Теплонасос

ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР

Поршневые компрессоры — самый распространенный тип в дш - роком диапазоне мощностей, для сжатия воздуха, в холодильных машинах и тепловых насосах. Самые мелкие конкурируют с рота­ционными компрессорами, тогда как крупные достигают мощное сти 100—150 кВт. Причина их широкого применения в простоте конструкции при приемлемой эффективности.

Компрессоры этого и других типов часто делятся на открытые и герметичные или полугерметичные. В открытом компрессоре при­водной конец вала выходит наружу через уплотнение в корпусе. Здесь привод может быть электрическим, с помощью двигателя внутреннего сгорания, паровой турбины или любого другого дви­гателя. Однако в герметичной конструкции уплотнение исключено, а привод осуществляется электромотором, размещенным внутри корпуса, который герметично уплотнен (заварен). Это одновремен­но решает две проблемы: устраняет утечки через уплотнения и обеспечивает охлаждение электромоторов, однако в случае пере­грева двигателя вызывает некоторые химические проблемы. Полу­герметичная конструкция такая же, как и герметичная, но для об­легчения обслуживания корпус не заварен, а имеет болтовые соединения.

Из рис. 3.3 видно, что размещение поршней позволяет исполь­зовать подобный коленчатый вал для двух, четырех и даже шести поршней, что облегчает стандартизацию. Поршни выполняют либо из алюминия и тогда имеют поршневые кольца, либо из чугуна, ц тогда для малых компрессоров надобность в поршневых кольцах отпадает. Размеры поршня, шатуна и коленчатого вала выбирают из условий прочности под действием максимальной разности дав­лений.

Масло подается из маслосборника в коленчатый вал так же; как в автомобильном двигателе. В цилиндре смазка попадает че­рез коленчатый вал прямо из маслосборника. В любом случае на стенке цилиндра поддерживается масляная пленка и часть масла из компрессора попадает в рабочее тело. На стороне всасывания, куда масло возвращается вместе с хладоагентом, желательно, что­бы масло выпадало из суспензии и снова попадало в сборник, который для этого поддерживается при давлении всасывания.

При входе хладоагента в компрессор он направляется на стен­ки цилиндра, чтобы насколько возможно их охладить. Это важно из термодинамических соображений, так как нагрев газа в цилин­дре снижает изоэнтропический КПД и повышает температуру на выходе. Такое охлаждение помогает уменьшить разложение масла, а следовательно, и степень износа цилиндров и клапанов.

При неблагоприятном стечении обстоятельств хладоагент на всасе содержит большое количество жидкости. Жидкость в виде мелких капелек, движущихся с большими скоростями, может вы­зывать разрушение клапанов. Но более опасным является режим с большими порциями жидкости, которые могут вызвать серьезные механические разрушения, если не принять необходимых мер. Большинство головок цилиндров поршневых компрессоров теперь подпружинивают, чтобы противостоять этому воздействию. Чаще всего клапаны имеют простую конструкцию, выбор ее очень важен. Они выполняются в виде колец или пластин, с небольшими воз­вратными пружинами. Назначение клапанов — давать свободный проход газу в одном направлении и препятствовать обратному течению.

Обычно компрессор снабжают защитой с помощью электронной схемы, которая отключается при перегрузке, Измеряют выходное давление на всасе и давление масла. При некоторых условиях критическим значением становится разность давлений, и она тог­да включается в число измеряемых. Некоторые компрессоры име­ют температурные датчики на отдельных цилиндрах, если извест­но, что перегревается только один цилиндр. Предельные характе­ристики типичного поршневого компрессора приведены ниже:

Давление на выходе.............................................. 2,1 МПа

Температура......................................................... 140 °С

Разность давлений................................................ 1,85 МПа

Давление всасывания............................................ 0,5 МПа

Отношение давлений............................................. 10:1

Показатели компрессоров обычно изображают как зависимости холодильной и механической мощностей от температурных усло­вий. В случае теплового насоса сюда добавляется еще и тепловая мощность (рис. 3.4).

С помощью этих зависимостей и р — h диаграмм для R22 мож­но рассчитать механический, объемный и изоэнтропический КПД. В практике конструирования не все эти данные нужны, можно ог­раничиться значениями подведенного и отведенного тепла и мощ­ностью на валу.

Рис. 3.3. Поршневой компрессор «Grasso».

1 — клапаны; 2 — поршень и поршневой палец; 3 — гильза; 4 — крышка цилиндра; 5 — плато головки; 6 — смотровое окошко; 7 — подогреватель картера; 8— камера всасывания; 9— входной патрубок; 10 — отверстие для выравнивания давлений; 11 — крышка; 12 — входной фильтр; /3 —вал компрессора; 14 — вращающееся уплотнение; 15 — крышка подшипника; 16 — крышка картера со стороны всасывания; 17 — обратный клапан для масла; 18 — камера нагнетания; 19 — фланец нагнетания; 20 — предохранительный байпасный клапан; 21 — крыш­ка картера со стороны нагнетания; 22 — масляный насос; 23 — крышка подшипника со сто­роны нагнетания; 24 — камера масляного фильтра нагнетания; 2S — масляный фильтр вса­сывания; 26 — масляная пробка.

Поршневой компрессор не всегда относится к влажным. Смаз­ка стенок цилиндра необходима только для обычных поршней, описанных выше, поскольку поршень выдерживает боковую нагруз­ку, передаваемую шатуном. Более прогрессивная, но более доро­гая конструкция показана на рис. 3.5. Здесь поршень изолирован

От коленчатого вала и маслосборника. Фактически поршень не ка­сается даже стенок цилиндра. Между ними образуется гидродина­мическое уплотнение в виде тонкой пленки пара, вытекающего через лабиринтные канавки на поверхности поршня или поршнево­го кольца. Обычное уплотнение нужно только на первом подшип­нике, чтобы удержать масло в маслосборнике.

Горизонтальные воздушные компрессоры такого типа выпуска­ет фирма Ingersol Rand. Мощность компрессора 4500 кВт. Он имеет большие размеры, требует для установки солидного фунда­мента и может быть применен в качестве теплового насоса толь­ко в случаях централизованного теплоснабжения, где можно ис­пользовать, например, фундамент старой электростанции.