение вала электродвигателя преобразовывалось в возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного либо кривошипно-кулисного механизма.

В линейных же компрессорах с магнитным приводом отсутствует механизм преобразования вращения ротора электродвигателя в движение поршня (поршни движутся под действием электромагнитного поля), что является основным фактором, позволившим повысить эффективность работы устройства, снизить электропотребление и фактически свести шумность и вибрации к нулю.

Первой инновационный тип поршневых линейных компрессоров запатентовала корейская компания LG Electronics. Высокая экономичность предполагает использование линейных компрессоров преимущественно в холодильных системах большого объема.

Можно предположить, что столь явные преимущества линейных компрессоров позволят им в скором времени вытеснить с рынка традиционные типы шатунных поршневых холодильных компрессоров.