Содержание
Человек, знакомый с принципом работы двигателя внутреннего сгорания, легко представит, что творится внутри компрессора. Там тоже присутствует поршень, система клапанов. Испаренный фреон заходит и немедленно нагревается от сжатия, потом выбрасывается в сторону конденсора под давлением. Поэтому легко переходит в жидкое состояние и отдает энергию помещению, чтобы пойти на новый цикл через капиллярный расширитель. Требуется, чтобы фреон постоянно циркулировал, как кровь по сосудам. По указанной причине компрессор часто называют сердцем современного холодильника. Поговорим про устройство компрессора холодильника подробнее.
Классификация компрессоров
Благодарим Быкова А.В. за хороший справочник по холодильным компрессорам 1992 года выпуска. Без него (справочника и автора) читатели Рунета читали бы недостоверную информацию, многократно переписанную сайтами.
В типичных домашних холодильниках компрессоры поршневые. Думаете, корейцы, открыв в 1981 году принцип работы двухшнековой соковыжималки, создали нечто новое? Это глубокое заблуждение! Винтовые компрессоры известны с 1878 года, там использованы роторы, вращающиеся навстречу друг другу, чтобы создать давление. Напрасно считать описанный принцип архаичным. У винтовых компрессоров перед поршневыми ряд преимуществ:
- Постоянная скорость вращения валов вне зависимости от давления в системе. Это придает параметрам двухроторного винтового компрессора высокую стабильность в любых условиях.
- Высокий коэффициент сжатия, определяется качеством сборки, обработки поверхностей деталей, выдержкой заданных допусков, посадок и размеров. Требуется высокая технологичность.
- Особенности конструкции: нет деталей, несущих высокую нагрузку, прибор получается долговечным. В паровую камеру (пространство между двумя роторами) впрыскивается масло.
- Возможность плавной регулировки производительности простым изменением скорости вращения роторов. Это удобно в инверторных схемах управления.
Касательно промышленности, отмечается ряд ключевых преимуществ двухроторных винтовых компрессоров перед поршневыми:
- Малый уровень вибраций. Не требуется создания тяжелого и прочного фундамента.
- Сравнительно малый уровень шума, что позволяет избежать порой сложностей с размещением оборудования.
- Меньшие размеры компрессора.
Недостаток единственный:
- Малый КПД в случае перехода фреона из одного состояния в другое прямо внутри корпуса. Это обусловливается постоянной скоростью вращения валов и разной степенью сжатия по указанной причине. Поршень-то двигается, пока сил хватает, а шнеки мелют и мелют, если мощности хватает.
Рассматриваемый класс оборудования принято делить на типы и подтипы:
Царство компрессоров:
- Подцарство динамические:
- Класс центробежные,
- Класс осевые.
- Подцарство объемные:
1. Класс поршневые:
– Подкласс поступательные.
– Подкласс с коленчатым валом.
2. Класс ротативные.
– Подкласс роторные:
А) Семейство двухроторные.
Б) Семейство однороторные.
– Подкласс с катящимся ротором.
– Подкласс спиральные.
– Подкласс пластинчатые.
– Подкласс роторно-поршневые (трохоидные).
Пусть читатели извинят скромные познания авторов в биологии, но для классификации компрессоров хватило. Видим – на свете немало устройств, и большинство находят применение. К примеру, спиральные часто включаются в состав тепловых насосов.
Динамические компрессоры
В противовес объемным указанные компрессоры используют «живую» силу лопастей. Если в поршневых и подобных нагрузка ложится на жесткие конструкции, здесь работа выполняется вентилятором. Человек, знакомый с системами вентиляции и кондиционирования, уже отметил сходство в названиях. Оно не случайное, а намеренное и обоснованное: внутри динамических компрессоров стоят фактически вентиляторы двух типов:
- осевые;
- центробежные.
Смысл сказанного:
- Осевые вентиляторы – знакомы, это приборы для обдувания в жару. Только приспособление ставят внутрь патрубка (рабочей камеры), чтобы создать давление в нужном направлении. Среда перемещается под действием вращающихся лопастей.
- Центробежные работают за счет факта, что каждое тело, движущееся по кругу, стремится вылететь по прямой с собственной орбиты. Спутники (включая геостационарные) удерживаются лишь тяготением земли, поэтому Eutelsat висят над экватором на одинаковой высоте. Скорость движения-то одинаковая!
Недостатки динамических компрессоров очевидны: в агрегатах невозможно получить высокий коэффициент сжатия, значит, проблематично создать высокое давление. К примеру, холодильные агрегаты нагнетают фреон до 15 – 25 атм, отдельные люди утверждают, что это не предел, в просто высокие показатели. Зато конструкция динамических компрессоров сравнительно простая, а требования низкие.
Поршневые компрессоры
Принцип действия компрессора холодильника напоминает двигатель внутреннего сгорания с единственным цилиндром. Внутри компрессора стоит коленчатый вал, приводимый в действие электродвигателем. Известна отличающаяся конструкция, экономнее и проще управляется инверторной схемой формирования импульсов. В этом случае видим шток с поршнем на конце внутри катушки из проволоки. Проходящий переменный ток заставляет систему совершать поступательные движения, за счет чего работает холодильник. Указанные технологии сегодня считаются лучшими, корейцы активно внедряют их в продукцию, создают отличные поучительные ролики.
В рабочей камере два клапана – приточный и расходный. Располагаются на стенках. Если компрессор прямоточный, вход помещается на цилиндре. Конструкция не сильно распространена. Клапан в днище поршня повышает массу движущейся части, сложно обеспечить нужные проходные сечения. Сегодня используются в технике непрямоточные поршневые компрессоры.
Роторные компрессоры
Двухроторные компрессоры считаются полным аналогом двухшнековой соковыжималки. Как правило, винтовые спирали неравнозначны. Ведущий ротор обнаруживает четыре выступа с чуть скругленными вершинами, под которые на ведомом прорезаны шесть ложбинок соответствующего профиля. Оба вала помещены в сдвоенный цилиндрический корпус и соприкасаются по длине. Вращение происходит навстречу.
Заборное и выходное отверстия для фреона расположены по диагонали:
- хладагент входит в начале роторов сверху;
- сжатый газ выходит в конце спиралей снизу.
Конструкция создана так, что спирали роторов плотно прилегают к корпусу. Вращение ведется, чтобы от заборной камеры порции воздуха расходились вбок (в противоположные стороны), захватываясь движущимися валами. На первом роторе порций четыре, на втором шесть. Оборачиваясь по кругу, в конце концов внизу спирали встречаются. Дальнейшее вращение приводит к ударному сжатию фреона, под большим давлением газ выбрасывается наружу.
Чтобы понять прелесть конструкции, вспомните, что у двухшнековых соковыжималок максимальный коэффициент отжима, приборы способны молоть даже косточки, если сделаны из стали, без особого ущерба. Подобное устройство компрессора холодильника позволяет создать ударное давление, сложно достижимого в иных случаях.
Напомним, что в пространство между валами (паровая камера) впрыскивается масло для уменьшения трения. Это не единственная причина. Очевидно, что КПД устройства напрямую зависит от герметичности полости роторов. Масло за счет поверхностного натяжения создает пробку между спиралями и корпусом. Повышается давление без усилий. А значит, возможно снизить скорость вращения для получения заданных характеристик, уменьшить потребляемую мощность, понизить технологические требования к сборке и качеству деталей.
Принцип работы компрессора холодильника далек от винтового, возможно, зря. Не стоит думать, что везде царят поршни. Уже упомянули, что часто тепловые насосы обладают спиральным компрессором, где присутствуют статор и ротор. Оба – спирали, вдетые друг друга. При круговом движении ротора фреон сжимается сильнее и выбрасывается наружу.
