Анализ конструкций герметичных компрессов

Оборудование и приспособления: герметичные компрессоры типа ФГ-0, 100 и ФГ-О, 14, плакаты.

Компрессоры малых холодильных машин, в том числе при­меняемых в торговом холодильном оборудовании, классифицируют по конструктивному признаку на герметичные, сальниковые, бессальниковые (полугерметичные), по принципу работы на поршневые и ротационные.

Герметичные компрессоры выпускают поршневые с электродвигателями трехфазного и однофазного переменного то­ка, ротационные с электродвигателями однофазного переменного тока, сальниковые - поршневые, бессальниковые - поршневые со встроенными электродвигателями трехфазного переменного тока.

Различают три типа герметичных компрессоров: фреоновые поршневые ФГ, фреоновые поршневые экранированные ФГэ, фреоновые ротационные ФГр. По режиму работы компрессоры бы­вают трех исполнении: С - среднетемпературные с номинальной температурой кипения хладагента - -15 °С; В - высокотемпера­турные - +5 ⁰С, H - низкотемпературные - -35 ⁰С. Компрессоры среднетемпературные.обозначают ФТС, ФГрС и ФГэС; низкотемпе­ратурные - ФГН, высокотемпературные - ФТВ, ФГрВ. Компрессоры ФГС, ФГрС и ФГэС предназначены для среднетемпературного, ФГН - для низкотемпературного торгового холодильного оборудова­ния; ФГВ и ФГрВ - для автоматов газированной воды, охладителей напитков, осушителей воздуха и кондиционеров.

Среднетемпературные компрессоры работают на хладагенте R12. В технически обоснованных случаях можно использовать также хладагент R22. Низкотемпературные компрессоры работают на хладагенте R22 и R502, высокотемпературные - на R12 и R22.

Герметичный компрессор имеет встроенный электродвига­тель. Статор последнего отделен от ротора экраном из нержа­веющей стали, приваренным к кожуху компрессора.

Преимущества герметичных компрессоров.по сравнению с сальниковыми и бессальниковыми заключаются в следующем: они надежнее в работе, обладают меньшей массой и габаритами. Од­нако сальниковые и бессальниковые компрессоры характеризуют­ся более высокой ремонтопригодностью даже в условиях эксплу­атации.

По частоте вращения компрессора разделяют на имеющие синхронную частоту 25 и 50 с^-1 (притоке частотой 50 Гц), 30 и 60 с^-1 (при 60 Гц), 50 и 66, 7 с^-1 при 400 Гц). В настоящее время изготавливают модели с частотой 50 и 60 с^-1.

Классификация герметичных компрессоров

По числу цилиндров компрессоры могут быть с 1, 2, 3, 4 и более цилиндрами.

Герметичные компрессоры могут иметь в кожухе давление всасывания или давление нагнетания (поршневые компрессоры, как правило, имеют в кожухе давление всасывания, ротационные - давление нагнетания).

По производительности компрессоры с объемом, описан­ным поршнями до 3, 5 дм³/с (около 12, 5 м³/ч) относят к малым, а с объемом более 3, 5 дм³/с - к крупным.

К поршневым герметичным относят также экранированные компрессоры, ротор двигателя которых отделен от статора тон­костенным экраном, приваренным к кожуху (ротор омывается холодильным агентом, статор - воздухом). Экранированные компрессоры характеризуется повышенной ремонтопригодностью, но энергетически они менее эффективны, чем герметичные и имеют худшие виброакустические характерис­тики.

Малые герметичные поршневые компрессоры используют в бытовых холодильниках и в торговом оборудовании малой емкос­ти (прилавки, витрины, охладители напитков, льдогенераторы и др.) преимущественно полностью монтируемом на заводе из­готовителе.

Крупными герметичными компрессорами комплектуют машины для охлаждения воды и других жидких теплоносителей, торговое холодильное оборудование большой емкости, специализи­рованные машины для с.-х., автономные кондиционеры, термока­меры и др. Окончательная сборка таких машин, как правило, производится на месте эксплуатации.

Компрессоры с кривошипно-кулисным механизмом получили наибольшее распространение в домашних холодильниках. Боле крупные компрессоры изготавливают преимущественно с кривошипно-шатунным механизмом. Аксиальные компрессоры с косой шайбой применяют главным образом в автомобильных кондиционе­рах.

Ротационными компрессорами комплектуют среднетемпературные холодильные шкафы, наприлавочные витрины, автоматы газированной воды, водоохладители, льдогенераторы, наи­большее применение они находят в бытовых кондиционерах.

Экранированные поршневые компрессоры имеют ограничен­ное применение (в основном в торговом оборудовании).

Поршневые герметичные компрессоры изготавливают Харьковский завод холодильных машин (ХЗХМ), московский за­вод «Искра» и др. Ротационные герметичные компрессоры изго­тавливают рижский завод «Компрессор» (РЗК), бакинский за­вод «Кондиционер» и др.; экранированные поршневые компрессоры - Ярославский завод холодильных машин (ЯЗУМ). Произ­водством герметичных компрессоров для бытовых холодильников занят ряд заводов, крупнейший среди которых - Мажейкяйский завод компрессоров.

Первые поршневые герметичные компрессоры для бытовых холодильников в СССР, изготовлявшиеся Харьковским тракторным заводом, работали на сернистом ангедриде.

В начале 50-х годов завод им. Лихачева (ЗИЛ) начал производство фреоновых герметичных компрессоров бытовых хо­лодильников. Компрессор КХ-1005 (рис.1) одноцилиндровый, холодопроизводительностью 130 Вт (около 110 ккал/ч), с синхронной частотой вращения 25 с^-1 (1500 об/мин). Ротор электродвигателя 3 консольно укреплен на горизонтальном коленчатом валу 2. Клапаны упругие. Кожух компрессора сварной. В одной из стальных крышек кожуха впаяны проходные контакты 4 встроенного электродвигателя. Компрессор установлен на на­ружных пружинных виброизоляторах 1. Смазка принудительная с помощью ротационного насоса. Диаметр цилиндра 27 мм, ход поршня 16 мм. Коленвал 1 горизонтальный, шатун с разъемной нижней головкой. Противовес 10 прикреплен к ротору 9. Плас­тина 4 всасывающего клапана прижата крышкой 8 к цилиндру, пластина 6 нагнетательного клапана расположена между крышкой 8 и плитой 5, соединенных заклепкой 7. Смазка принуди­тельная, ротационным насосом, ротором которого служит часть коленвала с эксцентриковой выточкой. Масло подается к под­шипнику 13 и через сверление в валу к подшипнику 14, редук­ционному клапану 15 и в цилиндр компрессора. Глушители шума всасывания состоят из двух, а нагнетания из четырех штампо­ванных камер с отверстиями в перегородках. Виброизоляторы пружинные внешние, от двух до четырех в зависимости от ис­полнения компрессора. Кожух из стальной оребренной трубы, к которой приварены две крышки. В кожух запрессованы статор электродвигателя и фланец корпуса компрессора.

Электродвигатель однофазный с -расщепленной фазой но­минальной мощностью 90 Вт, напряжение 220 В (модель КХ-1010) или 127 В (модель КХ-1005). Масса компрессора 14 кг.

Рис. 1. Герметичный компрессор бытового холодильника КХ-1005

Это - основная модель, применявшаяся в отечествен­ных бытовых холодильниках до освоения компрессора ФГ-0, 100.

Через несколько лет ХЗХМ начал серийно изготовлять герметичные компрессоры для торгового холодильного оборудо­вания.

В 50-х годах ХЗХМ, а после и Мелитопольский завод хо­лодильных машин (МВЖ) начали изготавливать бессальниковые компрессоры.

С 1966 года Рижский завод холодильных машин (РЗХМ) начал выпуск герметичных ротационных компрессо­ров ФГр 0, 35-1 номинальной холодопроизводительностью 405 Вт (350 ккал/ч), с частотой вращения 25 с^-1 (1500 об/мин). В нас­тоящее время ХЗХМ и РЗХМ производят герметичные компрессоры с синхронной частотой вращения 50 с^-1 (3000 об/мин).

В зависимости от холодопроизводительности герметичные компрессоры можно разделить на две основные группы. Компрес­соры холодопроизводительностъю до 1800 Вт (около 1500 ккал/ч) применяют преимущественно в бытовых холодильниках и торговом холодильном оборудовании. Холодильный агент - фреон R12 (в низкотемпературных компрессорах также фреоны R22 и R502). Герметичные компрессоры холодопроизводительностью бо­лее 1800 Вт используют в основном в кондиционерах. Холо­дильный агент - фреон R22.

Деление это условно; иногда одни и те же модели компрессоров применяют в обеих группах.

В бытовых холодильниках применяют одноцилиндровые герметичные компрессоры, работающие на фреоне R12. Современ­ные модели имеют синхронную частоту вращения 50 с^-1 (при f = 50 Гц), вертикальный вал, кривошипно-кулисный или шатунно-кривошипный (с разъемным шатуном) механизм движения. Широко распространены также более ранние конструкции с частотой вращения 25 с^-1, с горизонтальным валом и шатунно-кривошипный механизмом.

Компрессоры для бытовых холодильников в Росии изготав­ливают только герметичными.

Компрессор ФГ 0, 100 с вертикальным валом и горизон­тальным цилиндром (рис. 2) в настоящее время является основной моделью компрессоров для бытовых холодильников отечественно­го производства. Частота вращения 50 с^-1 (3000 об/мин). Диа­метр цилиндра 22 мм, ход поршня 12 мм. Холодопроизводительностъ (при t₀ = -20 ⁰С, t_к = 55 ⁰С) равна 116 Вт (100 ккал/ч). Механизм движения кривошипно-кулисный внутри кулисы 7 пере­мещается ползун 8 с помощью кривошипа 6. Поршень 5 припаян к кулисе 7. В качестве масляного насоса используется вал 11, в котором сделано вертикальное отверстие смещенное относительно оси. Масло, под действием центробежной силы подается в спиральные канавки на поверхности коренной и шатунной шеек вала. Клапаны упругие консольные. Всасывающий и нагнета­тельные глушители отлиты заодно с чугунным корпусом 3. Цилиндр 4 и статор 2 прикреплены к корпусу 3 болтами.

Виброизоляторы 13 внутренние пружинные, нагнета­тельная трубка 9 упругая, поэтому вибрации компрессора пере­даются на корпус ослабленными и шум меньше. Крышка 10 свар­ного кожуха 1 ограничивает перемещение корпуса вверх в местах установки штифтов 12 виброизоляторов.

Рис. 2. Герметичный компрессор ФГ-0, 100: а - разрез, б - габаритные размеры: 1 - кожух, 2 - статор; 3 - корпус; 4 - цилиндр; 5 - поршень; 6 - кривошип; 7 - кулиса; 8 - пол­зун; 9 - трубчатый глушитель; 10 - крышка кожу­ха; 11 - вал; 12 - штифты виброизолятора; 13 -виброизолятор пружинный

Электродвигатель однофазный с расщепленной фазой. Ко­жух компрессора должен сохранять прочность и плотность при избыточном давлении 2 МПа. Уровень звука компрессора в установившемся режиме не более 43 дБА; при пуске и остановке 50 дБА. В меньшем масштабе выпускается компрессор ФГ-0, 125.

Некоторые заводы продолжают выпуск компрессоров ФГ-0, 14 (модели КХ-1005 и КХ-1010), которые имеют холодопроизводительность 165 Вт (140 ккал/ч) при температурах кипения - 15 ⁰С, конденсации 30 ⁰С, всасывания 15 ⁰С, переохлаждения 55 ⁰С.

В результате повышения частота вращения вдвое, облег­чения конструкций, отказа от отдельного насоса значительно сократилась трудоемкость изготовления, масса компрессора уменьшилась в полтора раза.

Герметичные поршневые компрессоры применяют в агрега­тах торгового холодильного оборудования (ТХО), кондиционерах и других холодильных установках. Выпускают герметичные поршневые компрессоры в двух исполнениях, различающихся час­тотой вращения вала встроенного электродвигателя: 25 с^-1 и 50 с^-1.

Наиболее крупным производителем герметичных поршневых компрессоров за рубежом является фирма «Тесumseh» (СЖ) вместе с работающими по ее лицензиям фирмами Франции, Ита­лии, Испании и др. Холодильный агент фреон R12.

Градация компрессоров, используемых в торговом холо­дильном оборудовании, обусловлена ГОСТ 22502-83 «Агрегаты холодильные герметичные для торгового оборудования». В града­цию входят компрессоры со встроенными электродвигателями, частота вращения вала которых 25 и 50 с^-1, исполнения С, Н и В (табл.1).

Градации компрессоров позволяют подобрать к агрегатам холодильного оборудования, кондиционеров и др холодильных установок малой производительности.

1. Диапазон работы герметичных компрессоров

Электродвигатели обеспечивают пуск и нормальную работу компрессора при отклонении номинального значения напряже­ния в сети от -15 до +10% и частоты тока +-5%. От перегрузки электродвигатели защищены тепловым реле, устанавливаемым на компрессор.

Компрессоры изготавливают с электродвигателями трех­фазного переменного тока на напряжение 220 или 380 В, часто­той 50 Гц и однофазного - 220 В, частотой 50 Гц. В марку компрессора с однофазным двигателем включено обозначение «1», с трехфазным «3». С 1984 года все встроенные трехфазные электродвигатели герметичных компрессоров поставляются с тремя выводными концами, т.е. обмотка электродвигателя сое­динена для его подключения только на одно напряжение сети на 220 или на 380 В.

Холодопроизводительностъ поршневых компрессоров с частотой вращения 25 и 50 с для холодильных агрегатов по ГОСТ 22502-83 приведена в табл. 2 и 3.

Номинальная холодопроизводительностъ компрессора за­висит при одинаковой частоте вращения вала электродвигателя от диаметра и количества цилиндров, величины хода поршня, а также применяемого хладагента.

Параметрический ряд герметичных компрессоров установ­лен в соответствии с 10-м рядом предпочтительных чисел по ГОСТ 8032-56 номинальные холодопроизводительности образуют ряд (Q) = 1, 25(Q).

2. Основные параметры поршневых герметичные компрессоров

с частотой вращения 25 с^-1, выпускаемых ХЗХМ

3. Основные параметры поршневых герметичных

компрессоров с частотой вращения 50 с^-1

Приняты следующие значения холодопроизводительностей: 220, 280, 350, 450, 550, 700, 1100, 1400, 1800 ккал/ч. В настоящее время используют близкий к принятому ряд в единицах системы СИ: 250, 345, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 Вт. Каждыйчетвертый член этого ряда в двое больше 1-ого, что соответствует переходу от одно- к двуцилиндровому компрессору. Холодопроизводительность одного и того же компрессора при работе в номинальном высокотемпера­турном режиме вдвое больше, в среднетемпературном.

4. Технические характеристики герметичных поршневых компрессоров

5. Основное узлы и детали герметичных поршневых компрессоров

Клапаны

Клапаны принадлежат к числу наиболее нагруженных эле­ментов компрессора. В малых компрессорах наиболее распространены клапаныс упругими пружинящими пластинами (рис.3, а), в том числе с пластинами со свободными концами с одним закрепленным концом, с центральным креплением, с двумязакрепленными концами, закрепленными по контуру и кольцевы­ми. Наряду с упругими применяют жесткие пластины не меняющие формы, при работе, в том числе дисковые пятачковые (рис. 3.6). Упругие пластины получают все большее распространение; преобладают пластины консольного типа, закрепленные с одной сто­роны.

Пластина всасывающего клапана обычно укреплена на двух штифтах, запрессованных в торец цилиндра. С другой сто­роны пластины часто делают язычок, а в торце цилиндра - со­ответствующий паз.

Толщина упругих пластин обычно находится в пределах от 0, 15 до 0, 4 мм. Условия работы клапанов холодильных компрессоров легче, чем компрессоров большой производи­тельности, т.к. у них меньше ход запорных органов. Но требо­вания к их надежности и долговечности значительно выше. Срок службы клапанов должен быть не меньше 50000 часов.

Упругие пластины клапанов отечественных компрессоров изготавливают из холоднокатанной стали У10А или из шведской стали «Сендвик», плиты из стали марки Сталь 45, жесткие пластины - из хромистой стали марки Сталь 70СгХА.

Рис. 3. Пластины клапанов: а - упругие, б - жесткая, в, г, д - образцы иностранных фирн.

Назначение глушителей и виброизоляторов – улучшать аккустические характеристики компрессоров.

Глушители служат для снижения шума от пульсаций пара. В малых компрессорах применяют камерные (из одной или нес­кольких камер с узкими входными отверстиями, с отношением сечений от 50 до 150), а также трубчатые и резонансные, в последних пульсации уменьшаются в результате взаимного гаше­ния волн, смешенных по фазе. Во всех глушителях происходят потери энергии.

Роль глушителя во всасывающем и нагнетательном клапа­нах компрессора различна; в нагнетательном глушителе колеба­ния газового потока гасятся уже после воздействия на систему компрессора и поэтому глушитель не оказывает влияния на его шум. Назначение этого глушителя уменьшить газовый поток в нагнетательном трубопроводе и конденсаторе и таким образом снизить шум и повысить надежность машины в целом.

Всасывающий глушитель уменьшает пульсации газа в ко­жухе и непосредственно снижает шум компрессора. При хорошей внутренней виброизоляции передача колебаний к кожуху проис­ходит главным образом по газовой среде и зависит от ее волнового сопротивления, т.е. произведения плотности газа ρ на скорость звука С_эв.

Эффективность всасывающего глушителя тем больше, чем меньше влияние механических источников шума. При отсутствии виброизоляции передача колебаний к кожуху происходит в ос­новном в местах жесткой связи компрессора с кожухом. В этом случае всасывающий глушитель обычно не нужен.

Камерные глушители (рис.4 а, б, г, д) выполняют либо ли­тыми в общей отливке с цилиндром, либо выносными - из от­дельных штампованных элементов. Встречаются также комбиниро­ванные конструкции. Литые глушители обычно имеют непра­вильную форму, выносные - правильную (рис. 4 г, д). Конструк­цию выбирают по технологическим соображениям. Эффективность работы мерных глушителей определяется соотношением геометрических размеров камер и входящих в них каналов.

Гашение колебаний в однокамерном глушителе:

где: р₁, р₂ - давления звуковых колебаний соответственно до глушителя и после него; m - отношение сечения камеры глушителя S_k к сечению входяще­го в нее соединительного канала S_c.k; k - волновое число (k = 6, 28 · f / С_эв; f - частота заглушаемого колебания, Гц).

Чем выше m, тем эффективнее глушитель, и чем больше 1, тем ниже частота, при которой он начинает эффективно работать.

Виброизоляторы (амортизаторы) уменьшают вибрации, пе­редаваемые холодильному оборудованию, а от него - ограждени­ям строительных конструкций. Иногда эти вибрации могут ока­заться источником недопустимого шума.

Виброизоляторы должны воспринимать вибрации при рабо­те, пусках и остановках, а также при транспортировании компрессоров. Для уменьшения жесткости нагнетательных трубок им часто придают сложную форму, например, несколько грибо­видных витков (рис. 4, в).

Рис. 4. Глушители: а, б - камерные литые, в - трубчатый, г - камерный штампованный и трубча­тый, д - камерные штампованные в сборе

Осевые усилия обычно воспринимают вертикальные ци­линдрические пружины, боковые усилия (при пусках и останов­ках) - горизонтальные пружины, работающие на сжатие, или пружины с наклонной осью.

В компрессорах с частотой 50 с^-1 обычно устанавливают внутренние пружинные и наружные резиновые или резинометаллические амортизаторы.

Корпус. Кожух. Проходные контакты.

Корпус герметичного компрессора - литая деталь, объе­диняющая коренной подшипник вала, цилиндры и статор встроенного электродвигателя.

Цилиндры отливают заодно с корпусом или соединяют с ним болтами, статор - болтами иди с помощью запрессовки.

Корпус герметичного компрессора отливают из чугуна или алюминиевых сплавов.

Для обеспечения антифрикционных свойств и упрощения отливок применяют цилиндровые втулки. Так, корпуса компрес­соров Х3ХМ отливают из серого чугуна СЧ 21-40. В цилиндры запрессовывают втулки из антифрикционного чугуна, содержаще­го около 0, 1% титана, 0, 15% хрома, 1% марганца, до 2% сво­бодного кремния.

Кожух герметичного компрессора обычно стальной, сва­ренный из двух частей. В компрессоре КХ-1010 кожух выполнен из стальной трубы с двумя приваренными крышками.

Кожух компрессоров бытовых холодильников устанавлива­ют на двух - четырех, а компрессоров большой холодопроизводительности - на трех - четырех лапах.

На кожухе устанавливают проходные контакты встроенных электродвигателя и защитного реле - обычно в специальной круглой пластине, припаянной или приваренной к верхней части кожуха. В качестве изоляции используют специальное стекло, а в компрессорах больших размеров - также эбонит и электроизо­ляционный картон.