ХМ СОБРАНЫЕ. 1. Обратные термодинамические циклы, их внутренняя и внешняя необратимости
 Скачать 2.41 Mb.
|
|
Система смазки Смазка необходима для снижения коэффициента трения и отвода теплоты от кинематических пар. В современных холодильных поршневых компрессорах применяют смазку разбрызгиванием (малые компрессора), принудительную смазку (компрессора большой производительности) и комбинированную смазку (компрессора средней производительности). 9 Регулирование производительности поршневых компрессоров 1) Изменение частоты вращения коленчатого вала. 2) Дросселирование пара холодильного агента перед всасыванием в компрессор. 3) Байпасирование (перепуск пара из нагнетательного трубопровода во всасывающий). 4) Подключение дополнительного мертвого обьема 5) Принудительное открытие всасывающих клапанов. 6) Отключение отдельных цилиндров компрессора. 7) Пуск-остановка компрессора. 1.Изменение частоты вращения коленчатого вала. Можно осуществить плавно или ступенчато. Для плавного регулирования используют специальные двигатели постоянного тока с дополнительным сопротивлением обмоток якоря. В двигателях переменного тока частота вращения может плавно изменяться при изменении частоты тока. Для ступенчатого регулирования может использоваться специальный многоскоростной двигатель переменного тока с переключением пар полюсов. Также для ступенчатого регулирования могут использоваться различные шкивы с различным диаметром при клиноременной передаче. С точки зрения термодинамики способ изменения частоты вращения коленчатого вала самый выгодный. Потребляемая мощность компрессора изменяется практически пропорционально изменению холодопроизводительности. При этом холодильный коэффициент практически не изменяется.  С экономической точки зрения такой способ не эффективен, так как увеличиваются капитальные затраты на покупку дополнительного оборудования, увеличиваются затраты на монтаж, эксплуатацию и ремонт. 2.Дросселирование на всасывании.  При дросселировании на всасывании между компрессором и испарителем во всасывающий трубопровод устанавливается дроссельный вентиль. Уменьшая проходное сечение дроссельного вентиля, уменьшается давление всасывания в компрессоре. При этом давление в испарителе остается неизменным. С точки зрения термодинамики, этот способ не эффективен. При уменьшении холодопроизводительности увеличивается потребляемая мощность и резко снижается холодильный коэффициент. С экономической точки зрения такой способ эффективен, так как практически не требует дополнительных капитальных затрат и затрат на монтаж, ремонт и эксплуатацию. 3.Байпасирование.  Рис.3 – Т-S диаграмма поршневого компрессора при байпасировании. При этом способе между нагнетательным и вcасывающим трубопроводом компрессора устанавливается запорный (байпасный) вентиль. При открывании байпасного вентиля часть сжатого пара из нагнетательного трубопровода перетекает во всасывающий трубопровод. В компрессоре циркулирует то же самое количество холодильного агента. В конденсатор и испаритель подается меньшее количество холодильного агента, что уменьшает холодопроизводительность машины. Вместе с тем всасываемый пар нагревается за счет смешивания с горячим паром, идущим из байпасного вентиля. Это приводит к увеличению работы цикла на пл.  .ия.С точки зрения термодинамики такой способ регулирования не эффективен, т.к повышается температура пара на всасывании, увеличивается работа цикла и повышается общая потребляемая мощность.  С экономической точки зрения такой способ выгоден, так как не требует больших капитальных затрат. В промышленных установках байпасирование применяется для разгрузки электродвигателя при пуске компрессора. 4.Подключение дополнительного мертвого объема. При таком способе регулирования к мертвому объему компрессора добавляется дополнительный мертвый объем. Дополнительный мертвый объем может изменяться плавно или ступенчато. Примером плавного изменения мертвого объема является дополнительный цилиндр с поршнем(см. рис.). Передвигая поршень, можно изменять величину мертвого объема. Примером ступенчатого изменения мертвого объема является изменение толщины прокладки между клапанной доской и цилиндром.  Рис.4 - Схема подключения дополнительного мертвого объема.   -уменьшается объемная производительность. С точки зрения термодинамики такой способ регулирования не эффективен ,т.к при уменьшении объемной производительности увеличивается индикаторная мощность. С точки зрения капитальных затрат он также не выгоден, т.к усложняется конструкция компрессора, уменьшается надежность работы, увеличивается стоимость компрессора, повышаются эксплуатационные затраты. 5.Принудительное открытие всасывающих клапанов. Такой способ применяется только в непрямоточных компрессорах. При этом на отдельных цилиндрах принудительно поднимается пластина всасывающего клапана и постоянно поддерживается в открытом положении. При работе компрессора данные цилиндры работают вхолостую, в них не происходит процесса сжатия. Регулирование производительности ступенчатое, в зависимости от количества отключенных цилиндров. Механизмы подъема пластин могут быть: гидравлическими, пневматическими и электромагнитными. Пневматические работают за счет действия сжатого пара холодильного агента. Электромагнитные - за счет действия над цилиндром электромагнитных катушек. При прохождении тока по катушке возникает магнитное поле и пластина прилипает к сердечнику. Клапан закрывается только после того, как отключится электрический ток. Гидравлические механизмы работают за счет действия масляного насоса. В настоящее время наиболее широко используется электромагнитный отжим , как наиболее простой. С точки зрения термодинамики такой способ по эффективности находится на втором месте после изменения частоты вращения коленчатого вала.. В этом случае учитывается только мощность холостого хода отключенных цилиндров.  С точки зрения капитальных затрат этот способ мало эффективен, т. к. усложняется конструкция, повышается стоимость, уменьшается надежность работы компрессора. 6. Отключение отдельных цилиндров компрессора. Такой способ применяется в крупных холодильных поршневых компрессорах, в которых каждый цилиндр имеет всасывающий и нагнетательный вентиль. Закрыв всасывающий вентиль в одном из цилиндров, прекращается подача к нему холодильного агента, т.е. данный цилиндр работает в холостую. C точки зрения термодинамики такой способ регулирования малоэффективен, т.к. на создание вакуума в цилиндре затрачивается дополнительная мощность. С точки зрения капитальных затрат такой способ выгоден, так как не требует дополнительных капитальных затрат. 10 Винтовые холодильные компрессоры Винтовые компрессоры относятся к компрессорам объемного принципа действия. Рабочим органом винтовых компрессоров являются роторы или винты. В компрессорах отсутствуют всасывающий и нагнетательный клапан, вместо них имеются всасывающие и нагнетательные окна. Винтовые компрессоры-это измененная модификация роторного компрессора. Первые холодильные винтовые компрессоры появились только в 40-х годах. Классификация винтовых компрессоров 1.По количеству роторов компрессоры делятся на однороторные, двухроторные и многороторные. Однороторные компрессоры имеют один винт и два боковых уплотнительных диска. Преимущество таких компрессоров-простота конструкции,а недостаток-большие объемные потери из-за перетечек пара. Для уменьшения объемных потерь частоту вращения ротора увеличивают до   .Двухроторные компрессоры имеют два винта, зубъя которых входят во взаимное зацепление. Такой компрессор более сложный по конструкции по сравнению с однороторным. Многороторные винтовые компрессоры состоят из трех и более роторов. Между роторами установлены специальные многогранные вставки. Он представляет собой несколько однороторных компрессоров, соединенных вместе. Они не нашли применения в холодильной технике из-за сложной конструкции и больших объемных потерь. 2.По направлению осей роторов: на вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные компрессры занимают большую площадь,но значительно удобнее в обслуживании и ремонте. Вертикальные винтовые компрессоры как правило применяются в судовых холодильных установках. 3.По степени герметичности: на сальниковые и бессальниковые. Сальниковые компрессоры, как правило применются в аммиачных холодильных установках, а бессальниковые-в хладоновых. 4.По виду рабочего вещества: на компрессоры сухого сжатия (сухие), компрессоры мокрого сжатия (мокрые) и маслозаполненные винтовые компрессоры. Сухие компрессоры работают на чистом паре холодильного агента без примесей.При этом увеличивается коэффициент теплопередачи теплооменных аппаратов и уменьшаются гидравлические потери в трубопроводах. В результате чего увеличивается холодильный коэффициент. В сухих компрессорах не допускается взаимное касание винтов друг о друга.(рис.24) Для передачи вращения от одного ротора к другому устанавливают специальные синхронизирующие шестерни. Через зазоры между роторами и корпусом возникают большие перетечки, что приводит к значительным объемным потерям. В таких комрессорах также повышается частота вращения коленчатого вала до .В мокрых компрессорах в полость сжатия впрыскивается жидкий холодильный агент. Жидкость уплотняет зазоры и отводит теплоту сжатия. В конце процесса сжатия весь жидкий холодильный агент выкипает. При этом уменьшаются объемные потери и уменьшается температура сжимаемого пара. Недостатком мокрого сжатия является необходимость подачи жидкого холодильного агента из конденсатора. В испаритель поступает меньшее количетво холодильного агента, что приводит к уменьшению холодопроизводительности холодильной машины. В маслозаполненных компрессорах в полость сжатия впрыскивается жидкое масло. В таких компрессорах разрешается взаимное касание зубъев ротора, отсутствуют синхронизирующие шестерни.(рис.25) Масло выполняет три функции: Уменьшает мощность трения Уплотняет зазоры между ротором и корпусом Отводит теплоту сжатия. Недостатком таких компрессоров является наличие сложной масляной системы с маслоотделителем, маслосборником, маслоохладителем, масляным насосом, трубопроводов, запорной арматуры. Преимущества винтовых компрессоров 1.Более высокие объемные и энергетические характеристики от 300 до 1500 кВт. 2.Высокая надежность и долговечность работы. 3.Хорошая уравновешенность конструкции. 4.Более высокое давление всасывания при одинаковой температуре кипения. 5.Простота конструкции. 6.Малое количество пар трения. Недостатки винтовых компрессоров 1.Худшие объемные и энергетические характеристики при холодопроизводительности менее 300 кВт и более 1500 кВт. 2.Сложная и громоздкая масляная система. 3.Высокий уровень шума. 4.Сложность изготовления винтов. 5.Возможность работы в неблагоприятных режимах. 6.Для достижения больших скоростей необходимо использовать мультипликатор. 11 Конструкция и принцип действия двухроторного, маслозаполненного винтового компрессора Компрессор состоит из корпуса (с вертикальным разъемом), передней и задней крышки. Передняя крышка имеет всасывающую полость, всасывающее окно и передний опорный подшипник. Внутри корпуса имеются цилиндрические расточки, в которых установлены роторы (винты). Роторы вращаются в опорных подшипниках ,которые воспринимают только радиальные силы. Осевые силы, действующие на ротор воспринимаются упорным подшипником. В большинстве конструкций опорные подшипники-скольжения,а упорные-качения. Рабочие органы компрессора представлют собой цилиндрические валы на средней, утолщенной части которых нарезаны винтообразные зубъя. В двухроторных компрессорах один ротор является ведущим, другой является ведомым. Ведущий ротор имеет толстые, выпуклые зубъя, а ведомый ротор-тонкие вогнутые зубъя. Зубъя ведущего и ведомого ротора входят во взаимное зацепление. Количество зубъев может быть разным в зависимости от конструкции завода-изготовителя, внутренней степени сжатия и т. д. Наиболее частое соотношение зубъев :  4:6 ; 5:7 ; 7:8 ; и т.д.Профиль винтов выполнен таким образом ,что при вращении они обкатываются друг по другу. Для предотвращения сдвига ротора по оси при неблагоприятных условиях работы,на ведущем роторе имеется разгрузочный поршень-думмис. При сдвиге ротора масляная система подает масло к поршню и предотвращает сдвиг. В ВКМ отсутствуют всасывающий и нагнетательный клапаны. Всасывающее окно расположено в верхней части передней крышки компрессора. Нагнетательное окно расположено в нижней части задней торцевой поверхности корпуса. Таким образом окна расположены как бы диагонально по отношению к ротору. Особенность ВКМ -возможность плавного регулирования объемной производительности от 100 до10% c помощью золотника. Золотник находится в нижней части корпуса компрессора под винтами. Основная поверхность золотника-цилиндрическая. Верхняя часть золотника повторяет профиль внутренней поверхности корпуса. Золотник, перемещаясь параллельно оси роторов, уменьшает или увеличивает объем полости сжатия. Принцип действия. Рабочий цикл ВКМ состоит из 4-х процессов: всасывания, перемещения (без изменения внутреннего объема), сжатия и нагнетания.  Рис.26 Последовательность работы винтового компрессора. а-всасывание; б-перемещение (без изменения внутреннего объема); в-сжатие; г-нагнетание (выталкивание) газа. Процесс всасывания начинается в тот момент , когда зуб ведущего ротора выходит из впадины ведомого в плоскости всасывающего окна. При этом образуется парная полость ,т.е объем между зубъями ротора и корпусом. При дальнейшем вращении роторов парная полость увеличивается. Она заполняется паром холодильного агента, т.е происходит процесс всасывания. Процесс всасывания заканчивается тогда, когда зубъя ведущего и ведомого ротора парной полости проходят перегородку всасывающего окна. При дальнейшем вращении ротора в полости всасывающего окна зуб ведущего ротора входит во впадину ведомого ротора. Объем парной полости уменьшается. В то же время со стороны нагнетательного окна зуб ведущего ротора парной полости продолжает выходить из впадины ведомого ротора и объем парной полости увеличивается. Таким образом происходит простое перемещение пара от всасывающего окна к нагнетательному окну без зменения внутреннего объема парной полости. Процесс перемещения заканчивается тогда, когда в полости нагнетательного окна, зуб ведущего ротора полностью выходит из впадины ведомого ротора в полости нагнетательного окна. При дальнейшем вращении ротора происходит уменьшение внутреннего объема парной полости и пар сжимается. Процесс сжатия заканчивается в тот момент, когда парная полость подходит к кромке нагнетательного окна. При этом пар холодильного агента выталкивается через нагнетательное окно в нагнетательную полость компрессора, т.е происходит процесс нагнетания. Процесс нагнетания заканчивается тогда, когда объем парной полости будет равен нулю. 12 (Х/М) Рабочие органы винтовых компрессоров. Рабочими органами винтового компрессора являются винты. Производительность компрессора при прочих равных условиях зависит от объёма впадин (полостей) винтов. Теоретический объём полостей винтов определяется следующими основными параметрами: числом зубьев на одном из винтов, например ведущем z1 или ведомом z2 ; передаточным числом i12= z1/ z2=п1/п2; межосевым расстоянием А; внешними диаметрами винтов Д1 и Д2; длиной винтов, т. е. нарезанной частью ротора lв. Эти параметры определяют в основном теоретическую объёмную производительность машины за один оборот ведущего винта, представляющую собой аналог объёмной производительности за один рабочий ход поршневого компрессора. Определение оптимальных значений указанных величин имеет большое значение, так как от них при прочих равных условиях зависят основные технико-экономические показатели компрессора. Винты, являясь наиболее сложной и точной деталью компрессора, требуют для своего изготовления специального инструмента, приспособлений, станочного оборудования. Ограничения по этим причинам типоразмеров винтов, увеличивая серийность их изготовления, при одновременном обеспечении унификации других деталей дают большой экономический эффект. Одним из условий возможности внутреннего сжатия газа в ВК является отделение области всасывания от области сжатия. Для этого необходимо обеспечить герметичность в направлении, нормальном к плоскости осей. Кроме того, в самой области сжатия, где происходит уменьшение объёма парных полостей, необходима их взаимная изоляция. |