Поршневые холодильные компрессоры

Компрессор холодильной установки служит для отсасывания пара агента из испарителя, сжатия и нагнетания его в конденсатор. Для паровых компрессионных холодильных машин используют поршне­вые, винтовые, роторные и центробежные компрессоры. Наиболее ши­рокое применение в холодильных установках морских транспортных судов получили поршневые компрессоры.

Поршневые компрессоры подразделяют по следующим признакам:

по холодопроизводительности: малые — до 10 тыс. Вт, средние от 10 тыс. до 50 тыс. Вт и крупные- свыше 50 тыс. Вт. по расположению осей и числу цилиндров: вертикальные двух­цилиндровые, V-образные четырехцилиндровые, W-образные шести­цилиндровые, У—У-образные восьмицилиндровые, звездообразные с десятью и большим количеством цилиндров.

В зависимости от расположения всасывающих клапанов компрес­соры могут быть двух видов: с расположением всасывающего 3 и на­гнетательного 1 клапанов в общей клапанной плите (рис. 93, а), при этом пространство под головкой компрессора разделено глухой пе­регородкой 2 на полости всасывания и нагнетания; с периферийным расположением всасывающего клапана 3, диаметр которого больше диаметра цилиндра (рис. 93, б).

В обеих схемах при ходе поршня 4 вниз давление над поршнем понижается и через всасывающий клапан 3 в цилиндр всасывается пар агента из испарителя. При ходе поршня вверх происходит сжатие пара, всасывающий клапан 3 закрывается и, когда давление в цилиндре превысит давление в конденсаторе, пар выталкивается через нагне­тательный клапан 1 в конденсатор. Конструкция компрессора с пери­ферийным расположением всасывающего клапана позволяет увеличить проходное сечение клапана и, следовательно, уменьшить дросселирова­ние при всасывании, а также применить простейший конструктивный способ регулирования подачи компрессора, осуществляемый путем принудительного отжима всасывающих клапанов.

По степени герметичности поршневые компрессоры делят на саль­никовые, бессальниковые и герметичные. По типу смазочного устройст­ва— на компрессоры с принудительной смазкой и со смазкой разбрыз­гиванием.

Для соединения электродвигателя с компрессором часто приме­няют клиноременную передачу, облегчающую и позволяющую полу­чить необходимое передаточное число.

Компрессор ФВ6. Компрессор (рис. 94) вертикальный, двухци­линдровый, работает на хладоне-12. D_цил == 67,5 мм,

S = 50 мм, частота вращения 1440 об/мин, холодопроизводительность 6978 Вт при t₀ = — 15° С и t_к = 30°С.

Картер 2, цилиндровый блок 9 и крышка компрессора 15 соединены между собой шпильками и гайками, прокладки 7 паронитовые. Ци­линдровый блок 9 имеет в верхней части ребра 10 для воздушного ох­лаждения

Вал 1 компрессора двухколенный с разворотом шеек под углом 180°, вращается в шари­ковом 3 и роликовом 21 опорных подшипниках. Для предотвращения смещения вала вправо на его тор­цевой части имеется каленый ша­рик 19, который вращается вместе с валом и упирается в сухарь 20. На концевой части 4 вала установ­лен на шпонке и крепится гайкой 5 шкив клиноременной передачи от

 

 

Рис. 94. Компрессор ФВ-6

электродвигателя. Нижняя головка шатуна 8 выполнена разъемной, вкладыши подшипника залиты баббитом. Верхняя головка — неразъем­ная, с бронзовой втулкой. Шатун соединен, с поршнем посредством плавающего поршневого пальца 11, который удерживается от осево­го перемещения пружинящими кольцами, вставленными в специаль­ные канавки тела поршня. Поршень имеет два уплотнительных 13 и одно маслосъемное 12 кольца.

Компрессор смазывается разбрызгиванием. Масло в картер зали­вают через пробку 30, а спускают через пробку 22. Для наблюдения за уровнем масла на картере имеется смотровое стекло 31. Между цилиндровым блоком 9 и верхней крышкой 15 находится клапанная плита 14, на которой расположены четыре всасывающих 18 и четыре нагнетательных 16 клапанов. Полость всасывания 25 герметично от­делена от полости нагнетания 24 перегородкой 17. Всасывающие клапа­ны — ленточные, выполнены из пружинной стальной ленты толщиной 0,2 мм.

При движении поршня вниз пластины прогибаются вниз в проре­зи клапанной плиты, пропуская всасываемый пар в полость цилиндра. При движении поршня вверх давлением из полости цилиндра пласти­ны выпрямляются и, плотно прижимаясь к седлу, закрывают проход агенту. Нагнетательные клапаны — пятачковые, имеют круглые сталь­ные пластины толщиной 0,4 мм, нагруженные легкой пружиной. При ходе поршня вверх давлением из цилиндра пластины клапанов подни­маются и пропускают пар агента из полости цилиндра в полость нагне­тания. При обратном ходе поршня пластины опускаются на свое сед­ло под действием разности давлений и усилия возвратной пружины. Нагнетательный клапан кроме возвратной имеет буферную пружину,

 

которая служит для предохранения кла­пана от поломки при гидравлических ударах вследствие попадания в цилинд­ры жидкого хладона или излишков масла..

При работе компрессора пар хладо­на-12 всасывается из испарителя через всасывающий вентиль 27 и сетчатый фильтр 26 и подается в конденсатор через нагнетательный вентиль 23, уста­новленный на компрессоре В компрессорах холодильных уста­новок картер всегда сообщается со сто­роной всасывания компрессора. В рас­сматриваемой конструкции для этого предусмотрен канал 28. Это препятст­вует повышению давления в картере в результате пропусков через поршневые кольца, и давление в картере остается примерно равным давлению всасывания. Канал 28 служит также для стекания в картер масла, отделившегося от всасы­ваемого пара хладона. Для уменьшения уноса масла из картера паром агента установлена пробка 29 с небольшим отверстием.

Герметичность картера обеспечивает сальник 6, уплотняющий вал компрессора. Сальник должен предотвращать утечку агента из карте­ра, а также исключать подсос воздуха, когда давление в картере ниже атмосферного.

Рис. 95. Сальник с графитовым кольцом.

В крышке сальника (рис. 95) укреплено стальное кольцо 2. Обойма 4 и запрессованное в нее графитовое кольцо 3 вращаются вместе с ва­лом за счет трения, создаваемого между валом и кольцом 1, которое выполнено из хладономаслостойкой резины. Пружина 5 вращается вместе с валом и прижимает графитовое кольцо 3 к неподвижному сталь­ному кольцу. Герметичность картера обеспечивается плотным приле­ганием с одной стороны поверхностей стального 2 и графитового 3 колец, а с другой — резинового кольца 1 к валу и обойме 4.

Компрессоры ФВ6 применяют для охлаждения провизионных кла­довых. На базе той же поршневой группы выполнены компрессоры не­скольких других марок.

Компрессор ФУУ80 РЭ. Конструкция предусматривает У-У-образное расположение цилиндров Д_дил -— 101,6 мм, S =-- 70 мм, п = = 1440 об/мин, холодопроизводительностью при работе на R12 188,4 кВт при t_n 5° С, t_K -- 35° С. В блок-картер 3 (рис. 96) запрессованы чугунные цилиндровые втулки 4. Коленчатый вал двухколенный, с про­тивовесами 7, вращается в двух подшипниках качения. Кривошипы расположены под углом. 180°. На каждой мотылевой шейке вала за­креплены по четыре шатуна двутаврового сечения. Нижние головки ша­туна разъемные с вкладышами, залитыми баббитом. Верхние головки

неразъемные, с запрессованными бронзовыми втулками для плаваю­щих стальных пальцев. Всасывающие 5 и нагнетательные 6 полости парных цилиндров объединены каждая своим коллектором. Обе по­лости имеют встроенные вентили. Между нагнетательной и всасываю­щей полостями находится предохранительный клапан. Картер имеет переднюю 2 и две боковые крышки.

В связи с более высокими удельными нагрузками на подшипни­ки применена комбинированная смазка: шестеренный масляный на­сос 1, приводимый во вращение коленчатым валом через шестерни, забирает масло из нижней части картера через приемный сетчатый фильтр И и подает его по сверлению вала на поверхности мотылевых шеек. Для.регулирования давления в смазочной системе предусмотрен перепускной клапан, сбрасывающий избыток масла в картер. Осталь­ные трущиеся поверхности смазываются разбрызгиванием. Для на­блюдения за уровнем масла на боковой крышке картера имеется смот­ровое стекло. Масло, принесенное хладоном из испарителя, стекает в картер так же, как в компрессоре ФВ6. Вал уплотнен сальником 9.

Сальник компрессора (рис.97) имеет два комплекта уплотнительных колец. Каждый комп­лект состоит из чугунного непо­движного кольца /с графитовой вставкой и вращающегося с ва­лом уплотнительного кольца 2, посаженного на упругое кольцо 3 из хладонобензомаслостойкой резины. Нажим трущихся колец обеспечивается пружинами 7, установленными в обойме 6. Смазка и уплотнение сальника осуществляется маслом, пода­ваемым от маслонасоса через фильтр тонкой очистки 10 по трубке 8 (см. рис.96). Концевое уплотнение обеспечивает манжет 4 (см. рис. 97) из специальной резины. При нормальной работе сальника трубка 5 должна оставаться сухой.

Конструкция компрессора предусматривает регулирование его подачи. С этой целью он снабжен электромагнитным уст­ройством, размещенным в едином конструктивном узле со всасывающим и нагнетательным клапанами (рис. 98). Для прохода хладона из полости всасывания в цилиндр предусмотрены отверстия 7 в цилиндровой втулке 9, вставленной в блок — картер 8. Эти отверстия перекрываются кольцевой пластиной 11 всасывающего клапана.

 

 

Рис. 96. Компрессор ФУУ-80РЭ

 

Пластина прижимается к седлу 6 пружи­нами 4, которые упираются в латунное кольцо-упор 5. В корпусе 13 расположены также пластины 12 семи нагнетательных клапанов.

При движении поршня 14 вниз пластина 11 всасывающего клапана под действием разности давлений поднимается (высота подъема 3 мм) и пропускает пар в цилиндр. При обратном ходе поршня пластина 11 опускается на седло 6, поднимаются пластины 12 нагнетательных кла­панов (высота подъема 1,5 мм) и пар выталкивается в конденсатор. Над пластиной // в корпусе 13 встроена обмотка 3, один конец ко­торой впаян в корпус, а другой подведен к выводу 1, изолированному от корпуса текстолитовой втулкой 2. Полюсными наконечниками являются стальные зубцы 10.

При подаче импульса — напряжения 24 В — в обмотке 3 возни­кают электромагнитные силы, которые притягивают пластину 11 к зубцам 10. В результате цилиндр выключается из работы, так как поршень не сжимает пар, а выталкивает его обратно во всасывающую
полость. При снятии этого напряжения и подаче напряжения размаг­ничивания 6В пластина 11 опускается на свое седло и цилиндр снова

включается в работу. Таким образом, подача регулируется путем от­жима всасывающих клапанов электромагнитным устройством (отсюда РЭ — регулирование электромагнитное в марке компрессора). При отключении одной пары цилиндров подача компрессора снижается до 75% номинальной, при отключении второй пары цилиндров — до 50%, третьей — до 25%.

С целью уменьшения до минимума момента сопротивления при пуске электродвигателя и уменьшения нагрузки на подшипники ком­прессора, еще не получившие обильной смазки, электромагнитные кла­паны устанавливают на всех цилиндрах и при пуске подают напряже­ние 24 В на все катушки.

Аналогичное устройство имеют компрессоры ФУ-40РЭ.

 

Рис. 98. Устройство для отжима всасывающих клапанов компрессоров ФУУ-40РЭ

и ФУУ-80РЭ

 

Бессальниковые и герметичные компрессоры. Основным отличием бессальниковых и герметических компрессоров является встроенный в картер компрессора электродвигатель, что исключает необходимость в сальнике. Этим достигается компактность и бесшумность при работе. Деление компрессоров на герметичные и бессальниковые чисто услов­ное, ибо и те и другие имеют встроенные электродвигатели и не имеют сальника. Различие между ними заключается в том, что герметичный компрессор имеет корпус, состоящий из двух половин, обычно сварен­ных между собой, а корпус бессальникового компрессора имеет не­сколько съемных крышек.

Бессальниковые компрессоры отечественная промышленность выпус­кает типов ФВБС, ФУБС, ФУУБС. Компрессо­ры 2ФУБС-12 и 2ФУБС-9 (рис. 102) четырехцилиндровые, У-образные, с утлом развала цилиндров 90°.

Блок цилиндров и картер компрессора отлиты воедино и обра­зуют блок-картер б, удлиненный в сторону электродвигателя. В блок-картер запрессованы цилиндровые втулки. Коленчатый вал двух­коленный, опирается на сферический 12 и роликовый 15 подшипники. Шатунные шейки расположены под углом 180°. На каждой шейке кре­пится по два шатуна. На консольную часть вала насажен ротор 11 электродвигателя. Внутри блок-картера посредством двух штифтов кре­пится статор 10 электродвигателя. На боковой стенке картера имеет­ся вывод, к которому присоединяют с одной стороны выводные концы электродвигателя, встроенного в компрессор, а с другой — кабель от питающей сети.

 

 

17 16 15 14 13 12

Рис. 102. Компрессоры 2ФУБС-12 и 2ФУБС-9

 

Смазывание компрессора комбинированное. Шестеренный насос IS затопленного типа, связан с коленчатым валом приводными шестерня­ми 2 и /. Масло забирается насосом 16 из картера через фильтр 14, нагнетается по трубке в ложный подшипник 3 и из" него через сверле­ния в коленчатом валу поступает к нижним шатунным головкам. Дав­ление масла регулируется перепускным клапаном, укрепленным на ложном подшипнике. Зеркало цилиндров, поршни, подшипники ка­чения смазываются маслом, разбрызгиваемым посредством противо­весов 13. Для осмотра, разборки и ремонта предусмотрены съемные крышки: передняя 17, верхняя 5, задняя 9 и две боковые со встроен­ными стеклами для контроля за уровнем масла в картере. На переднем фланце блок-картера имеется пробка для слива масла (на рис. 102 не показана). При работе компрессора пар хладона из испарителя через всасывающий вентиль 7 и сетчатый фильтр 8 поступает в полость элек­тродвигателя и далее во всасывающую полость верхней крышки 5. Оттуда пар агента попадает в цилиндры, а затем через нагнетательные клапаны и нагнетательный вентиль 4 подается в конденсатор. Электро­двигатель охлаждается холодным всасываемым паром хладона, кото­рый при этом значительно перегревается. Для изготовления электро­двигателей применяют материалы, стойкие к действию хладона и масла. Весь ряд бессальниковых компрессоров надежно работает на R12 и R22 в достаточно широком диапазоне температур. На базе этих компрессоров выполняют холодильные машины рефриже­раторных контейнеров.

По мере повышения надежности изоляции электродвигателя и внед­рения конструктивных решений, обеспечивающих удобство ремонта, бессальниковые компрессоры получают все более широкое применение.

Герметичные компрессоры имеют наружный герметичный корпус, состоящий из двух стальных цилиндрических половин, соединенных обычно сваркой. Для данных компрессоров характерно вертикальное расположение вала, причем электродвигатель находится над компрес­сором, что уменьшает попадание на него масла. Герметичные компрес­соры применяют в домашних холодильниках и сатураторных уста­новках. Ряд компрессоров типа ФГП, работающих на R22 (см. табл. 3), разработан для автономных кондиционеров типа «Нептун». В судовых условиях герметичные компрессоры не ремонтируют.

Поршневые компрессоры как на судах, так и на берегу являются основным оборудованием для получения холода в количестве менее 400 кВт, так как являются лучшими по энергетическим характеристи­кам при этой холодопроизводительности.

Научно-исследовательские организации постоянно ведут работы по дальнейшему совершенствованию конструкций поршневых компрес­соров, широкому использованию легких, прочных и коррозионно-устойчивых сплавов. В то же время остаются неустранимыми прису­щие недостатки компрессоров: тихоходность из-за наличия возврат­но-поступательно-движущихся частей; сложность, связанная с нали­чием шатунно-поршневой группы и клапанов и др.

Винтовые холодильные компрессоры получают все большее распростране­ние на судах. К их преимуществам относят: надежность, долговечность, быстро­ходность, возможность применения несложного в конструктивном отношении способа плавного регулирования подачи (от 10 до 100%) и др.

Выпускаемые винтовые компрессоры рассчитаны на холодопроизводительность при работе на R22 от 200 до 1800 кВт в одном агрегате. Применяют их в основном на рефрижераторных и рыбопромысловых судах, а также газовозах. В будущем, по мере создания винтовых компрессоров, рассчитанных на мень­шую холодопроизводительность, их будут применять в установках кондицио­нирования воздуха пассажирских судов, для охлаждения рефрижераторного трюма судов комбинированного типа и других целей.