Компрессоры
Компрессор – это механизм, в котором используют механическую энергию для увеличения давления среды. Все типы холодильных компрессоров могут быть отнесены к двум большим группам: объемные компрессоры (поршневые и ротативные), в которых газ сжимается в результате уменьшения замкнутого объема и динамические (центробежные и осевые), где силовое воздействие на газ осуществляется вращающимися лопатками.
По функциональным признакам холодильные компрессоры разделяют на такие группы: промышленные, транспортные и коммерческие, высоко-, средне- и низкотемпературные.
По холодопроизводительности различают крупные компрессоры с холодопроизводительностью при стандартных условиях (t0 = -150С, tк = 300С) Q0 > 120кВт, средние компрессоры Q0 = 120…12кВт и малые компрессоры
Q0 < 12кВт.
Компрессорный агрегат – это машина, состоящая из собственно компрессора и его приводного двигателя – электродвигателя, турбины, двигателя внутреннего сгорания и др. В холодильной технике находят применение следующие три типа компрессорных агрегатов на базе объемных компрессоров:
· герметичные компрессорные агрегаты, в которых собственно компрессор и его приводной двигатель объединены в один механизм, имеют общий вал и заключены в общий, герметично заваренный кожух;
· полугерметичные (бессальниковые) компрессорные агрегаты, в которых собственно компрессор и его приводной двигатель объединены в один механизм, имеющий общий вал и заключенный в общий кожух, герметичность которого обеспечивается болтовым соединением с фланцем;
· компрессорные агрегаты открытого типа, состоящие из собственно компрессора, вал которого выходит из его корпуса через сальник наружу и приводится во вращение приводным двигателем при помощи специального устройства (муфта или ременная передача).
В последующем нами будут рассмотрены только три типа компрессоров объемного принципа действия (поршневые, винтовые и спиральные), как наиболее широко применяемые при производстве промышленного и коммерческого холода.
4.1.1. Поршневые компрессоры
Поршневые компрессоры являются одним из наиболее распространенных типов холодильных компрессоров. По конструктивным признакам различают одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые, крейцкопфные и бескрейцкопфные (или тронковые) компрессоры. Все поршневые компрессоры имеют самодействующие всасывающие и нагнетательные клапаны.
 |
Крейцкопфные компрессоры обычно выполняют двойного действия и чаще всего горизонтальными с оппозитным расположением цилиндров (рис. 4.1.). В таком компрессоре рабочий процесс осуществляется по обе стороны поршня.
Бескрейцкопфные (тронковые) компрессоры подразделяются по конструкции на непрямоточные (рис. 4.2,а) и прямоточные (рис. 4.2,б).
 |
Теоретическим объемным расходом, или объемом, описанным поршнями компрессора в единицу времени, называют объем, описанный поршнями всех его цилиндров.
Для бескрейцкопфного компрессора двойного действия и крейцкопфного простого действия теоретические объемные расходы, м3/с рассчитываются соответственно по формулам:
и
,
где 
диаметр цилиндра, м; 
диаметр штока крейцкопфного компрессора, м; 
полный ход поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней (НМТ), м; 
число цилиндров; 
частота вращения коленчатого вала, 1/с.
Действительный объемный расход пара, м3/с (т.е.объемный расход определяемый в цикле) хладагента через компрессор будет
,
где 
общий коэффициент подачи, учитывающий объемные потери в компрессоре.
Общий коэффициент подачи компрессора состоит из произведения следующих частных коэффициентов
,
коэффициент мертвого пространства; 
коэффициент дросселирования; 
коэффициент подогрева; 
коэффициент плотности; 
коэффициент прочих потерь.
Установлено, что для одноступенчатых фреоновых холодильных компрессоров с точностью до 5% справедлива формула
,
где 
доля мертвого объема (
); 
давление нагнетания и всасывания.
Приближенная оценка для любого типа поршневого одноступенчатого компрессора может быть рассчитана из соотношения
.
Здесь:
;
;
давление конденсации и давление кипения хладагента в цикле; 
температура конденсации и температура кипения хладагента в цикле.
4.1.2. Винтовые компрессоры
Винтовые компрессоры относятся к классу ротационных машин объемного принципа действия. Роль камер сжатия здесь выполняют впадины (полости) между зубьями винтов, прикрытыми стенками корпуса (рис. 4.3).
Винтовые компрессоры, в отличие от поршневых, не имеют всасывающих и нагнетательных клапанов.
 |
По числу роторов винтовые компрессоры могут быть одно-, двух- и многороторными. Последние практически не используются. Некоторое применение нашли однороторные компрессоры.
Наиболее распространены двухроторные винтовые компрессоры.
В зависимости от подачи масла компрессоры подразделяются на следующие типы:
§ винтовые маслозаполненные компрессоры (ВМК);
§ винтовые компрессоры сухого сжатия (ВКС);
§ винтовые компрессоры мокрого сжатия (ВКМС).
В холодильной технике преимущественное применение нашли маслозаполненные компрессоры. Другие типы – ВКС и ВМКС – имеют пока единичное применение, хотя и обладают некоторыми достоинствами, особенно при больших производительностях.
В ВМКС также впрыскивается капельная жидкость, в частности жидкий хладагент в малых количествах, главным образом с целью снижения температуры сжимаемого газа.
 |
Принцип действия двухроторного винтового компрессора показан на рис.4.4. При вращении винтов у торца всасывания образуется разряжение, благодаря которому газ из камеры всасывания через окно всасывания поступает во впадины винтов. Зуб ведомого винта первым вступает во впадину ведущего. Затем зуб ведущего винта входит во впадину ведомого и их впадины объединяются, образуя одну общую парную полость. Если и с торца нагнетания эти впадины полностью успели освободиться от зубьев, то в парной полости начнется сжатие, так как по мере вращения винта ее объем уменьшается.
По достижении заданного давления газа в парной полости и тогда, когда эта полость подойдет к окну нагнетания, произойдет выталкивание сжатого газа в нагнетательный трубопровод.
Ограничений по применению хладагентов винтовые компрессоры практически не имеют.
Винтовые компрессоры обладают следующими основными достоинствами:
ü высокая надежность в различных вариантах работы;
ü возможность работы одноступенчатого компрессора в схемах холодильных машин с системой экономайзера;
ü полная статическая и динамическая уравновешенность роторов компрессора;
ü отсутствие клапанов и других деталей.
Теоретическая объемная производительность м3/с двухроторного винтового компрессора может быть определена из соотношения
,
где 
длина винтов, м; 
число зубьев ведущего винта; 
частота вращения ведущего винта, 1/с; 
– соответственно площади в торцевом сечении впадин ведущего и ведомого винтов, м2.
Действительная объемная производительность м3/с винтовых компрессоров оценивается коэффициентом подачи
.
Коэффициент подачи винтового компрессора при одинаковых степенях сжатия должен быть выше, чем у поршневого. Данные по коэффициентам подачи могут быть затребованы у соответствующих производителей.
4.1.3. Спиральные компрессоры
 |
Спиральные компрессоры (СПК) относятся к одновальным машинам объемного принципа действия. В холодильной технике СПК используют в основном в бытовых и транспортных кондиционерах, тепловых насосах и холодильных машинах холодопроизводительностью до 50кВт.
СПК могут быть маслозаполненными, с впрыском капельной жидкости хладагента и сухого сжатия. Они могут быть одно- и двухступенчатыми.
Принцип действия спирального компрессора представлен на рис.4.5.
Подвижная спираль (ПСП) согласованно двигаясь по отношению к неподвижной спирали (НСП), создает между этими спиралями систему из серповидных и равных областей 1′ и 1, заполненных паром.
В процессе прохождения пара в полость спиралей всасывающие области закрываются. Так как подвижная спираль продолжает орбитальное движение пар сжимается в двух постоянно уменьшающихся областях. К тому времени, как пар достигает центра, создается давление нагнетания и пар, который теперь находится под высоким давлением, выталкивается из порта, расположенного в центре.
Теоретическая объемная производительность м3/с спирального компрессора может быть определена из соотношения
,
где 
геометрический объем одной области всасывания, м3; частота вращения вала, 1/с.
Действительная объемная производительность будет
.
Установлено, что коэффициенты подачи 
спиральных компрессоров выше, чем поршневых 
при любой степени сжатия. Так, например, при изменении степени сжатия от 4-х до 15 для хладагента R404А коэффициент подачи в спиральном компрессоре уменьшается от 0,97 до 0,85, а в поршневом – от 0,8 до 0,55.
Спиральные компрессоры обладают практически теми же достоинствами, что и винтовые.
Вопросы к подразделу 4.1
1). Какие известны две группы холодильных компрессоров?
2). На какие группы по функциональным признакам разделяют холодильные компрессоры?
3). Перечислить принятое разделение по холодопроизводительности при стандартных условиях холодильных компрессоров.
4). Какие технические устройства входят в состав компрессорного агрегата?
5). Перечислить и пояснить устройство герметичных компрессорных агрегатов, полугерметичных и компрессорных агрегатов открытого типа.
6). Принципиальное отличие бескрейцкопфных и крейцкопфных поршневых компрессоров.
7). Записать формулы для определения теоретического объемного расхода бескрейцкопфного компрессора двойного действия и крейцкопфного компрессора простого действия.
8). Записать формулу для определения действительного объемного расхода пара через компрессор.
9). Что учитывает общий коэффициент подачи компрессора?
10). Записать приближенную формулу для определения общего коэффициента подачи одноступенчатого поршневого компрессора.
11). Перечислить известные типы винтовых холодильных компрессоров.
12). Перечислить основные достоинства винтовых и спиральных компрессоров.
13). Записать формулу для определения теоретической объемной производительности двухроторного винтового компрессора.
14). Записать формулу для определения теоретической объемной производительности спирального компрессора.