Принцип работы компрессора и его типы

Один из главных элементов любой холодильной машины - это компрессор.

Компрессор всасывает пар хладагента, имеющий низкие температуру и давление, затем сжимает его, повышая температуру (до 70 - 90°С) и давление (до 15 - 25 атм.), а затем направляет парообразный хладагент к конденсатору.
Основные характеристики компрессора - степень компрессии (сжатия) и объем хладагента, который он может нагнетать. Степень сжатия - это отношение максимального выходного давления паров хладагента к максимальному входному.

В холодильных машинах используют компрессоры двух типов:

• Поршневые - с возвратно-поступательным движением поршней в цилиндрах
• Ротационные, винтовые и спиральные - с вращательным движением рабочих частей.

Поршневые компрессоры используются чаще всего. Принцип их работы показана на схеме.

• При движении поршня (3) вверх по цилиндру компрессора (4) хладагент сжимается. Поршень перемещается электродвигателем через коленчатый вал (6) и шатун (5).
• Под действием давления пара открываются и закрываются всасывающие и выпускные клапаны компрессора холодильной машины.
• На схеме 1 показана фаза всасывания хладагента в компрессор. Поршень начинает опускаться вниз от верхней точки, при этом в камере компрессора создается разрежение и открывается впускной клапан (12). Парообразный хладагент низкой температуры и низкого давления попадает в рабочее пространство компрессора.
• На схеме 2 показана фаза сжатия пара и его выхода из компрессора. Поршень поднимается вверх и сжимает пар. При этом открывается выпускной клапан компрессора (1) и пар под высоким давлением выходит из компрессора.

Основные модификации поршневых компрессоров (отличаются конструкцией, типом двигателя и назначением):

• Герметичные компрессоры
• Полугерметичные компрессоры
• Открытые компрессоры

Используются в холодильных машинах небольшой мощности (1.5 - 35 кВт). Электродвигатель расположен внутри герметичного корпуса компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самим всасываемым хладагентом.

Используются в холодильных машинах средней мощности (30 - 300 кВт). В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор соединены напрямую и размещены в одном разборном контейнере. Преимущество этого типа компрессоров в том, что при повреждениях можно вынуть двигатель, чтобы ремонтировать клапаны, поршень и др. части компрессора. Охлаждение электродвигателя производится самим всасываемым хладагентом.

Имеют внешний электродвигатель, выведенный за пределы корпуса, и соединенный с компрессором напрямую или через трансмиссию.

Мощность многих холодильных установок может плавно регулироваться с помощью инверторов - специальных устройств, изменяющих скорость вращения компрессора. В полугерметичных компрессорах возможен и другой способ регулировки мощности - перепуском пара с выхода на вход либо закрытием части всасывающих клапанов.

Основные недостатки поршневых компрессоров:

• Пульсации давления паров хладагента на выходе, приводящие к высокому уровню шума.
• Большие нагрузки при пуске, требующие большого запаса мощности и приводящие к износу компрессора.

Принцип работы ротационных компрессоров вращения основан на всасывании и сжатии газа при вращении пластин.

Их преимущество перед поршневыми компрессорами состоит в низких пульсациях давления и уменьшении тока при запуске.

Существует две модификации ротационных компрессоров:

• Со стационарными пластинами
• С вращающимися пластинами

В компрессоре со стационарными пластинами хладагент сжимается при помощи эксцентрика, установленного на ротор двигателя. При вращении ротора эксцентрик катится по внутренней поверхности цилиндра компрессора, и находящийся перед ним пар хладагента сжимается, а затем выталкивается через выпускной клапан компрессора. Пластины разделяют области высокого и низкого давления паров хладагента внутри цилиндра компрессора.

1. Пар заполняет имеющееся пространство
2. Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента
3. Сжатие и всасывание продолжается
4. Сжатие завершено, пар окончательно заполнил пространство внутри цилиндра компрессора.

В компрессоре с вращающимися пластинами хладагент сжимается при помощи пластин, закрепленных на вращающемся роторе. Ось ротора смещена относительно оси цилиндра компрессора. Края пластин плотно прилегают к поверхности цилиндра, разделяя области высокого и низкого давления. На схеме показан цикл всасывания и сжатия пара.

1. Пар заполняет имеющееся пространство
2. Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента
3. Сжатие и всасывание завершается.
4. Начинается новый цикл всасывания и сжатия.

Спиральные компрессоры применяются в холодильных машинах малой и средней мощности.
Такой компрессор состоит из двух стальных спиралей. Они вставлены одна в другую и расширяются от центра к краю цилиндра компрессора. Внутренняя спираль неподвижно закреплена, а внешняя вращается вокруг нее.

Спирали имеют особый профиль (эвольвента), позволяющий перекатываться без проскальзывания. Подвижная спираль компрессора установлена на эксцентрике и перекатывается по внутренней поверхности другой спирали. При этом точка касания спиралей постепенно перемещается от края к центру. Пары хладагента, находящиеся перед линией касания, сжимаются, и выталкиваются в центральное отверстие в крышке компрессора. Точки касания расположены на каждом витке внутренней спирали, поэтому пары сжимаются более плавно, меньшими порциями, чем в других типах компрессоров. В результате нагрузка на электродвигатель компрессора снижается, особенно в момент пуска компрессора.

Пары хладагента поступают через входное отверстие в цилиндрической части корпуса, охлаждают двигатель, затем сжимаются между спиралей и выходят через выпускное отверстие в верхней части корпуса компрессора.

Недостатки спиральных компрессоров:

• Сложность изготовления.
• Необходимо очень точное прилегание спиралей и герметичность по их торцам

Винтовые компрессоры применяются в холодильных машинах большой мощности (150 - 3500 кВт).

Существуют две модификации этого типа:

• С одинарным винтом
• С двойным винтом

Модели с одинарным винтом имеют одну или две шестерни-сателлита, подсоединенные к ротору с боков.

Сжатие паров хладагента происходит с помощью вращающихся в разные стороны роторов. Их вращение обеспечивает центральный ротор в виде винта.

Пары хладагента поступают через входное отверстие компрессора, охлаждают двигатель, затем попадают во внешний сектор вращающихся шестеренок роторов, сжимаются и выходят через скользящий клапан в выпускное отверстие.

Винты компрессора должны прилегать герметично, поэтому используется смазывающее масло. Впоследствии масло отделяется от хладагента в специальном сепараторе компрессора.

Модели с двойным винтом отличаются использованием двух роторов - основного и приводного.

Винтовые компрессоры не имеют впускных и выпускных клапанов. Всасывание хладагента постоянно происходит с одной стороны компрессора, а его выпускание - с другой стороны. При таком способе сжатия паров уровень шума гораздо ниже, чем у поршневых компрессоров.

Винтовые компрессоры позволяют плавно регулировать мощность холодильной машины с помощью изменения частоты оборотов двигателя.