Общие сведения

Парокомпрессорные холодильные установки в зависимости от применяемого типа компрессора разделяют на роторные, поршневые и центробежные.

Первые применяют в холодильных установках малой холодопроизводительности (до 10000 кДж/ч), вторые — при холодопроизводительности до 800000 кДж/ч, третьи — при холодопроизводительности выше 800000 кДж/ч.

Для целей рефрижерации на судах используют автоматизированные парокомпрессорные установки с непосредственным испарением хладагента (фреон-12, фреон-22 или их смеси) в испарительных батареях.

Независимо от типа компрессора состав элементов и принцип действия парокомпрессорных холодильных установок одинаков.

Обзорная и принципиальная схема парокомпрессорной холодильной установки представлена на рис. 6.1 и включает следующие основные элементы: компрессор 1, теплообменник 3, терморегулирующий вентиль 4, вентилятор 5 и испаритель, которые соединены трубопроводами в замкнутую герметичную систему, обеспечивающую циркуляцию хладагента.

Компрессор предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя, что обеспечивает низкое давление, а следовательно, и низкую температуру кипения хладагента, и для сжатия паров до давления, при котором они могут конденсироваться при данной температуре охлаждающей воды.

Пары фреона, засасываемые компрессором из испарительных батарей, сжимаются до давления 0,5-0,8 МПа (5-8 бар), определяемого температурой охлаждающей забортной воды, и подаются в конденсатор.

Конденсаторы кожухотрубного типа служат для охлаждения перегретых после компрессора паров хладагента до температуры конденсации и конденсации их.

В конденсаторе тепло, которое отбирает от охлаждаемых помещений, и тепло, которое сообщается хладагенту при сжатии в компрессоре, передается охлаждающей забортной воде. Из конденсатора жидкий фреон поступает в ресивер и из нижней его части через клапан и фильтр осушитель жидкий фреон поступает в змеевик теплообменника.

В теплообменнике происходит теплообмен между парами, выходящими из испарителя и жидким хладагентом, который выходит из конденсатора. При этом температура жидкости перед терморегулирующим вентилем становится ниже температуры конденсации (хладагент переохлаждается), а влажный пар после испарителя подсушивается до сухого насыщенного пара и несколько перегревается. Терморегулирующий вентиль дросселирует жидкий хладагент от давления конденсации до давления кипения, регулирует количество хладагента, подаваемого в испаритель, таким образом, чтобы он успевал выкипеть, и в виде паров через теплообменник отсасывается компрессором.

Принципиальная схема и теоретический цикл одноступенчатых парокомпрессионных холодильных машин

Основное назначение судовых холодильных машин — поддержание заданных температур в охлаждаемых помещениях (рефрижераторных трюмах, провизионных кладовых, охлаждаемых контейнерах) и в других охлаждаемых объектах. Идеальным холодильным циклом для судовых машин является обратимый обратный цикл Карно, верхняя граница которого определяется температурой окружающей среды, в судовых условиях — это температура забортной воды t_w (T_w, а нижняя граница определяется наиболее низкой температурой охлаждаемого объекта t_об. Такой идеальный холодильный цикл теоретически можно получить в одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машине.

Действие машины при осуществлении обратимого обратного цикла Карно представляется следующим образом: в испарителе -И- хладагент кипит при температуре t_об и соответствующем ей давлении р за счет теплоты охлаждаемого объекта. В диаграмме S-T этот процесс показан штриховой линией 4’—1’. Влажный пар хладогента непрерывно отсасывается из испарителя компрессором КМ, адиабатно (при s = const), сжимается в нем (штриховая линия 1’-2’) до давления конденсации — р'_к, соответствующего температуре t и подается в конденсатор КН. где происходит его конденсация при неизменных давлении и температуре (штриховая линия 2’-3’). Отвод теплоты конденсации осуществляется охлаждающей забортной водой. Жидкий хладагент возвращается в испаритель через расширительный цилиндр-детандер рЦ, в котором происходит адиабатное понижение давления и температуры хладагента (штриховая линия 3’-4’) до исходных значений (р’_о и t_об ).

В реальном расширительном цилиндре полезная работа из-за ряда потерь практически оказывается близкой нулю, расширения — близким к процессу дроссселирования, в связи с этим от расширительного цилиндра отказались, заменив его более простым дроссельным устройством — регулирующим клапаном, позволяющим изменить степень заполнения испарителя кипящим хладагентом.

Общие сведения о фреоновых компрессорах

Фреоновые компрессора, работающие на фреоне-12 имеют некоторые конструктивные особенности, обусловленные тепловыми и физико-химическими свойствами фреона. Эти компрессора в большинстве случаев выполняются без водяной рубашки вследствие того, что температура сжатия паров фреона незначительная. Вместо водяной рубашки применяется воздушное охлаждение за счет ребер, устроенных в верхней части цилиндров и в крышках.

Так как компрессоры, работающие на фреоне-12, всасывают перегретые пары значительной повышенной температуры, поэтому они имеют увеличенную площадь сечения каналов и возможность гидравлических ударов в цилиндрах почти исключается. Поршневые холодильные компрессоры по конструкции механизма движения делятся на две группы, имеющие принципиальные различия: крейцкопфные и безккрейцкопфные. В судовых холодильных установках применяются только бескрейцкопфные поршневые компрессоры.

Малые и средние компрессоры выполняются, как правило, со встроенными электродвигателями — герметичными и бессальниковыми.

Современные безкрейцкопфные поршневые холодильные компрессоры, как правило, выполняются блок-картерными, т. е. блок цилиндров и картер у них объединяются в общую конструкцию, которая снабжается сменными рабочими втулками цилиндров. Унификация поршневых холодильных компрессоров, проводимая путем деления их на базы с одинаковыми ходом поршня и диаметром цилиндра, позволила сократить число серий выпускаемых компрессоров.

Ниже рассмотрим поршневой бескрейцкопфный непрямоточный одноступенчатый сальниковый компрессор П220 базы 1V ряда унифицированных поршневых компрессоров новой градации (см. рис. 6.2-6.3).

Корпус компрессора состоит из блок-картера 1 с двумя боковыми 6 и передней 10 крышками и проставок 16 с верхними крышками 17. Все корпусные детали отлиты из чугуна. Число проставок определяется числом пар цилиндров в компрессоре. Проставки крепятся к блок-картеру болтами 18. Разъемы между блок-картером и проставками уплотнены прокладками из паранита. В проставках между верхними крышками и блок-картером образована нагнетательная полость компрессора. Сам блок-картер перегородкой.15 разделен на всасывающую полость и картер. В перегородке предусмотрены уравнительные отверстия 5, позволяющие отсасывать пары хладагента из картера; через эти же отверстия в картер возвращается масло, отделяющееся от хладагента во всасывающей полости.

Цилиндровые втулки чугунные, на наружной поверхности имеют два посадочных пояска. Посадка втулок в блок-картер скользящая.

Коленчатый вал 12 стальной, штампованный, двухколенный, двухопорный. Колена выполнены под углом 180°. На каждой мотылевой шейке расположено четыре шатуна 4, ( в других компрессорах типа П может быть расположено три или два шатуна в зависимости от числа цилиндров в компрессоре). На коренные шейки напрессованы роликовые сферические подшипники 13 и 23. Вал с подшипниками установлен в стаканах 14 и 22, размещенных в расточках в передней и задней стенках блок-картера. Передний подшипник 13 зафиксирован, задний может перемещаться в стакане 22, что необходимо для компенсации линейного расширения вала при изменении температуры.

Шатуны 4 стальные штампованные. В верхнюю головку запрессована втулка, выполненная из бронзы. Нижняя головка шатуна имеет косой разъем, что облегчает сборку. В ней установлены тонкостенные биметаллические вкладыши. Рабочая поверхность вкладышей покрыта слоем антифрикционного алюминиевого сплава АСМ.

Поршни 3 литые из алюминиевого сплава. При сборке с шатуном поршневой палец 21 запрессовывают в поршень и фиксируют от продольных перемещений двумя замковыми шайбами. Верхняя часть поршня имеет специальную форму, повторяющую очертание корпуса всасывающего цилиндра. В верхней части поршня расположены уплотнительные кольца 20, в нижней — маслосъемное кольцо. Поршневые кольца изготовлены из термостабилизированного капрона. Необходимая упругость колец достигается установкой в канавке между кольцом и телом поршня стальных экспандеров. Кольца из капрона обладают высокой износостойкостью. Их применение увеличивает срок службы цилиндровых втулок.

Смазка компрессора осуществляется в расточке передней стенки блок-картера. В картере поддерживают уровень масла выше сетчатого фильтра грубой очистки 8, расположенного на дне картера.

Средний поршневой бескрейцкопфный непрямоточный одноступенчатый бессальниковый холодильный компрессор ПБ

По конструкции основные узлы и детали современных средних компрессоров мало отличаются от используемых узлов в крупных компрессорах.

Новый ряд средних бессальниковых непрямоточных компрессоров выполняется с чугунными или алюминиевыми корпусами, с минимальным количеством разъемов, с числом цилиндров четыре, шесть или восемь. Двух опорные коленчатые валы устанавливают на подшипниках качения или скольжения. При этом, как правило, один подшипник расположен на конце шейки вала, а другой — между шатунно-мотылевым механизмом и электродвигателем. Двухопорная схема вала 11 и блок-картер 1 компрессора обеспечивают равномерность зазора между ротором 3 и статором 4 встроенного электродвигателя. Ротор располагают консольно для облегчения его монтажа и демонтажа. Уровень масла в картере должен быть не менее, чем на 5 мм, ниже зазора между ротором и статором, так как наличие масла в зазоре приводит к росту подводимой мощности и увеличивает унос масла из компрессора. Масло забирается из картера масляным насосом 6 через фильтр 5 и подается через фильтр тонкой очистки в камеру 7, откуда поступает в сверление вала.

По конструкции цилиндровые втулки 2 шатуно-поршневая группа 10 и детали клапанного устройства 8 и 9 аналогичны используемые в компрессоре П220.

Интенсивное охлаждение встроенного электродвигателя всасываемым парами хладагента, поступающим в компрессор через фильтр 12, позволяет увеличить нагрузку двигателя в 1-1,8 раза по сравнению с его номинальной мощностью.В связи с этим бессальниковые компрессоры могут иметь встроенные двигатели значительно меньшей номинальной мощности и массы, чем открытые. Однако пусковой момент у встроенных электродвигателей должен быть повышенным разгружающий запуск.

Для обеспечения нормальной работы в режимах с уменьшенной массой всасываемого пара изоляция обмотки электродвигателя должна длительно выдерживать температуру до 125°С с учетом свойств среды, в которой работает двигатель.

Клапанная группа компрессора П220

Клапанная группа компрессора П220 показана на рис. 6.6. Верхний торец буртика цилиндровой втулки 1 служит седлом кольцевого всасывающего клапана 3. Всасываемый пар-хладогент проходит через отверстия 2, просверленные в буртике цилиндровой втулки.

Корпус всасывающего клапана 4, установленный на буртике цилиндровой втулки, служит седлом нагнетательных клапанов 12. Кольцевые пластины всасывающего 3 и нагнетательных 12 клапанов подпружинены. Специальный фланец 5, устанавливаемый с помощью четырех шпилек 6 на блок-картере 13, прижимает корпус всасывающего клапана к цилиндровой втулке. Этот фланец выполняет также роль направляющей для розетки 7 нагнетательных клапанов, прижатой к корпусу всасывающего клапана буферной пружиной 8. Буферная пружина, направляющие втулки 9 и 11, винт 10 и розетка 7 нагнетательных клапанов образуют ложную крышку. Такое устройство предохраняет механизм движения компрессора от больших перегрузок и гидравлических ударов при попадании жидкого хладагента в цилиндр. Под давлением несжимаемой жидкости розетка нагнетательных клапанов поднимается, сжимая буферную пружину, и жидкость перепускается в нагнетательную полость через каналы в нажимном фланце.

Для обеспечения нормальной работы компрессора при длительной эксплуатации необходимы: качественное уплотнение в соединениях корпус всасывающего клапана — буртик цилиндровой втулки и цилиндровая втулка — блок-картера; строгое соблюдение величины линейного мертвого пространства (зазор между днищем поршня и корпусом всасывающего клапана должен быть 0,8-1,2 мм).

Сальник компрессора П220

Сальник компрессора П220 по принципу действия и конструкции однотипен с сальником компрессора П80. Сальник пружинный, торцового типа, двусторонний, маслозаполненный. Двустороннее уплотнение позволяет удерживать масло в камере сальника. Торцовое уплотнение в сальнике достигается за счет трения между стальными кольцами 1, вращающимися вместе с валом, и неподвижными кольцами 2, выполненными из антифрикционного металлизированного графита. Предварительно сжатыми пружинами 6, расположенными в обойме 3, стальные кольца через нажимные кольца 4 и упругие кольца 5 прижаты к неподвижным. Упругие кольца из хладономаслостойкой резины или фторопласта компенсируют неточности сборки сальника, обеспечивая плотное прилегание трущихся колец, и одновременно служат уплотнением по валу.

Литература

Вспомогательные механизмы и судовые системы. Э. В. КОРНИЛОВ, П. В. БОЙКО, Э. И. ГОЛОФАСТОВ (2009)

• Воздушные компрессоры фирмы «хамворти»
• Компрессоры фирм «бурмейстер и вайн» и «вильгельм поппе»
• Воздушные компрессоры фирмы «хатлапа»
• Турбокомпрессоры
• Компрессоры - общие сведения, назначение, классификация