Конструкції поршневих компресорів

За холодопродуктивністю поршневі компресори поділяються на малі (Q₀ до 12 кВт), середні (Q₀ 12–120 кВт) та великі (Q₀ більше 120 кВт).

За видом холодильного агента розрізняють аміачні, фреонові та універсальні компресори.

Відкриті (сальникові) компресори. До недавнього часу компресори даного типу були широко розповсюджені. Однак з появою безсальникових і герметичних компресорів сальникові компресори стали застосовувати рідше.

Даний компресор (рис. 2.6)  призначений для роботи у складі стаціонарних компресорно-конденсаційних агрегатів, транспортних установках та системах кондиціонування повітря. Холодопродуктивність сальникових компресорів знаходиться в межах 2,2 – 61,5 кВт залежно від виду холодильного агента і температури його кипіння.

Вразливим вузлом сальникових компресорів є ущільнення колінчатого валу, крізь яке відбуваються втрати холодильного агента, особливо в малих фреонових компресорах.

Безсальникові (напівгерметичні) компресори. Ці компресори разом з герметичними є сьогодні домінуючими.

Рис. 2.7 Напівгерметичний компресор 1 – розбризкувач масла; 2 – масляний кран; 3 – прохідний контакт; 4 – клапанна плита; 5 – нагнітальний клапан; 6 – поршень; 7 – шатун; 8 – оглядове скло; 9 – ексцентриковий вал; 10 – статор електродвигуна; 11 – ротор електродвигуна

Напівгерметичні компресори надійніші в експлуатації, ніж сальникові: можуть працювати при підвищеній частоті обертання вала; мають більше потужність, оскільки електродвигун охолоджується парами холодильного агента; мають кращі віброакустичні показники (менше шуму та вібрацій), менші габарити (≈ в 1,5 рази), менша маса (≈ на 40 %); вартість встановлення та обслуговування також менша, ніж у сальникових компресорах.

Безсальникові компресори призначені для роботи з холодильними агентами, які не руйнують мідну обмотку статора електродвигуна.

Компресор разом з електродвигуном розміщені в спільному кожусі, а ротор електродвигуна закріплено консольно безпосередньо на валу компресора, що полегшує монтаж і демонтаж.

В компресорі відсутній сальник, який є джерелом витікання мастила та холодильного агента.

Для доступу до електродвигуна та механізму компресора корпус має знімні кришки.

Холодопродуктивність напівгерметичних компресорів знаходиться в межах 8,6 – 24,5 кВт при температурі кипіння холодильного агента -15 °С.

Герметичні компресори. За принципом дії герметичні компресори поділяються на поршневі зі зворотно-поступальним рухом робочого органа (поршня) та ротаційні з обертовим рухом ротора. Герметичні компресори мають холодопродуктивність до 10 кВт.

Рис. 2.8 Схема герметичного компресора 1 – циліндр; 2 – прошень; 3 – кришка циліндра; 4 – всмоктувальний патрубок; 5 – крильчатка ротора; 6 – ротор електродвигуна; 7 – обмотка статора; 8 – статор; 9 – підшипник шатуна; 10 – ексцентриковий вал

Герметичні компресори виготовляють для трьох різних діапазонів температур кипіння холодильного агента: С – середньотемпературні (від -25 до +10 °С);       Н – низькотемпературні (від -40 до 25 °С); В – високотемпературні (від -10 до +10 °С).

Компресори С використовують в торговому холодильному устаткуванні та побутових холодильниках.

Компресори Н використовують в низькотемпературному холодильному обладнанні та невеликих морозильних пристроях.

Компресори В використовують для кондиціонерів, охолоджувачів напоїв, соків, молока та інших продуктів.

Герметичні компресори мають багато переваг, порівняно з відкритими компресорами.

В герметичному компресорі відсутній сальник, котрий є найуразливішим місцем машини – через нього можливі витікання холодильного агента в процесі експлуатації. Ротор герметичного компресора насаджено безпосередньо на вал двигуна, що робить компресор швидкохідним, а це, в свою чергу, дає змогу зменшити діаметр циліндрів, а отже, знизити масу і габарити герметичних компресорів зі збереженням такої ж продуктивності.

В машинах з герметичними компресорами кількість холодильного агента в системі можна зменшити, оскільки запас хладону в системі для компенсації витікань непотрібен. Витрати холодильного агента зменшуються, тому що відпадає необхідність періодичного заправлення системи. В герметичних компресорах є можливіть охолоджувати обмотку електродвигуна потоком парів хладону, що дає змогу підвищити навантаження на електродвигун, зменшити його масу і габарити.

Герметичні машини майже безшумні в роботі, їх малі розміри дають змогу збільшити корисний об'єм холодильного обладнання, зменшити розміри торгових автоматів і застосовувати для кондиціонування повітря.

Рис. 2.9 Схема ротаційного компресора та фази його роботи 1 – циліндр; 2 – ротор; 3 – лопать; 4 – пружина; 5 – нагнітальний клапан

Недоліком герметичного агрегату є те, що при виникненні несправностей він, як правило, не підлягає ремонту.

Ротаційні компресори. В холодильних агрегатах торгового обладнання, яке працює в сереньо- і високотемпературних режимах, використовують ротаційні компресори з обертовим ротором (рис. 2.9).

Ротор 2, який виконує роль поршня, ексцентрично розміщений в циліндрі 1 (вісь циліндра не співпадає з віссю ротора) і приводиться в рух ексцентриком вертикального вала, розміщеного в корпусі циліндра.

Оскільки вісь ротора зміщена відносно осі циліндра, то між циліндром і ротором утворюється серпоподібний простір, положення якого постійно змінюється залежно від кута повороту ротора. Цей простір розділено пластиною (лопатю) 3, яка щільно притискається пружиною 4 до ротора, на дві ізольовані частини – всмоктувальну та нагнітальну. За один оберт ексцентрикового вала здійснюється повний цикл роботи компресора:

– всмоктування парів холодильного агента в простір перед роботом, коли тиск у ній стає приблизно на 5-10 кПа нижче, ніж у випарнику;

– стискання парів в просторі за ротором до тиску, який дещо перевищує тиск в конденсаторі;

– нагнітання парів у конденсатор.

Таким чином, цикли всмоктування та нагнітання відбуваються одночасно.

Переваги ротаційних компресорів у порівнянні з поршневими:

- простота конструкції;

- відсутність всмоктувальних клапанів;

- краща врівноваженість;

- надійність в експлуатації;

- менша залежність продуктивності від температури конденсації.

Ротаційні компресори мають холодопродуктивність 0,25 – 5,6 кВт.

Виготовлення і ремонт ротаційних компресорів потребує високої кваліфікації, оскільки високий ККД цих машин можливо забезпечити лише при точному дотриманні мінімальних зазорів між ротором і циліндром (0,04 – 0,1 мм).

В ротаційному компресорі з одним ротором відбувається швидке зношування лопті з пружиною. Для покращення надійності та ефективності розроблені ротаційні компресори з двома роторами. За рахунок урівноваження навантажень на вал підвищується термін експлуатації та надійність.

Гвинтові компресори. Основу гвинтових компресорів складають два ротора з зубчато-гвинтовими лопатями – ведучого та веденого (рис. 2.10).

Під час проходження біля всмоктувального вікна гвинтові заглибини роторів заповнюються газоподібним хладоном. При подальшому обертанні роторів газ стискається, оскільки зубці одного ротора входять в заглиблення іншого, при цьому зменшується об'єм, який займає газ. В кінці стискання заглибини зі стисненим газом об'єднуються з нагнітальним вікном. Гвинтове розміщення на роторах кількох заглибин забезпечує безперервну подачу газу компресором. Частота обертання ведучого ротора становить 50 с^-1.

Рис. 2.10 Ротори гвинтового компресора 1 – ведучий ротор з чотирма зубцями; 2 – ведений ротор з шістьма заглибинами; 3 – синхронізуючі шестерні

Гвинтові компресори надійні в експлуатації, їх холодопродуктивність регулюється більш рівномірно. Вони мають невеликі габаритні розміри та масу порівняно з поршневими та ротаційними компресорами.

Гвинтові компресори широко використовують в низькотемпературних холодильних установках. Доцільно використовувати аміачні гвинтові компресори з холодопродуктивністю 350–1745 кВт. При меншій продуктивності вони втрачають переваги перед поршневими компресорами по масі та габаритним розмірам.