Поршневые компрессоры.

В настоящее время более 90% всех комп­рессионных холодильных машин выпускают с поршневыми компрессорами. Поршневые компрессора при холодопроизводительностях до ~300 кВт обладают рядом преимуществ перед компрессорами дру­гих типов. Такие как:

— более высокое значение энергетического КПД при небольших удельных массах и габаритах.

— технология производства поршневых компрессоров хорошо освоена, трудоемкость изготовления меньше, чем у компрессоров других типов, и соответсвенно меньше цена при равных киловаттах холодопроизводительности;

— конструкция поршневых компрессоров упрощается по ме­ре снижения производительности и допус­кает простое соединение электродвигателя (дви­гатели с частотой вращения 25, 50 и 60 Гц) непосредственно с коленчатым валом, что позволяет уменьшить количество расходных материалов и увеличивает ремонтопригодность;

— порш­невые компрессора способны работать с бо­лее высоким отношением давлений при сжатии в одной ступени (одноступенчатые), этот коэффициент может доходить до значения 10.

— благодаря сравнительно слабому влиянию режима работы на харак­теристики, можно использовать один и тот же компрессор для работы на разных холодиль­ных агентах (фреонах). Что существенно увеличивает температурные диапазоны работы поршневого компрессора и расширяет диапазон его использования, от высокотемпературных чилеров до низкотемпературных фризеров шоковой заморозки;

— возможность выполнения комп­рессора многоцилиндровым с цилиндрами небольшого диаметра облегчает решение за­дачи, связанной с уменьшением гидравли­ческих потерь в клапанах. А также изменяя угол отклонения клапана, можно регулировать производительность поршневого компрессора, и соответсвенно использовать его в более широком диапазоне возможностей.

Поршневые компрессоры имеют следующие недостатки. Наличие смазочного масла в цилиндрах приводит к попаданию масла в контур холодильной машины, что нежела­тельно для самого компрессора, так как у меньшается количество смазки подвижных частей. В механизмах движения компрессора, таких как подшипники скольжения или втулки,  имеют место относительно большие износы. При работе поршневых компрессоров воз­никают, в той или иной степени неуравнове­шенные силы и моменты, вызывающие виб­рации. Клапана поршневых компрессоров, как наименее надежные узлы конструкции, являются причиной меньшей надежности всей машины в целом. Наличие всасывающих кла­панов ограничивает рабочий диапазон порш­невых компрессоров значением давления вса­сывания.

Конструкция и технология изготовления современных поршневых холодильных комп­рессоров, таких как Bitzer или Frascold позволяют применять их при тем­пературах кипения до -100° С, конденсации до 100° С, окружающего воздуха от  — 40 до 85° С. Эти компрессора способны работать при снижении напряжения в электросети до 0,85 номинала, в условиях вибраций и уда­ров до 15 g, а также при переменных на­клонах фундамента до 45°.  Что позволяет их использовать в автомобильной, железнодорожной или судостроительной отрасли для охлаждения транспортных рефрежираторов.

Реальные процессы, протекающие в дей­ствительном компрессоре, отличаются от про­цессов теоретического компрессора. Основ­ные отличия (в результате которых, как пра­вило, снижается производительность и ухуд­шаются энергетические характеристики) со­стоят в следующем.

  1. В цилиндрах имеется мертвый объем (мертвое пространство), образованный зазо­ром между поршнем и клапанной доской, а также полостями кла­панов, соединенными с цилиндром. При об­ратном ходе поршня сжатый пар, находящий­ся в мертвом объеме, расширяется. Вслед­ствие этого объем пара, вновь всасываемого в цилиндр, оказывается меньшим, чем в тео­ретическом компрессоре.
  2. Пар в начале сжатия из-за теплообмена со стенками имеет более высокую темпера­туру, чем во всасывающем патрубке.
  3. Процессы сжатия пара в цилиндре и об­ратного расширения из мертвого простран­ства происходят при теплообмене со стенками, в результате чего показатели политроп сжа­тия и расширения являются переменными величинами.
  4. При наличии в компрессоре встроенно­го привода всасываемый в цилиндр пар до­полнительно подогревается из-за теплоотдачи от электродвигателя.
  5. При работе компрессора имеет место перетекание пара через зазоры между порш­нем и цилиндром, а также через возможные неплотности в клапанах.
  6. Во всасываемом паре содержится не­которое количество смазочного масла с раст­воренным в нем холодильным агентом. При нагреве в компрессоре этот холодильный агент испаряется и занимает часть объема цилинд­ра. Иногда во всасываемом паре содержатся капельки жидкого холодильного агента (жидкий ход). Что может вывести из строя компрессор. Объем пара, образующегося в цилиндре при испарении этих капелек, особенно существен.
  7. Во всасывающих и особенно в нагнета­тельных полостях компрессора давление периодически изменяется (пульсация).
  8. Во всасывающих и нагнетательных кана­лах и клапанах имеются потери давления — депрессия.
  9. В компрессоре расходуется дополнитель­ная энергия на преодоление сил трения в механизме движения, а также на привод масляного насоса.