Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

Основные узлы агрегатов бытовых компрессионных холодильников

К основным узлам агрегатов компрессионных холодильников от­носят: компрессор, испаритель, конденсатор, дросселирующее устройство и фильтр-осушитель.

Компрессоры бытовых холодильников

В бытовых холодильниках отечественного производства применяют компрессоры двух типов: тип ДХ с кривошипно-шатунным механизмом (рис. 1.12) и тип ХКВ с кривошипно-кулисным механизмом.

Компрессор ДХ (рис. 1.12) имеет наружную мягкую подвеску 1. Горизонтально расположенный коленчатый вал 6 приводится во вра­щение электродвигателем 7 с частотой 1500 об/мии. В цилиндре 3, распо­ложенном в корпусе 2, движется поршень 4. К верхнему торцу цилиндра 3 привернута головка 5 с клапанным устройством, состоящим из камеры всасывания, всасывающего и нагнетательного клапанов (на рисунке не показаны). При движении поршня 4 вниз пары хладона через всасы­вающий клапан поступают в камеру, а при движении поршня вверх всасывающий клапан закрывается и хладон через нагнетательный кла­пан подается в систему.

Компрессор ХКВ имеет вертикально расположенный вал 3 (рис. 1.13), который посажен на ротор электродвигателя 4 и вращается с частотой 3000 об/мин. Через кулисный механизм 2 вращение вала пере­дается поршию 1. Электродвигатель однофазный асинхронный с пусковой обмоткой. Для пуска двигателя и его защиты применено пускоза­щитное реле. Компрессор подвешен на пружинах 5 внутри герме­тичного кожуха 6. Компрессоры ХКВ можно транспортировать только в вертикальном положении.

В зависимости от объема газа, вытесняемого поршнем за единицу вре­мени или за один ход при номинальной частоте вращения («описаииого объема»), компрессоры могут быть нескольких типоразмеров (табл. 1.8).

Компрессоры ХКВ классифицируют по следующим признакам:

1) по применяемому электродвигателю и пускозащитному реле:

Д — двухполюсный однофазный асинхронный электродвигатель хо­лодильной машины (ДХМ), пусковое токовое комбинированное реле

(РТК),

Л — двухполюсный однофазный асинхронный электродвигатель (ЭД) и двухполюсный однофазный асинхронный электродвигатель с повышен­ным пусковым моментом (ЭДП), пускозащитное комбинированное реле (Р);

2) по наличию устройств охлаждения:

Б — компрессоры без дополнительного охлаждения;

М — компрессоры с дополнительным охлаждением;

3) по условиям эксплуатации:

УХЛ — компрессоры, поставляемые в районы с умеренным и холод­ным климатом;

Т — компрессоры, поставляемые в районы с тропическим клима­том.

Основные параметры компрессоров типа ХКВ приведены в табл. 1.9.

Корректированный уровень звуковой мощности в установившемся режиме для компрессоров типоразмера 5 и 6 не должен превышать

44 дБ-А и для компрессоров типоразмера 8—46 дБ-А. Остаточное загряз­нение в компрессоре, заправленном маслом, не должно превышать 60 мг. Остаточная влага в компрессорах типоразмеров 5 и 6 не должна пре­вышать 100 мг — типоразмера 8—ПО мг.

Методы испытаний компрессоров изложены в ГОСТ 17008—85.

Электродвигатели компрессоров

В герметичных компрессорах применяют однофазные электродвига­тели переменного тока с пусковой обмоткой. При пуске пусковая об­мотка с помощью пускового реле включается на 0,3—1 с, пока частота вращения вала не составит 80 % номинальной частоты вращения.

Электродвигатели бытовых компрессоров имеют две синхронные ча­стоты вращения: 25 и 50 об/с (1500 и 3000 об/мин). Двигатели вы­пускают с номинальной мощностью 60, 90, 120 и 155 Вт на напряже­ние 127 и 220 В при частоте 50 Гц. Для поставки на экспорт выпускают двигатели на напряжение 115 Вт с частотой 60 Гц; КПД двигателей

0, 6—0,7; средняя наработка двигателей на отказ 25 000 ч. Срок службы не менее 15 лет. Двигатели с пусковой обмоткой имеют ряд недостатков. Так, пусковая обмотка работает только в период пуска и постоянно на­ходится под воздействием вибрации и высоких температур. Плотность тока в пусковой обмотке в 10—15 раз выше, чем в рабочей. Особенно ухудшаются условия работы пусковой обмотки при пониженном напря­жении сети. В этих случаях пусковой момент пропорциональный квад­рату напряжения, сильно падает, пуск двигателя затягивается, пуско­вая обмотка нагревается и перегорает. Именно по этой причине происхо­дит 70 % отказов компрессионных холодильников.

Переход на холодильники повышенного объема (300—400 дм3) с боль­шим морозильным отделением потребовал создания двигателей с повы­шенным пусковым моментом. Д. В. Примаченко [45] предложен один из способов повышения пускового момента путем применения пусковых и рабочих конденсаторов без пусковой обмотки. Переход на схему с кон­денсаторным пуском опробован на холодильниках с электродвигателем ЭДП-24. При этом сохраняется неизменным ротор, лист и пакет статора, а кратность пускового момента увеличивается до 2,5. Пусковой конден­сатор (рис. 1.14) СП отключается пускозащитным дифференциальным реле разности токов [1]. Выполняется оно на базе серийного реле РПЗ-24 путем установки вывода со средней точки катушки.

Несмотря на наличие дополнительных элементов [пускового конден­сатора типа К50-19 (160 мкФ, 150 В) и рабочего конденсатора СР типа МБГЧ (40 мкФ, 150 В)] конденсаторный пуск повышает пусковой и мак­симальный момент, уменьшает время пуска холодильника, уменьшает число витков и напряжение между витками в пазу, снижает расход меди, обеспечивает пуск при напряжении сети 150—250 В.

Сравнительные характеристики электродвигателей мощностью 120 Вт приведены в табл. 1.10.

Испарители компрессионных холодильников

Испаритель и конденсатор относятся к теплообменной аппаратуре и предназначены для обеспечения теплообмена между холодильным агентом и окружающей средой. Они должны обладать высокой интен­сивностью теплообмена, иметь небольшой расход металла на единицу тепловой нагрузки, а объем испарителя не должен снижать полезного объема холодильной камеры.

В бытовых холодильниках применяют прокатно-сварные и листо­трубные испарители.

Прокатно-сварной испаритель изготовляют из двух алюминиевых листов, которые после нанесения на них специальной краской рисунка канала подвергают горячей прокатке. Листы сваривают, кроме закра­шенных мест. Затем водой или воздухом под давлением 5—10 МПа раз­дувают каналы. Заготовки с раздутыми каналами поступают на завод - изготовитель холодильников, где их обрезают по нужной конфигурации, изгибают и вваривают в агрегат.

Прокатно-сварные испарители обеспечивают достаточно интенсивный теплообмен, просты в изготовлении и относительно дешевы. Однако они имеют ряд недостатков. Погрешности при нанесении рисунка, неидентич - ность свойств материала приводит к тому, что внутренний объем каналов колеблется в пределах ± 12 %. Это в значительной мере ухудшает тепло­энергетические характеристики холодильника, усложняет процесс заправ - ки^агрегата хладагентом. Неравномерный раздув каналов приводит к сни­жению их прочности и надежности. Очистка каналов от краски и осушка от остатков воды представляет сложный технологический процесс с по­вышенной трудоемкостью.

Листотрубные испарители не имеют указанных недостатков. Их изго­товляют из алюминиевых труб, изогнутых «змейкой». На змеевик на­кладывают алюминиевый лист, который крепят к змеевику с помощью скоб.

В выпускаемых в настоящее время бытовых холодильниках испа­ритель, как правило, является и низкотемпературной камерой. В зави­симости от объема низкотемпературной камеры, температуры в ней, об­щего объема холодильника испаритель исполняют различной конфигу­рации. Поэтому уровень унификации испарителей очень низкий. В основ­ном это только внутризаводская унификация, т. е. унификация в преде­лах одного завода. Это снижает ремонтопригодность холодильника, так как при повреждении испарителя его можно заменить только при наличии поставок данного завода-изготовителя. В настоящее время всего имеется более 30 типоразмеров испарителей.

Поэтому в параметрическом ряду компрессионных холодильников число типоразмеров испарителей сокращено до трех. Все однокамерные холодильники ряда имеют низкотемпературное отделение объемом до 40 дм3. В этих отделениях, а также на нижних полках морозильников применяют листотрубный испаритель размером 450X450 мм. Змеевик ис­парителя нижнего отделения имеет два витка из алюминиевой трубы.

В морозильных камерах испаритель установлен горизонтально и одно­временно является полкой. Однако механической нагрузки испаритель не несет, так как продукты размещаются в корзинах. Последние удер­живаются направляющими, сформированными на боковых внутренних стенках камер. На всех полках морозильников и в НТО холодильников применен испаритель размером 450X450 мм, его змеевик имеет семь витков.

В однокамерных холодильниках и холодильных камерах двухкамерных холодильников параметрического ряда применен испаритель в виде реге­неративного теплообменника. Змеевик испарителя имеет пять витков, его общая длина 6100 мм. Направление витков змеевика испарителя горизон­тальное'. Он расположен вертикально у задней стенки камеры. Перед гибкой в змеевик (в алюминиевую трубу) вводит капиллярную трубку (дроссель). Такая конструкция регенеративного теплообменника полу­чила название «труба в трубе».

Испаритель соединяют с медными трубами агрегата через предва­рительно сваренные между собой встык медную и алюминиевую трубки. Стык трубок защищают от влаги пленками или трубками из пластмасс. Это необходимо, так как при увлажнении в месте спая (медь — алюминий) возникает электродвижущая сила и электрический ток раз­рушает алюминий. Для защиты алюминиевых испарителей от коррозии их анодируют в сернокислых или хромовокислых ваннах, получая за­щитную пленку толщиной 10—12 мм. Затем испаритель дополнительно покрывают лаком УБЛ-3 или эпоксидной смолой.

Разброс значений внутреннего объема листотрубного испарителя со­ставляет ±5 %. При обслуживании холодильника потребитель не имеет доступа к змеевику, что исключает повреждение труб при гигиени­ческой уборке. В трубах испарителя отсутствуют примеси краски, что облегчает их очистку и сушку агрегата перед заправкой. Трудоемкость очистки листотрубных испарителей в 2—3 раза меньше, чем прокатно­сварных.

2 Зак. 421 33

Применение листотрубных испарителей в холодильниках дает возмож­ность уменьшить размеры люка для заводки холодильного агрегата, что снижает теплопритоки в холодильную камеру, а следовательно, и энер­гопотребление.

На основе изложенного в холодильниках параметрического ряда отдано предпочтение листотрубиым испарителям. Инженерный расчет испарителя приведен в работе [16].

Конденсаторы бытовых компрессионных холодильников

В конденсаторе происходит охлаждение паров хладагента, конденса­ция и переход хладагента в жидкое состояние. Через конденсатор трансформируется в окружающее пространство теплота, отнятая у ох­лаждаемого объекта (камеры), и теплота, полученная хладагентом при сжатии в компрессоре. При номинальной работе холодильника темпе­ратуру конденсации устанавливают иа 10—15 °С выше температуры ок­ружающей среды, а давление должно соответствовать давлению насы­щенных паров хладагента при этой температуре. Заполняя конечные витки змеевика, жидкий хладагент образует перед дросселем жидкостный затвор, препятствующий попаданию в испаритель частиц парообразного хладагента.

Для холодильников, работающих иа чистом веществе, перепад тем­ператур входа и выхода конденсатора отличается незначительно, а в холо­дильниках иа многокомпонентных хладагентах эта разность составляет 15—20 °С.

Конденсатор представляет собой трубопровод, изогнутый в виде змее­вика, который изготовляют из стальной трубы. Диаметр трубы 4,7— 6,5 мм, толщина стенки 0,7—0,8 мм. Для увеличения площади тепло­отдачи змеевик оребряют или соединяют с металлическим листом. В комп­рессионных холодильниках для оребреиия чаще всего применяют про­волоку. Конденсаторы с проволочным оребреиием называют прово - лочио-трубиыми, а с металлическим — листотрубиыми. В листотрубиых конденсаторах трубы крепят иа листе различными способами: обжатием выштамповаииыми полосками, укладкой между приваренными лентами, креплением скобками. В листе между трубами делают просечки, отги­баемые в виде жалюзи.

Конденсаторы устанавливают под углом 5° к вертикали, что улучшает условия теплообмена.

В холодильниках параметрического ряда применяют проволочио - трубиые конденсаторы трех типоразмеров. Расчет конденсатора ана­логичен расчету испарителя [16].

Дросселирующие устройства бытовых холодильников

Для оптимизации работы холодильного агрегата при изменяющихся внешних условиях испаритель должен отбирать различное количество теплоты от охлаждаемого объекта. Количество отбираемой теплоты одно­значно определяет и количество испаряемого хладагента в испарителе.

34

В то же время для создания условий испарения в испарителе должно поддерживаться низкое давление и поступать столько хладагента, сколь­ко испаряется. Следовательно, дросселирующее устройство в идеальном случае должно быть регулируемым.

В дросселирующих устройствах регулирование осуществляется путем изменения проходного сечеиия дросселя. Одиако в малых холодильниках и холодильных машинах, к которым относят и бытовые холодильники, расход хладагента небольшой и проходное сечеиие дроссельного отвер­стия должно быть 0,2—0,3 мм. Естественно, что регулировать такое отверстие в пределах ± 10 % крайне сложно. Для регулирования в быто­вых холодильниках ранее применяли регулирующие вентили поплавко­вого типа. Вентиль имел небольшое отверстие, которое перекрывалось золотником, связанным с полым шаровым поплавком, плавающим в жид­ком хладагенте. Однако такое устройство сложно и ненадежно, поэтому было заменено капиллярными трубками. Капиллярные трубки изготов­ляют из меди длиной 1,5—5,0 м, внутренним диаметром 0,80—0,85 мм. Малое сечение и большая длина трубки создают для хладагента повышен­ное сопротивление. Пропускную способность трубки подбирают при нор­мальных условиях окружающей среды.

При повышении температуры окружающей среды увеличивается дав­ление конденсации. В то же время из-за повышения противодавления производительность компрессора снижается. В этом случае компрессор будет меньше отсасывать хладагента из испарителя. Однако из-за ухуд­шения условий конденсации в испаритель вместе с жидким хладагентом будет проникать пар. Это приведет к увеличению давления в испарителе и, как следствие, повышению производительности компрессора. Наличие пара в капиллярной трубке снижает ее пропускную способность. Таким образом, при повышении температуры окружающей среды производитель­ность компрессора и пропускная способность капиллярной трубки авто­матически согласовываются, ио наличие пара в капиллярной трубке и на выходе испарителя уменьшает холодопроизводительиость агрегата. Аналогичное явление произойдет и при снижении температуры окружаю­щей среды.

Как регулирующее устройство при изменении температуры и нагрузки капиллярная трубка не обеспечивает оптимальную пропускную способ­ность. Одиако в пределах изменения температуры (от 16 до 32 °С) в холо­дильной камере обеспечивается температура 0—5 °С.

Капиллярная трубка позволяет применять двигатель с малым пуско­вым моментом, так как при остановках компрессора она пропускает хладагент до уравновешивания давления по всей системе. При очеред­ном пуске противодавления компрессору в системе не будет. Капилляр­ная трубка надежна, проста в изготовлении, дешева.

В параметрическом ряду бытовых компрессионных холодильников применяют капиллярную трубку ДКРХИ 2ДХ0,8НД длиной около 6 м. Капиллярную трубку градуируют по необходимости воздухом с точкой росы ие выше —55 °С, с давлением иа выходе 0,785 МПа. Проходимость при этом должна быть (4,5±0,3) л/мии. Регулирование производят из­менением длины трубки.

Фильтр-осушитель бытовых компрессионных холодильников

В процессе сборки и текущего изнашивания в герметичных холо­дильных агрегатах могут находиться твердые частицы, засоряющие дрос­сельную трубку. Для предохранения от засорения перед дросселем устанавливают фильтр из мелких латунных сеток или порошковых мате­риалов.

Фильтры из порошковых материалов состоят из бронзовых шариков диаметром 0,3 мм, сплавленных в столбик конусообразной формы, фильт­ры монтируют в корпусе с осушительным патроном.

Фильтр-осушитель (рис. 1.15) служит для очистки хладагента и масла от влаги и твердых частиц. Он состоит из корпуса 2 — металлического патрона длиной около 100 мм и диаметром (12—18) мм, сетки 4 фильт­ра, обоймы 1 сетки и адсорбента 3 массой 10—18 г.

Осушка системы от влаги — один из важных факторов стабильности работы герметичного холодильного агрегата, так как влага приводит к замерзанию капиллярной трубки и зачастую к выходу из строя комп­рессора. Вода в систему попадает в составе хладагента и масла, а также с деталями агрегата и изоляционными материалами. Влагосодержание хладона И-12 составляет не более 0,0004 %, хладона И-22 и хладона И-502 — около 0,0025 %. Допустимая концентрация воды в маслах составляет 0,001—0,006 %. Попадание влаги в систему, заполненную хладоном и смазочным маслом, при действии высоких температур в комп­рессоре приводит к образованию минеральных и органических кислот.

Минеральные кислоты могут образоваться в результате гидролиза хладонов. Для хладона И-12 гидролиз протекает по схеме:

СС12Р2 + 2Н20 ----------- >- С02 + 2НС1 + 2НР;

СС12Р2+Н20 --------------- >- СОР2 + 2НС1.

Основным носителем кислот в системе холодильной машины являет­ся масло. Поэтому одним из главных критериев оценки химической стабильности герметичных систем в процессе работы может служить кис­лотное число масла. При исследовании масел в действующих холо­дильных машинах было определено, что предельное значение кислот­ного числа, при котором возможна работа холодильной машины в течение 10—15 лет, состав^шет (0,045—0,630) мг ЫаОН/г масла [31].

В связи с этим при производстве и ремонте герметичных машин обычно предусматривают осушку электродвигателей (10—15 ч при темпе­ратуре до 120 °С) и кратковременную сушку компрессора, испарителя, кон - 3 и денсатора и агрегата в целом в тече­

Ние нескольких часов сухим воздухом. Но в процессе эксплуатации холо­дильника, особенно в течение первых 2—3 лет, появляется влага из элект­рической изоляции. Поэтому в быто­вых холодильниках установка фильт - Рнс. 1.15. Фнльтр-осушительиый патрои ра-осушителя (адсорбента) обяза - 36 тельна.

Адсорбция — процесс взаимодействия растворенного вещества (ад - сорбата) и поверхности твердого тела (адсорбента). Наилучшие адсорб­ционные свойства имеют природные и синтетические вещества с разви­той микропористой структурой и повышенной удельной поверхностью — до 1000 м2/г.

Промышленность выпускает широкий ассортимент адсорбентов — силикагели, алюмогели, природные и синтетические цеолиты. В бытовых холодильниках в основном применяют синтетические цеолиты, представ­ляющие собой кристаллические алюмосиликаты, в решетке которых часть ионов кремния замещена ионом алюминия. Это создает избыточный отрицательный заряд, компенсируемый различными изотопами (калия, натрия, бария и др.).

Адсорбционное пространство образовано пустотами (большими по­лостями) , которые соединяются окнами. Размеры окон сопоставимы с диа­метром молекул, т. е. цеолит представляет собой молекулярное сито. Молекулы, размеры которых меньше размеров окна, проникают в цеолит и адсорбируются на поверхностях больших полостей. Молекулы больших размеров не проникают внутрь цеолита и адсорбируются только на внешней поверхности. Так как внешняя поверхность значительно меньше поверхности полостей, то ее действие можно не учитывать. Цеолиты классифицируются по диаметру входного окна (табл. 1.11).

Некоторые цеолиты в своем составе имеют связывающие вещества (18—20%), которые несколько уменьшают их поглотительную способ­ность. В холодильных машинах используют цеолиты №А-2К7, №А-2МШ, №А-2 и №А-2М. Цеолит №А-2МШ при температуре точки росы

— 70 °С обладает активностью по парам воды 9,2 %, а цеолит №А-2КТ — 12—17 %. Однако №А-2МШ более прочен на истирание, что очень важно для герметичных агрегатов.

Что касается сорбции кислотных примесей, то по данным работы [31] активные окиси алюминия сорбируют 2—3 % соляной кислоты. Сорбционная способность цеолита по соляной кислоте составляет 1—2 %.

Для одновременного поглощения воды и кислотных примесей реко­мендуют комплексные адсорбенты №А-2КТ. Они хорошо показали себя для очистки рабочей среды холодильников с хладоном И-12 и хладоном!?-22. Л. Ш. Малкин, проводивший исследования хладона 1^-701, для его осушки и очистки также рекомендует цеолит №А-2КТ. В работе [31] приведены экспериментальные результаты по очистке холодильных агрегатов с цеолитом №А-2КТ. Герметичный холодильный агрегат осу-

Шается и очищается от кислот в течение 20—25 ч. Концентрация кислот при этом снижается до 0,02—0,03 мг КОН/г рабочей среды, влажность рабочей среды — до (10—15)-10_4%. Характеристики синтетических цеолитов приведены в табл. 112.