В холодильных установках применяют компрессоры поршневые, центробежные, винтовые и ротационные.
Поршневые компрессоры холодильных установок устроены также как компрессоры воздушные, но имеют специфические особенности. Укажем три из них. В отличие от воздушных компрессоров, компрессоры холодильных установок работают с парами холодильных агентов. Обычно это пары фреонов или аммиака. Пары легко конденсируются, поэтому в цилиндр компрессора может попасть значительное количество жидкой фазы агента. При этом неизбежны удар поршня в крышку цилиндра через жидкость и авария компрессора. Чтобы этой аварии избежать, крышка цилиндра (рис. 1.6, а), точнее плита 1 нагнетательных клапанов 2, делается подвижной. Она прижата по месту цилиндрической пружиной 3. Это первая особенность холодильных поршневых компрессоров.
Компрессор (рис. 1.6, а) называют непрямоточным, так как пары в его цилиндрах двигаются возвратно-поступательно: вниз при всасывании через всасывающие клапаны 4 и вверх при сжатии и вытеснении через нагнетательные клапаны 2. Прямоточный компрессор показан на схеме рис. 1.6, б. Здесь полый поршень имеет две уплотненные поверхности верхнюю 1 и нижнюю 2. Всасывающие клапаны 3 установлены в днище поршня, а нагнетательные клапаны 4 в подвижной плите 5.
Рис. 1.6. Схема а – непрямоточный компрессор; схема б – прямоточный компрессор
Пары агента подводятся внутрь поршня по трубе 6. Когда поршень двигается вниз в полости 7 цилиндра создается разрежение и через всасывающие клапаны 3 происходит наполнение цилиндра парами. При ходе поршня вверх клапаны 3 закрываются, пары сжимаются. Когда их давление превысит давление в полости 8 открываются нагнетательные клапаны 4 и по трубе 9 сжатие пары вытесняются в конденсатор холодильной установки. Прямоточные компрессоры предназначены для работы на аммиаке, а иногда на фреоне. Прямоточность вторая особенность поршневых холодильных компрессоров.
Рис.1.7.Восьмицилиндровый компрессор
Третьей особенностью холодильных компрессоров является своеобразная организация двухстепенчатой работы. Если у воздушных поршневых компрессоров в одном корпусе размещались цилиндры низкой ступени сжатия (обязательно большого диаметра) и высокой ступени сжатия (меньшего диаметра). То двухступенчатое сжатие холодильных компрессоров организуется несколькими вариантами:
Число цилиндров компрессора может быть равно двум, четырем, шести и восьми (рис. 1.7) при одинаковом их диаметре. Здесь одну шейку 1 кривошипа коленчатого вала охватывают нижними головками четыре шатуна 2, соединенных с поршнями пальцами 3. Четыре других шатуна охватывают шейку второго кривошипа 4. Крышка 5 общая для двух цилиндров первого и второго рядов. Этот компрессор может работать в одноступенчатом режиме. Его производительность зависит от оборотов приводящего электродвигателя. В режиме двухступенчатого сжатия шесть его цилиндров работают как первая ступень сжатия. А два в режиме второй ступени сжатия. Четырехцилиндровый компрессор также может работать в режиме одноступенчатого и двухступенчатого сжатия: три цилиндра – первая, а один – вторая ступени сжатия;
Поршневой компрессор с большим объемом цилиндров работает ступенью низкого давления, а другой поршневой компрессор с малым объемом цилиндров – ступенью высокого давления;
В качестве первой ступени сжатия применяется винтовой компрессор (рис. 1.8), а в качестве второй ступени сжатия многоцилиндровый поршневой компрессор (рис. 1.9).
В качестве первой ступени сжатия применяется ротационный компрессор, а в качестве второй ступени – поршневой компрессор. На рис. 1.10 ротационный компрессор 1 и его электродвигатель 2 совмещены в общей раме с поршневым компрессором 3 и его электродвигателем 4.
Рис.1.8 Винтовой компрессор: 1 – электродвигатель; 2 – кожух муфты; 3 – компрессор
Рис. 1.9. Поршневой компрессор: 1 – электродвигатель; 2 – компрессор; 3 – блок приборов
Рис.1.10.Ротационный и поршневой компрессоры
Многообразие вариантов организации двухступенчатого сжатия паров холодильных агентов характерная особенность холодильных компрессоров.
Схема винтового компрессора показана на рис. 1.11. Он имеет ведущий вал 1 и ведомый вал 2, на которых выполнены винтовые тела 3 и 4.
Рис. 1.11. Винтовой компрессор
На шейку 5 ведущего вала напрессовывается полумуфта, сочлененная с полумуфтой электродвигателя. На шейки 6 обоих валов напрессовываются шестерни для передачи вращения от вала 1 к валу 2. Винты компрессора не касаются друг друга и корпуса цилиндра 7. Поверхности 8 опираются на подшипники скольжения. Лабиринтовые уплотнения 9 и 10 препятствуют проникновению масла подшипников в цилиндр. Атмосферный воздух или пары холодильного агента через патрубок 11 наполняют кольцевую полость 12.
Из этой полости впадины винтов заполняются воздухом или парами. Затем в эти впадины входят выступы винтов и гонят среду влево, при этом её объем уменьшается, а давление возрастает. Через патрубок 13 сжатая среда вытесняется по назначению.
Рис.1.12.Ротационный компрессор
Схема ротационного компрессора с катящимся поршнем приведена на рис. 1.12. Он имеет цилиндр 1, закрытый с торцов крышками, всасывающий патрубок 2, нагнетательный клапан 3, цилиндрический пустотелый поршень (ротор) 4, пластину 5 с пружинами 6, делящую объем цилиндра на две полости. Через боковые крышки цилиндра в полость поршня входит коленчатый вал с осью вращения в точке О. Шейка 7 кривошипа вала проходит через подшипник качения 8, запрессованный в перегородку 9 в средней части ротора. При вращении вала шейка кривошипа описывает окружность 10, а поршень – ротор катится по поверхности цилиндра. В изображенном положении поршня 4 происходит всасывание в полость 11 и сжатие в полости 12.
Центробежный компрессор, называемый в холодильной технике турбокомпрессором, изображен на рис. 1.13. В нем установлен вал 1 в подшипниках скольжения 2. На валу напрессованы колеса 3, оснащенные по окружности лапатками 4. При вращении колес центробежная сила выбрасывает массу газа или паров из межлопаточных каналов, сжимает их и перемещает из всасывающего патрубка 5 в нагнетательный патрубок 6. Этот компрессор трехступенчатого сжатия. Для предотвращения выхода сжатой среды в атмосферу установлено уплотнение вала 7. Кроме центробежных к турбокомпрессорам относят осевые компрессоры.
Рис. 1.13. Центробежный компрессор