Компрессоры холодильных машин

В паровых компрессионных машинах используют поршневые, ротационные, винтовые, спиральные и турбокомпрессоры.

Компрессоры подразделяют:

- по величине холодопроизводительности крупные Q_о > 120кВт; средние Q_о =12…120кВт; малые Q_о <12кВт;

- степени герметичности: открытые (сальниковые), которые имеют внешний привод; бессальниковые (полугерметичные), у которых ротор электродвигателя расположен непосредственно на хвостовике коленчатого вала, а статор размещен в дополнительном корпусе, являющимся продолжением картера; герметичные, в которых компрессор и электродвигатель заключены в сварном неразборном корпусе;

- по функциональным признакам: стационарные, транспортные, высокотемпературные, работающие в диапазоне температур кипения t_o=-5…15^оС, среднетемпературные - t_o=-25…5^оС, низкотемпературные - t_o=-40…-5^оС;

Наиболее распространенный тип современных холодильных компрессоров — поршневые. Они могут также подразделяться по устройству кривошипно-шатунного механизма, конструкции корпуса, числу и расположению цилиндров, направлению движения пара, числу степеней сжатия и другим признакам.

Поршневые компрессора позволяют применять различные хладагенты. Они используются в холодильных машинах с широким диапазоном температур и степеней сжатия, обеспечивая необходимые режимы работы холодильных установок.

В основном ротационные компрессоры выпускаются с вращающимся и катящимся ротором.

Компрессора с вращающимся ротором имеют две или более пластин. Они применяются преимущественно в качестве поджимающих компрессоров, когда не требуется большая разность давлений между началом и концом сжатия, например, в аммиачных холодильных машинах двухступенчатого сжатия, в системах кондиционирования воздуха (производительностью до Q=25кВт).

Компрессора с катящимся ротором нашли применение в торговом холодильном оборудовании, в кондиционерах малой производительности, в том числе и транспортных.

У ротационных компрессоров по сравнению с поршневыми проще конструкция, меньше деталей, лучше уравновешенность, отсутствуют клапана на всасывании, более низкий уровень шума, выше эксплуатационная надежность, ниже стоимость изготовления и эксплуатации.

Одной из разновидностью ротационных компрессоров, выделившихся в отдельный конструкционный рад, являются винтовые компрессора.

В последнее время все более широкое применение в холодильной технике находят применение спиральные компрессора. По особенностям исполнения и эксплуатации они классифицируются:

- по типу спиралей (Архимеда, эвольвентная, кусочно-окружная и др.);

- сухого сжатия, с впрыском жидкого хладагента, маслозаполненные;

- одно, двухступенчатые с различным расположением ступеней по отношению к электродвигателю;

- горизонтального или вертикального расположения вала.

В холодильной практике спиральные компрессора находят применение в торговом холодильном оборудовании, системах кондиционирования воздуха. Эти компрессора имеют значительные преимущества по многим показателям: высокая энергетическая эффективность, хорошая уравновешенность, более высокий КПД в процессе движения, сжатия и нагнетания паров хладагента (отсутствие мертвого пространства, отсутствие всасывающих клапанов, малые скорости движения и небольшая доля перетечек газа).

В крупных холодильных машинах (производительностью 500кВт и более) используют высокооборотные турбокомпрессора. По принципу действия они бывают центробежные и осевые. Обычно турбокомпрессор имеет несколько рабочих колес. Пройдя последовательно эти колеса, пар получает необходимое количество кинетической энергии. Эта энергия преобразуется в энергию давления, обеспечивающую требуемую степень сжатия пара рабочего тела.

В пищевой промышленности турбокомпрессора нашли незначительное использование.

Вопросы для самопроверки

1 Какие основные элементы входят в состав холодильной машины?

2 По каким признакам классифицируют компрессора?

3 В чем различие компрессоров по принципу перемещения холодильного агента?

Теплообменные аппараты

Теплообменные аппараты являются необходимыми элементами холодильных машин. Они оказывают существенную, а в ряде случаев и определяющую, роль на массогабаритные и энергетические показатели. Например, доля испарительно-конденсаторных агрегатов в общей массе парокомпрессорных машин составляет до 70%.

К основным теплообменным аппаратам относятся: конденсаторы; испарители для охлаждения жидких хладоносителей, воздухоохладители и другие приборы охлаждения.

Эффективность теплообменных аппаратов существенно влияет на количество потребляемой холодильной машиной энергии. Это определяется совершенством и степенью обратимости процессов, протекающих в них. И в первую очередь условиями передачи теплоты между теплообменивающимися средами.

Расчет теплообменных аппаратов сводится к определению коэффициента теплопередачи, с учетом которого и при заданном температурном напоре (разности между температурами между теплообменивающимися средами), определяют требуемую поверхность теплообмена аппарата. По рассчитанной поверхности подбирают соответствующий аппарат.

Конденсаторы. Конденсатор – теплообменный аппарат, предназначенный для перевода холодильного агента из газообразного состояния в жидкость, т.е. – конденсации.

В реальных холодильных машинах холодильный агент поступает в конденсатор в перегретом состоянии. Далее он охлаждается, конденсируется и образовавшаяся жидкость, чаще всего немного переохладившись, выходит из аппарата

Конденсаторы по принципу отвода теплоты и своим конструктивным особенностям подразделяются:

- кожухотрубные (горизонтальные и вертикальные);

- испарительные;

- воздушные.

Кожухотрубные конденсаторы имеют цилиндрический кожух, в котором расположены трубы. Концы труб закреплены в специальных трубных решетках. Вода, отводящая теплоту от конденсатора, движется внутри этих труб, а холодильный агент подается в межтрубном пространстве.

Кожух и трубы аммиачных кожухотрубных конденсаторов изготавливают из стали. Они бывают горизонтального и вертикального исполнения.

Кожух хладоновых конденсаторов изготавливают стальным, а трубы чаще из цветных металлов, имеющими оребрение на наружной поверхности. Хладоновые кожухотрубные конденсаторы бывают только горизонтального исполнения.

Испарительные конденсаторы имеют вертикальный прямоугольный кожух, внутри которого расположены друг над другом два змеевика (форконденсатор и основной). Змеевики имеют горизонтально расположенные трубы, причем у верхнего змеевика они оребрены. Нижний змеевик снаружи орошается водой. В верхней части аппарата установлены вентиляторы, обеспечивающие подачу наружного воздуха в кожух аппарата.

Пары хладагента поступают в верхний змеевик (форконденсатор), где охлаждаются до состояния насыщения, а затем во второй. В основной секции происходит конденсация паров. Отвод теплоты происходит за счет частичного испарения воды, обеспечиваемого теплотой конденсации и подачей наружного воздуха.

Воздушные конденсаторы выполняются со свободным движением воздуха (естественная конвекция) и принудительным (вынужденная конвекция).

Использование воздушных конденсаторов позволяет полностью отказаться от применения воды, что существенно снижает эксплуатационные расходы, в условиях все более растущего дефицита пресной воды.

Воздушные конденсаторы нашли широкое применение в бытовой и торговой холодильной технике. В настоящее время они активно внедряются во многих отраслях, где широко используется холод.

Теплообменная поверхность воздушных конденсаторов обычно выполнена из пучка труб с плотно насаженными на них пластинчатыми металлическими ребрами.

В малых холодильных машинах, особенно в бытовой технике, нашли широкое применение воздушные конденсаторы со свободным движением воздуха. В основном это конденсаторы листопрокатные, листотрубные и проволочнотрубные.

Существенным недостатком воздушных конденсаторов является их большая металлоемкость.

Испарители для охлаждения жидких хладоносителей. Испаритель – теплообменный аппарат, в котором кипящий холодильный агент отводит теплоту от жидкого хладоносителя, понижая при этом его температуру.

Испарители по принципу отвода теплоты и своим конструктивным особенностям подразделяются:

- кожухотрубные (с межтрубным и с внутритрубным кипением хладагента);

- открытого типа (панельные).

Кожухотрубные испарители принципиально выполнены так же как горизонтальные кожухотрубные конденсаторы. Аппараты с внутритрубным кипением хладагента более эффективны, меньше подвержены опасности разрыва труб при замерзании хладоносителя, в них меньше требуется количество заправляемого холодильного агента.

Панельные испарители состоят из прямоугольного бака, в котором вертикально расположены панельные секции с каналами. Охлаждаемая жидкость (например, раствор CaCl₂) циркулирует через бак, холодильный агент подается в каналы секций, где кипит, отбирая теплоту от жидкого хладоносителя.

Воздухоохлаждающие аппараты. В зависимости от принципа действия охлаждение воздуха может осуществляться при непосредственном контакте с теплоотводящей средой, через разграничивающую стенку или смешано.

Наибольшее распространение получили аппараты, в которых воздух охлаждается, контактируя с холодной поверхностью, отделяющей его от кипящего хладагента или хладоносителя. Аппараты, в которых воздух охлаждается кипящим хладагентом, называются непосредственного охлаждения.

Устройства непосредственного кипения имеют принудительное движение воздуха или естественное. Аппараты первого типа называют воздухоохладителями, а второго – приборами тихого охлаждения (батареями).

Воздухоохладители обычно изготавливают в виде пучка оребренных труб, размещенных в кожухе. Батареи изготавливаются из горизонтальных труб, имеющих оребрение в виде навитой полосы или вертикальных пластин (ребер).

В процессе охлаждения из воздуха на поверхности охлаждающих приборов выпадает влага в виде капель воды, но чаще всего инея («снеговой шубы»). Чем ниже температура поверхности, тем интенсивнее выпадает. Это ухудшает теплоотдачу от воздуха к охлаждающей поверхности воздухоохладителя (батареи). Для снижения предусматривается система оттайки с использованием горячих паров холодильного агента, электрообогревом и др.

Вспомогательное холодильное оборудование. В действующих холодильных установках кроме основных теплообменных аппаратов, обеспечивающих функционирование холодильной системы, используются различные устройства, аппараты, механизмы. Они предназначены для обеспечения безопасности, повышения эффективности и стабильности работы как отдельных механизмов, аппаратов, так и всей установки в целом.

К вспомогательному оборудованию относятся:

- отделители жидкости, обеспечивающие защиту компрессоров от попадания в них жидкого холодильного агента, т.е. от «гидроудара», приводящего к разрушению компрессора;

- маслоотделители, предназначенные для отделения капель масла от паров хладагента, выходящего из компрессора, и, следовательно, недопустимого снижения уровня масла в компрессорах, замасливания внутренних поверхностей теплообменных аппаратов;

- промежуточные сосуды, предназначенные для работы в установках двухступенчатого сжатия, чтобы обеспечивать снижение температуры пара после сжатия в первой ступени, а также переохлаждения жидкости перед дросселированием;

- ресиверы различного назначения (линейные, циркуляционные, дренажные, защитные), регенеративные теплообменники, насосы для хладагента и воды, водоохлаждающие устройства (градирни) и др.

Вопросы для самопроверки

1 Назначение конденсаторов? Их классификация?

2 Назначение испарителей? Их классификация?

3 Методика подбора теплообменных аппаратов?

4 Типы ресиверов? Их назначение в холодильных машинах?

Тесты

1 Что такое обратный круговой процесс?

а) обратимый цикл; б) холодильный цикл; в) тепловой насос.

2 Для чего применяют хладагент в холодильных машинах на предприятиях пищевой промышленности?

а) Для осуществления кругового процесса; б) для отвода теплоты от конденсирующегося хладагента; в) для отвода теплоты от испарителя.

3 Что такое холодопроизводительность цикла?

а) Теплота, подведенная к испарителю; б) энергия, подведенная к электродвигателю; в) разность между энтальпиями конца и начала сжатия хладагента в компрессоре.

4 Для чего нужно оребрение теплообменных аппаратов?

а) Защиты труб от повреждений; б) Более равномерного движения воздуха через аппарат; в) Увеличения теплообменной поверхности.

5 Кокой основной процесс происходит в компрессоре?

а) Подогрев паров; б) сжатие; в) гидравлический удар.

Холодильники

По своему назначению и функциональности холодильные предприятия бывают:

- производственные, в которых производят охлаждение, замораживание и частичное хранение сырья и готовой продукции;

- фрукто- овощехранилища;

- распределительные холодильники, являющимися предприятиями системы торговли и обеспечивающими длительное хранение продуктов и сырья в крупных центрах потребления;

- холодильники предприятий торговли и общественного питания отличаются небольшой емкостью и предназначены для краткосрочного хранения различных продуктов, реализуемых этими предприятиями.

Холодильники могут строиться как отдельно стоящими, так и в комплексе с основным производством.

Здания холодильников строятся одноэтажными и многоэтажными. Этажность определяется объемно-планировочным решением, учитывающим совокупность капитальных затрат, организацию производства и эксплуатационные затраты.

Особое внимание при строительстве камер холодильников уделяется устройству теплоизоляционных конструкций. В настоящее время все более широкое применение находят конструкции из облегченных панелей «сэндвич» (лист металла – пенополиуретан - лист металла).

Хладоснабжение холодильных предприятий выполняется с учетом их мощности, технологии процессов, учетом эксплуатации и безопасности производства.

Практически все крупные холодильники имеют аммиачные насосные холодильные установки. На средних и малых могут применяться безнасосные.

В системе торговли и общепита в основном используются хладоновые (фреоновые) холодильные машины.

Режимы работы холодильных систем определяются в зависимости от технологии производственных процессов, условий их работы и эксплуатационных затрат на производство единицы холода.

Вопросы для самопроверки

1 Типы холодильников, их особенности, назначение.

2 Какие системы охлаждения используются на распределительных холодильниках?

3 Какие современные теплоизоляционные материалы применяют при строительстве холодильников?