Винтовые компрессоры судовых холодильных машин

Винтовые компрессоры относятся к группе компрессоров объемного сжатия. Основные детали компрессора: корпус, ведущий (ВЩ) и ведомый (ВМ) роторы, опорные и упорные подшипники, регулятор холодильной мощности и сальник. На средней утолщенной части роторов нарезаны винты, которые представляют собой цилиндрические косозубые крупномодульные шестерни с зубьями специального профиля. Профили зубьев винтов при взаимной обкатке винтов сопрягаются теоретически без зазоров. Вершины зубьев также теоретически образуют с корпусом сопряжение без зазора.

Роторы вращаются в противоположных направлениях и практически не соприкасаются между собой и с корпусом. Ведущий ротор выполнен с выпуклыми зубьями, а ведомый с вогнутыми, их количество соответственно четыре и шесть. Вращение от ВЩ ротора к ВМ передается давлением сжимаемого пара. Процесс сжатия в них происходит за счет уменьшения замкнутого объема, образуемого впадинами винтов и стенками корпуса.

Винтовые компрессоры являются быстроходными, надежными и долговечными машинами. Они не имеют всасывающих и нагнетательных клапанов; без конструктивных изменений их используют для различных холодильных агентов.

Винтовые компрессоры бывают сухими и маслозаполненными. В холодильной технике применяют преимущественно винтовые маслозаполненные компрессоры для работы на R717, R12 и R22 при холодопроизводительности 50-3500 кВт и выше, степени повышения давления до 17 и перепаде давлений между нагнетанием и всасыванием 1,7— 2,1 МПа. В этих компрессорах предусмотрен впрыск масла в рабочую полость компрессора. Масло предназначено: для уплотнения зазоров между роторами, между роторами и корпусом; для отвода части теплоты сжатия; для смазывания обкатывающихся профилей зубьев роторов; для снижения уровня шума. Масло впрыскивается под давлением на 0,2-0,5 МПа выше давления нагнетания при температуре не выше 45 °С. Частота вращения ведущего ротора обычно составляет 30-200 с-1 в зависимости от диаметра винтов при оптимальной окружной скорости на внешней окружности винта 28-55 м/с.

Принцип действия двухроторного винтового компрессора состоит в следующем. При вращении винтов на стороне выхода зубьев из зацепления, начиная от торца всасывания, освобождаются полости между зубьями и благодаря создаваемому в них разрежению заполняются паром, поступающим через окно всасывания снизу (рис. 2.47, а).

После заполнения винтовых впадин паром окно всасывания перекрывается и объем хладагента, заключенный в полостях между вращающимися роторами и корпусом, начнет уменьшаться по мере входа зуба ведомого ротора во впадину ведущего (рис. 2.47, б). В дальнейшем объем полостей от места зацепления до задней торцевой крышки корпуса сокращается, а давление в них повышается. При этом объем полостей от зацепления до передней крышки увеличивается, так как идет процесс всасывания.

Фазы рабочего процесса винтового компрессора

Процесс сжатия в замкнутом объеме продолжается до тех пор, пока при повороте роторов рабочая полость не достигнет окна нагнетания (рис. 2.47, в), затем пар выталкивается в полость нагнетания и далее в конденсатор (рис. 2.47, г). Таким образом осуществляются процессы всасывания, сжатия и нагнетания для каждой отдельно взятой рабочей полости. Так как в винтовом компрессоре полости непрерывно следуют друг за другом с большой скоростью, образуется практически непрерывный поток пара.

Винтовые компрессоры по сравнению с поршневыми имеют следующие преимущества: высокие надежность и моторесурс (до 40 000 ч); отсутствие деталей с возвратно-поступательным движением; высокую частоту вращения, которая определяет лучшие массогабаритные показатели; отсутствие быстроизнашивающихся деталей (клапанов, поршневых колец); малые газодинамические потери из-за отсутствия всасывающих и нагнетательных клапанов; высокую степень повышения давления в одной ступени, что способствует упрощению конструкции холодильной машины; исключение гидравлического удара; возможность осуществления двухступенчатого сжатия в одноступенчатом компрессоре, что существенно повышает энергетическую эффективность холодильных машин с винтовым компрессором.

Однако вследствие постоянной геометрической степени сжатия, а также наличия утечек и перетечек пара через щели внутри компрессора энергетическая эффективность винтовых компрессоров несколько хуже чем у поршневых.

Конструктивная особенность винтовых компрессоров - малые зазоры в сопрягаемых деталях. Так, торцевой зазор со стороны нагнетания 0,1 мм, со стороны всасывания 0,5 мм, радиальный зазор между ротором и корпусом 0,1-0,25 мм. Монтажный зазор в подшипниках скольжения 0,05-0,095 мм. Малые зазоры повышают холодопроизводительность компрессора, но увеличивают стоимость его изготовления.

В табл. 2.7 приведены основные характеристики базовых моделей некоторых отечественных винтовых компрессоров для R22 при температуре кипения t0 = - 15 °C, температуре конденсации tk = 30 °С и геометрической степени сжатия 4.

На базе ряда винтовых компрессоров созданы их модификации в судовом исполнении с одной из трех расчетных геометрических степеней сжатия - 2,6; 4; 5.

Марка базовых компрессоров 5ВХ-350, 6аВХ-470, СВХ-700, 7ВХ-1400 обозначает: 5, 6а, 6, 7 - базовый номер компрессора; В - винтовой; X - холодильный; 350, 470, 700, 1400 - холодопроизводительность в стандартном режиме (тыс. ккал/ч).

Основные характеристики отечественных винтовых компрессоров

Рассмотрим конструкции винтовых компрессоров, наиболее распространенных на рыбопромысловых судах.

Винтовой маслозаполненный компрессор типа BX-350

Винтовой маслозаполненный компрессор типа ВХ-350, работающий на R22, холодопроизводительностью 122кВт при t0 = - 40 °С, tк = 35 °С, n = 49,2 с-1 показан на рис. 2.51. Компрессор состоит из корпуса 2 с вертикальным разъемом, передней крышки 14 с полостью всасывания и задней крышки 3. Окно нагнетания выполнено в сменной торцевой приставке, позволяющей унифицировать корпус в компрессорах с различной геометрической степенью сжатия, равной 2,6; 4; 5.

В цилиндрических расточках корпуса находятся ведущий 10 и ведомый 13 роторы (винты), имеющие одинаковые наружные диаметры. Длина роторов менее шага винта. Ведущий ротор имеет четыре выпуклых зуба, а ведомый - шесть вогнутых зубьев. Профильный зазор между винтами по линии контакта 0,05-0,17 мм, радиальный зазор между роторами и корпусом 0,057- 0,193 мм, торцевой зазор на нагнетательной стороне 0,05— 0,08 мм, на всасывающей стороне 0,42- 0,75 мм.

Окна всасывания и нагнетания расположены диагонально: окно всасывания сверху, окно нагнетания снизу. В качестве опорных подшипников 5,9,11 и 12 применены подшипники скольжения втулочного типа с баббитовой заливкой. Осевые усилия ротора воспринимают сдвоенные радиально-упорные шарикоподшипники 4 и 7. Для уменьшения этих усилий служат масляные разгрузочные поршни 6 и 8.

Для регулирования холодопроизводительности предусмотрен золотник 1, с помощью которого осуществляются ее плавное изменение от 100 до 10%. Золотник расположен в прорези в нижней части цилиндра и может перемещаться вдоль оси роторов. При перемещении золотника вправо начало сжатия задерживается, в результате уменьшаются рабочий обьем компрессора и его подача. С помощью золотника снижается пусковой момент во время пуска компрессора. Привод золотника может быть электрическим или гидравлическим, кроме этого, имеется ручной привод.

В корпус компрессора впрыскивается охлажденное масло. Впрыск масла в рабочие полости компрессора снижает температуру хладагента, масло заполняет зазоры, уменьшая утечки и перетечки пара, т.е. увеличивает подачу компрессора. В компрессорах типа ВХ-350 в зависимости от условий работы применяют масло ХА23,ХА30, ХС40.

Все новые крупнотоннажные траулеры и транспортные рефрижераторы оснащены холодильными установками с винтовыеми компрессорами ( в основном S3-900 и S3-1800). Ряд компрессоров типа S3 открытым приводом при частоте вращения ведущего ротора 49 с -1 рассчитан для работы на R717 и R22 (табл.2.8) Выпускаются компрессоры с геометрической степенью сжатия 2,6; 3,6 и 4,8.

Основные характеристики винтовых компрессоров типа S3

Компрессор S3-900 (рис. 2.52) имеет плавное регулирование подачи путем изменения рабочего объема цилиндра при помощи золотника 4 с гидравлическим приводом. Особенностью конструкции компрессора является наличие двух вертикальных разъемов, разделяющих чугунный корпус на три секции: всасывания1, роторов 2 и нагнетания 3.

Стальные роторы компрессора – ведущий 6 и ведомый 5 вращаются в подшипниках скольжения 17 с баббитовой заливкой. Осевые усилия, возникающие в роторах, воспринимаются сдвоенными радиально-упорными шарикоподшипниками 15, установленными на нагнетательной стороне. Кроме подшипников осевые нагрузки воспринимаются разгрузочным поршнем 16, плотно посаженным на вал ведущего ротора. Головки зубьев роторов имеют уплотнительные кромки.

Компрессор S3-900

При износе подшипников контакт роторов со стенками цилиндров будет проходить по узким уплотнительным кромкам. Во впадинах ведущего ротора имеются канавки, в которые входят уплотнительные кромки ведомого ротора. Этим создается лучшее уплотнение между роторами. Окно всасывания размещено в верхней части секции 2.

В процессе работы в корпус компрессора шестеренным насосом с автономным электродвигателем под давлением на 0,05- 0,3 МПа выше давления сжатия впрыскивается охлажденное масло.

Масло к компрессору подводится в четырех точках. По трубкам 19 и 13 масло подается для смазки подшипников скольжения, а по трубке 18 через отверстия 7 и 8 - для смазывания винтов и уплотнения зазоров между ними и корпусом. Впрыскиваемое в рабочие полости масло охлаждает винты и корпус, а также снижает уровень шума.

Подаваемое по трубке 19 масло, проходя сальник 20 и подшипник, стекает в полость всасывания, где смешивается со всасываемым паром хладагента. По трубке 13 масло одновременно поступает для воздействия на разгрузочный поршень 16. Масло, выходя из подшипников скольжения, смазывает упорные шарикоподшипники и по внешнему соединительному трубопроводу 14 направляется в камеру 12, где смешивается с маслом, стекающим через зазоры в подшипниках скольжения секции всасывания.

Из масляного золотника 10, удерживаемого внутри ведомого ротора стержнем 9, смесь масла с парами хладагента через радиальные отверстия 11 входит в полость впадин роторов в тот момент, когда впадины не связаны с окном всасывания. Масло вместе со сжатыми парами хладагента поступает в маслоотделитель. Температура масла, входящего в компрессор, поддерживается на уровне 55 °С. В компрессорах типа S3 применяют масло марок ХАЗО для R22 и ХФ12-18 для R12.

Разгрузочный поршень 16, жестко связанный с ведущим ротором, воспринимает давление масла, создаваемое масляным насосом. Усилие, создаваемое на ведущем роторе разгрузочным поршнем, направлено в противоположную сторону по отношению к усилию, передаваемому ротору сжатым паром.

В месте выхода ведущего ротора из корпуса предусмотрено уплотнение (рис. 2.53). Уплотнение вала торцевого типа с одной парой трения чугун-графит. Уплотнение по валу достигается применением клиновидного радиального уплотнительного кольца из политетрафторэтилена. Пакет сальника устанавливается на защитной втулке, напрессованной на вал. Пакет с валом соединяется поводковым кольцом через цилиндрические штифты.

Плавное изменение холодопроизводительности компрессора S3-900 от 100 до 10% осуществляется с помощью встроенного золотника 5 (рис. 2.54), который является составной частью корпуса. Исполнительный механизм гидравлического привода золотника состоит из автономного шестеренного маслонасоса, цилиндра 11, поршня 2 со штоком 8.

Уплотнение вала ведущего ротора винтового компрессора S3-900

Положение золотника в корпусе компрессора регулируется фланцем 6 с сухарем 7. Системой автоматического регулирования предусмотрен пуск компрессора при минимальной его подаче. Изменение подачи компрессора осуществляется перемещением золотника в ту или иную сторону.

При подаче напряжения на соленоидный вентиль, обеспечивающий поступление масла по трубопроводу 12 в левую полость цилиндра, поршень 2 через шток 8 перемещает золотник 5 вправо. При этом рабочая длина роторов уменьшается, в результате часть пара, заполнившего полости впадин при всасывании, через окно 4 вновь возвращается в полость всасывания. Масло, находящееся в цилиндре справа от поршня, по трубопроводу 9 выходит в маслосборник.

При движении золотника вправо подача, а следовательно, и холодопроизводительность компрессора уменьшаются. Для увеличения подачи компрессора масло нагнетается в правую полость цилиндра, а из левой полости масло свободно перемещается в маслосборник.

Устройство для регулирования холодопроизводительности в компрессоре S3-900

В систему автоматического регулирования входит измерительный потенциометр 1, имеющий конечные выключатели для сигнализации о положении золотника. Вращательное движение на потенциометр от поступательно движущеюся золотника передается с помощью скрученного стержня 10 прямоугольного сечения, соединенного с потенциометром, и двух цилиндрических штифтов 3 в штоке 8.

Литература

Судовые холодильные машины и установки (Петров Ю.С.) 1991 г.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Метки: Судовые Холодильные установки, Компрессор S3-900

Для того, чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.