Принцип работы холодильной машины фреоновой: Принцип работы холодильной машины —

Содержание

Принципы работы холодильной машины – УКЦ

Основные понятия, связанные с работой холодильной машины

Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100°С, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре плюс 40-60°С.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 4°,8°С.

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, то есть при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре плюс 55°С. Процесс конденсации фреоновых паров, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или, применительно к холодильной машине, передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно “подливать” в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) высокое давление порядка 20-23 атм.

Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Кондиционер — это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения). Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционере обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация — при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.

 

Рис. 1. Схема компрессионного цикла охлаждения

 

Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1-1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 15-25 атм и температуру до плюс 70-90°С (участок 2-2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно плюс 4-7°С.

При этом температура конденсации примерно на 10-20°С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого “гидравлического удара”, возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регулятора потока (из капиллярной трубки) с другой стороны.

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.

Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Теоретический и реальный цикл охлаждения.

Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая отображающая процесс насыщения хладагента.

Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая часть — состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой “критической точке”, где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).

Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.

Сжатие пара в компрессоре.

Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.

Конденсация.

В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.

 

Риc. 2. Диаграмма давления и теплосодержания
Рис. 3. Изображение теоретического цикла сжатия на диаграмме “Давление и теплосодержание”

 

Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева (D-E), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).

Рассмотрим кратко каждый этап.

Снятие перегрева (D-E).

Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.

На этом участке снимается примерно 10-20% общего теплосъема в конденсаторе.

Конденсация (Е-А).

Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60-80% теплосъема.

Переохлаждение жидкости (А-А`).

На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.

Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.

Количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Регулятор потока (А`-B).

Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.

Испарение жидкости в испарителе (В-C).

Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.

Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) — обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2-3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5-8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.

Количество тепла, поглощаемого испарителем.

Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.

Реальный цикл охлаждения.

В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).

Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.

С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.

Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.

Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.

 

Рис. 4. Изображение цикла реального сжатия на диаграмме “Давление-теплосодержание” C`L: потеря давления при всасывании MD: потеря давления при выходе HDHC`: теоретический термический эквивалент сжатия HD`HC`: реальный термический эквивалент сжатия C`D: теоретическое сжатие LM: реальное сжатие

 

Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.

Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.

В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.

Оценка эффективности цикла охлаждения

Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.

Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).

Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.

Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.

 

 

Знакомство c устройством и работой холодильных установок

Сегодня в охлаждении нуждается огромное количество продуктов, а еще без холода невозможно реализовать многие технологические процессы. То есть с необходимостью применения холодильных установок мы сталкиваемся в быту, в торговле, на производстве. Далеко не всегда удается использовать естественное охлаждение, ведь оно сможет понизить температуру лишь до параметров окружающего воздуха.

На выручку приходят холодильные установки. Их действие основано на реализации несложных физических процессов испарения и конденсации. К преимуществам машинного охлаждения относится поддержание в автоматическом порядке постоянных низких температур, оптимальных для определенного вида продукта. Также немаловажными являются незначительные удельные эксплуатационные, ремонтные затраты и расходы на своевременное техническое обслуживание.

Содержание

  • 1 Как работает холодильная машина
  • 2 Теоретический и реальный цикл холодильной установки

Как работает холодильная машина

Для получения холода используется свойство холодильного агента корректировать собственную температуру кипения при изменении давления. Чтобы превратить жидкость в пар, к ней подводится определенное количество теплоты. Аналогично конденсация парообразной среды наблюдается при отборе тепла. На этих простых правилах и основывается принцип работы холодильной установки.

Это оборудование включает в себя четыре узла:

  • компрессор
  • конденсатор
  • терморегулирующий вентиль
  • испаритель

Между собой все эти узлы соединяются в замкнутый технологический цикл при помощи трубопроводной обвязки. По этому контуру подается холодильный агент. Это вещество, наделенное способностью кипеть при низких отрицательных температурах. Этот параметр зависит от давления парообразного хладагента в трубках испарителя. Более низкое давление соответствует низкой температуре кипения. Процесс парообразования будет сопровождаться отнятием тепла от той окружающей среды, в которую помещено теплообменное оборудование, что сопровождается ее охлаждением.

При кипении образуются пары хладагента. Они поступают на линию всасывания компрессора, сжимаются им и поступают в теплообменник-конденсатор. Степень сжатия зависит от температуры конденсации. В данном технологическом процессе наблюдается повышение температуры и давления рабочего продукта. Компрессором создают такие выходные параметры, при которых становится возможным переход пара в жидкую среду. Существуют специальные таблицы и диаграммы для определения давления, соответствующего определенной температуре. Это относится к процессу кипения и конденсации паров рабочей среды.

Конденсатор – это теплообменник, в котором горячие пары хладагента охлаждаются до температуры конденсации и переходят из пара в жидкость. Это происходит путем отбора от теплообменника тепла окружающим воздухом. Процесс реализуется при помощи естественной или же искусственной вентиляции. Второй вариант зачастую применяется в промышленных холодильных машинах.

После конденсатора жидкая рабочая среда поступает в терморегулирующий вентиль (дроссель). При его срабатывании давление и температура понижается рабочих параметров испарителя. Технологический процесс вновь идет по кругу. Чтобы получить холод необходимо подобрать температуру кипения хладагента, ниже параметров охлаждаемой среды.

На рисунке представлена схема простейшей установки, рассмотрев которую можно наглядно представить принцип работы холодильной машины. Из обозначений:

  • «И» — испаритель
  • «К» -компрессор
  • «КС» — конденсатор
  • «Д» — дроссельный вентиль

Стрелочками указано направление технологического процесса.

Помимо перечисленных основных узлов, холодильная машина оснащается приборами автоматики, фильтрами, осушителями и иными устройствами. Благодаря им установка максимально автоматизируется, обеспечивая эффективную работу с минимальным контролем со стороны человека.

В качестве холодильного агента сегодня в основном используются различные фреоны. Часть из них постепенно выводится из употребления ввиду негативного воздействия на окружающую среду. Доказано, что некоторые фреоны разрушают озоновый слой. Им на смену пришли новые, безопасные продукты, такие как R134а, R417а и пропан. Аммиак применяется лишь в масштабных промышленных установках.

Теоретический и реальный цикл холодильной установки

На этом рисунке представлен теоретический цикл простейшей холодильной установки. Видно, что в испарителе происходит не только непосредственно испарение, но и перегрев пара. А в конденсаторе пар превращается в жидкость и несколько переохлаждается. Это необходимо в целях повышения энергоэффективности технологического процесса.

Левая часть кривой – это жидкость в состоянии насыщения, а правая – насыщенный пар. То, что между ними – паро-жидкостная смесь. На линии D-A` происходит изменение теплосодержания холодильного агента, сопровождающееся выделением тепла. А вот отрезок В-С` наоборот, указывает на выделение холода в процессе кипения рабочей среды в трубках испарителя.

Принципы работы холодильной системы и принципы работы холодильной системы и прокрутите.

В некоторых системах компрессор приводится в действие внешним двигателем (так называемый открытый привод или система открытого привода). Компрессорные системы с открытым приводом легче обслуживать, но использование уплотнения на приводном конце коленчатого вала компрессора может стать источником утечек. В открытых приводных системах обычно используются клиновые ремни или гибкие муфты для передачи мощности от двигателя к компрессору.

Второй основной категорией являются герметичные системы, в которых двигатель размещен внутри корпуса с компрессором. В герметичных системах двигатель охлаждается парами хладагента, а не наружным воздухом, картер служит впускным коллектором, а впускные клапаны не нужно напрямую подключать к линии всасывания. Герметичные системы имеют меньше проблем с утечкой, чем открытые системы, потому что они не имеют уплотнения картера. Однако герметичные компрессоры более сложны в обслуживании, хотя некоторые узлы, подверженные выходу из строя, обычно вынесены за пределы корпуса. Эти компоненты соединены с компрессором и двигателем с помощью герметичных устройств. Двигатели в герметичных системах не должны излучать электрические дуги (поэтому они не могут использовать щетки), поскольку они загрязняют охлаждающее масло и вызывают перегорание двигателя.

Герметичные системы классифицируются как 1) полностью герметичные или 2) пригодные для эксплуатации герметичные (полугерметичные). Многие герметичные компрессоры имеют сварной корпус, который не подлежит обслуживанию. В случае выхода из строя двигателя или компрессора необходимо заменить весь блок.

Полугерметичные системы обычно используются в больших поршневых, центробежных, винтовых и спиральных компрессорах. Корпус в полугерметичной системе скреплен болтами и прокладкой и может быть разобран для выполнения основных работ по обслуживанию.

ОХЛАЖДЕНИЕ КОМПРЕССОРА

Компрессоры выделяют значительное количество тепла в процессе сжатия паров хладагента. Большая часть пара проходит с паром высокого давления к конденсатору, но головка компрессора также должна отводить нежелательное тепло, чтобы оставаться в пределах безопасных рабочих температур. Обычно это достигается либо с помощью плавников, либо с помощью водных проходов.

В герметичных и полугерметичных системах всасывающая линия подает поток холодного хладагента к головкам цилиндров. Таким образом, температура и давление всасываемого газа имеют решающее значение для поддержания надлежащей температуры корпуса компрессора. Температура всасываемого газа, поступающего в компрессор, не должна превышать 65 град. F (18 град. C) на низкотемпературной установке или 90 град. F (32 град. C) в высокотемпературной системе. Более горячий газ имеет меньшую плотность и меньше нагревается в компрессоре, поскольку разница температур между двигателем компрессора и всасываемым газом меньше. Регулятор отключения по низкому давлению должен защищать двигатель от недостаточного давления в линии всасывания.

Компрессоры с открытым приводом с воздушным охлаждением можно охлаждать, помещая их непосредственно в поток вентилятора конденсатора. В качестве альтернативы можно выделить вентилятор для охлаждения компрессора. В компрессорах с водяным охлаждением могут использоваться головки с рубашкой, позволяющие воде циркулировать через головку.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР

В центробежных компрессорах используются крыльчатки, которые быстро вращаются и отбрасывают хладагент от центрального впускного отверстия, используя силу, называемую центробежной силой. Центробежная сила использует принцип, который, например, позволяет вам раскачиваться над головой, не проливая в него воду. Поскольку каждое рабочее колесо создает относительно небольшое давление, несколько рабочих колес часто объединяют вместе для создания необходимого давления на стороне высокого давления (давление нагнетания).

Центробежные компрессоры используются в больших системах, часто в полугерметичных или открытых конфигурациях. Компрессор может работать в системе с положительным давлением всасывания или в вакууме, в зависимости от используемого хладагента и желаемой рабочей температуры испарителя. Большие центробежные системы могут поставляться уже заправленными хладагентом и маслом.

Компрессор центробежный не имеет шатунов, поршней и клапанов; поэтому подшипники вала являются единственными местами, подверженными износу. Давление нагнетания компрессора зависит от плотности газа, диаметра и конструкции рабочего колеса, а также скорости вращения рабочего колеса. Крыльчатки центробежного компрессора вращаются очень быстро:

Низкая скорость 3600 об / мин

Средняя скорость 9 000 об / мин

Высокая скорость выше 9 000 об / мин

Питание подается электродвигателем или паровой турбиной. Пар поступает в центр рабочего колеса вокруг вала и направляется через лопасти рабочего колеса. Поскольку крыльчатка ускоряет газ, кинетическая энергия крыльчатки преобразуется в кинетическую энергию быстро движущегося газа. Когда газ входит в улитку, он сжимается, а кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию сжатого газа. Скорость газа, выходящего из рабочего колеса, чрезвычайно высока.

Впускные лопасти, которые регулируют объем подачи и направление паров хладагента из испарителя, могут регулировать производительность. В больших компрессорах с более чем тремя ступенями могут отсутствовать входные лопатки.

Залив хладагента обратно в центробежные компрессоры опасен из-за высокой скорости вращения крыльчаток. Чтобы предотвратить обратное заполнение, заправка хладагентом не должна быть чрезмерной, а перегрев должен быть достаточным. Многие центробежные компрессоры, особенно те, которые работают в вакууме, имеют встроенное устройство продувки, позволяющее удалить нежелательный воздух из системы. Блок продувки представляет собой конденсационный блок с компрессором и конденсатором, который забирает пар из самой высокой точки системы из конденсатора и компрессора и конденсирует его. Поскольку при давлении, создаваемом блоком продувки, конденсируется только хладагент, воздух и другие неконденсирующиеся вещества, которые собираются сверху, можно вручную или автоматически выпустить через клапан в атмосферу. Очищенный жидкий хладагент проходит через поплавковый клапан в конденсаторе блока продувки обратно в основную систему. Если в центробежной системе установлен фильтр-осушитель, его можно разместить в байпасе вокруг поплавкового клапана. Размещение фильтра-осушителя на главном выходе ухудшит работу компрессора. Несмотря на то, что байпас забирает только часть потока жидкости, в конечном итоге он удаляет из хладагента достаточное количество влаги для контроля кислотности системы.

КОМПОНЕНТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ХОЛОДИЛЬНИКА

Рисунок 6-1: Двухступенчатый центробежный компрессор. 1 – Регулируемый направляющий аппарат второй ступени. 2-крыльчатка первой ступени. Крыльчатка 3-й ступени. 4-двигатель с водяным охлаждением. 5-Основание, масляный бак и масляный насос в сборе. 6-Направляющие аппараты первой ступени и регулирование производительности. 7-лабиринтное уплотнение. 8-перекрестное соединение. 9-Привод направляющих лопаток. 10-улитковый корпус. 11-Подшипник скольжения, смазываемый давлением. Обратите внимание, что выпускное отверстие не показано.

Рис. 6-2: Герметичный центробежный охладитель жидкости с одноступенчатым компрессором. с использованием ГХФУ-22 от 300 до 600 условных тонн; с использованием ГФУ-134а, от 200 до 530 номинальных тонн. В системе может использоваться либо R-22, либо R-134a, что позволяет при необходимости перейти с R-22 на R-134a. Устройство имеет микропроцессор для управления системой. Вид в разрезе, показывающий цикл охлаждения.

ВИНТОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Винтовые компрессоры широко и эффективно используются в системах холодопроизводительностью более 20 тонн. В этих компрессорах используется пара спиральных винтов или роторов, которые вместе вращаются внутри камеры и нагнетают хладагент из впускной, нижней части камеры в сторону верхней стороны 9.0005

Рис. 6-3: Поперечное сечение винтового компрессора. А-образный ротор. B-мама ротора. C-цилиндр. Испаряющийся хладагент входит с одного конца и выходит с другого конца.

Когда газ продвигается вперед, он сжимается в сужающихся зазорах между лопастями винта, создавая сжимающее действие. Никаких клапанов не требуется, кроме обслуживания на впускном и выпускном отверстиях. Поскольку роторы вращаются непрерывно, возникает меньшая вибрация, чем в холодильных и кондиционерных камерах, поршневых компрессорах. Винтовые (винтовые) компрессоры изготавливаются в открытом или герметичном исполнении.

Роторы называются «папа» для ведущего ротора и «мама» для ведомого ротора. Охватываемый ротор с большим количеством лепестков вращается быстрее, чем охватывающий. Регулирование производительности осуществляется с помощью золотникового клапана, который открывается в камере компрессора и позволяет парам выходить без сжатия. Некоторые устройства могут эффективно работать только при 10% номинальной производительности.

Рис. 6-4: Основные операции винтового компрессора. Вращающийся ротор сжимает пар. Заполнение межлопастных пространств А-компрессора. B-Начало сжатия. C-Полное сжатие захваченного пара. D-Начало выброса сжатого пара. Е-Сжатый пар полностью выведен из межлопастных пространств.

ПОРШНЕВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

В поршневых компрессорах поршень скользит внутри цилиндра для сжатия паров хладагента. На рис. 4-29 показан принцип работы поршневого компрессора. На рис. 4-29А поршень перемещается вниз в цилиндре А. Пары хладагента перемещаются из линии всасывания через впускной клапан. Оттуда пары хладагента переместились в цилиндровое пространство. На рисунке 4-29B поршень двинулся вверх. Он сжимает испаряемый хладагент в гораздо меньшем пространстве (зазоре). Сжатый пар через выпускной клапан поступает в конденсатор.

Рисунок 6-5: Основная конструкция поршневого компрессора.

В верхней части хода поршень должен подойти очень близко к головке блока цилиндров. Чем меньше зазор, тем большее давление будет создавать ход поршня. Этот зазор может составлять от 0,010 до 0,020 дюйма (от 0,254 до 0,508 мм).

Небольшая система может использовать двухпоршневой компрессор, а в больших промышленных системах могут использоваться многоцилиндровые многопоршневые компрессоры. Картер компрессора должен быть спроектирован таким образом, чтобы отводить теплоту сжатия. Картеры компрессоров обычно изготавливаются из чугуна и имеют ребра для отвода тепла в воздух или, в некоторых случаях, водяные рубашки для отвода тепла сжатия в воду. В полугерметичных и герметичных компрессорах охлаждение обеспечивается хладагентом из линии всасывания. Поршни в больших поршневых компрессорах имеют отдельные масляные и компрессионные кольца. Масляные кольца, расположенные ниже на поршне, служат для уменьшения количества масла, поступающего в цилиндр из картера. В небольших системах маслосъемные кольца могут отсутствовать, а вместо них для управления потоком масла могут использоваться масляные канавки. Компрессионные кольца используются для плотного прилегания к стенкам цилиндра, гарантируя, что при каждом такте перекачивается максимально возможное количество хладагента.

ВАЛ КАРТЕРА И ШАТУНЫ

Рис. 6-6: Маленький двухцилиндровый поршневой компрессор с внешним приводом, вид в разрезе. Корпус представляет собой отливку из легкого сплава. Чугунные гильзы цилиндров неразъемно отлиты в корпус картера.

В поршневых компрессорах вал картера преобразует вращательное движение двигателя в возвратно-поступательное движение поршней. Коленчатый вал вращается в коренном подшипнике, который должен прочно поддерживать коленчатый вал и выдерживать торцевые нагрузки, создаваемые двигателем и шатунами. Точную величину люфта следует указывать в документации производителя.

Для соединения шатуна с коленчатым валом могут использоваться несколько типов соединений:

  1. Обычный шатун, наиболее распространенный в коммерческих системах, крепится к сквозному отверстию.
  2. эксцентриковый коленчатый вал имеет смещенную от центра круглую бобышку на коленчатом валу для создания движения вверх и вниз. Эта система устраняет необходимость в колпачках или болтах на шатуне. Вместо этого цельный конец штока устанавливается на коленчатый вал перед окончательной сборкой.
  3. В кулисном механизме не используется шатун. Вместо этого нижняя часть поршня содержит канавку, которая принимает ход коленчатого вала. Канавка позволяет коленчатому валу перемещаться вбок и перемещать поршень только вверх и вниз. И кулиса, и эксцентрик встречаются в основном на бытовых и автомобильных системах.

УПЛОТНЕНИЕ КАРТЕРА

В системах с открытым приводом часто возникают проблемы с уплотнением между коленчатым валом и картером. Уплотнение подвергается большим колебаниям давления и должно работать и должно работать и герметизировать независимо от того, вращается коленчатый вал или неподвижен. Зазор должен быть точным (до 0,000001 дюйма или 0,0000254 мм) между вращающейся и неподвижной поверхностями, и смазка заполняет этот крошечный зазор. Уплотнение обычно изготавливается из закаленной стали, бронзы, керамики или углерода. Отсутствие сальника коленчатого вала является основным преимуществом герметичной конструкции.

Уплотнение вращающегося типа представляет собой простое обычное уплотнение, которое вращается на валу во время работы. Пружина в сочетании с внутренним давлением прижимает поверхность уплотнения к неподвижной поверхности уплотнения.

Основным источником проблем с уплотнениями картера является утечка из-за несоосности. Необходимо соблюдать осторожность при выравнивании вала двигателя по отношению к валу компрессора, чтобы уплотнение не подвергалось нагрузке во время работы. Жесткие допуски, указанные производителем компрессора, должны соблюдаться как в горизонтальном, так и в угловом направлениях. В большинстве случаев уплотнение смазывается масляным насосом компрессора. Убедитесь, что компрессор время от времени включается во время длительных простоев, чтобы сохранить смазку уплотнения. Небольшая утечка после пуска, во время которой сухое уплотнение смазывается маслом, может быть нормальным явлением.

Негерметичность уплотнения можно обнаружить с помощью детектора утечки хладагента. Чтобы проверить герметичность уплотнения:

  1. Откачайте систему на сторону высокого давления (ресивер или конденсатор).
  2. Снимите муфту на конце вала компрессора.
  3. Снимите крышку уплотнения и все кольца, удерживающие вращающееся уплотнение на месте.
  4. Очистите поверхности кольца очень мягкой тканью.
  5. Осмотрите уплотнительные поверхности и замените все уплотнение, если видны какие-либо задиры, царапины или канавки.
  6. Соберите систему.
  7. Проверьте выравнивание валов компрессора и двигателя в горизонтальном и угловом направлениях, оно должно быть в пределах допусков, указанных производителем, или выше.
  8. Вакуумируйте компрессор и откройте необходимые клапаны, чтобы восстановить рабочее состояние системы.
  9. Перед запуском производства проверьте уплотнения на наличие повторяющихся утечек.

ГОЛОВКИ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ И КЛАПАННЫЕ ПЛАСТИНЫ

Головки цилиндров компрессора обычно изготавливаются из чугуна и предназначены для удержания прокладок на месте для обеспечения герметичности между пластиной клапана, блоком цилиндров и головкой. Головки цилиндров должны иметь каналы для поступления всасываемого газа в цилиндр. Головка обычно крепится к блоку винтами с головкой под ключ.

Впускные клапаны предназначены для пропуска хладагента во время такта впуска и закрытия во время такта сжатия. Выпускные клапаны закрыты во время такта впуска и открыты в конце такта сжатия. Пластина клапана представляет собой узел, который плотно удерживает оба клапана на месте.

Клапаны обычно изготавливаются из пружинной стали и предназначены для обеспечения герметичности до тех пор, пока они не откроются под действием нагнетания поршня. Сопрягаемые поверхности клапанов должны быть идеально плоскими, а дефекты размером всего 0,001 дюйма (0,0254 мм) могут вызвать недопустимые утечки. При эксплуатации клапан должен открываться примерно на 0,010 дюйма (0,254 мм). Большие отверстия будут вызывать шум клапана, в то время как меньшие отверстия будут препятствовать входу и выходу достаточного количества хладагента из цилиндра.

Рабочая температура оказывает большое влияние на долговечность клапанов. Впускные клапаны работают в относительно прохладной среде и постоянно смазываются парами масла. Выпускные клапаны являются самым горячим компонентом холодильной системы, работающим при температуре до 50 град. F до 100 град. F горячее, чем нагнетательная линия, поэтому они чаще являются источником проблем, чем впускные клапаны. Выпускные клапаны должны быть установлены с особой тщательностью. Тяжелые молекулы масла склонны накапливаться на них, вызывая нагар и ухудшая работу клапана. Выпускные клапаны и масло будут повреждены при температуре выше 325 градусов. F до 350 град. F (от 163 до 177 град. С). Как правило, температура линии нагнетания должна поддерживаться на уровне около 225 градусов. F до 250 град. F. (от 107 до 121 град. С).

Рисунок 6-7: Клапанная пластина поршневого компрессора в сборе.

Выпускные клапаны могут иметь предохранительные пружины, позволяющие им открываться ненормально широко, если поршень жидкого хладагента или масла попадает в поршень компрессора из линии всасывания или картера компрессора.

Рис. 6-8: Коммерческий герметичный поршневой компрессор. Он имеет четыре ряда по два цилиндра в каждом (четыре шатуна на каждом коленчатом валу) и закреплен болтами для удобства обслуживания.

РОТАЦИОННЫЙ КОМПРЕССОР

Ротационные компрессоры используют одну или несколько лопастей для создания сжимающего действия внутри цилиндра. В отличие от поршневого компрессора, здесь не используется поршень. Существует два основных типа ротационных компрессоров:

  1. Вращающиеся лопасти (крыльчатые).
  2. Нож стационарный (разделительный блок).

В обоих типах лопасть должна иметь возможность скользить внутри своего корпуса, чтобы приспособиться к движению ротора, который вращается вне центра внутри цилиндра. Впускные (всасывающие) порты намного больше выпускных портов. Нет необходимости во впускных (всасывающих) или выпускных клапанах; однако желательны обратные клапаны на линии всасывания, чтобы предотвратить попадание масла и паров под высоким давлением в испаритель, когда компрессор не работает.

КОМПРЕССОР С ВРАЩАЮЩИМСЯ ЛОПАСТЯМИ

В конструкции с вращающимися лопастями ротор (вал) вращается внутри цилиндра, но центральные оси цилиндра и вала не совпадают. Вращающийся ротор (вал) имеет несколько прецизионно обработанных канавок, в которые вставляются скользящие лопасти. Когда вал вращается, эти лопасти прижимаются к цилиндру под действием центробежной силы. Когда газ поступает в компрессор из линии всасывания, лопасти охватывают его. Поскольку ротор не центрирован в цилиндре, пространство, содержащее газ, уменьшается по мере того, как лопасти нагнетают газ вокруг цилиндра. В результате происходит сжатие газа. Когда газ достигает минимального объема и максимального сжатия, он вытесняется из выпускного отверстия. Объем клиренса этой системы очень мал, а эффективность сжатия очень высока.

Ротационно-пластинчатые компрессоры обычно используются для первой ступени каскадной системы. Ротационно-пластинчатые компрессоры могут иметь от двух до восьми лопастей; большие системы имеют больше лезвий. Кромка лезвия, где она соприкасается со стенкой цилиндра, должна быть точно отшлифована и сглажена, иначе возникнет утечка и чрезмерный износ. Лезвие также должно точно входить в паз ротора.

Рис. 6-9: Ротационно-лопастной компрессор. Черные стрелки указывают направление вращения ротора. Красные стрелки указывают на поток паров хладагента.

РОТАЦИОННЫЙ КОМПРЕССОР СО СТАЦИОНАРНЫМИ ЛОПАСТЯМИ (РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ БЛОК)

В системе со стационарными лопастями скользящая лопасть в корпусе цилиндра отделяет пар низкого давления от пара высокого давления. Эксцентриковый вал вращает рабочее колесо в цилиндре. Эта крыльчатка постоянно трется о наружную стенку цилиндра. Когда крыльчатка вращается, лопасть задерживает большое количество пара. Пар сжимается во все меньшее и меньшее пространство. Давление и температура растут. Наконец, пар выталкивается через выпускное отверстие.

Рисунок 6-10: Роторный компрессор. Неподвижная лопасть или делительный блок контактирует с рабочим колесом.

Рисунок 6-11: Герметичный роторный компрессор с одной стационарной лопастью.

СПИРАЛЬНЫЙ КОМПРЕССОР

В спиральном компрессоре сжатие осуществляется двумя спиральными элементами: вращающейся спиралью и неподвижной спиралью. Один свиток «фиксированный свиток» остается неподвижным. Другой свиток, «орбитальный» свиток, вращается по смещенному круговому пути вокруг центра фиксированного свитка. Это движение создает компрессионные карманы между двумя спиральными элементами. Всасываемый газ низкого давления задерживается в каждом периферийном кармане по мере его формирования; продолжающееся движение вращающегося витка запечатывает карман, объем которого уменьшается по мере того, как карман движется к центру витка. Максимальное сжатие достигается, когда карман достигает центра, где находится выпускное отверстие, и газ выпускается. Во время этого процесса сжатия одновременно формируются несколько карманов.

Рисунок 6-12: Сжатие в спирали вызвано взаимодействием вращающейся спирали, сопряженной с неподвижной спиралью. 1-Газ втягивается во внешнее отверстие, когда один из спиралей вращается по орбите. 2-Поскольку орбитальное движение продолжается, открытый проход перекрывается, и газ выталкивается в центр спирали. 3-карман становится все меньше в объеме. Это создает все более высокие давления газа. 4-Давление нагнетания достигается в центре кармана. Газ выходит из порта стационарного спирального элемента. 5. В реальной эксплуатации шесть газовых каналов постоянно находятся на разных стадиях сжатия. Это создает почти непрерывное всасывание и нагнетание.

Рис. 6-13: Поперечное сечение поршневого компрессора с наклонной шайбой. При вращении приводного вала и наклонной шайбы двусторонний поршень перемещается в цилиндре вперед и назад.

Процесс всасывания из внешней части спирали и выпуск из внутренней части являются непрерывными. Этот непрерывный процесс обеспечивает очень плавную работу компрессора.

Компрессия представляет собой непрерывный процесс без обычных всасывающих и нагнетательных клапанов. Чтобы компрессор не работал в обратном направлении после отключения питания, обратный клапан расположен непосредственно над нагнетательным портом неподвижной спирали.

A: Схема спирального компрессора в разрезе.

B: Базовое представление сжатия спирального компрессора. Орбитальная спираль вращается вокруг фиксированной спирали, создавая плавное постоянное сжатие внутрь по направлению к выпускному отверстию в центре.

МАСЛЯНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОМПРЕССОРОВ

Поршневые компрессоры обычно используют два типа смазочных систем:

  1. Система разбрызгивания использует коленчатый вал для разбрызгивания масла; масло достигает коренного подшипника, проходя через каналы подшипника. Подшипник может быть шумным, потому что эта система создает небольшую масляную подушку.
  2. В системе давления масла используется масляный насос с приводом от шестерен в картере; масло нагнетается в каналы в шатунах, коренных подшипниках и поршневых пальцах. Система масляного насоса лучше обеспечивает смазку и бесшумную работу. Насос должен иметь предохранительный клапан для предотвращения возникновения опасных давлений в контуре смазки компрессора. Защитный выключатель обычно используется для контроля давления масла и отключения компрессора, если давление масла падает ниже безопасного уровня.

Роторные компрессоры

Требуется масляная пленка на цилиндре, лопастях и ролике. Некоторые машины продвигают масло за счет скольжения; другие используют масляный насос.

Центробежные компрессоры

Работают на высоких скоростях и могут иметь сложную систему управления маслом, с насосом, маслоотделителем, резервуарами для смазки подшипников во время сброса, масляным фильтром, предохранительным клапаном и масляным радиатором.

Винтовые компрессоры

Масло необходимо для охлаждения, уплотнения и глушения роторов; как правило, они имеют принудительную систему смазки. Поршневой насос может работать независимо от компрессора, обеспечивая полную смазку при запуске компрессора. Масло отделяется, направляется в масляный картер (резервуар). Охлаждается и подается к подшипникам и портам для впрыска в камеру сжатия. Масляный картер (резервуар) имеет нагреватель для предотвращения разбавления масла хладагентом во время простоя.

Спиральные компрессоры

Требуется масло для охлаждения и уплотнения между вращающейся и стационарной спиралью. Масло подается к шнекам под действием центробежного действия через отверстие в валу двигателя и вращающейся шнеке.

В промышленных холодильных системах для контроля масла в системе обычно используются три устройства: маслоотделитель, регулятор уровня масла и масляный резервуар. Для завершения системы могут потребоваться другие элементы, такие как масляные фильтры, соленоиды и запорные клапаны. Следует проводить регулярные испытания масла в системе для выявления опасной кислотности масла холодильного компрессора.

Обеспечение возврата масла

Масло в системах с непосредственным испарением или с сухим испарителем должно подаваться обратно в компрессор потоком хладагента. Скорость в трубах испарителя должна быть достаточной для отвода масла обратно.

Скорость около 700 футов (214 м) в минуту требуется для горизонтальных линий и около 1500 футов (457 м) в минуту для вертикальных линий.

Несколько дополнительных мер помогут обеспечить надлежащий возврат масла в компрессор. Наклоните линии охлаждения к компрессору. Обеспечьте достаточную скорость хладагента во всасывающей линии, сделав ее надлежащего, а не завышенного размера. Масло с высокой вязкостью (измеренное в условиях испарителя) более устойчиво к возврату потоком хладагента. Масло, которое легко растворяет хладагент, остается более жидким, чем масло без хладагента. Количество хладагента, растворенного в масле, варьируется в зависимости от давления и температуры в различных частях испарителя, а также от природы двух жидкостей.

Возврат масла затруднен в низкотемпературных испарителях, так как масло становится более вязким при снижении температуры и давления хладагента. Высокая степень сжатия также снижает возврат масла, поскольку всасываемый газ менее плотный. Таким образом, адекватная скорость линии всасывания особенно важна для низкотемпературных испарителей.

Масло не будет унесено обратно в компрессор в затопленном испарителе, поэтому требуется линия возврата масла. В некоторых системах к испарителю подсоединяется специальная камера, позволяющая выкипеть хладагент из масла перед возвратом масла в компрессор.

ЛИНИЯ НАГНЕТАНИЯ

Линия нагнетания на стороне высокого давления системы, соединяет компрессор с конденсатором. Линия обычно представляет собой медную трубку, соединенную пайкой. Выделения могут содержать; Вибропоглотитель, глушитель, маслоотделитель, клапаны регулирования давления, а также перепускные или сервисные клапаны.

Вибропоглотитель

И всасывающая, и нагнетательная линии передают вибрацию от компрессора на другие компоненты системы охлаждения. Эта вибрация может вызвать нежелательный шум и износ трубок хладагента, что приведет к утечкам хладагента.

В небольшой системе с мягкими медными трубками малого диаметра виброгаситель может состоять из бухты трубки. Гибкий металлический шланг с внутренним диаметром не менее размера подсоединяемой трубки предпочтительнее для более крупных систем. Эта секция трубки может заканчиваться раструбом наружного диаметра, резьбовыми концами с наружной резьбой или фланцами. Хладагент, движущийся с высокой скоростью по гофрированному внутреннему диаметру абсорбера, может вызвать свистящий звук. Виброгасители не предназначены для сжатия или растяжения, поэтому они должны быть ориентированы параллельно коленчатому валу компрессора, а не под прямым углом к ​​нему.

Глушитель

Глушитель используется для уменьшения передачи пульсаций и шума нагнетания поршневого компрессора на систему трубопроводов и конденсатор. Глушитель представляет собой цилиндр с дефлекторами внутри. В общем, глушители, которые создают большой перепад давления, более эффективны, чем глушители с меньшим ограничением. Как объем, так и плотность потока газа через глушитель влияют на характеристики глушителя.

Маслоотделитель

Маслоотделитель представляет собой контейнер с рядом перегородок и экранов, установленных в нагнетательной линии. Выходящий пар с масляным туманом, попадая в маслоотделитель, вынужден вращаться и ударяться о перегородки и экраны, позволяя каплям масла объединяться в крупные капли, которые стекают в поддон на дно. Отстойник позволяет оседать шламу и загрязняющим веществам и может иметь магнит для притягивания частиц железа. Когда в маслосборнике накапливается достаточное количество масла, оно поднимает поплавок и течет обратно в картер компрессора под действием давления масла в маслоотделителе.

Маслоотделители чаще всего используются в больших и низкотемпературных системах. Они обязательны в аммиачных системах.

КОНДЕНСАТОР

Конденсатор представляет собой компонент высокого контура холодильного контура, который позволяет горячему газообразному хладагенту высокого давления отдавать скрытую теплоту конденсации в окружающую среду. Эта потеря тепла приводит к тому, что газ конденсируется в жидкость под высоким давлением, которая может подаваться по трубопроводу к дозирующему устройству. Тепло, отводимое конденсатором, поступает в систему в испарителе и компрессоре. Из-за неэффективности и других притоков тепла конденсатор в открытой системе должен утилизировать примерно в 1,25 раза больше тепла, чем испаритель. Конденсаторы в герметичных системах также должны отводить тепло от обмоток двигателя.

В зависимости от функции и способов отвода тепла используются различные типы конденсаторов. Две основные категории «с водяным охлаждением» и «с воздушным охлаждением» классифицируются по среде, используемой для отвода тепла. Основная цель конструкции конденсатора – отводить как можно больше тепла с наименьшими затратами и минимальными требованиями к пространству.

Вода и воздух обычно являются обильными и экономичными конденсирующими средами. Вода может быстро и эффективно отводить большое количество тепла, что позволяет конденсатору быть относительно небольшим и делает конденсатор с водяным охлаждением более экономичным, когда он доступен. Однако вода может быть дефицитной или химически непригодной для охлаждения конденсатора. Кроме того, конденсаторы с водяным охлаждением подвержены образованию накипи, загрязнению, замерзанию и коррозии.

Конденсаторы с воздушным охлаждением должны быть больше, чем блоки с водяным охлаждением, но не должны подвергаться замерзанию или проблемам с водой. Воздушное охлаждение используется, когда вода недоступна, дорога или химически непригодна.

Ребра, провода или пластины могут быть прикреплены к трубкам конденсатора для увеличения площади поверхности и способности отводить тепло конденсации. Вентиляторы или насосы обычно используются для увеличения потока конденсирующей среды. Такие усовершенствования увеличивают переохлаждение хладагента, увеличивают скорость теплопередачи и уменьшают овальный размер конденсатора.

КОНДЕНСАТОР С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Конденсаторы с воздушным охлаждением переключаются на вентиляторы для перемещения воздуха по трубам и ребрам для отвода тепла от хладагента. Кожухи используются для повышения эффективности вентилятора за счет направления всего воздушного потока через трубки конденсатора. Для увеличения площади поверхности конденсатора можно использовать различные типы ребер. Надлежащая теплопередача в конденсаторах с воздушным охлаждением может быть достигнута только в том случае, если поверхность конденсатора чистая.

Конденсатор с воздушным охлаждением должен быть рассчитан на работу в самых жарких условиях окружающей среды, когда теплопередача будет самой медленной, а нагрузка по охлаждению, вероятно, будет максимальной.

Наружный конденсатор с воздушным охлаждением, работающий в холодную погоду, представляет собой особую проблему при проектировании системы. Для защиты наружного конденсатора с воздушным охлаждением от низких температур окружающей среды необходимы специальные меры предосторожности. Основная проблема заключается в том, что хладагент не будет проходить через дозирующее устройство, если напор не будет достаточным, а низкие температуры окружающей среды снижают напор.

Для работы конденсатора с воздушным охлаждением при низких температурах окружающей среды может потребоваться любое из следующих устройств или их комбинация:

  1. Всепогодный корпус конденсатора
  2. Способ предотвращения коротких циклов работы компрессора
  3. Способ регулирования напора зимой и при отрицательных температурах окружающей среды
  4. Способ предотвращения разбавления компрессорного масла жидким хладагентом

  Заявление об отказе от ответственности . Несмотря на то, что компания Berg Chilling Systems Inc. («Berg») прилагает разумные усилия для предоставления точной информации, мы не делаем никаких заявлений или гарантий относительно точности любого содержащегося в ней контента. Мы не несем никакой ответственности за любые типографские, содержательные или другие ошибки или упущения. Мы оставляем за собой право изменять содержание этой документации без предварительного уведомления.

Олдрих Бочек (1939-2003)
Эксперт по терморегулированию
Berg Chilling Systems Inc.

2.972 Как работает компрессионная холодильная система

 

СЖАТИЕ ХОЛОДИЛЬНАЯ СИСТЕМА
ВОПРОСЫ ИЛИ КОММЕНТАРИИ
АВТОР: Роджер Йе
ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЧТА: [email protected]
КУРС: 2
КЛАСС/ГОД: 1

ОСНОВНОЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ТРЕБОВАНИЕ: Отвод тепла из замкнутого пространства.

КОНСТРУКТИВНЫЙ ПАРАМЕТР: Компрессионные холодильные установки.


ГЕОМЕТРИЯ/СТРУКТУРА:

Хладагент, компрессор, расширительный клапан (устройство регулирования расхода), испаритель, конденсатор, трубы и трубы.

Схема сжатия Система охлаждения

ОБЪЯСНЕНИЕ КАК ЭТО РАБОТАЕТ/ПРИМЕНЯЕТСЯ:

Хладагент проходит через компрессор, что повышает давление хладагент. Далее хладагент проходит через конденсатор, где конденсируется из из парообразного состояния в жидкое, выделяя при этом тепло. Отдаваемое тепло – это то, что делает конденсатор «горячим на ощупь». После конденсатора хладагент проходит через расширительный клапан, где испытывает падение давления. Наконец, хладагент идет в испаритель. Хладагент отбирает тепло у испарителя, который вызывает испарение хладагента. Испаритель забирает тепло из области, которая должна быть охлажденным. Испарившийся хладагент возвращается в компрессор для перезапуска цикла.

Подробнее:

Компрессор: поршневых, роторных и центробежные компрессоры, наиболее популярные среди бытовых или коммерческих маломощных охлаждение является возвратно-поступательным. Поршневой компрессор похож на автомобильный двигатель. Поршень приводится в движение двигателем, чтобы «всасывать» и сжимать хладагент в баллоне. По мере того, как поршень движется вниз в цилиндр (увеличение объем цилиндра), он «высасывает» хладагент из испарителя. впускной клапан закрывается, когда давление хладагента внутри цилиндра достигает давления давление в испарителе. Когда поршень достигает точки максимального опускания смещения, он сжимает хладагент при ходе вверх. Хладагент выталкивается через выпускной клапан в конденсатор. И впускной, и выпускной клапаны сконструирован таким образом, что поток хладагента проходит только в одном направлении через система.

Схема компрессора (ремень Привод в этом экземпляре)

 

Деталь клапана компрессора Функция

 


Компоненты компрессионного охлаждения в холодильнике общежития
Конденсатор: конденсатор отводит тепло, выделяемое при сжижении испаряющегося хладагента. Нагревать выделяется, когда температура падает до температуры конденсации. Тогда больше тепла (в частности, скрытая теплота конденсации) высвобождается при сжижении хладагента. Существуют конденсаторы с воздушным и водяным охлаждением, названные в честь их конденсирующей среды. более популярным является конденсатор с воздушным охлаждением. Конденсаторы состоят из трубок с внешним плавники Хладагент нагнетается через конденсатор. Чтобы отвести как можно больше тепла Возможно, трубы расположены так, чтобы максимально увеличить площадь поверхности. Вентиляторы часто используются для увеличения воздушный поток, нагнетая воздух на поверхности, тем самым увеличивая способность конденсатора отдавать тепло.

Испаритель: Это часть холодильного система, которая выполняет фактическое охлаждение. Поскольку его функция состоит в том, чтобы поглощать тепло в система охлаждения (откуда вы не хотите), испаритель размещается в охлаждаемом помещении. Хладагент впускается и измеряется устройство управления потоком и, в конечном итоге, попадает в компрессор. Испаритель состоит из ребристых труб, которые поглощают тепло воздуха, продуваемого вентилятором через змеевик. Плавники и трубы изготовлены из металлов с высокой теплопроводностью для максимальной теплопередачи. хладагент испаряется за счет тепла, которое он поглощает в испарителе.

Устройство управления потоком (расширительный клапан): Управляет поток жидкого хладагента в испаритель. Обычно управляющие устройства термостатические, что означает, что они реагируют на температуру хладагента.


ДОМИНИРУЮЩАЯ ФИЗИКА:

Все переменные указаны в единицах на единицу массы.

Переменная Описание Метрические единицы Английские единицы
ч 1 , ч 2 , ч 3 , ч 4 , ч я Энтальпии на стадии i кДж/кг БТЕ/фунт
Q в Тепло в систему кДж/кг БТЕ/фунт
кв вых Тепло вне системы кДж/кг БТЕ/фунт
работа работа в системе кДж/кг БТЕ/фунт
б коэффициент полезного действия

Термодинамика

От ступени 1 до ступени 2 энтальпия хладагента остается приблизительно постоянной, поэтому

    ч 1 ~ ч 2 .

От ступени 2 к ступени 3 в систему подается тепло, таким образом,

    q в = h 3 h 2 = ч 3 ч 1 .

От 3-й до 4-й ступени работа передается компрессору, таким образом,

    работа = ч 4 ч 3 .

От ступени 4 к ступени 1 тепло отводится через конденсатор, таким образом

    q из = h 4 h 1 .

Коэффициент производительности описывает эффективность испарителя поглощать тепло по отношению к произведенной работе, таким образом,

    b = охлаждающий эффект / работа = q в / работа = (ч 3 ч 1 ) / (ч 4 ч 3 ).


ОГРАНИЧИВАЮЩАЯ ФИЗИКА:

Теплопередача зависит от свойств хладагента. Другой хладагенты, очевидно, будут иметь разные значения энтальпии для данного состояния. В деле с одним конкретным хладагентом значения энтальпии зависят от температуры и давления в теплых и холодных областях. Окружающая температура влияет на то, насколько хорошо система охлаждения способна охлаждать замкнутое пространство. Понятно, что если температура наружного воздуха очень высокая (т.е. значительно выше комнатной температуре), система может быть не так успешна в снижении температуры закрытой области, как это было бы при комнатной температуре.


ДИАГРАММЫ/ГРАФЫ/ТАБЛИЦЫ:

Нет Представлено


ГДЕ НАЙТИ КОМПРЕССОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ:

Холодильники и кондиционеры.


ССЫЛКИ/ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ:

Моран, Майкл Дж. и Шапиро, Ховард Н., Основы инженерии Термодинамика, Нью-Йорк: John Wiley & Sons, Inc., 19.92.

Лэнгли, Билли К., холодильная компания и кондиционирование воздуха, Рестон, Вирджиния: Рестон Паблишинг Компани, Инк. , 1982.


Холодильники Принцип работы – StudiousGuy

Холодильники являются одним из наиболее часто используемых бытовых приборов. От сохранения свежести нашей пищи в течение нескольких дней до предоставления нам прохладительных напитков в жаркое лето, они делают нашу жизнь комфортной каждый день. Использование холодильника в нашей повседневной жизни настолько распространено, что мы почти никогда не задумываемся, как это технологическое чудо работает по своей сути. Как правило, более низкая температура в холодильниках замедляет активность бактерий, присутствующих в продуктах, что, в свою очередь, предотвращает их порчу. До изобретения электрических холодильников зарабатывались состояния на доставке больших блоков льда для достижения низкой температуры для хранения продуктов питания и напитков. Сегодня, благодаря холодильникам, нам не нужно преодолевать такие трудности, чтобы сохранить нашу еду от порчи. Процесс, который сегодня используют холодильники, основан на работе 19Американские изобретатели 19 века Оливер Эванс и Джейкоб Перкинс. В 1805 году Эванс изобрел парокомпрессионный холодильный цикл, который сейчас используется для изготовления холодильников, но он так и не смог построить холодильник. В 1830-х годах Перкинс создал первую холодильную систему, основанную на идеях Эвана. Хотя система Перкина не имела коммерческого успеха, это был первый шаг к современным холодильникам, которые мы используем сегодня. Прежде чем мы попытаемся понять, как работает этот цикл охлаждения, давайте сначала разберемся, какие компоненты холодильника участвуют в процессе охлаждения.

Указатель статей (щелкните, чтобы перейти)

Компоненты холодильника

Жидкий хладагент

Жидкий хладагент обычно представляет собой газ или жидкость, которая способствует преобразованию тепловой энергии в механическую фазу. сдача. В холодильниках жидкий хладагент также можно рассматривать как хладагент, который течет по всему холодильнику для поддержания температуры внутри него. Наиболее часто используемые хладагенты имеют чрезвычайно низкую температуру кипения, например, гидрохлорфторуглеродные химические вещества, которые обычно называют фреонами.

Компрессор

Компрессор считается сердцем холодильной системы. С технической точки зрения компрессор — это устройство, которое увеличивает давление газа за счет уменьшения его объема. В холодильниках компрессор механически увеличивает температуру хладагента, заставляя его двигаться по трубе малого объема. Хладагент поступает в компрессор в виде газа низкого давления и низкой температуры, а затем выходит из компрессора в виде газа высокого давления и высокой температуры. Он также действует как электрический насос, облегчающий поток хладагента по всему холодильнику в замкнутой системе. Компрессор обычно располагается в нижней части задней стенки холодильника.

Конденсатор

Конденсатор или конденсаторные змеевики представляют собой сетку труб, которые можно найти на задней стороне холодильника. Основная функция конденсатора — отвод внутреннего тепла холодильника, как и у радиатора. Он называется конденсатором, потому что отвод тепла достигается за счет конденсации хладагента из пара в жидкое состояние внутри конденсаторных змеевиков. Тепло выделяется, когда температура падает до температуры конденсации.

Термостатический расширительный клапан

Термостатический расширительный клапан действует как регулятор, контролирующий поток жидкого хладагента в испаритель. Термостат (компонент регулирующего устройства, который измеряет температуру и выдает соответствующий сигнал) управляет процессом охлаждения, включая и выключая компрессор. Когда датчик определяет, что в холодильнике достаточно холодно, он выключает компрессор. Если он чувствует слишком много тепла, он включает компрессор и снова начинает процесс охлаждения. Именно по этой причине мы слышим гудящий звук, исходящий из холодильника через равные промежутки времени.

Испаритель

Это часть холодильной системы, обеспечивающая охлаждение внутри холодильника. Его функция заключается в поглощении тепла системой охлаждения изнутри, которое затем излучается из системы через конденсатор. Испарительные змеевики находятся внутри холодильника, куда мы кладем продукты. Хладагент подается в эти змеевики через термостатический расширительный клапан.

Приемник

Ресивер, или ресивер жидкости, как его обычно называют, представляет собой сосуд высокого давления, предназначенный для хранения жидкого хладагента. Функция ресивера заключается в хранении жидкого хладагента и обеспечении непрерывного потока хладагента к расширительному устройству. Ресивер имеет входной и выходной патрубки и резьбовое отверстие для установки предохранительного устройства сброса избыточного давления. Основное назначение ресивера — служить буфером для хладагента во время цикла охлаждения.

Принцип работы холодильника

Основным принципом работы холодильника является второй закон термодинамики; более конкретно, утверждение Клаузиуса о втором законе термодинамики, в котором говорится: «Тепло никогда не может перейти от более холодного тела к более теплому без какого-либо другого связанного с ним изменения, происходящего в то же время». Это утверждение можно понять так: для передачи теплоты из области с более низкой температурой в область с более высокой температурой над системой должна быть совершена механическая работа. Это очевидно в холодильнике, когда тепло течет из холодной среды (внутри холодильника) в горячую среду (снаружи холодильника), но только под действием внешнего агента, то есть системы охлаждения. Другими словами, охлаждение — это работа, обратная тепловой машине. Тепловая машина забирает тепло от горячего тела, часть его преобразует в механическую работу, а оставшуюся часть отдает в более холодную среду. Напротив, холодильник использует механическую работу для передачи тепла из области с более низкой температурой в область с более высокой температурой. Эта периодическая подача тепла известна как цикл охлаждения или цикл охлаждения с компрессией пара. Давайте обсудим, как этот процесс осуществляется внутри холодильника.

Цикл охлаждения

В этом цикле летучий жидкий хладагент прокачивается через охлаждающие змеевики испарителя во внутреннее отделение холодильника. Внутри этих змеевиков хладагент испаряется из-за скрытого тепла, выделяемого пищевыми продуктами. Это скрытое тепло вызывает фазовое изменение состояния хладагента из жидкого в парообразное, что приводит к падению температуры внутри холодильника. Затем эти пары подаются в компрессор с электрическим приводом, который повышает температуру этих паров, изменяя их давление с низкого на высокое. Эти пары с высокой температурой и высоким давлением затем поступают в змеевик конденсатора, где они снова претерпевают фазовый переход от пара к жидкости в процессе сжижения. Благодаря этому второму изменению фазы тепло выделяется во внешнюю среду. Затем жидкий хладагент поступает в резервуар для хранения, называемый ресивером или резервуаром для жидкости, прежде чем, наконец, пройти через расширительный клапан, который снижает его давление перед началом следующего цикла. Этот цикл повторяется снова и снова до тех пор, пока температура не достигнет желаемого значения (около 2–4 °C в пищевой камере бытового холодильника и < 0–1 °C в морозильной камере). В некоторых высокоэффективных холодильниках также используются вентиляторы для повышения эффективности змеевиков испарителя и конденсатора.

Как работает холодильник? – Самое простое объяснение

Содержание

Что такое холодильник?

Холодильник, обычно называемый холодильником, определяется как машина, которая используется для поддержания или хранения пищевых материалов при низкой температуре и предотвращает их порчу. Пищевые материалы, хранящиеся при низкой температуре, постепенно портятся или разлагаются и могут дольше оставаться свежими. Холодильник обычно хранит скоропортящиеся продукты при более низкой температуре.

Принцип работы холодильника

Он работает по принципу теплового равновесия, т.е. когда холодное тело соприкасается с горячим телом, тепло переходит от горячего тела к холодному до тех пор, пока они не достигнут одинаковой температуры. Точно так же жидкость (называемая хладагентом) при низкой температуре может проходить через холодильную камеру. Когда хладагент вступает в контакт с воздухом, он отбирает у него тепло и понижает его температуру. Этот процесс продолжается, и температура внутри холодильника снижается, продукты питания или скоропортящиеся продукты остаются при более низкой температуре, а также останавливается или замедляется время их порчи, и они могут храниться в течение недель или месяцев.

Основные компоненты

Холодильник состоит из следующих пяти основных компонентов

  1. Хладагент: Изобутан, фреоны, аммиак.
  2. Компрессор: Сжимает пар и поддерживает поток хладагента в цикле.
  3. Змеевик конденсатора: Охлаждает пар высокого давления и превращает его в жидкость высокого давления.
  4. Расширительное или дросселирующее устройство: Расширяет жидкость под высоким давлением, снижает ее температуру и давление.
  5. Змеевик испарителя: Забирает тепло из воздуха внутри холодильника и охлаждает его.

Источник изображения

Давайте подробно обсудим функцию каждого компонента

1. Хладагент

Он также называется охлаждающей жидкостью и является рабочей жидкостью для холодильника. Он забирает тепло из холодильника и выводит его наружу. Наиболее часто в холодильниках используются изобутан (используется в современных холодильниках), фреоны и аммиак (токсичный газ, не используемый в современных холодильниках)

2. Компрессор

Обеспечивает циркуляцию хладагента во время работы холодильника. Он сжимает газообразный хладагент и повышает его температуру и давление. Компрессор – сердце холодильника, без него его работа невозможна.

3. Змеевик конденсатора

Он находится снаружи сзади холодильника. Он имеет решетчатую трубку и выглядит как радиатор. Его основная цель – охлаждение горячих газов и газов высокого давления от компрессора. Когда горячие газы проходят через змеевик конденсатора, они охлаждаются холодным воздухом помещения и превращаются в жидкость под высоким давлением.

4. Расширительное или дроссельное устройство

Как следует из названия, оно расширяет жидкий хладагент высокого давления и снижает его температуру и давление. Температура падает до 20 градусов по Цельсию, а давление до 0,6 бар.

5. Змеевик испарителя

Змеевик испарителя находится внутри холодильника. Он забирает тепло из воздуха внутри холодильника и охлаждает его. И этот прохладный воздух внутри холодильника забирает тепло у пищевых материалов и снижает их температуру.

Читайте также:

  • Как работает автомобильный кондиционер? – Хорошее объяснение
  • Как работает система охлаждения двигателя?
  • Что такое градирня и как она работает?

Как работает холодильник?

1. Пары хладагента под высоким давлением и высокой температурой (80-90 градусов Цельсия) из компрессора поступают в конденсатор. В конденсаторе пар охлаждается и превращается в жидкость.

Как конденсатор охлаждает жидкость?

Поскольку змеевик конденсатора подвергается воздействию комнатной температуры и когда горячий пар высокого давления внутри змеевика конденсатора вступает в контакт с комнатным воздухом, он охлаждается и превращается в жидкость высокого давления.

2. Теперь эта жидкость под высоким давлением имеет температуру 45 градусов Цельсия и давление 8 бар и проходит к дросселирующему устройству, где она расширяется, и ее давление и температура падают до 0,6 бара и 20 градусов Цельсия и частично превращаются в пар. .

3. Частично преобразованный парожидкостный хладагент поступает в змеевик испарителя, поглощает тепло из воздуха внутри холодильника и полностью превращается в пар. Здесь хладагент охлаждает воздух внутри холодильника, поглощая его тепло. В испарителе температура хладагента не меняется. Холодный воздух внутри холодильника используется для поддержания продуктов питания при более низкой температуре.

4. Из испарителя пар низкого давления поступает в компрессор. Компрессор сжимает пар до высокого давления. Но по мере увеличения давления газа увеличивается и его температура. И этот пар высокого давления и высокой температуры поступает в конденсатор, чтобы повторить цикл.

Цикл, используемый в работе холодильника, называется циклом сжатия пара.

Чтобы лучше понять, как работает холодильник, посмотрите видео ниже:

Если вы обнаружите, что чего-то не хватает, напишите нам в комментариях. И если эта статья улучшит ваши знания о работе холодильника, не забудьте поставить лайк и поделиться ею на Facebook и Google+.

Принцип работы холодильного компрессора

Компрессор является сердцем холодильной системы. Компрессор действует как насос, который перемещает хладагент по системе. Датчики температуры запускают работу компрессора. Холодильные системы охлаждают объекты посредством повторяющихся циклов охлаждения.

Прежде чем мы продолжим, вот несколько терминов, которые вы должны знать.

1. Компрессор: Компрессор — это насос, обеспечивающий подачу хладагента. Компрессор работает за счет увеличения давления и температуры испаряемого хладагента. Существуют различные типы компрессоров для холодильных установок. Среди холодильных установок наиболее распространены поршневые, роторные и центробежные компрессоры.

2. Конденсатор: Конденсатор представляет собой набор спиральных трубок. В бытовом холодильнике компрессор находится сзади прибора. Конденсатор охлаждает испарившийся хладагент, превращая его обратно в жидкость.

3. Испаритель: Испаритель является охлаждающим компонентом холодильной системы. Он поглощает тепло содержимого охлаждающего устройства. В бытовом холодильнике испаритель находится в морозильной камере.

4. Расширительный клапан: Это устройство регулирует поток жидкого хладагента. Расширительный клапан термостатический. Он реагирует на температуру, которую вы устанавливаете.

Цикл охлаждения 

Хладагент течет из змеевика испарителя через компрессор. Этот поток повышает давление теплоносителя. Затем испарившийся хладагент поступает в конденсатор, где превращается в жидкость. Когда хладагент конденсируется в жидкость, он выделяет тепло. Это объясняет, почему конденсатор относительно горячий, когда вы к нему прикасаетесь.

Из конденсатора хладагент поступает к расширительному клапану. Падение давления в расширительном клапане. От расширительного клапана хладагент поступает в испаритель. Жидкий хладагент забирает тепло из окружающей среды испарителя. Это тепло испаряет жидкий хладагент.

Испаренный хладагент возвращается в компрессор, где цикл продолжается.

Принцип работы различных компрессоров

1. Поршневой компрессор

Этот компрессор использует возвратно-поступательное движение поршня для сжатия испаряемого хладагента. Другое название поршневого компрессора – поршневой компрессор. Этот компрессор состоит из двигателя, коленчатого вала и нескольких поршней.

Двигатель вращает коленчатый вал, который затем толкает поршни.

При каждом вращении коленчатого вала выполняются действия: всасывание, сжатие и нагнетание. Все эти действия выполняются последовательно. В результате вытеснение газа носит прерывистый характер и вызывает вибрацию.

Поршневые компрессоры одностороннего действия — это компрессоры, в которых хладагент действует с одной стороны. В компрессорах двойного действия хладагент действует с двух сторон поршня.

Типы компрессоров одностороннего действия включают;

  • Компрессоры открытого типа 
  • Обслуживаемые полугерметичные компрессоры  
  • Обслуживаемые полугерметичные компрессоры с болтовым креплением
  • Сварные герметичные компрессоры

Эти поршневые компрессоры бывают с низкой, средней и высокой рабочей температурой. Вы найдете поршневые компрессоры в бытовых холодильниках и морозильных камерах (сварные герметичные компрессоры). В коммерческих холодильных установках и системах кондиционирования воздуха используются как полугерметичные, так и сварные герметичные компрессоры.

2. Ротационно-пластинчатый компрессор 

Лопасти делят цилиндр на всасывающую и нагнетательную секции. Поршни вращаются для увеличения и уменьшения объемов секций. Непрерывное вращение обеспечивает всасывание, сжатие и выпуск газа.

Работа пластинчато-роторного компрессора включает пять действий. Эти действия; начало, всасывание, сжатие, нагнетание, затем конец. Каждое вращение коленчатого вала выполняет все эти пять действий.

Роторно-пластинчатые компрессоры можно найти в бытовых холодильных установках и кондиционерах. Они также используются в тепловых насосах.

3. Винтовой компрессор

В этом компрессоре используются винтовые роторы для сжатия больших объемов хладагента. Сжатие включает в себя двигатель и роторы с наружной и внутренней резьбой.

Двигатель вращает охватываемый ротор через коленчатый вал. Охватываемый ротор перемещает охватывающий ротор по мере того, как роторы входят в зацепление друг с другом.

Зацепляющиеся роторы нагнетают хладагент через всасывающий патрубок компрессора. Сжатый хладагент выходит через выпускной патрубок под более высоким давлением.

Винтовой компрессор конкурирует с большими поршневыми и малыми центробежными компрессорами. Вы найдете винтовые компрессоры в коммерческих и промышленных системах охлаждения и кондиционирования воздуха.

4. Центробежный компрессор

Другое название центробежного компрессора — турбо или радиальный компрессор. Эта машина сжимает хладагент за счет кинетической энергии вращающихся крыльчаток. Когда рабочие колеса вращаются, они нагнетают хладагент через входную лопасть. Чем выше скорость рабочего колеса, тем выше давление.

Затем хладагент высокого давления проходит через диффузор. В диффузоре объем газа хладагента расширяется по мере уменьшения скорости.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.