Устройство холодильного компрессора: Поршневой холодильный компрессор. Принцип работы и устройство. —

Содержание

Поршневой холодильный компрессор. Принцип работы и устройство. —

Основным и наиболее ответственным компонентом любой холодильной установки, от бытового холодильника до промышленной машины, является компрессор. Он служит для создания разности давлений и обеспечения основных процессов в системе.  Холодильный компрессор всасывает хладагент в виде пара с низким давлением и температурой, сжимает его и нагнетает с высоким давлением и температурой в конденсатор.

Наибольшее распространение в холодильной технике получили поршневые компрессоры. Принцип их работы основан на возвратно-поступательном движении поршня в цилиндре.

 

Принцип работы поршневого холодильного компрессора.

В поршневом компрессоре возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре обеспечивается за счет  вращения коленчатого вала. Вращение коленвала создается за счет работы электродвигателя. Поршневой компрессор может иметь один, два, три, четыре, шесть и  восемь цилиндров. За один полный оборот коленчатого вала поршень совершает два хода между двумя крайними положениями и в каждом его цилиндре выполняется полный рабочий процесс.

Рассмотрим работу поршневого компрессора на примере простейшего варианта с одним цилиндром и соответственно одним поршнем. Весь рабочий процесс можно разделить на две части: фаза всасывания и фаза нагнетания.

clip_image001.jpg" o:title="Поршневой"/>

Рисунок 1. Принцип работы поршневого холодильного компрессора: а) – процесс всасывания, б) – процесс нагнетания

 

Процесс всасывания поршневого компрессора.  

При движении поршня (3) вниз от крайней верхней точки, в рабочей зоне (8) создается разряжение за счет увеличения объема полости цилиндра. И как только давление в рабочей области цилиндра (8) станет ниже давления в полости всасывания (11), всасывающий клапан (12) открывается, и пары хладагента из испарителя попадают в цилиндр (4).

Процесс нагнетания поршневого компрессора.

При движении поршня (3) вверх от крайней нижней точки, в рабочей зоне (8) давление растет, за счет уменьшения объема полости цилиндра (8) и сжатия паров хладагента. При увеличении давления всасывающий клапан закрывается, и как только давление в рабочей зоне (8) становится выше, чем в области нагнетания (7), нагнетательный клапан (1) открывается и газ поступает в конденсатор. В рабочем процессе поршневого компрессора невозможно полностью использовать весь объем цилиндра. Остается минимальное расстояние между поршнем в крайней верхней точке и крышкой цилиндра (10). Это пространство является вредным, за счет него образуются лишние потери в работе компрессора.

Так, при обратном ходе поршня, оставшаяся часть паров хладагента расширяется до давления в области всасывания (9), только после этого открывается всасывающий клапан (12). Рабочий процесс повторяется.

 

Устройство поршневого холодильного компрессора

Рассмотрим устройство холодильного поршневого компрессора на примере шестицилиндрового полугерметичного компрессора фирмы Bitzer. Основные элементы конструкции поршневого компрессора показаны на рисунке 2.

clip_image002.jpg" o:title="устройство поршневого компрессора"/>

Рисунок 2. Устройство поршневого холодильного компрессора

 

Большое внимание при работе поршневого компрессора уделяется его системе смазки. Смазывание рабочих, трущихся частей компрессора необходимо чтобы уменьшить их износ и увеличить срок службы поршневого компрессора. В зависимости от конструкции, смазка поршневого компрессора осуществляется методом разбрызгивания и с помощью встроенного масленого насоса.

 

Конструкция поршневого холодильного компрессора.

Поршневые компрессоры могут быть герметичными и полугерметичными, конструктивно размещаясь в одном корпусе с электродвигателем, и полугерметичными открытого типа, зацепляясь с электродвигателем через муфту или другую передачу. Преимуществом полугерметичных поршневых компрессоров перед герметичными является возможность в случае поломки разобрать его и заменить поврежденные детали, не меняя целиком компрессор.

 

Производительность поршневых компрессоров может регулироваться с помощью частотных преобразователей, изменяя скорость вращения вала компрессора. Кроме этого полугерметичные компрессоры могут менять производительность с помощью системы электромагнитных клапанов, позволяющих закрывать часть всасывающих клапанов или перепускать газ.

 

На сегодняшний день на рынке холодильной техники в России, и в Челябинске в частности, представлены такие производители поршневых компрессоров, как Bock, Bitzer, Frascold, Copeland, Maneurop, Aspera, L’Unite Hermetique. К сожалению, среди них нет пока ни одного российского производителя.

Устройство компрессора холодильника

Автор Ангелина На чтение 5 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано

Несмотря на то что в наши дни моделей холодильников очень много, все они имеют однообразную структуру и наделены аналогичным функционалом. Львиную долю работы выполняет компрессор: сжимает и перемещает пары хладагента (фреона) до конденсатора, где они превращаются в жидкость, а дальше — в испарителе — эта жидкость закипает и становится газом.

Таким способом происходит охлаждение окружающего пространства, и этот цикл никогда не прекращается и не останавливается, пока идёт подача электроэнергии. Давайте детальнее рассмотрим образование холода, разобравшись в устройстве компрессора современных холодильников.

Типы оборудования

Хотя сегодня рынок предлагает множество различных моделей холодильного оборудования, их конструкция довольно однотипна. Ниже приведена полная классификация возможного устройства компрессоров современных холодильников.

Динамические конструкции представляют центробежные и осевые компрессоры.

Объёмные конструкции состоят из компрессоров также двух видов: поршневых (поступательных и с коленчатым валом) и ротативных (однороторных и двухроторных).

При всём разнообразии компрессоров в современных холодильниках используются обычно поршневые и осевые

Если с двухроторными всё просто, то однородные подразделяются на такие виды:

  • с катящимся мотором;
  • пластинчатые;
  • спиральные;
  • роторно-поршневые или трохоидные.

Несмотря на разнообразие типов оборудования чаще всего устройство компрессора современного холодильника использует поршневой или осевой принцип работы.

Конструкции динамические

Здесь основную работу выполняет вентилятор и его лопасти. В одном случае создаётся давление, которое направляется в нужную сторону. Во втором задействован принцип центробежной силы, благодаря чему тела стремятся покинуть свою орбиту, двигаясь не по кругу, а по прямой.

Устройство динамических компрессоров холодильников имеет фактически только один недостаток: они не способны выдавать коэффициенты сжатия больших размеров. Но их неоспоримым плюсом является простота, надёжность и долговечность конструкции.

Разборка компрессора требует определённого уровня знаний и навыков

Конструкции объёмные поршневые

В данном случае устройство компрессора современного холодильника основано на принципах, которые применены в одноцилиндровых двигателях внутреннего сгорания. В одном варианте используется коленчатый вал, а приводит его в действие расположенный рядом электродвигатель.

А вот если формирование импульсов проводится по инверторной схеме, шток с поршнем располагается в середине катушки, обмотанной проволокой.

Электрический ток заставляет эту систему производить поступательные движения, за счёт чего и осуществляется функционирование холодильного оборудования.

Устройство поршневых компрессоров холодильников, использующих принцип непрямоточного расположения поршней, широко используется в наше время, так как не имеет существенных недостатков. Это выгодно как производителям подобной продукции, так и ее потребителям.

Конструкции объёмные ротативные

Устройство компрессоров современных холодильников часто основано на использовании двухроторного принципа. Есть неравнозначные винтовые спиральные лопасти, ведущий ротор имеет несколько выступов со скругленными вершинами, а оба вала расположены в составном цилиндрическом корпусе. Конструкция устроена так, что они соприкасаются на протяжении всей длины, а вращение осуществляется навстречу друг другу.

Отверстия для забора и вывода фреона располагаются с противоположных сторон — по диагонали. Хладагент поступает в начале расположения роторов сверху корпуса, а сжатый газ уходит снизу — в конце спиралей.

Устройство объёмных ротативных компрессоров холодильника сделано так, что между роторными спиралями и корпусом нет зазора. При этом во время вращения порции воздуха, формируемые заборной камерой, расходятся в противоположные стороны, что приводит к их лёгкому захвату обоими валами.

Разные типы компрессоров подходят для разных условий использования

Конструктивная особенность в том, что на один ротор приходится на 50 % больше нагрузки, чем на второй: 4 против 6 порций воздуха. Вращение лопастей в итоге приводит к сжатию (ударному давлению) хладагента и выбросу его наружу. Достичь таких же показателей в других случаях проблематично.

Ещё одним важным фактором, увеличивающим популярность ротативной технологии, является высокий КПД процесса. Поскольку полости роторов прилегают друг к другу герметично, а масло, находящееся между валами, уменьшает силу трения, между корпусом и спиралями благодаря поверхностному натяжению создаётся пробка.

После выполнения таких условий контролировать давление внутри системы становится довольно легко, а, значит, можно снижать скорость вращения лопастей и уменьшать потребляемую мощность. Кроме того, в такой ситуации не составит труда понизить технологические требования к качеству изготовления отдельных деталей и сборке в целом.

Преимущества роторных винтовых конструкций над поршневыми

Винтовое роторное устройство имеет два винтовых ротора, один из которых соединяется с двигателем. Сфера применения таких агрегатов достаточно широка благодаря высокой надёжности, экономичности и нетребовательности к материалам изготовления.

Итак, сильные стороны роторных винтовых конструкций:

  • постоянная скорость, с которой вращаются валы, независимо от текущего давления приводит к стабильной работе при любых условиях;
  • необходимый коэффициент сжатия достигается применением определённых деталей и надлежащего качества сборки;
  • конструктивные особенности делают винтовые роторные компрессоры долговечными;
  • есть возможность уменьшать или увеличивать производительность в любое время за счёт изменения скорости вращения роторов;
  • низкий уровень вибраций;
  • малошумная работа;
  • компактные размеры устройства.

Справедливости ради нужно отметить и недостаток, свойственный винтовым роторным компрессорам: относительно небольшой КПД, если фреон будет переходить из одного состояния в другое внутри корпуса. Проблема легко решается увеличением мощности, хотя при этом возрастает и расход электроэнергии.

Принцип работы современного компрессора на видео

Поскольку практически каждый вид компрессора холодильника имеет свои конструктивные особенности, определить победителя одновременно по всем параметрам невозможно. Нужно знать условия, в которых будет работать оборудование, и соотносить выгоду от полученных функциональных возможностей с затратами на использование выбранного технологического процесса.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Принципы работы поршневого холодильного компрессора | НПП «Холод»

05.02.2019

Идея поршневого компрессора, т.е.

машины, которая бы перегоняла сжатый под высоким давлением воздух, появилась еще в древности. Так, ручные меха, которые применялись при выплавке металлов, или участвующая в осаде крепостей катапульта считаются прообразами компрессора. Более близок по конструкции и назначению к поршневому компрессору поршневой насос, который немецкий физик Герике изобрел в конце XVII века. А еще через сто лет русский ученый Ползунов использовал в металлургической отрасли аппарат, который является «внуком» поршневого компрессора современного вида. С тех пор прошло более двух веков, конструкция аппарата улучшилась, появилось множество его модификаций и разновидностей, но принцип действия поршневых компрессоров оставался тем же. И именно простота устройства, ремонтопригодность и эффективность позволили поршневому компрессору использоваться все это время и даже конкурировать с более современной моделью компрессора – винтовым агрегатом.

 

Устройство поршневого холодильного компрессора

Поршневые компрессоры, работая с разными газами, применяются в различных отраслях промышленности, в т. ч. в холодильной, нефтегазовой, химической, машиностроении и текстильном производстве. В качестве холодильной техники поршневой компрессор может работать с фреонами, аммиаком или другим рабочим веществом (хладагентом) холодильных машин, однако, принимая во внимание преимущественное его использование в больших промышленных холодильных установках, наиболее распространены поршневые аммиачные компрессоры.

Конструкционно поршневой холодильный компрессор представляет собой цилиндр, в котором приводящийся в движение кривошипно-шатунным механизмом поршень совершает возвратно-поступательные движения, и при этом давление находящегося внутри вещества изменяется. В крышке цилиндра находятся нагнетательный и всасывающий клапаны, соединенные, соответственно, с конденсатором и испарителем. Устройство компрессоров поршневого типа таково, что они относятся к компрессорам объемного типа, т.е. перекачивает газ порциями, поэтому для компенсации пульсаций давлений вместе с поршневыми компрессорами используются ресиверы.

 

Принцип действия поршневых компрессоров и их основные разновидности

От испарителя в компрессор поступает жидкий хладагент, где благодаря действию поршня происходит сжатие (при этом повышаются давление и температура) рабочего вещества, поэтому в конденсатор выталкиваются уже очень горячий пар хладагента под очень большим давлением. Рабочее вещество попадает в компрессор и выходит из него благодаря впускному и выпускному клапанам, которые открываются и закрываются под действием давления газа.

Несмотря на простоту конструкции, нужно точно знать, какой поршневой холодильный компрессор следует купить для конкретного использования. Среди огромного разнообразия поршневых компрессоров в холодильной промышленности чаще всего используются такие модели:

  1. 1)     герметичные компрессоры: непредназначенные для ремонта, они имеют запаянный стальной корпус с электродвигателем внутри, охлаждаемым благодаря потоку всасываемого газа;
  2. 2)     полугерметичные компрессоры: в чугунном корпусе есть доступ к электродвигателю, охлаждаемому газообразным хладагентом;
  3. 3)     открытые компрессоры, в которых электродвигатель помещается вне корпуса.

Из этих трех видов поршневые аммиачные компрессоры, которые чаще всего используются на крупных производствах, имеют именно открытую конструкцию. Цена поршневого холодильного компрессора еще зависит от расположения и количества цилиндров; также разные модификации компрессоров различаются по типу сжатия и принципу работы поршня.

 

НПП «Холод»: место, где можно купить поршневой холодильный компрессор и не только

Компания «Холод» реализует промышленные поршневые компрессоры от лучших производителей международного рынка промышленного холода. Совершив необходимые просчеты, наши специалисты подберут модель и производителя согласно любой ситуации и на любой бюджет. Также в НПП «Холод» можно совершить выбор льдогенератора и другой специализированной холодильной техники.

Устройство холодильного оборудования

Сведения об основных принципах устройства холодильного оборудования помогут Вам использовать его возможности наиболее полно, при этом сохранив его работоспособность на долгое время.

Устройство наибольшего количества холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются - компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (терморегулирующий вентиль или капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) и высокое давление, порядка 20-23 атм.

Охлаждение в холодильной машине обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре. Парообразный хладагент всасывается компрессором, и подается в конденсатор, давление хладагента повышается до 15-20 атм., а его температура повышается до 70-90?С.

Проходя через конденсатор, горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, т. е. переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо воздушным, либо с водяным охлаждением - в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно 4-7?С. При этом температура конденсации примерно на 10-20?С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается - часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости. Жидкость кипит в испарителе, забирая тепло у окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость в нем полностью улетучилась. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения - происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента, и в компрессор не попадает жидкость.

Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор - так называемого гидравлического удара - возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора. Для конденсаторов с воздушным охлаждением величина перегрева составляет 5-8?С. Перегретый пар выходит из испарителя, и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот. Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Опишем устройство отдельных агрегатов, узлов и деталей холодильного оборудования:

АГРЕГАТ

Холодильный агрегат состоит из следующих основных деталей и узлов: компрессора, ресивера, конденсатора, испарителя, терморегулирующего вентиля (ТРВ), осушительного патрона.

Компрессор

Холодильные агрегаты выпускаются на базе герметичных, экранированных, полугерметичных и сальниковых компрессоров. По своему конструктивному исполнению компрессоры, используемые в холодильных агрегатах, делятся на две основные категории: поршневые и ротационные, спиральные, винтовые.

Принципиальное отличие ротационных, спиральных и винтовых компрессоров от поршневых заключается в том, что всасывание и сжатие хладагента осуществляется не за счет возвратно-поступательного движения поршней в цилиндрах, а за счет вращательного движения пластин, спиралей и винтов.

В герметичных компрессорах электродвигатель и компрессор расположены в едином герметичном корпусе. Такие компрессоры широко используются в холодильных машинах малой и средней мощностей и в бытовых кондиционерах. Преимуществом герметичных агрегатов является их относительно невысокая стоимость и меньший уровень шума. Недостатком является невозможность ремонта компрессора даже при незначительных повреждениях, например, при выходе из строя клапана.

В экранированных компрессорах статор электродвигателя вынесен из фреономасляной среды. Агрегаты данного типа менее чувствительны к наличию влаги в холодильном контуре и, что немаловажно, позволяют все работы по монтажу и замене статора электродвигателя компрессора при его сгорании производить на месте эксплуатации, не нарушая герметичности всей системы.

В полугерметичных компрессорах электродвигатель и компрессор расположены в едином разборном корпусе. Эти компрессоры производятся различной мощности, что позволяет использовать их в агрегатах средней и большой мощности. Преимуществом является возможность ремонта и надежность в работе, недостатком - высокая по сравнению с герметичными компрессорами цена, повышенная шумность и необходимость технического обслуживания.

В сальниковых компрессорах электродвигатель расположен снаружи. Вал компрессора через сальники выведен за пределы корпуса и приводятся в движение электродвигателем с помощью ременной передачи. Такая конструкция способствует повышенной утечке хладагента через сальниковые уплотнения и требует регулярного технического обслуживания.

В настоящее время агрегаты на базе сальниковых компрессоров для торгового оборудования практически не выпускаются. Преимуществ в конструкциях с сальниковыми компрессорами на данный момент нет, ремонт подобных холодильных машин отличается невысокой надежностью.

Конденсатор

Конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, который передает тепловую энергию хладагента окружающей среде. В холодильных агрегатах для торгового оборудования чаще всего применяют конденсаторы воздушного охлаждения. По сравнению с конденсаторами водяного охлаждения, они экономичнее в работе и проще в эксплуатации.

Конденсатор может быть смонтирован на раме агрегата или быть установленным отдельно от него. Преимущество выносного конденсатора заключается в том, что он менее требователен к температуре воздуха в машинном отделении и практически не требует дополнительной вентиляции в машинном отделении.

Как правило, воздушный конденсатор для холодильных или морозильных камер устанавливается на открытом воздухе. Но, несмотря на преимущество выносного конденсатора, при работе холодильной установки в зимний период есть определенные проблемы:

  • возможность повреждения компрессора при пуске;
  • опасность попадания жидкого хладагента в компрессор;
  • обмерзание теплообменника при длительной работе;
  • уменьшение холодопроизводительности.

Для устранения этих причин используется дополнительный комплект автоматики: реле давления или регулятор скорости вращения электродвигателя, дифференциальный клапан, обратный клапан и регулятор давления конденсации.

Ресивер

Ресивер – резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель. В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины, а также для охлаждения газа и отделения капель масла и влаги.

Испаритель

Испаритель— это аппарат, в котором жидкий хладагент кипит при низком давлении, отводя тепло от охлаждаемых объектов (продуктов). Чем ниже давление, поддерживаемое в испарителе, тем ниже температура кипящего хладагента. Температуру кипения, как правило, поддерживают на 10—15°С ниже температуры воздуха в камере. Температура воздуха в камере зависит от вида охлаждаемого продукта. Испаритель может быть расположен непосредственно в охлаждаемом объеме (камере, шкафе) или находиться за его пределами.

В соответствии с этим по назначению различают испарители для непосредственного охлаждения среды и испарители для охлаждения промежуточного хладоносителя (вода, рассол, воздух, и др.). Конструкция испарителя зависит от вида охлаждающей среды, необходимой холодопроизводительности, свойств самого хладагента. Как правило, это пластинчатые теплообменники с медными или алюминиевыми трубками и ребрами из алюминия, меди или оцинкованной стали.

Терморегулирующий вентиль

Терморегулирующий вентиль (ТРВ)устанавливается в магистраль нагнетания перед испарителем и обеспечивает заполнение испарителя жидким хладагентом в оптимальных пределах. Избыток хладагента в испарителе может привести попаданию в компрессор жидкой фазы хладагента, что приведёт к поломке компрессора. Недостаток хладагента в испарителе резко снижает эффективность работы испарителя.

Осушительный патрон

Осушительные патроны предназначены для очистки циркулирующего по системе холодильного агрегата хладагента от механических частиц и влаги. Часто осушительные патроны используют для понижения кислотности среды внутри системы холодильного агрегата. Осушительные патроны могут устанавливаться как на магистрали нагнетания, так и на стороне всасывания.

ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЬ

Воздухоохладитель - аппарат для охлаждения воздуха внутри охлаждаемого объема. Состоит из испарителя и вентилятора (вентиляторов). Вентилятор прогоняет охлаждаемый воздух через испаритель и направляет на охлаждаемые продукты.

МОНОБЛОК

Машина холодильная моноблочная (моноблок) предназначена для создания искусственного холода в торговом холодильном оборудовании. Особенностью моноблока является то, что он не требует монтажа отдельных узлов на месте эксплуатации, а просто монтируется на холодильной камере. В отличие от сплит-систем, моноблок обладает меньшей стоимостью при одинаковых параметрах.

ТЕРМОСТАТ

Это устройство для отключения и включения компрессора, с целью поддержания определенной температуры в охлаждаемом объеме. Электронные термостаты основаны на принципе термопары, где электронное устройство - в зависимости от сопротивления температурного датчика - управляет временем работы компрессора.

Электромеханические термостаты работают на принципе расширения сильфонной гармошки, заполненной хладагентом. При охлаждении давление внутри сильфона понижается, сильфонная гармошка сжимается и контакты, через которые питается компрессор, размыкаются. При нагревании все происходит в обратной последовательности.

ХЛАДАГЕНТЫ

Хладагенты — это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур.

Хладон-12 (R-12)имеет химическую формулу CHF2C12 (дифтордихлорметан). Он представляет собой газообразное бесцветное вещество со слабым специфическим запахом, который начинает ощущаться при объемном содержании его паров в воздухе свыше 20%. Хладон-12 обладает хорошими термодинамическими свойствами

Хладон-22 (R-22), или дифтормонохлорметан (CHF2C1), так же как и хладон-12, обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами. Отличается он более низкой температурой кипения и более высокой теплотой парообразования. Объемная холодопроизводительность Хладона-22 примерно в 1,6 раза больше, чем Хладона-12.

Знакомство c устройством и работой холодильных установок

Сегодня в охлаждении нуждается огромное количество продуктов, а еще без холода невозможно реализовать многие технологические процессы. То есть с необходимостью применения холодильных установок мы сталкиваемся в быту, в торговле, на производстве. Далеко не всегда удается использовать естественное охлаждение, ведь оно сможет понизить температуру лишь до параметров окружающего воздуха.

На выручку приходят холодильные установки. Их действие основано на реализации несложных физических процессов испарения и конденсации. К преимуществам машинного охлаждения относится поддержание в автоматическом порядке постоянных низких температур, оптимальных для определенного вида продукта. Также немаловажными являются незначительные удельные эксплуатационные, ремонтные затраты и расходы на своевременное техническое обслуживание.

Как работает холодильная машина

Для получения холода используется свойство холодильного агента корректировать собственную температуру кипения при изменении давления. Чтобы превратить жидкость в пар, к ней подводится определенное количество теплоты. Аналогично конденсация парообразной среды наблюдается при отборе тепла. На этих простых правилах и основывается принцип работы холодильной установки.

Это оборудование включает в себя четыре узла:
  • компрессор
  • конденсатор
  • терморегулирующий вентиль
  • испаритель

Между собой все эти узлы соединяются в замкнутый технологический цикл при помощи трубопроводной обвязки. По этому контуру подается холодильный агент. Это вещество, наделенное способностью кипеть при низких отрицательных температурах. Этот параметр зависит от давления парообразного хладагента в трубках испарителя. Более низкое давление соответствует низкой температуре кипения. Процесс парообразования будет сопровождаться отнятием тепла от той окружающей среды, в которую помещено теплообменное оборудование, что сопровождается ее охлаждением.

При кипении образуются пары хладагента. Они поступают на линию всасывания компрессора, сжимаются им и поступают в теплообменник-конденсатор. Степень сжатия зависит от температуры конденсации. В данном технологическом процессе наблюдается повышение температуры и давления рабочего продукта. Компрессором создают такие выходные параметры, при которых становится возможным переход пара в жидкую среду. Существуют специальные таблицы и диаграммы для определения давления, соответствующего определенной температуре. Это относится к процессу кипения и конденсации паров рабочей среды.

Конденсатор – это теплообменник, в котором горячие пары хладагента охлаждаются до температуры конденсации и переходят из пара в жидкость. Это происходит путем отбора от теплообменника тепла окружающим воздухом. Процесс реализуется при помощи естественной или же искусственной вентиляции. Второй вариант зачастую применяется в промышленных холодильных машинах.

После конденсатора жидкая рабочая среда поступает в терморегулирующий вентиль (дроссель). При его срабатывании давление и температура понижается рабочих параметров испарителя. Технологический процесс вновь идет по кругу. Чтобы получить холод необходимо подобрать температуру кипения хладагента, ниже параметров охлаждаемой среды.

На рисунке представлена схема простейшей установки, рассмотрев которую можно наглядно представить принцип работы холодильной машины. Из обозначений:
  • «И» — испаритель
  • «К» -компрессор
  • «КС» — конденсатор
  • «Д» — дроссельный вентиль

Стрелочками указано направление технологического процесса.

Помимо перечисленных основных узлов, холодильная машина оснащается приборами автоматики, фильтрами, осушителями и иными устройствами. Благодаря им установка максимально автоматизируется, обеспечивая эффективную работу с минимальным контролем со стороны человека.

В качестве холодильного агента сегодня в основном используются различные фреоны. Часть из них постепенно выводится из употребления ввиду негативного воздействия на окружающую среду. Доказано, что некоторые фреоны разрушают озоновый слой. Им на смену пришли новые, безопасные продукты, такие как R134а, R417а и пропан. Аммиак применяется лишь в масштабных промышленных установках.

Теоретический и реальный цикл холодильной установки

На этом рисунке представлен теоретический цикл простейшей холодильной установки. Видно, что в испарителе происходит не только непосредственно испарение, но и перегрев пара. А в конденсаторе пар превращается в жидкость и несколько переохлаждается. Это необходимо в целях повышения энергоэффективности технологического процесса.

Левая часть кривой – это жидкость в состоянии насыщения, а правая – насыщенный пар. То, что между ними – паро-жидкостная смесь. На линии D-A` происходит изменение теплосодержания холодильного агента, сопровождающееся выделением тепла. А вот отрезок В-С` наоборот, указывает на выделение холода в процессе кипения рабочей среды в трубках испарителя.

Реальный рабочий цикл отличается от теоретического ввиду наличия потерь давления на трубопроводной обвязке компрессора, а также на его клапанах.

Чтобы компенсировать данные потери работа сжатия должна быть увеличена, что снизит эффективности цикла. Данный параметр определяется отношением холодильной мощности, выделяемой в испарителе к мощности, потребляемой компрессором и электрической сети. Эффективность работы установки – это сравнительный параметр. Он не указывает непосредственно на производительность холодильника. Если данный параметр 3,3, это будет указывать, что на единицу электроэнергии, потребляемой установкой, приходится 3,3 единицы произведенного ею холода. Чем больше этот показатель, тем выше эффективность установки.

Описание принципа работы холодильной установки

Обычному человеку, как правило, нет необходимости разбираться в принципе действия холодильной машины, для него важен результат. Результатом работы холодильной установки является: охлажденные продукты – от замороженных овощей, до мясо-молочной продукции или например охлажденный воздух, если речь идет о сплит-системах.

Другое же дело, когда холодильные машины выходит из строя и для проведения ремонта холодильных установок требуется вызов специалиста. В данном случае уже было бы не плохо разбираться в принципе работы таких агрегатов. Хотя бы для того, чтобы понимать необходимость замены или ремонта составляющей холодильной машины.

Основное назначение холодильной установки – это забор тепла от охлаждаемого тела и перенос этого тепла или энергии другому объекту или телу. Для понимания процесса требуется уяснить простую вещь – если мы нагреваем или сжимаем тело, то мы сообщаем этому телу энергию (или тепло), охлаждая и расширяя, мы отбираем энергию. Это основной принцип, на основе которого и построен перенос тепла.

В холодильной машине для переноса тепла применяются хладагенты – рабочие вещества холодильной машины, которые при кипении и в процессе изотермического расширения отнимают теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передают её охлаждающей среде за счёт конденсации

Холодильный компрессор 1 отсасывает газообразный хладагент – фреон из испарителей 3, сжимает его и нагнетает в конденсатор 2. В конденсаторе 2 фреон конденсируется и переходит в жидкое состояние. Из конденсатора 2 жидкий хладагент попадает в ресивер 4, где происходит его накопление. Ресивер оснащен запорными вентилями 19 на входе и выходе. Из ресивера хладагент поступает в фильтр-осушитель 9, где происходит удаление остатков влаги, примесей и загрязнений, после этого проходит через смотровое стекло с индикатором влажности 12, соленоидный вентиль 7 и дросселируется терморегулирующим вентилем 17 в испаритель 3.

В испарителе хладагент кипит, забирая тепло от объекта охлаждения. Пары хладагента из испарителя через фильтр на всасывающей магистрали 11, где они отчищаются от загрязнений, и отделитель жидкости 5 поступают в компрессор 1. Затем цикл работы холодильной установки повторяется.

Отделитель жидкости 5 предотвращает попадание жидкого хладагента в компрессор. Для обеспечения гарантированного возврата масла в картер компрессора, на выходе из компрессора устанавливаться маслоотделитель 6. При этом масло через запорный вентиль 24, фильтр 10 и смотровое стекло 13 по линии возврата – поступает в компрессор.

Виброизоляторы 25, 26 на всасывающей и нагнетательной магистралях гасят вибрации при работе компрессора и препятствуют их распространению по холодильному контуру.

Компрессор оснащён картерным нагревателем 21 и двумя запорными вентилями 20. Картерный нагреватель 21 выпаривает хладагент из масла, предотвращая конденсацию хладагента в картере компрессора во время его стоянки и поддержания заданной температуры масла.

В холодильных машинах с полугерметичными поршневыми компрессорами, у которых в системе смазки установлен масляный насос, используется реле контроля давления масла 18. Задача этого реле – отключить компрессор в случае снижения давления масла в системе смазки.

В случае установки агрегата на улице он должен быть дополнительно укомплектован гидравлическим регулятором давления конденсации, для обеспечения стабильной работы в зимних условиях и поддержания необходимого давления конденсации в холодное время года.

Реле высокого давления 14 управляют включением/выключением вентиляторов конденсатора, для поддержания необходимого давления. Реле низкого давления 15 управляет включением/выключением компрессора.

Аварийное реле высокого и низкого давлений 16 предназначено для аварийного отключения компрессора в случае пониженного или повышенного давления.


Холодильный компрессор


Компрессор, или как в нашем случае холодильный компрессор, важнейшая часть современного холодильного оборудования, например, парокомпрессионных холодильных установок, по сути это «сердце» холодильной машины. Поэтому очень важно понимать, что это такое и как он устроен. Компрессор холодильный, как устройство, очень распространен. Область применения и использования компрессоров огромна. Везде, где требуется сжатие или подача веществ под давлением, без компрессора не обойтись. Холодильные компрессорыизготавливается, согласно самым высоким требованиям герметичности, так как предназначены для сжатия и передачи паров специального вещества в холодильных установках. Это специальное рабочее вещество называется холодильным агентом, в дальнейшем будем упоминать как хладагент.

Основные хладагенты, которые приненяются в холодильных компрессорах:

- аммиак,

- диоксид серы (еще известен как сернистый ангидрид),

- такие углеводороды как метан.

Предназначение холодильного компрессора

Задача холодильного компрессора в холодильном агрегате заключается в отсасывании паров хладагента из испарителя холодильного агрегата, сжатия, и подачи их под давлением в конденсатор холодильной парокомпрессионной машины.

Холодопроизводительность компрессора

Одной из главных характеристик холодильного компрессора является такой показатель как холодопроизводительность. Она определяется количеством теплоты, которое необходимо для испарения 1 кг холодильного агента за единицу времени, при заданной температуре кипения и конденсации хладагента. При рабочих условиях эта характеристика называется рабочая холодопроизводительность, а при расчетных или сравнительных температурах - номинальная холодопроизводительность. Современные холодильные машины имеют величины холодопроизводительности от сотен ватт до десятков мегаватт.

Основные типы холодильных компрессоров:

-Поршневые холодильные компрессоры как видно из названия, выделяются наличием поршневой группы (до 12 поршней). Такие компрессоры наиболее часто применяются для малой холодильной техники (системы кондиционирования воздуха, бытовые и торговые холодильники).

-Винтовые (роторные) холодильные компрессоры, при примерно одинаковых габаритах, более холодопроизводительны чем поршневые,.

-Ротационные холодильные компрессоры нашли применение, преимущественно, в бытовых системах кондиционирования воздуха. Их можно разделить на пластинчатые компрессоры и компрессоры с катящимся ротором.

-Спиральные холодильные компрессоры применяют в холодильном оборудовании для пищевой промышленности, а также, и в основном, в кондиционировании. Спиральные компрессоры различные модификации в зависимости от критериев классификации: маслозаполненные, с впрыском хладагента, сухого сжатия; одно- и двухступенчатые; герметичные, бессальниковые, сальниковые; с эвольвентными спиралями, со спиралями Архимеда, с кусочно-окружными спиралями; вертикальные и горизонтальные.

-Холодильные турбокомпрессоры (центробежные холодильные компрессоры)используют, главным образом, для больших систем кондиционирования воздуха.

История изобретения холодильного компрессора

История современных парокомпрессионных холодильных машин начинается, как принято считать, 14 августа 1834 года, когда английский изобретатель Джекоб Перкинс (Jacob Perkins) получил первый патент на цикл охлаждения-сжатия пара под названием «Приборы и средства для производства льда, с помощью охлаждающих жидкостей». Но подобная идея пришла еще раньше, в 1805 году, в голову американского изобретателя Оливера Эванса (Oliver Evans), но так и не сумевшего воплотить идею в жизнь. А Перкинс построил первую парокомпрессионную машину, которая использовала в качестве хладагента - эфир. Еще одним из «отцов» холодильных машин считается немец Карл фон Линде (Carl Paul von Linde), один из учителей знаменитого Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel). Общество холодильных машин было создано им в Висбадене, еще в 1879 году. Считается, что построенная им аммиачная парокомпрессионная холодильная машина, и положила начало холодильному машиностроению. Первые холодильные машины Линде заказала знаменитая ирландская пивоварня Guinness.

Современные производители компрессоров для холодильных установок

Сегодня наиболее авторитетные и известные марки в сфере производства холодильных компрессоров - это ведущие мировые бренды: -Copeland, корпорации Emerson Climate Technologies; -Bitzer, немецкой компании Bitzer SE. Также известны и распространены холодильные компрессоры компаний: -датской Danfoss, и Maneurope в том числе; -итальянских Dorin (Officine Mario Dorin) и Frascold; -немецкой Bock(Bock Kaltemaschinen GmbH).


Компрессор - это механизм, который позволяет сжимать и передавать под давлением газообразные вещества. Это может быть любой газ, воздух, хладагент в состоянии пара и прочее.

Компрессор >>    

Поршневой холодильный компрессор - это один из наиболее распространенных компрессоров для холодильных установок.

Поршневой компрессор >>    

Винтовой (роторный) холодильный компрессор представляет собой механизм с винтовыми роторами, для сжатия и подачи паров холодильного агента в холодильных машинах.

Винтовой компрессор >>    

Спиральный холодильный компрессор это устройство, где сжатие газа происходит при помощи спиралей.

Спиральный компрессор >>    

Руководство по выбору холодильных компрессоров и компрессоров кондиционирования воздуха

Холодильные компрессоры и компрессоры для кондиционирования воздуха обеспечивают кондиционирование воздуха, перекачку тепла и охлаждение для крупных объектов и оборудования. Они используют сжатие для повышения температуры газа низкого давления, а также для удаления пара из испарителя. Большинство холодильных компрессоров (компрессоров хладагента) представляют собой большие механические агрегаты, которые составляют основу промышленных систем охлаждения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).Многие компрессоры для кондиционирования воздуха также являются крупногабаритными механическими устройствами; однако эти компрессоры разработаны специально для систем кондиционирования воздуха и не обеспечивают функций обогрева или вентиляции.

Компрессоры хладагента работают за счет всасывания газа низкого давления на входе и его механического сжатия. Компрессоры отличает разные типы механизмов сжатия (обсуждаемые ниже). Это сжатие создает высокотемпературный газ под высоким давлением - важный этап в общем холодильном цикле.

Холодильный цикл

Холодильный цикл или цикл теплового насоса - это модель, описывающая перенос тепла из областей с более низкой температурой в области с более высокой температурой. Он определяет принципы работы холодильников, кондиционеров, обогревателей и других «тепловых насосов».

Эта диаграмма представляет собой визуальный обзор холодильного цикла:

Буквы A – D обозначают различные компоненты системы.Цифры 1-5 указывают на различные физические состояния хладагента при его движении по системе.

  • Состояние 1 - это состояние после прохождения хладагента через испаритель (D), где теплый воздух нагревает жидкость и полностью превращает ее в пар.

  • Состояние 2 - это состояние после прохождения жидкости через компрессор (A), который увеличивает давление и температуру жидкости до уровней перегрева.

  • Состояния 3 и 4 - это когда жидкость проходит через испаритель (B), который передает тепло в окружающую среду и конденсирует жидкость в жидкость.

  • Состояние 5 - это состояние после прохождения жидкости через расширительный клапан или дозирующее устройство (C), которое снижает давление жидкости. Это охлаждает жидкость и впоследствии превращает жидкость в смесь жидкость / пар.

Это видео дает дальнейшее объяснение холодильного цикла:

Видео предоставлено: Learn Engineering / CC BY-SA 4.0

Диаграммы температура-энтропия и давление-энтальпия часто используются для построения и описания этих систем. Они определяют свойства жидкости на разных этапах системы.

На приведенной ниже диаграмме показана энтропия температуры в типичном холодильном цикле:

На следующей диаграмме показано давление-энтропия типичного холодильного цикла:

Типы компрессоров

Есть несколько различных типов компрессоров, используемых для охлаждения и кондиционирования воздуха.Как и насосы, все «тепловые насосы» сначала можно отнести к категории поршневых или непрямых (центробежных). Компрессоры прямого вытеснения имеют камеры, объем которых уменьшается во время сжатия, в то время как компрессоры непрямого вытеснения имеют камеры фиксированного объема. Помимо этого различия, каждый тип отличается в зависимости от своего конкретного механизма сжатия жидкости. Пять основных типов компрессоров: поршневые, роторные, винтовые, спиральные и центробежные.

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры, также называемые поршневыми компрессорами, используют поршневую и цилиндровую компоновку для обеспечения сжимающей силы, как в двигателях внутреннего сгорания или поршневых насосах.Возвратно-поступательное движение поршня из-за внешней силы сжимает хладагент внутри цилиндра. Поршневые компрессоры имеют низкую начальную стоимость и простую и удобную в установке конструкцию. Они имеют большой диапазон выходной мощности и могут достигать чрезвычайно высокого давления. Однако они имеют высокие затраты на техническое обслуживание, потенциальные проблемы с вибрацией и, как правило, не предназначены для непрерывной работы на полной мощности.

Роторные компрессоры

Роторные компрессоры имеют два вращающихся элемента, например шестерни, между которыми сжимается хладагент.Эти компрессоры очень эффективны, потому что всасывание хладагента и сжатие хладагента происходят одновременно. У них очень мало движущихся частей, низкие скорости вращения, низкие начальные затраты и затраты на техническое обслуживание, и они легко справляются с работой в грязной среде. Однако они ограничены меньшими объемами газа и производят меньшее давление, чем другие типы компрессоров.

На следующей схеме показана работа пластинчато-роторного компрессора.

Винтовые компрессоры

В винтовых компрессорах

используется пара винтовых роторов или винтов, которые сцепляются вместе для сжатия хладагента между ними.Они могут создавать высокое давление для небольшого количества газа и потреблять меньше энергии, чем поршневые компрессоры. У них низкие или средние начальные затраты и затраты на техническое обслуживание, а также небольшое количество движущихся частей. Однако они испытывают трудности в грязной среде, имеют высокие скорости вращения и более короткий срок службы, чем другие конструкции.

Спиральные компрессоры

В спиральных компрессорах

используются два смещенных спиральных диска, вложенных вместе для сжатия хладагента.Верхний диск неподвижен, а нижний диск движется по орбите. Спиральные компрессоры - это тихие, плавно работающие агрегаты с небольшим количеством движущихся частей и самым высоким коэффициентом полезного действия среди всех типов компрессоров. Они также более гибкие при работе с хладагентами в жидкости. Однако спиральные компрессоры, будучи полностью герметичными, не подлежат ремонту. Они также обычно не могут вращаться в обоих направлениях. Спиральные компрессоры обычно используются в автомобильных системах кондиционирования воздуха и коммерческих чиллерах.

Центробежные компрессоры

Центробежные компрессоры используют вращающееся действие крыльчатки для приложения центробежной силы к хладагенту внутри круглой камеры (спиральной камеры). В отличие от других конструкций, центробежные компрессоры не работают по принципу прямого вытеснения, а имеют камеры фиксированного объема.Они хорошо подходят для сжатия больших объемов хладагента до относительно низкого давления. Сжимающая сила, создаваемая рабочим колесом, невелика, поэтому в системах, в которых используются центробежные компрессоры, обычно используются две или более ступеней (рабочие колеса) последовательно, для создания высоких сжимающих усилий. Центробежные компрессоры желательны из-за их простой конструкции, небольшого количества движущихся частей и энергоэффективности при работе в несколько ступеней.

Хладагенты

Обычно компрессоры предназначены для работы с определенным типом хладагента.Для выбора подходящего холодильного компрессора или компрессора кондиционера необходимо найти компрессор, рассчитанный на требуемый хладагент для данной области применения. Хладагентам присвоены названия, такие как R-13 или R-134a, от Американского общества инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE). Идеальные хладагенты обладают благоприятными термодинамическими свойствами и являются химически инертными (некоррозионными), экологически чистыми (разлагаемыми) и безопасными (нетоксичными, негорючими). Желаемая жидкость должна иметь точку кипения несколько ниже целевой температуры, высокую теплоту испарения, умеренную плотность жидкости, высокую плотность газа и высокую критическую температуру.

Технические характеристики

При выборе компрессора необходимо учитывать ряд технических характеристик. К ним относятся производительность, температура конденсации, температура кипения, расход и мощность.

Таблицы, подобные этой, предоставлены производителем компрессора, что позволяет инженерам правильно выполнить эти настройки один раз в системе:

Таблица Кредит: Carlyle Compressor Company

  • Производительность (БТЕ / час) измеряет способность компрессора хладагента отводить тепло от газообразного хладагента.Номинальная мощность основана на стандартном наборе условий, который включает температуру конденсации (CT), температуру испарения (ET), хладагент и число оборотов двигателя в минуту (об / мин). Как правило, холодильные компрессоры и компрессоры кондиционирования воздуха могут работать при многих различных значениях этих параметров с соответствующими изменениями их холодопроизводительности. После использования компрессоры можно настраивать и настраивать на желаемую производительность и рабочие условия.

  • Температура конденсации - это диапазон температур конденсации, в котором компрессор рассчитан на работу.

  • Температура кипения - это диапазон температур испарения, в котором компрессор рассчитан на работу.

  • Скорость потока - это скорость (по массе), с которой жидкость проходит через компрессор, измеряется в фунтах в час (фунт / час) или килограммах в час (кг / час).

  • Мощность (Вт) - это входная мощность, необходимая для работы двигателя компрессора в определенной рабочей точке.

Холодильные компрессоры и компрессоры кондиционирования воздуха также имеют спецификации источников питания, определяемые напряжением / частотой / фазой.Обычные варианты: 12 В постоянного тока и 24 В постоянного тока, а также 115/60/1, 230/50/1, 208-230 / 60/1, 208-230 / 60/3, 380/50/3, 460/60 / 3 и 575/60/3.

Характеристики

Холодильные компрессоры и компрессоры для кондиционирования воздуха могут включать ряд функций, которые могут быть важны для определенных применений.

  • Термическое отключение - компрессор оснащен элементами управления, которые отключают компрессор при высоких температурах, чтобы предотвратить его перегрев.Они также могут обеспечить перезапуск после того, как компрессор остынет ниже определенной температуры.

  • Уплотнение - описывает расположение компрессора и моторного привода относительно сжимаемого газа или пара. Герметичные компрессоры не позволяют газу выходить из системы. Компрессоры бывают трех типов: открытые, герметичные и полугерметичные.

    • Открытые типы имеют отдельный корпус для компрессора и двигателя.Они полагаются на смазочный материал в системе, который разбрызгивает детали насоса и уплотнения. Если не эксплуатировать часто, из системы может происходить утечка рабочих газов. Открытые компрессоры могут приводиться в действие неэлектрическими источниками энергии, такими как двигатели внутреннего сгорания.

    • Герметичные типы уплотняют компрессор и двигатель вместе в одном корпусе. Эти компрессоры герметичны и могут простаивать в течение длительного времени, но не подлежат техническому обслуживанию или ремонту.

    • Полугерметичные типы также содержат двигатель и компрессор в одном корпусе, но вместо цельного корпуса они включают крышки с прокладками / болтами.Их можно снять для обслуживания и ремонта компрессора или двигателя.

  • Низкий уровень шума - работа компрессора производит меньше шума для приложений, где требуется тихая среда.

  • Легкий вес - компрессор имеет компактную конструкцию или изготовлен из материалов с низкой плотностью для систем охлаждения, требующих компонентов с малым весом.

  • Регулируемая скорость - компрессор имеет регулировку скорости для работы при различных рабочих расходах и условиях.

Стандарты

Стандарты, относящиеся к компрессорам охлаждения и кондиционирования воздуха, включают:

BS EN 13771-1 - Компрессоры и компрессорно-конденсаторные агрегаты для холодильного оборудования - Испытания производительности и методы испытаний - Часть 1: Компрессоры хладагента

DIN 51503-2 - Испытания смазочных материалов для холодильных компрессоров

ГОСТ 22502 - Агрегаты компрессорно-конденсаторные с герметичными холодильными компрессорами для торгового холодильного оборудования

.

Список литературы

Изображения

Bitzer US, Inc.| Руководство по кондиционированию и охлаждению | Кинан Пеппер (википедия)

Davey Compressor Company - Различные типы компрессоров


Ознакомьтесь с отзывами пользователей о холодильных компрессорах и компрессорах для кондиционирования воздуха

4 основных компонента цикла охлаждения

Мы все были там. Вы заходите внутрь в жаркий день, и вас милостиво встречает стена прохладного воздуха. Что ж, вам нужно поблагодарить цикл охлаждения за это облегчение.Хотя существуют десятки методов нагрева и охлаждения, основная функция остается той же и используется в той или иной форме в бесчисленных отраслях и процессах. Но как это работает? Этот пост ответит на этот вопрос, описав основные компоненты стандартного холодильного контура и функции каждого из них.

Проще говоря, задача холодильного цикла - поглощение тепла и отвод тепла. Любой инструктор по HVAC скажет вам (решительно), что нельзя сделать холодом, а можно просто отвести от тепла.Холодильный цикл, также называемый циклом теплового насоса, представляет собой средство отвода тепла от области, которую вы хотите охладить. Это достигается путем управления давлением рабочего хладагента (воздуха, воды, синтетических хладагентов и т. Д.) Посредством цикла сжатия и расширения.

Конечно, это не полная картина, но основная идея. Теперь перейдем к оборудованию, которое помогает выполнять эту работу. В большинстве циклов, безусловно, есть и другие компоненты, но большинство согласятся, что четыре основных элемента базового цикла следующие:

Компрессор

Компрессия - это первая ступень холодильного цикла, а компрессор - это часть оборудования, которая увеличивает давление рабочего газа.Хладагент входит в компрессор в виде газа низкого давления и низкой температуры и выходит из компрессора в виде газа высокого давления и высокой температуры.

Типы компрессоров

Компрессия может быть достигнута с помощью ряда различных механических процессов, поэтому сегодня в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и холодоснабжения используются несколько конструкций компрессоров. Существуют и другие примеры, но некоторые популярные варианты:

1. Компрессоры поршневые

2. Спиральные компрессоры

3.Ротационные компрессоры

Конденсатор

Конденсатор или змеевик конденсатора - это один из двух типов теплообменников, используемых в основном холодильном контуре. Этот компонент поставляется с высокотемпературным парообразным хладагентом под высоким давлением, выходящим из компрессора. Конденсатор отводит тепло от паров горячего пара хладагента до тех пор, пока они не перейдут в насыщенное жидкое состояние, также известное как конденсация.

После конденсации хладагент представляет собой жидкость под высоким давлением и низкой температурой, после чего он направляется к расширительному устройству контура.

Устройство расширения

Эти компоненты бывают разных конструкций. Популярные конфигурации включают фиксированные отверстия, термостатические расширительные клапаны (TXV) или тепловые расширительные клапаны (на фото выше), а также более совершенные электронные расширительные клапаны (EEV). Но независимо от конфигурации, работа расширительного устройства системы одинакова - создавать падение давления после того, как хладагент покидает конденсатор. Это падение давления приведет к быстрому кипению части этого хладагента, создавая двухфазную смесь.

Это быстрое изменение фазы называется миганием , , и оно помогает подключиться к следующему элементу оборудования в цепи, испарителю , для выполнения своей предполагаемой функции.

Испаритель

Испаритель является вторым теплообменником в стандартном холодильном контуре и, как и конденсатор, назван в честь его основной функции. Он служит «бизнес-концом» холодильного цикла, учитывая, что он выполняет то, что мы ожидаем от кондиционера, - поглощает тепло.

Это происходит, когда хладагент входит в испаритель в виде низкотемпературной жидкости под низким давлением, и вентилятор нагнетает воздух через ребра испарителя, охлаждая воздух, поглощая тепло из рассматриваемого пространства в хладагент.

После этого хладагент отправляется обратно в компрессор, где процесс возобновляется. Вот как вкратце работает холодильный контур. Если у вас есть вопросы о холодильном цикле или его компонентах, а также о том, как они работают, позвоните нам.Мы помогаем клиентам получить максимальную отдачу от их климатического и холодильного оборудования на протяжении почти 100 лет.

Не оставайтесь незамеченными, когда речь идет об информации о теплопередаче. Чтобы быть в курсе самых разных тем по этой теме, подпишитесь на The Super Blog, наш технический блог, Doctor's Orders и подпишитесь на нас в LinkedIn, Twitter и YouTube.

Общие сведения о компрессорах - типы, области применения и критерии выбора

Компрессоры - это механические устройства, используемые для повышения давления в различных сжимаемых жидкостях или газах, наиболее распространенным из которых является воздух.Компрессоры используются в промышленности для подачи воздуха в цех или КИП; к электроинструментам, краскораспылителям и абразивоструйному оборудованию; для фазового сдвига хладагентов для кондиционирования воздуха и охлаждения; для транспортировки газа по трубопроводам; и т. д. Как и насосы, компрессоры делятся на центробежные (динамические или кинетические) и поршневые; но там, где насосы преимущественно представлены центробежными разновидностями, компрессоры чаще бывают поршневого типа. Их размер может варьироваться от перчаточного ящика, который накачивает шины, до гигантских поршневых машин или турбокомпрессоров, используемых при обслуживании трубопроводов.Компрессоры прямого вытеснения можно разделить на возвратно-поступательные типы, в которых преобладает поршневой тип, и роторные типы, такие как винтовые и роторные.

Большой поршневой компрессор в газовой среде

Изображение предоставлено: нефтегазовый фотограф / Shutterstock.com

В этом руководстве мы будем использовать термины «компрессоры» и «воздушные компрессоры» для обозначения в основном воздушных компрессоров, а в некоторых особых случаях будем говорить о более конкретных газах, для которых используются компрессоры.

Типы воздушных компрессоров

Компрессоры

можно охарактеризовать по-разному, но обычно их можно разделить на типы в зависимости от функционального метода, используемого для выработки сжатого воздуха или газа. В следующих разделах мы кратко описываем и представляем общие типы компрессоров. Охватываемые типы включают:

  • Поршень
  • Диафрагма
  • Винт с цилиндрической головкой
  • Лопатка выдвижная
  • Свиток
  • Лепесток вращения
  • Центробежный
  • Осевой

Из-за особенностей конструкции компрессоров, существует также рынок для восстановления воздушных компрессоров, и восстановленные воздушные компрессоры могут быть доступны в качестве опции вместо недавно приобретенного компрессора.

Поршневые компрессоры

Поршневые компрессоры

или поршневые компрессоры основаны на возвратно-поступательном движении одного или нескольких поршней для сжатия газа внутри цилиндра (или цилиндров) и выпуска его через клапаны в приемные резервуары высокого давления. Во многих случаях бак и компрессор монтируются на общей раме или салазке как так называемый комплектный блок. В то время как основное применение поршневых компрессоров - обеспечение сжатым воздухом в качестве источника энергии, поршневые компрессоры также используются операторами трубопроводов для транспортировки природного газа.Поршневые компрессоры обычно выбираются по требуемому давлению (фунт / кв. Дюйм) и расходу (ст. Куб. Футов в минуту). Типичная система заводского воздуха обеспечивает сжатый воздух в диапазоне от 90 до 110 фунтов на квадратный дюйм с объемами от 30 до 2500 кубических футов в минуту; эти диапазоны, как правило, достигаются с помощью готовых коммерческих единиц. Системы заводского воздуха могут быть рассчитаны на единицу или могут быть основаны на нескольких более мелких установках, которые расположены по всему предприятию.

Пример поршневого воздушного компрессора.

Изображение предоставлено: Energy Machinery, Inc.

Для достижения более высокого давления воздуха, чем может обеспечить одноступенчатый компрессор, доступны двухступенчатые агрегаты. Сжатый воздух, поступающий во вторую ступень, обычно предварительно проходит через промежуточный охладитель, чтобы отвести часть тепла, выделяемого во время цикла первой ступени.

Говоря о нагреве, многие поршневые компрессоры предназначены для работы в пределах рабочего цикла, а не непрерывно. Такие циклы позволяют теплу, генерируемому во время работы, рассеиваться, во многих случаях, через ребра с воздушным охлаждением.

Поршневые компрессоры

доступны как в масляной, так и в безмасляной конструкции. Для некоторых применений, где требуется безмасляный воздух высочайшего качества, лучше подходят другие конструкции.

Мембранные компрессоры

Мембранный компрессор представляет собой несколько специализированную возвратно-поступательную конструкцию, в которой установлен концентрический двигатель, приводящий в движение гибкий диск, который попеременно расширяется и сжимает объем камеры сжатия. Как и в случае с диафрагменным насосом, привод изолирован от технологической жидкости гибким диском, что исключает возможность контакта смазки с каким-либо газом.Мембранные воздушные компрессоры - это машины с относительно небольшой производительностью, которые используются там, где требуется очень чистый воздух, например, во многих лабораторных и медицинских учреждениях.

Винтовые компрессоры

Винтовые компрессоры - это роторные компрессорные машины, известные своей способностью работать в 100% рабочем цикле, что делает их хорошим выбором для мобильных приложений, таких как строительство или дорожное строительство. Используя зубчатые, зацепляющиеся штыревые и охватывающие роторы, эти блоки втягивают газ на приводном конце, сжимают его, когда роторы образуют ячейку, и газ перемещается по их длине в осевом направлении, и выпускают сжатый газ через выпускное отверстие на неприводной стороне. корпуса компрессора.Ротационный винтовой компрессор делает его тише, чем поршневой компрессор, благодаря пониженной вибрации. Еще одно преимущество винтового компрессора перед поршневым - это отсутствие пульсации нагнетаемого воздуха. Эти агрегаты могут смазываться маслом или водой, или они могут быть спроектированы так, чтобы воздух не содержал масла. Эти конструкции могут удовлетворить потребности критически важных безмасляных сервисов.

Показанный винтовой компрессор в разрезе показывает один из двойных вращающихся в противоположных направлениях винта.

Изображение предоставлено: Сергей Рыжов / Shutterstock.ком

Пластинчатые компрессоры

Компрессор со скользящими лопастями основан на серии лопаток, установленных в роторе, которые перемещаются вдоль внутренней стенки эксцентриковой полости. Лопатки, вращаясь от стороны всасывания к стороне нагнетания эксцентриковой полости, уменьшают объем пространства, мимо которого они проносятся, сжимая газ, захваченный в этом пространстве. Лопатки скользят по масляной пленке, которая образуется на стенке эксцентриковой полости, обеспечивая уплотнение. Пластинчатые компрессоры нельзя использовать для подачи безмасляного воздуха, но они способны подавать сжатый воздух без пульсаций.Они также не допускают попадания загрязняющих веществ в окружающую среду благодаря использованию втулок, а не подшипников, и их относительно медленной работе по сравнению с винтовыми компрессорами. Они относительно тихие, надежные и способны работать со 100% -ным рабочим циклом. Некоторые источники утверждают, что роторно-пластинчатые компрессоры в основном вытеснили винтовые компрессоры в воздушных компрессорах. Они используются во многих безвоздушных применениях в нефтегазовой и других обрабатывающих отраслях.

Спиральные компрессоры

В спиральных воздушных компрессорах

используются стационарные и вращающиеся спирали, которые уменьшают объем пространства между ними, поскольку вращающиеся спирали отслеживают путь неподвижных спиралей.Впуск газа происходит на внешнем крае спиралей, а выпуск сжатого газа - ближе к центру. Поскольку спирали не соприкасаются, смазочное масло не требуется, что делает компрессор практически безмасляным. Однако, поскольку для отвода тепла сжатия не используется масло, как в других конструкциях, производительность спиральных компрессоров несколько ограничена. Они часто используются в компрессорах низкого уровня и компрессорах домашних систем кондиционирования воздуха.

Роторно-лопастные компрессоры

Роторные компрессоры - это крупногабаритные устройства низкого давления, которые более целесообразно классифицировать как воздуходувки.Чтобы узнать больше о воздуходувках, загрузите бесплатное руководство по покупке Thomas Blowers.

Центробежные компрессоры

В центробежных компрессорах используются высокоскоростные лопастные колеса, подобные насосу, которые сообщают газам скорость, вызывая повышение давления. В основном они используются в больших объемах, таких как коммерческие холодильные установки мощностью 100+ л.с. и на крупных перерабатывающих предприятиях, где они могут достигать 20 000 л.с. и обеспечивать объемы в диапазоне 200 000 куб. Футов в минуту. Почти идентичные по конструкции центробежным насосам, центробежные компрессоры увеличивают скорость газа, выбрасывая его наружу под действием вращающейся крыльчатки.Газ расширяется в улитке корпуса, где его скорость замедляется, а давление повышается.

Центробежные компрессоры имеют более низкую степень сжатия, чем поршневые компрессоры, но они обрабатывают большие объемы газа. Многие центробежные компрессоры используют несколько ступеней для улучшения степени сжатия. В этих многоступенчатых компрессорах газ обычно между ступенями проходит через промежуточные охладители.

Стандартный одноступенчатый центробежный компрессор подает большое количество сжатого воздуха.

Изображение предоставлено: wattana / Shutterstock.com

Осевые компрессоры

Осевой компрессор обеспечивает максимальный объем подаваемого воздуха, от 8000 до 13 миллионов кубических футов в минуту в промышленных машинах. В реактивных двигателях используются компрессоры такого типа для производства объемов в еще более широком диапазоне. Осевые компрессоры в большей степени, чем центробежные компрессоры, имеют тенденцию к многоступенчатой ​​конструкции из-за их относительно низких степеней сжатия. Как и в центробежных установках, осевые компрессоры увеличивают давление, сначала увеличивая скорость газа.Затем осевые компрессоры замедляют газ, пропуская его через изогнутые неподвижные лопасти, что увеличивает его давление.

Внутренний вид осевого компрессора с неподвижными и подвижными лопатками.

Изображение предоставлено: Vasyl S / Shutterstock.com

Варианты питания и топлива

Воздушные компрессоры могут иметь электрическое питание, обычно это воздушные компрессоры на 12 В постоянного тока или воздушные компрессоры на 24 В постоянного тока. Также доступны компрессоры, которые работают от стандартных уровней переменного напряжения, таких как 120 В, 220 В или 440 В.

Варианты альтернативного топлива включают воздушные компрессоры, которые работают от двигателя, работающего от горючего источника топлива, такого как бензин или дизельное топливо. Как правило, компрессоры с электрическим приводом желательны в случаях, когда важно устранить выхлопные газы или обеспечить работу в условиях, когда использование или присутствие горючего топлива нежелательно. Соображения по поводу шума также играют роль при выборе варианта топлива, поскольку воздушные компрессоры с электрическим приводом, как правило, демонстрируют более низкий уровень акустического шума по сравнению с их аналогами с приводом от двигателя.

Кроме того, некоторые воздушные компрессоры могут иметь гидравлический привод, что также позволяет избежать использования источников горючего топлива и связанных с этим проблем с выхлопными газами.

Выбор компрессорной машины в промышленных условиях

При выборе воздушных компрессоров для общего использования в мастерских выбор обычно сводится к поршневому компрессору или винтовой компрессор. Поршневые компрессоры обычно дешевле винтовых, требуют менее сложного обслуживания и хорошо выдерживают грязные рабочие условия.Однако они намного шумнее, чем винтовые компрессоры, и более подвержены попаданию масла в систему подачи сжатого воздуха, явление, известное как «унос». Поскольку поршневые компрессоры при работе выделяют много тепла, их размеры должны соответствовать рабочему циклу - практическое правило предписывает 25% покоя и 75% работы. Радиально-винтовые компрессоры могут работать 100% времени и почти предпочитают это. Однако потенциальная проблема с винтовыми компрессорами заключается в том, что увеличение их размера с целью увеличения его мощности может привести к проблемам, поскольку они не особенно подходят для частого запуска и остановки.Тесный допуск между роторами означает, что компрессор должен оставаться при рабочей температуре для достижения эффективного сжатия. При выборе размера нужно уделять больше внимания использованию воздуха; Поршневой компрессор может быть увеличен без подобных опасений.

Автомастерская, которая постоянно использует воздух для окраски, может найти радиально-винтовой компрессор с его более низкой скоростью уноса и желанием постоянно эксплуатировать актив; Обычный ремонт автомобилей с более редким использованием воздуха и низким уровнем заботы о чистоте подаваемого воздуха может быть лучше обслуживаться поршневым компрессором.

Независимо от типа компрессора, сжатый воздух обычно охлаждается, осушается и фильтруется перед его распределением по трубам. Специалистам систем заводского воздуха необходимо будет выбрать эти компоненты в зависимости от размера системы, которую они проектируют. Кроме того, им необходимо будет рассмотреть возможность установки фильтров-регуляторов-лубрикаторов на точках подачи.

Компрессоры для крупных строительных площадок, установленные на прицепах, обычно представляют собой винтовые компрессоры с приводом от двигателя. Они предназначены для непрерывной работы независимо от того, используется ли воздух или сбрасывается.

Несмотря на то, что спиральные компрессоры доминируют в низкопроизводительных холодильных системах и воздушных компрессорах, они начинают проникать на другие рынки. Они особенно подходят для производственных процессов, требующих очень чистого воздуха (класс 0), таких как фармацевтика, продукты питания, электроника и т. Д., А также для чистых помещений, лабораторий и медицинских / стоматологических помещений. Производители предлагают агрегаты мощностью до 40 л.с., которые обеспечивают почти 100 кубических футов в минуту при давлении 145 фунтов на кв. Дюйм. Агрегаты большей мощности обычно включают в себя несколько спиральных компрессоров, так как технология не масштабируется после 3-5 л.с.

Если приложение включает сжатие опасных газов, разработчики часто рассматривают диафрагменные или пластинчатые компрессоры, а для очень больших объемов сжатия - кинетические компрессоры.

Дополнительные рекомендации по выбору

Некоторые дополнительные факторы выбора, на которые следует обратить внимание, следующие:

  • Масло по сравнению с маслом за вычетом
  • Расчет компрессора
  • Качество воздуха
  • Органы управления

Нефть против нефти за вычетом

Масло играет важную роль в работе любого компрессора, поскольку оно служит для отвода тепла, выделяемого в процессе сжатия.Во многих конструкциях масло также обеспечивает уплотнение. В поршневых компрессорах масло смазывает подшипники кривошипа и пальца, а также боковины цилиндра. Как и в поршневых двигателях, кольца на поршне обеспечивают герметизацию камеры сжатия и регулируют поступление в нее масла. Винтовые компрессоры впрыскивают масло в корпус компрессора, чтобы герметизировать два бесконтактных ротора и, опять же, отводить часть тепла процесса сжатия. Роторно-лопастные компрессоры используют масло для герметизации мельчайшего пространства между кончиками лопастей и отверстием корпуса.Спиральные компрессоры обычно не используют масло, поэтому их меньше называют масляными, но, конечно, их мощность несколько ограничена. Центробежные компрессоры не вводят масло в поток сжатия, но они находятся в другой лиге, чем их братья с прямым вытеснением.

При создании безмасляных компрессоров производители используют ряд тактик. Производители поршневых компрессоров могут использовать цельные узлы поршень-кривошип, которые устанавливают коленчатый вал на эксцентриковые подшипники. Когда эти поршни совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах, они качаются внутри них.Эта конструкция исключает наличие подшипника пальца кисти на поршне. Производители поршневых компрессоров также используют различные самосмазывающиеся материалы для уплотнительных колец и гильз цилиндров. Производители винтовых компрессоров уменьшают зазоры между винтами, устраняя необходимость в масляном герметике.

Однако есть компромиссы с любой из этих схем. Повышенный износ, проблемы с отводом тепла, снижение производительности и более частое техническое обслуживание - это лишь некоторые из недостатков безмасляных воздушных компрессоров.Очевидно, что определенные отрасли промышленности готовы пойти на такие уступки, потому что безмасляный воздух является обязательным условием. Но там, где допустимо фильтровать масло или просто жить с ним, имеет смысл использовать обычный масляный компрессор.

Примеры безмасляных воздушных компрессоров.

Изображение предоставлено: Energy Machinery, Inc.

Расчет компрессора

Если вы работаете отбойными молотками весь день, выбрать компрессор несложно: сложите количество операторов, которые будут использовать компрессор, определите кубические футы в минуту их инструментов и купите винто-винтовой компрессор непрерывного действия, который может удовлетворить спрос и который проработает 8 часов на одном баке.Конечно, на самом деле это не так просто - могут быть ограничения окружающей среды, которые следует учитывать, - но идею вы поняли.

Если вы пытаетесь обеспечить сжатым воздухом небольшой магазин, все становится немного сложнее. Пневматические инструменты можно разделить по использованию: либо прерывистого (например, гаечного ключа с трещоткой), либо непрерывного - распылителя краски. Диаграммы доступны, чтобы помочь в оценке потребления различных инструментов магазина. После того, как они определены и рассчитано использование на основе среднего и непрерывного использования, можно приблизительно определить общую мощность воздушного компрессора.

Типовой винтовой компрессор на строительной площадке.

Изображение предоставлено: Baloncici / Shutterstock.com

Определение мощности компрессоров для производственных мощностей происходит примерно так же. Например, упаковочная линия, вероятно, будет использовать сжатый воздух для приведения в действие цилиндров, продувочных устройств и т. Д. Обычно производитель оборудования указывает нормы расхода для отдельных машин, но в противном случае расход воздуха в цилиндрах легко оценить, зная диаметр цилиндра, ход и частота вращения каждого пневматического устройства.

Очень большие производственные предприятия и перерабатывающие предприятия, вероятно, будут иметь столь же большие потребности в сжатом воздухе, который может обслуживаться резервированными системами. Для таких операций постоянное наличие воздуха оправдывает затраты на несколько систем сжатого воздуха, чтобы избежать дорогостоящих остановок или остановок линий. Даже небольшие операции могут выиграть от некоторого уровня резервирования. Это вопрос, который следует задать при определении размеров небольшой производственной воздушной системы: лучше ли работать с одним компрессором (меньше обслуживания, меньше сложность) или несколько компрессоров меньшего размера (резервирование, возможности для роста) обеспечат лучшее соответствие ?

Качество воздуха

Компрессор забирает воздух из атмосферы и, сжимая, добавляет в смесь тепло, а иногда и масло, и, если всасываемый воздух не очень сухой, генерирует много влаги.Для некоторых операций эти дополнительные компоненты не влияют на конечное использование, и инструменты работают без проблем с производительностью. По мере того, как процессы с пневматическим приводом становятся более сложными или более важными, обычно уделяется больше внимания улучшению качества выходящего воздуха.

Сжатый воздух обычно довольно горячий, и первый шаг к уменьшению этого тепла - собрать воздух в резервуаре. Этот шаг не только позволяет воздуху остыть, но и позволяет конденсировать часть содержащейся в нем влаги. Приемные баки воздушного компрессора обычно имеют ручные или автоматические клапаны, позволяющие слить скопившуюся воду.Дальнейшее тепло можно отвести, пропустив воздух через доохладитель. В трубопровод подачи воздуха можно добавить осушители на основе хладагента и адсорбционные осушители, чтобы улучшить удаление влаги. Наконец, может быть установлена ​​фильтрация для удаления любой увлеченной смазки из приточного воздуха, а также любых твердых частиц, которые могли попасть в результате какой-либо фильтрации на впуске.

Сжатый воздух обычно распределяется по нескольким каплям. При каждом падении стандартная передовая практика заключается в установке FRL (фильтр, регулятор, лубрикатор), которые регулируют воздух в соответствии с потребностями конкретного инструмента и позволяют смазке течь к любым инструментам, которые в этом нуждаются.

Органы управления

Когда дело доходит до управления поршневым компрессором, не так уж много вариантов. Наиболее распространено управление пуском / остановом: компрессор питает бак с верхним и нижним порогами. Когда достигается нижняя уставка, компрессор включается и работает до достижения верхней уставки. Вариант этого метода, получивший название управления постоянной скоростью, позволяет компрессору работать в течение некоторого времени после достижения верхней уставки с выпуском в атмосферу, если накопленный воздух используется с более высокой, чем обычно, скоростью.Этот процесс сводит к минимуму количество запусков двигателя в периоды высокой нагрузки. Выбираемая система двойного управления, обычно доступная только в системах мощностью 10+ л.с., позволяет пользователю переключаться между этими двумя режимами управления.

Для винтовых компрессоров доступны дополнительные опции. В дополнение к управлению пуском / остановом и постоянной скоростью винтовые компрессоры могут использовать управление нагрузкой / разгрузкой, модуляцию впускного клапана, скользящий клапан, автоматическое двойное управление, привод с регулируемой скоростью, а также, для многоблочных установок, последовательность компрессоров.Для управления нагрузкой / разгрузкой используется клапан на стороне нагнетания и клапан на стороне впуска, которые соответственно открываются и закрываются для уменьшения потока через систему. (Это очень распространенная система на безмасляных винтовых компрессорах.) Модуляция впускного клапана использует пропорциональное управление для регулирования массового расхода воздуха, поступающего в компрессор. Управление с помощью скользящего клапана эффективно сокращает длину винтов, задерживая начало сжатия и позволяя некоторому количеству всасываемого воздуха обходить сжатие, чтобы лучше соответствовать потребностям.Автоматическое двойное управление переключает между пуском / остановом и управлением с постоянной скоростью в зависимости от характеристик нагрузки. Привод с регулируемой скоростью замедляет или увеличивает частоту вращения ротора за счет электронного изменения частоты сигнала переменного тока, вращающего двигатель. Последовательность работы компрессоров позволяет распределять нагрузку между несколькими компрессорами, назначая, например, один блок для непрерывной работы для обработки базовой нагрузки и варьируя запуск двух дополнительных блоков, чтобы минимизировать штраф за перезапуск.

При выборе любой из этих схем управления идея состоит в том, чтобы найти наилучший баланс между удовлетворением спроса и стоимостью холостого хода по сравнению с расходами на ускоренный износ оборудования.

Технические характеристики

При выборе компрессорного оборудования специалисты по спецификации должны учитывать три основных параметра в дополнение ко многим пунктам, изложенным выше. Эти технические характеристики воздушного компрессора включают:

  • объем
  • допустимое давление
  • мощность станка

Хотя компрессоры обычно оцениваются в лошадиных силах или киловаттах, эти меры не обязательно дают представление о том, сколько будет стоить эксплуатация оборудования, поскольку это зависит от эффективности машины, ее рабочего цикла и т. Д.

Объем

Объемная производительность определяет, сколько воздуха машина может подавать в единицу времени. Кубические футы в минуту - наиболее распространенная единица измерения этого показателя, хотя то, что это такое, может варьироваться в зависимости от производителя. Попытка стандартизировать эту меру, так называемый scfm, похоже, зависит от того, чьим стандартам вы следуете. Институт сжатого воздуха и газа принял определение стандартного кубического фута в минуту (стандарт ISO) как сухой воздух (относительная влажность 0%) при давлении 14,5 фунт / кв.дюйм и 68 ° F.Фактические куб. Футы в минуту, акфуты в минуту, являются еще одним показателем объемной емкости. Он относится к количеству сжатого воздуха, подаваемого к выпускному отверстию компрессора, которое всегда будет меньше рабочего объема машины из-за потерь от прорыва через компрессор.

Максимальное давление

Допустимое давление в фунтах на квадратный дюйм в значительной степени основано на потребностях оборудования, с которым будет работать сжатый воздух. Хотя многие пневмоинструменты предназначены для работы при нормальном давлении воздуха в цеху, для специальных применений, таких как запуск двигателя, требуется более высокое давление.Таким образом, при выборе поршневого компрессора, например, покупатель найдет одноступенчатый агрегат, который обеспечивает давление до 135 фунтов на квадратный дюйм, достаточный для питания повседневных инструментов, но хотел бы рассмотреть двухступенчатый агрегат для специальных применений с более высоким давлением.

Мощность станка

Мощность, необходимая для привода компрессора, будет зависеть от объема и давления. Специалисту также необходимо учитывать потери в системе при определении производительности компрессора: потери в трубопроводах, перепады давления в осушителях и фильтрах и т. Д.Покупатели компрессоров также могут принять решения по приводам, например, с ременным или прямым приводом двигателя, с бензиновым или дизельным двигателем и т. Д.

Производители компрессоров

часто публикуют кривые производительности компрессоров, чтобы дать возможность специалистам по спецификациям оценить производительность компрессора в диапазоне рабочих условий. Это особенно верно для центробежных компрессоров, которые, как и центробежные насосы, могут быть рассчитаны на выдачу различных объемов и давлений в зависимости от скорости вала и размера рабочего колеса.

The Dept.of Energy принимает энергетические стандарты для компрессоров, в соответствии с которыми некоторые производители компрессоров публикуют спецификации. Поскольку все больше производителей публикуют эти данные, покупателям компрессоров будет легче разбираться в потреблении энергии сопоставимыми компрессорами.

Приложения и отрасли

Компрессоры

находят применение в различных отраслях промышленности, а также широко используются в установках, знакомых обычным потребителям. Например, портативный электрический воздушный компрессор 12 В постоянного тока, который часто переносят в бардачке или багажнике автомобиля, является типичным примером простой версии воздушного компрессора, который находит применение среди потребителей для накачивания шин до нужного давления.

Некоторые из наиболее распространенных приложений и отраслей, в которых используются компрессоры, включают следующее:

  • Компрессоры, устанавливаемые на грузовиках и автомобилях
  • Применение в медицине и стоматологии
  • Сжатие лабораторных и специальных газов
  • Приложения для производства продуктов питания и напитков
  • Нефтегазовая промышленность

Автомобильные компрессоры

Использование воздушных компрессоров в транспортных средствах и общие автомобильные приложения включают электрические воздушные компрессоры, установленные на грузовиках, дизельные воздушные компрессоры или другие воздушные компрессоры, устанавливаемые на транспортных средствах.Например, пневматические тормозные системы на грузовиках используют для работы сжатый воздух, поэтому для перезарядки тормозной системы требуется встроенный воздушный компрессор. Для служебных транспортных средств могут потребоваться бортовые воздушные компрессоры для выполнения необходимых функций или для обеспечения мобильности компрессора и возможности развертывания по мере необходимости на различных рабочих площадках или местах. Например, пожарные машины могут включать в себя компрессоры пригодного для дыхания воздуха на борту, чтобы обеспечить возможность наполнения резервуаров воздухом для пополнения резервуаров пригодного для дыхания воздуха для пожарных и служб быстрого реагирования.

Применение в медицине и стоматологии

Компрессоры

находят применение также в медицине и стоматологии.

Стоматологические воздушные компрессоры

являются источником чистого сжатого воздуха для облегчения выполнения стоматологических процедур, а также для питания стоматологических инструментов с пневматическим приводом, таких как дрели или зубные щетки. Выбор правильного стоматологического воздушного компрессора требует нескольких соображений, включая требуемую мощность и давление.

Использование воздушного компрессора в медицинских целях включает создание источника воздуха для дыхания, который не зависит от других газов, хранящихся в газовых баллонах, и который может использоваться, например, в качестве опции для пациентов, которые могут быть чувствительны к кислородному отравлению.Медицинские компрессоры воздуха для дыхания могут быть портативными или стационарными в больнице или медицинском учреждении. Другое использование медицинского воздушного компрессора может включать подачу воздуха в специализированное оборудование пациента, такое как компрессионные манжеты, где сжатый воздух необходим для оказания давления на конечности пациента, чтобы предотвратить скопление жидкости в конечностях в результате ослабленной сердечной функции.

Компрессия лабораторных и специальных газов

Лабораторные воздушные компрессоры и воздушные компрессоры для других специализированных промышленных применений используются для обработки и выработки запасов специализированных газов, таких как водород, кислород, аргон, гелий, азот или газовые смеси (например, аммиачные компрессоры) или диоксид углерода, если его можно использовать в пищевой промышленности и производстве напитков.Гелиевые компрессоры будут подавать газ в резервуары для хранения для использования в лабораторных целях, таких как точное обнаружение утечек, в то время как другие газовые компрессоры, такие как кислородные компрессоры, могут удовлетворять потребности в резервуарах с кислородом для использования в больницах и медицинских учреждениях.

Приложения для производства продуктов питания и напитков

Пищевые воздушные компрессоры играют важную роль в пищевой промышленности и производстве напитков. Эти компрессоры находят применение на протяжении всего производственного цикла, они могут использоваться для облегчения технологических операций, таких как сортировка, подготовка, распределение, упаковка и консервация.Кроме того, сжатый воздух можно использовать для поддержания санитарных условий, необходимых при производстве расходных материалов.

Нефтегазовая промышленность

Использование компрессоров также широко распространено в нефтегазовой промышленности, где компрессоры природного газа используются для выработки сжатого природного газа для хранения и транспортировки. Некоторые из этих операций по сжатию газа требуют использования компрессоров высокого давления, где давление нагнетания может составлять от 1000 до 3000 фунтов на квадратный дюйм и выше, с возможным диапазоном от 10000 до 60000 фунтов на квадратный дюйм, в зависимости от применения.

Краткое описание компрессорной машины

Это руководство дает общее представление о разновидностях компрессоров, вариантах мощности, особенностях выбора, областях применения и промышленном использовании. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим статьям и руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники
  1. http://www.cagi.org
  2. https://www.federalregister.gov/documents/2016/05/19/2016-11337/energy-conservation-program- стандарты энергосбережения для компрессоров
  3. https: // www.dft-valves.com/blog/common-problems-with-pumps-and-compressors/

Больше от Machinery, Tools & Supplies

Охлаждение корпуса электроники Термоэлектрические и компрессорные кондиционеры воздуха

Введение

Кондиционеры, в которых используются термоэлектрические охладители, часто рассматриваются как альтернатива традиционным парокомпрессионным системам для охлаждения корпуса. Поскольку термоэлектрический охладитель является компактным, прочным и полностью твердотельным, надежность, присущая такой системе, привлекает как инженеров, так и конечных пользователей.Однако существует внутреннее нежелание выбирать систему на основе термоэлектриков из-за предубеждений об энергоэффективности или отсутствия опыта работы с термоэлектриками.

Здесь мы сравниваем две технологии охлаждения. Сравнение эффективности, надежности, контроля, а также монтажа и обслуживания демонстрирует, что решение на основе термоэлектрической энергии может иметь значительные преимущества по сравнению с традиционными системами на основе компрессора.

Сравнение технологий - как это работает

Обычная система на основе компрессора (показанная выше) состоит из трех основных частей: 1) испарителя, 2) компрессора; 3) конденсатор.Испаритель (холодная секция) - это место, где хладагент под давлением проходит через расширительный клапан и расширяется, кипит и испаряется. Во время этого изменения состояния с жидкости на газ поглощается энергия (тепло). Компрессор действует как насос хладагента и повторно сжимает газ в жидкость. Конденсатор отводит тепло, поглощаемое испарителем, и тепло, выделяемое при сжатии, в окружающую среду.

Система на термоэлектрической основе состоит из материалов p- и n-типа, которые контактируют с образованием перехода.Когда устройство подключено к батарее или другому источнику питания, электроны будут течь. В холодном спайе энергия (тепло) поглощается электронами и переходит из низкоэнергетического состояния в полупроводниковом элементе p-типа в более высокое энергетическое состояние в полупроводниковом элементе n-типа. Батарея обеспечивает энергию для перемещения электронов по системе. В горячем спайе энергия отводится к теплообменнику, когда электроны перемещаются с высокого уровня энергии на более низкий уровень энергии. При изменении направления тока на противоположное направление перекачки тепла меняется на противоположное.Это позволяет термоэлектрическому устройству обеспечивать как охлаждение, так и нагрев с простым изменением направления тока.

Термоэлектрические охладители - это твердотельные устройства, не имеющие движущихся частей, жидкостей или газов. Основные законы термодинамики применимы к этим устройствам так же, как они применяются к обычным тепловым насосам, абсорбционным холодильникам и другим устройствам, использующим передачу тепловой энергии.

Мощность

Термоэлектрики работают от постоянного тока. Их можно настроить для работы от различных напряжений постоянного тока, выбрав последовательную или параллельную конфигурацию внутренней конструкции термоэлектрического охладителя.Чаще всего используются напряжения 24 и 48 В постоянного тока. Поскольку они требуют постоянного тока, для преобразования переменного тока в постоянный часто используется источник питания.

Работа на постоянном токе имеет несколько преимуществ перед переменным током. Термоэлектрические охладители будут перекачивать тепло со скоростью, пропорциональной подаваемой мощности. Следовательно, когда потребности в охлаждении низкие, термоэлектрический охладитель будет потреблять меньше энергии для поддержания контроля температуры. Когда требуется дополнительное охлаждение, термоэлектрический охладитель будет потреблять больше энергии. Этот контроль позволяет эффективно использовать мощность, сокращая при этом циклическое переключение мощности, присущее контроллерам двухпозиционного типа.Кроме того, поскольку термоэлектрические охладители могут нагреваться или охлаждаться в зависимости от направления тока, они исключают превышение заданной температуры, и можно достичь более точного контроля температуры.

Различные уровни мощности в сети в географических регионах требуют, чтобы компрессоры и вентиляторы переменного тока работали на определенных напряжениях и частотах. Это увеличивает количество компонентов, необходимых для поддержки каждой области, и делает устройство уязвимым для возможного отключения электроэнергии. Однако источники питания могут работать в универсальном диапазоне входных напряжений и частот.Это позволяет системе охлаждения эффективно работать в географических областях, которые имеют ограниченную надежную выходную мощность, и может поддерживать работу термоэлектрического охладителя во время отключения (состояние низкого напряжения).

В режиме нагрева термоэлектрическая система требует меньшего энергопотребления, чем система на базе компрессора. Обеспечивая нагрев или охлаждение с помощью одного и того же термоэлектрического устройства, термоэлектрический охладитель требует меньшего количества деталей и предотвращает быстрое переключение из-за теплового превышения конкурирующих компонентов охлаждения и нагрева.Это достигается путем изменения направления тока к термоэлектрическому охладителю. Конечный результат - высокая степень контроля, энергоэффективности и надежности. Компрессорная система обычно включает в себя отдельный нагревательный элемент, потому что компрессоры не могут работать в обратном направлении.

Обычные кондиционеры на базе компрессора обычно питаются от переменного тока. Современные компрессоры более эффективны, чем десять лет назад. В установившемся режиме работы при максимальных расчетных тепловых нагрузках они могут быть наиболее энергоэффективным выбором.При этом условии хорошо спроектированная система на основе компрессора будет потреблять на 30-35% меньше энергии, чем эквивалентная термоэлектрическая система.

Во многих случаях применения распределительных шкафов, особенно в удаленных или на открытом воздухе, условия окружающей среды меняются в течение дня и в течение сезона. Компрессорные системы либо полностью включены, либо выключены. Пропорционального управления нет, поэтому необходимо постоянно использовать полную мощность. Кроме того, пусковой ток компрессорной системы часто в три раза превышает рабочий ток в установившемся режиме, и схема должна быть рассчитана на такую ​​нагрузку.Сочетание непропорциональности, повторяющегося управления ВКЛ-ВЫКЛ с высоким потреблением мощности при запуске, и этот выигрыш в эффективности в установившемся режиме снижается.

Надежность

Управление температурой корпуса необходимо для повышения надежности и поддержания оптимальной производительности электроники. Поэтому крайне важно применять самые надежные технологии климат-контроля.

Термоэлектрический охладитель - это твердотельное устройство. Здесь нет компрессора, двигателя или хладагентов.Единственными движущимися частями являются вентиляторы горячей и холодной сторон для циркуляции тепла в шкафу и отвода тепла в окружающую среду. Хотя эти вентиляторы рассчитаны на работу до 70 000 часов, ими также можно управлять на более низких скоростях, чтобы продлить срок службы.

Термоэлектрические охладители с пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) регулятором могут проработать более 70 000 часов. Благодаря встроенному ПИД-регулятору термоэлектрический охладитель не страдает от нагрузок, вызванных скачками напряжения при пуске-остановке или колебаниями температуры.Следовательно, сохраняется более высокая надежность установившихся условий.

В работе системы на основе компрессора используются движущиеся части и охлаждающая жидкость. И компрессор, и двигатель необходимы для перемещения рабочей жидкости по системе, а вентиляторы используются для циркуляции воздуха через испаритель. Компоненты компрессорной системы со временем изнашиваются из-за трения, теплового расширения и двухпозиционного управления. Износ от трения является постоянной проблемой в этой системе и усугубляется колебаниями температуры окружающей среды и регулируемой стороны.Кроме того, утечка хладагента может происходить через уплотнения, которые устают от продолжительной работы. Эта потеря хладагента снизит производительность и перестанет защищать критически важную электронику.

Обращение и установка

Термоэлектрический охладитель в сборе не имеет рабочих хладагентов и может транспортироваться, перемещаться и устанавливаться в любом положении, не влияя на его производительность или надежность. Это не только упрощает способ доставки, но и предлагает варианты ориентации устройства для максимального увеличения тиража.Одиночный термоэлектрический охладитель в сборе может быть установлен сверху, на стене или двери в вертикальном или горизонтальном направлении, а одна модель может удовлетворить несколько вариантов ориентации установки. Гравитация повлияет на ориентацию только в том случае, если приложение достигнет точки росы, поскольку методы разводки конденсата будут зависеть от силы тяжести и должны учитываться при проектировании.

Узел термоэлектрического охладителя меньше, требует меньшей площади поверхности для монтажа и общего объема, чем система на основе компрессора, когда мощность менее 500 Вт (1700 БТЕ).Типичная экономия размера и веса может составлять от 25% до 50%.

Из-за наличия хладагента компрессорную систему необходимо держать в определенной ориентации во время транспортировки, обращения и установки, иначе может произойти повреждение системы. Компрессоры также имеют тенденцию быть тяжелее и больше, чем сопоставимые системы на основе термоэлектрических элементов. Для этого требуются монтажные поверхности и, возможно, несколько технических специалистов, необходимых для установки. Система на основе компрессора не может работать в разных ориентациях, поэтому для установки сверху и спереди требуется специальный блок.Это требует наличия большего количества моделей в инвентаре.

Вибрация

Вибрация имеет совокупный эффект ослабления соединения оборудования охлаждающего устройства, а также электроники внутри корпуса. Узел термоэлектрического охладителя работает бесшумно, с минимальной вибрацией или без нее. Единственная вибрация исходит от вентиляторов постоянного тока, которые гасятся прорезиненными креплениями. Узлы термоэлектрического охладителя не способствуют ослаблению оборудования или другим проблемам с вибрацией, которые могут возникнуть при длительной эксплуатации.Система на основе компрессора состоит из нескольких движущихся частей, которые постоянно работают и вибрируют при включении. Это способствует общему более высокому уровню шума и вибрации, что может нанести ущерб электронике системного уровня, размещенной внутри корпуса.

Контроль температуры

Спецификация контроля температуры для корпуса электроники обычно составляет +/- 2 ° C или выше. Это позволяет спроектировать гистерезис, уменьшая цикличность между охлаждением и нагревом или включением / выключением, когда температура корпуса достигает заданного значения.Этот диапазон подходит для термостатического управления, но для более жесткого допуска требуется пропорциональный тип управления.

Термоэлектрический контроллер может регулировать температуру корпуса с точностью до 0,5 ° C от заданной температуры. Это достигается за счет встроенного двунаправленного ПИД-регулятора, который регулирует полезную мощность термоэлектрического охладителя, обеспечивая точную настройку и быструю реакцию на колебания тепловой нагрузки, вызванные компонентами или окружающей средой. Рабочий диапазон для термоэлектрического охладителя обычно составляет от -40 ° C до + 65 ° C для большинства систем.

Компрессорные системы обычно рассчитаны на работу при температуре от 20 ° C до 55 ° C. Этот диапазон полезен для большинства приложений и рабочих сред. Если требуется нагрев, необходимо использовать отдельный нагреватель и схему переключения или, если требуются более высокие или более низкие температуры, необходимо разработать специальный компрессор для этого диапазона (хладагент, оборудование).

Кондиционеры: термоэлектрические и компрессорные

На приведенном ниже графике сравнивается охлаждающая способность термоэлектрического охладителя в сборе и кондиционера на основе компрессора из таблицы данных производителя.Первоначальная интерпретация заключается в том, что компрессор, по-видимому, имеет большую охлаждающую способность, чем термоэлектрический охладитель (260 Вт против 250 Вт) при DT = 0 ° C и температуре окружающей среды ~ 50 ° C. Однако в реальных условиях эксплуатации (DT = 20 ° C) холодопроизводительность двух блоков одинакова (140 Вт против 138 Вт).

Типовое приложение корпуса для системы резервного питания телекоммуникационных батарей

Для надежности и увеличения срока службы батареи требуют контроля температуры окружающей среды, которая может колебаться выше и ниже предельных значений температуры батареи.

Условия охлаждения / нагрева
Температура окружающей среды: от -33 до + 50 ° C (в среднем + 35 ° C)
Контрольная температура: от +10 до + 30 ° C
Скорость утечки тепла через стенки шкафа: 5 Вт / ° C
Активно Внутреннее тепло нагрузка: 20 Вт

Сравнение моделей

AA-250-48-44-00-XX
Номинальные характеристики:
Полезное охлаждение при L35, L35 (внутренняя, внешняя температура, ° C) = 244 Вт
Полезное охлаждение при L35, L50 (внутренняя, внешняя температура, ° C ) = 166 Вт
Номинальное напряжение: от 48 до 56 В постоянного тока
Потребляемая мощность при L35, L35 (внутренняя, внешняя температура, ° C) = 290 Вт
Потребляемая мощность при L35, L50 (внутренняя, внешняя температура, ° C) = 259 Вт
Размеры Ш x В x Г: 153 x 400 x 204 мм
Вес: 6.3 кг

Ведущий компрессорный кондиционер Номиналы
:
Полезное охлаждение при L 35, L 35 (внутренняя, внешняя температура, ° C) = 300 Вт
Полезное охлаждение при L 35, L 50 (внутренняя, внешняя температура, ° C) = 150 Вт
Номинальное напряжение: 115 В переменного тока, 60 Гц
Потребляемая мощность при L 35, L 35 (внутренняя, внешняя температура, ° C) = 290 Вт
Потребляемая мощность при L 35, L 50 (внутренняя, внешняя температура, ° C) = 340 Вт
Размеры: Ш x В x Г: 525 x 340 x 135 мм
Вес: 17 кг

Обзор

В этом случае группа батарей в шкафу требует контроля температуры для продления срока службы, поэтому их можно использовать во время аварийных отключений электроэнергии.Температура окружающей среды может варьироваться от высокой + 50 ° C до минимальной -33 ° C. В этих условиях окружающей среды корпус должен храниться при температуре от + 10 ° C до + 30 ° C для защиты аккумулятора.

Это сравнение демонстрирует производительность и эффективность наиболее подходящих коммерчески доступных термоэлектрических моделей и моделей на базе компрессоров. Данные, используемые в этом исследовании, взяты как из таблиц данных производителей, так и из программного обеспечения для моделирования; энергопотребление согласовано с представителями производителей.Скорость утечки тепла в шкаф и из него определяется площадью поверхности и величиной изоляции. В этом сравнении скорость утечки тепла составила 5 Вт / ° C.

Например, разница температур 20 ° C между температурой окружающей среды и внутренней температурой приводит к потере / увеличению тепла в 100 Вт (20 ° C x 5 Вт / ° C = 100 Вт). Решение для охлаждения и нагрева должно компенсировать эти потери или выгоды.

Cooling Mode: демонстрирует потребление энергии, необходимое для поддержания температуры корпуса в соответствии со спецификацией (+ 30 °).

Режим обогрева: демонстрирует потребление энергии, необходимое для поддержания температуры корпуса в соответствии со спецификацией (+ 10 ° C). Данные компенсируют активную нагрузку 20 Вт внутри шкафа.

Особые примечания

  • Для обеспечения точности при этом сравнении учитываются следующие соображения:
  • На рисунке показан термоэлектрический охладитель с питанием от постоянного тока с питанием постоянного тока с КПД 100% и 90%. Данные с КПД 90% демонстрируют энергопотребление, если питание постоянного тока не является органическим для корпуса и требуется источник переменного / постоянного тока коммерческого класса.
  • Компрессор потребляет всего 3,3 А, хотя в спецификации указано 4 А. Производитель предполагает, что меньшее значение тока более точное.
  • Пусковой ток не учитывался из-за кратковременности и непродолжительности. Пусковой ток термоэлектрического охладителя на ~ 25% больше установившегося; пусковой ток компрессора на ~ 300% больше установившегося.
  • Компрессор не имеет функции обогрева и использует дополнительный резистивный нагреватель.Это не было включено в значения размеров или веса.
  • Узел термоэлектрического охладителя может потребовать отдельного источника постоянного тока, если он не является органическим для корпуса. Это не было включено в значения размеров или веса.
  • Энергопотребление узла термоэлектрического охладителя включает мощность внутреннего и внешнего вентилятора.
  • Показано энергопотребление узла термоэлектрического охладителя с пропорциональным регулированием и регулированием рабочего цикла (включение / выключение).
  • Энергопотребление компрессора зависит от рабочего цикла (вкл. / Выкл.).

Результаты

В таблицах и графиках в версии этого документа в формате pdf представлены результаты измерений эффективности в диапазоне температур окружающей среды.

Режим охлаждения

Термоэлектрический охладитель в два раза эффективнее компрессорного агрегата с пропорциональным управлением во всех условиях испытаний. Когда термоэлектрический охладитель циклически включается / выключается, компрессор имеет преимущества в том, что разница температур и тепловая нагрузка меньше.В целом, термоэлектрический блок требует меньше энергии для поддержания заданной заданной температуры, чем блок на основе компрессора.

Режим обогрева

Термоэлектрический охладитель в сборе до 20 раз более эффективен в диапазонах условий испытаний. Это связано с тем, что как входная мощность термоэлектрического охладителя, так и тепло, накачиваемое термоэлектрическим охладителем, передается в виде тепла. Эффективность наиболее заметна, когда разница температур (DT) ниже.

Сводка

На термоэлектрической основе На базе компрессора Комментарии
Энергопотребление Best с пропорциональным регулированием в режиме охлаждения и нагрева Нет пропорционального управления; влияет на общую эффективность Термоэлектрический охладитель более эффективен в более широком диапазоне температур
Надежность > 70 000 часов Неопубликованные Вентилятор - единственная подвижная часть в термоэлектрическом охладителе
Потребляемая мощность Требуется постоянный ток Требуется кондиционер DC более гибкий для работы в нескольких географических регионах
Надежность Тепловой насос твердотельный; пропорциональное управление; вентилятор только движущаяся часть Механический насос, хладагенты, вентиляторы.Рабочий цикл включения-выключения Вентилятор - единственная подвижная часть в термоэлектрическом охладителе
Транспортировка и установка Может транспортироваться, храниться и устанавливаться в любом положении (сверху, вертикально, горизонтально) Хладагент (R134a) требует уникальной ориентации Контроль конденсации может диктовать некоторую конструктивную ориентацию в узле термоэлектрического охладителя
Шум / вибрация <61 дБ (A) / нет <61 дБ (A) / механический Вентилятор является единственной подвижной частью в термоэлектрическом охладителе с возможностью регулирования скорости
Техническое обслуживание Разборка не требуется.Периодический сжатый воздух над радиаторами Разборка необходима для доступа к змеевикам и камерам. Сжатый воздух, заправка хладагента Термоэлектрический охладитель в сборе имеет низкую совокупную стоимость владения
Контроль температуры <0,5 ° С ≥2 ° С Точность контроллера TE до
<0,5 ° C, при необходимости с использованием PID
Размер 0,0127 м3 0,0273 м3 Термоэлектрический охладитель в сборе занимает меньше объема, чем система на основе компрессора
Вес 7 кг 17 кг Термоэлектрический охладитель в сборе весит меньше, чем система на основе компрессора

Заключение

Узел термоэлектрического охладителя имеет значительные преимущества по сравнению с компрессорным решением такого же размера в корпусах для электроники с климат-контролем.Он может как охлаждать, так и нагревать, предлагая более точный контроль температуры, чем агрегат на базе компрессора, и более энергоэффективен во всем температурном диапазоне применения, от 25% до более 90% в режиме охлаждения и до 400% в режиме нагрева.

Твердотельная конструкция термоэлектрических охладителей в сборе обеспечивает преимущества в надежности, установке, вибрации и низкой стоимости обслуживания. Кроме того, его компактный форм-фактор и меньший вес упрощают установку и занимают меньше места, чем блок на базе компрессора.Устройство работает от источника постоянного тока. Это значительно упрощает использование в глобальном масштабе независимо от доступного напряжения и частоты сети переменного тока.

Использование термоэлектрического охладителя в электронных шкафах с климат-контролем обеспечивает привлекательное альтернативное решение благодаря его эффективности, надежности, точности, компактной конструкции, незначительному уровню шума и простоте установки.

Цикл охлаждения и принцип его работы

Гэри МакКриди - техник HVAC, создатель hvacknowitall.com и HVAC Know It All Podcast


Чтобы настроить это должным образом, мне действительно следует вспомнить, когда я в первый раз вложил некоторые вялые мысли в охлаждение или кондиционирование воздуха. Я был молодым подростком, который шел рядом с моим домом в жаркий летний день, у нас был энергозатратный, неэффективный элемент оконного блока, который навязчиво свешивался с стены дома, почти загораживая проход.

Он выделял большое количество тепла, и вода капала со спины на землю.Я вошел в дом, и там было прохладнее и менее влажно, чем на улице. Да, у меня было прозрение: действительно ли тепло, которое я чувствовал, исходящее от гигантского коричневого ящика, вытягивалось из моего дома, и капающая вода каким-то образом откачивалась из воздуха в помещении и передавалась на улицу?

Я знал, что это должно быть правдой, но это было до интернета или интернета, как мы его знаем сегодня, и нужная мне информация была недоступна. Лишь несколько лет спустя в профессиональном училище я узнал, что моя теория действительно верна.

Холодильный цикл - это наука, знать ее и хорошо знать - это подарок и проклятие. Подарок, как известно специалистам по обслуживанию, - это наш хлеб с маслом, то, как мы зарабатываем на жизнь и обеспечиваем свои семьи. Проклятие, да, как известно специалистам по обслуживанию, когда на улице становится жарко, а их шурин хочет или нуждается в услуге. Чтобы понять цикл охлаждения, нам необходимо понять, как хладагент действует в системе. Нам также необходимо понять, как хладагент реагирует на изменение окружающей температуры в зависимости от его давления.

Прочитав эту статью, посмотрите это видео, объясняющее цикл охлаждения более наглядным образом.

Давайте возьмем R410a, популярный на данный момент хладагент, и посмотрим на его температуру насыщения 72⁰F. Обратите внимание, что давление на ползунок хладагента Danfoss RefTools составляет 207,7 фунтов на квадратный дюйм. Если мы увеличим температуру насыщения того же хладагента до 80 ° F, давление возрастет до 235,7 ° F. Первый урок заключается в том, что давление хладагента увеличивается с повышением температуры и, наоборот, давление хладагента уменьшается с понижением температуры.

Я упомянул температуру насыщения в предыдущем абзаце, так что давайте посмотрим на это и рассмотрим урок номер два. Насыщение - это, по сути, точка кипения хладагента, когда он одновременно является жидкостью и паром. Как видно из приведенных выше изображений на слайдере хладагента, R410a при атмосферном давлении кипит при -60,60⁰F. Давайте сравним это с температурой кипения воды. Вода на уровне моря закипит при 212⁰F (100⁰C), как только вода достигнет точки кипения, это будет жидкость (внутри кастрюли) и пар (парящий над жидкостью внутри кастрюли) одновременно.

Температура воды насыщена или кипит. Использование воды в качестве примера обычно помогает понять эту концепцию. Но вода также подчиняется правилам соотношения давления и температуры. Вода закипит при комнатной температуре в вакууме 29,92 дюйма ртутного столба. Поместив стакан с водой в замкнутое пространство, а затем медленно снизив давление в этой среде, создав вакуум, вода закипит, но при комнатной температуры, все верно, не жарко.

Это упражнение, которое используют многие инструкторы HVAC / R, чтобы продемонстрировать взаимосвязь давления и температуры. Как и в случае с хладагентом, когда мы понижаем давление, мы понижаем температуру насыщения или кипения воды, для многих студентов это обычно приводит в движение колеса.

Оцените этот эксперимент в домашних условиях кипячение воды комнатной температуры в вакууме

Мы не можем двигаться дальше, пока не поговорим кратко о перегреве и переохлаждении, это жизненно важные факторы для понимания цикла охлаждения и того, что происходит в системе.Перегрев и переохлаждение часто используются для диагностики систем и определения количества заправленного хладагента.

Перегрев в холодильной системе

Проще говоря, перегрев - это любое значение, превышающее точку насыщения. Перегрев гарантирует, что вещество на 100% состоит из паров. Если мы снова возьмем R410a в качестве нашего примера и посмотрим на его температуру насыщения 118 фунтов на квадратный дюйм, это соответствует 40⁰F. Теперь это обычное соотношение давления и температуры, относящееся к испарителю для комфортного охлаждения.Иногда мы называем это температурой насыщения на всасывании или SST. Если бы мы взяли фактическую температуру всасывающей линии, и она была измерена при 50 ° F, наш перегрев был бы рассчитан на 10 ° F.

Фактическая температура линии 50⁰F - SST 40⁰F = перегрев 10⁰F

Как мы коснемся позже, перегрев в линии всасывания необходим, чтобы гарантировать, что только пар поступает в компрессор во время рабочего цикла.

В этом коротком видео объясняется, как проверить перегрев испарителя

Переохлаждение в системе охлаждения

Переохлаждение - это противоположность перегрева, это все, что ниже точки насыщения или температуры кипения, переохлаждение гарантирует, что вещество будет на 100% жидким.Обычная температура насыщенной конденсации при комфортном охлаждении находится в диапазоне 100–110 ° F, давайте для этого примера остановимся на 100 ° F. При повторном использовании R410a температура конденсации насыщения или SCT, равная 100 ° F, соответствует 317 фунтам на квадратный дюйм. Если взять фактическую температуру в жидкостной линии и получить значение 90 ° F, наше переохлаждение для этого примера составит 10 ° F.

SCT 100⁰F - Фактическая температура линии 90⁰F = 10⁰F

Переохлаждение необходимо в жидкостной линии, чтобы наше дозирующее устройство получало полный столб жидкости.

Четыре основных компонента

Холодильный цикл не может осуществляться без следующих жизненно важных компонентов. Поймите, что многие навороты могут быть добавлены в смесь как дополнительные элементы в цепи, но пока мы сосредоточимся на четырех основных частях головоломки.

1) Компрессор

Компрессоры

бывают разных форм, размеров и типов, но все они имеют один и тот же валок, чтобы облегчить движение хладагента через систему.Когда компрессор запитан, его работа заключается в отборе паров хладагента низкого давления и низкой температуры из линии всасывания и сжатии их в пар хладагента с высоким давлением и высокой температурой в линию нагнетания. Компрессоры предназначены для перемещения пара через систему, а не жидкости.

Любой жидкий хладагент, попавший в компрессор, может вызвать повреждение и отказ компрессора. Большинство компрессоров содержат масло, масло должно быть совместимо с типом хладагента, который используется в системе.Масло проходит через систему с хладагентом и поддерживает смазку компрессора и деталей системы. Жидкий хладагент внутри компрессора может смыть компрессорное масло, что приведет к выходу из строя внутренних деталей.

Распространенные типы компрессоров:

  • Свиток
  • Поршневой
  • Поворотный
  • Винт

Термин «полугерметичный» означает, что компрессор не полностью герметичен и может быть разобран для обслуживания.Полностью герметичный компрессор или жестяная банка, как его иногда называют, является полностью герметичным устройством и не может обслуживаться в полевых условиях.

Это отличный список проверок компрессоров от Danfoss Cool

.

2) Конденсатор

Конденсатор представляет собой устройство отвода тепла. Система хладагента улавливает тепло в испарителе, а также за счет тепла сжатия (от самого компрессора), а конденсатор отклоняет или отводит тепло.Конденсатор может охлаждаться воздухом с помощью вентилятора для перемещения воздуха через змеевик и ребра, или водяным охлаждением с помощью насоса для перемещения воды через коаксиальный змеевик, паяный пластинчатый теплообменник или узел конденсатора.

Поскольку конденсатор принимает перегретый пар хладагента из нагнетательной линии, его первая задача заключается в охлаждении газа путем его удаления из перегрева. Как только хладагент достигает своей температуры насыщения или кипения, следующая задача конденсаторов - переохлаждение хладагента. Это гарантирует, что когда хладагент покидает конденсатор по жидкостной линии, полный столб жидкости направляется к дозирующему устройству.

Общие типы конденсаторов:

  • Традиционный медный змеевик с алюминиевыми ребрами
  • Микроканал
  • Узел конденсатора
  • Коаксиальная катушка
  • Паяный пластинчатый теплообменник

2) Дозирующее устройство

Дозирующее устройство может быть адаптивным, например терморегулирующим клапаном, или фиксированным, например капиллярной трубкой или фиксированным отверстием. Его задача - дозировать переохлажденную жидкость в испаритель.Дозирующее устройство разделяет систему со стороны высокого и низкого давления.

Когда переохлажденная жидкость проходит через дозирующее устройство, она образует мгновенный газ. Это означает, что часть жидкости немедленно превращается или превращается в пар из-за падения давления. Практическое правило: в испаритель попадает 75% жидкости и 25% пара. Чтобы узнать больше о приборах учета, прочтите эту статью.

Общие типы измерительных приборов

  • Терморегулирующий клапан
  • Автоматический расширительный клапан
  • Капиллярная трубка
  • Фиксированная диафрагма
  • Шаговый двигатель электронного расширительного клапана

Будущее дозирования хладагента

Прежде чем мы поговорим о четвертом главном компоненте, мы должны кратко обсудить явное и скрытое тепло и различия между ними.

Явное тепло

Явное тепло - это тепло, необходимое для изменения температуры вещества. Например, если мы возьмем воздух при 80 F и удалим 10 F, так что теперь температура воздуха составит 70 F, то получится отвод явного тепла на 10 F. Температура, отображаемая на стандартном дисплее термостата, является примером изменения явного тепла.

Скрытое тепло

Скрытая теплота - это теплота, необходимая для изменения состояния вещества.Под изменением состояния мы подразумеваем превращение воды, например, в пар или водяного пара обратно в жидкость.

4) Испаритель

Ах, для меня здесь происходит волшебство. Работа испарителя заключается в поглощении тепла и удалении влаги из проходящего над ним воздуха, если мы говорим о стандартном змеевике испарителя. Стандартный змеевик удаляет скрытое и явное тепло из проходящего мимо воздуха. Скрытый отвод тепла отвечает за удаление влаги или влажности из воздуха, поскольку влажный воздух контактирует с холодным змеевиком, водяной пар прилипает к нему, пар меняет состояние с пара на жидкость, что называется конденсацией.Конденсат собирается в дренажном поддоне испарителя и выходит через дренажный трубопровод. После удаления скрытой теплоты (влаги из воздуха) отвод явного тепла может происходить более быстрыми темпами.

Явный отвод тепла, как обсуждалось ранее, отвечает за снижение температуры воздуха. В чиллерах испаритель поглощает тепло, но не влагу, воздух не проходит через этот тип испарителя. В чиллерах используется испарительный блок, в который входит хладагент и вода или гликоль, и происходит обмен тепла.Блоки чиллера могут выполнять только отвод явного тепла. В этом примере мы сосредоточимся на стандартной воздушной катушке.

Когда хладагент попадает в испаритель через дозирующее устройство, давление и температура снижаются. Исходя из нашего практического правила, приведенного выше, мы использовали смесь из 75% жидкости и 25% пара, поступающих в испаритель. Оставшаяся жидкость испаряется, поскольку она поглощает тепло из воздуха, проходящего над змеевиком.

Теоретически вся жидкость испаряется в испарителе, любое добавленное тепло после кипения является дополнительным, это дополнительное тепло известно как сверхвысокое тепло.Перегрев гарантирует, что только пары хладагента покидают испаритель и попадают в линию всасывания. Компрессор возвращает перегретый пар и перезапускает процесс.

Распространенные типы испарителей:

  • Ребристый испаритель (змеевик A и змеевик N)
  • Комплект испарителя
  • Пластинчатый испаритель
  • Трубка без покрытия

Посмотрите короткий эпизод подкаста, объясняющий цикл охлаждения

Цикл

Теперь, когда мы разбили основные компоненты, давайте объединим цикл как единое целое.

По запросу на охлаждение или охлаждение запускается компрессор. Компрессор, действующий как насос, нагнетает пар хладагента под давлением в нагнетательный трубопровод с высокой температурой газа.

Пар хладагента в нагнетательной линии перегрет. Линия нагнетания подает хладагент в конденсатор, по мере того, как хладагент движется через конденсатор, газ охлаждается, чтобы удалить перегрев. Хладагент переходит в насыщенное состояние (жидкость и пар одновременно) после того, как он перегрет.В этот момент тепло отводится, хладагент становится переохлажденной жидкостью, так как его температура теперь ниже точки кипения или насыщения.

Переохлажденная жидкость поступает в жидкостную линию, в этот момент все еще находится под высоким давлением, но при пониженной температуре. Переохлажденная жидкость движется через дозирующее устройство, понижая свое давление и температуру, попадая в испаритель. Когда воздух проходит через змеевик испарителя, хладагент поглощает тепло.

Поглощенное тепло приводит к тому, что хладагент достигает точки насыщения или кипения.Хладагент продолжает поглощать тепло выше точки насыщения, дополнительное тепло перегревает пар. Перегретый пар поступает в линию всасывания и возвращается в компрессор для повторения цикла.

Ключевые точки

  • Компрессор действует как паровой насос, перемещая хладагент по системе. Компрессор не предназначен для перекачивания жидкости.

  • Конденсатор отводит тепло, забираемое системой (испаритель и компрессор), и отвечает за то, чтобы хладагент на выходе был переохлажденной жидкостью.

  • Дозирующее устройство регулирует подачу жидкого хладагента в испаритель, снижая температуру и давление. Как правило, он попадает в испаритель в виде 75% жидкости и 25% пара.

  • Испаритель поглощает тепло, например, из воздуха в доме, выпаривая оставшийся жидкий хладагент. Хладагент забирает дополнительное тепло, добавленное тепло называется перегревом. Перегретый пар поступает во всасывающий трубопровод и обратно в компрессор.

Дополнительные компоненты

Поскольку мы рассмотрели четыре основных компонента, есть несколько дополнительных компонентов, которые важны в системе, которую мы рассмотрим в качестве дополнительного материала.

Реле давления

Как минимум, системы должны быть оборудованы реле высокого и низкого давления для защиты компрессора. Есть много предохранительных выключателей, которые мы могли бы обсудить, но отключение по высокому и низкому давлению очень важно для любой системы.

Реле высокого давления

Реле высокого давления можно найти на напорном или жидкостном трубопроводе любой данной системы, оно также может быть установлено непосредственно на головке полугерметичного компрессора. Он контролирует давление в системе и отключает компрессор при возникновении высокого давления. События высокого давления могут быть вызваны, например, загрязненным змеевиком конденсатора, неисправным вентилятором конденсатора и перезарядкой.

Настройка реле высокого давления может регулироваться или фиксироваться в зависимости от типа используемого переключателя.Настройка переключателя зависит от используемого хладагента. Не все хладагенты создают одинаковое давление на стороне высокого давления и требуют разных настроек. Я обнаружил, что настройка отключения обычно находится в диапазоне от 140⁰F до 155⁰F температуры насыщения конденсации или SCT. Если вы посмотрите на давления, которые попадают в этот температурный диапазон для любого данного хладагента, это обычно хорошая точка отсчета для отключения по высокому давлению.

Реле низкого давления

Выключатель низкого давления устанавливается на всасывающей линии или даже иногда на корпусе компрессора, как в случае с некоторыми полугерметичными компрессорами.Как и реле высокого давления, реле низкого давления могут быть фиксированными или регулируемыми. Кроме того, установка переключателя зависит от хладагента и области применения. Реле низкого давления при комфортном охлаждении обычно устанавливаются около или выше давления, соответствующего замораживанию. Например, R410a при насыщении 32⁰F соответствует давлению 101,6 фунт / кв.дюйм.

Чтобы защитить систему от замерзания, необходимо установить переключатель в положение около 101,6 фунтов на квадратный дюйм. Говоря о холоде, реле низкого давления обычно настраивается на отключение системы при достижении заданного значения или после откачки.Настройка будет зависеть от конкретной области применения и используемого хладагента и может потребовать некоторого размышления.

Реле низкого давления в целом также защитят систему при низком уровне заряда. Если, например, в системе возникнет утечка и произойдет потеря заряда, реле низкого давления разомкнется и не позволит компрессору работать.

Фильтр-осушитель жидкостной линии

Фильтр-осушитель на жидкостной линии - очень важный аксессуар для большинства систем.Устанавливается на жидкостной линии как можно ближе к дозирующему устройству. Его задача - отфильтровать любой мусор в системе и удалить следы влаги, которые могут присутствовать, с помощью влагопоглотителя.

Смотровое стекло Liquid Line

Смотровое стекло - это встроенное устройство, которое также устанавливается в жидкостной линии после (после) фильтра-осушителя. Он указывает на наличие полного столба жидкости, поступающей в дозирующее устройство, а также имеет индикатор влажности, который меняет цвет при наличии влаги в системе.Смотровое стекло на линии жидкости также может указывать на наличие проблемы в системе.

Приемник

Ресивер - это накопительное устройство, которое хранит хладагент в выключенном состоянии после откачки или хранит хладагент до тех пор, пока он не понадобится. Примером этого является зимняя эксплуатация, при низких температурах окружающей среды требуется больше хладагента для повышения давления в системе. Хладагент будет храниться в ресивере при более высоких температурах окружающей среды, и когда температура окружающей среды начинает падать, хранящийся хладагент используется для поддержания давления в системе.

Электромагнитный клапан жидкостной линии

Электромагнитный клапан жидкостной линии - еще один встроенный компонент, устанавливаемый в жидкостной линии. Он используется в большинстве случаев для откачки системы. Когда клапан принудительно закрывается, компрессор продолжает работать, хладагент перекачивается в конденсатор / ресивер. При падении давления в испарителе и линии всасывания реле низкого давления откроет операцию резания компрессору. Когда клапан открывается во время вызова, испаритель и линия всасывания находятся под давлением хладагента.Реле низкого давления замыкается, и компрессор возобновляет работу.

На этом изображении из приложения Danfoss RefTools App Troublehooter показаны последовательно соединенные фильтр-осушитель жидкостной линии, смотровое стекло и соленоидный клапан с потоком, движущимся справа налево.

Это отличный анимационный ролик от Данфосс, демонстрирующий, как работает цикл откачки.

Холодильный цикл - это наука, в которой задействовано множество факторов и переменных.Хорошее знание цикла обеспечит успех при обслуживании, установке и техническом обслуживании.

Гэри МакКриди

Подписывайтесь на HVAC Know It All в Instagram, Facebook, YouTube и LinkedIn и СЛУШАЙТЕ на подкаст HVAC Know It All

Сэкономьте 8% на покупках в TruTech Tools с кодом knowitall (за исключением продуктов Fluke и Flir)

Типы компрессоров кондиционирования воздуха | Компрессоры переменного тока

Внутри каждого кондиционера находится компрессор.Компрессор играет очень важную роль в сжатии хладагента, когда он поступает в машину, для повышения его температуры. После нагрева газ выходит из компрессора и попадает в конденсатор, чтобы можно было начать процесс охлаждения. Хотя все компрессоры переменного тока выполняют одну и ту же работу, они работают по-разному и имеют разные плюсы и минусы.

Поршневой компрессор кондиционера

Поршневой компрессор - самый популярный тип компрессора кондиционера. Поршень сжимает воздух, перемещаясь вверх и вниз внутри цилиндра.Когда поршень движется вниз, он создает эффект вакуума, который всасывает хладагент. По мере продвижения вверх газ сжимается и перемещается в конденсатор. Поршневой компрессор кондиционера очень эффективен, так как кондиционеры могут иметь до восьми цилиндров внутри компрессора.

Спиральный компрессор переменного тока

Спиральные компрессоры для кондиционирования воздуха, такие как этот компрессор LG, появились раньше на рынке. Они содержат одну неподвижную катушку, называемую свитком, в центре устройства, а затем еще одну катушку, которая вращается вокруг нее.Во время этого процесса вторая спираль подталкивает хладагент к центру и сжимает его. Спиральные компрессоры быстро становятся такими же популярными, как поршневые компрессоры, потому что у них меньше движущихся частей и, следовательно, они более надежны.

Винтовой компрессор переменного тока

Винтовой компрессор чрезвычайно надежен и эффективен, но он в основном используется в больших зданиях, где имеется большое количество воздуха, требующего постоянного охлаждения. Винтовой компрессор кондиционера содержит два больших винтовых ротора, которые перемещают воздух от одного конца к другому.По мере прохождения хладагента через компрессор пространство становится меньше, и он сжимается.

Ротационный компрессор кондиционера

Ротационные компрессоры

маленькие и тихие, поэтому они популярны в местах, где шум является проблемой. Внутри компрессора кондиционера этого типа находится вал с несколькими прикрепленными к нему лопастями. Вал с лопастями вращается внутри градуированного цилиндра, следовательно, проталкивая хладагент через цилиндр и одновременно сжимая его.

Центробежный компрессор кондиционера

Последний тип компрессора кондиционера - центробежный компрессор. Как следует из названия, он использует центробежную силу для втягивания газообразного хладагента, а затем быстро вращает его с помощью крыльчатки для его сжатия. Центробежные компрессоры кондиционирования воздуха обычно предназначены для очень больших систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Теперь, когда вы знаете различные типы компрессоров для кондиционирования воздуха, вы можете выбрать тот, который, по вашему мнению, будет наилучшим образом соответствовать вашим потребностям с точки зрения надежности и эффективности.Чтобы узнать больше о любом из наших компрессоров переменного тока, свяжитесь с нами сейчас.

Защита от перегрузки по току для оборудования кондиционирования и охлаждения

Время считывания: 12 минут

Защита электрооборудования от сверхтоков может выполняться несколькими различными методами. Общие правила максимальной токовой защиты проводов и оборудования можно найти в статье 240 Национального электрического кодекса. Раздел 240-2 указывает, что статья 440 должна использоваться для защиты оборудования для кондиционирования воздуха и холодильного оборудования.В части C статьи 440, в частности в разделе 440-21, Кодекс гласит, что требования части C статьи 440 дополняют или изменяют основные требования статьи 240. Это означает, что правила статьи 440 должны быть используется для обеспечения надлежащей защиты от перегрузки по току для оборудования для кондиционирования воздуха и холодильного оборудования. Процесс, используемый для определения размеров защитных устройств и компонентов схемы, аналогичен процессу, используемому с другими типами оборудования с электроприводом. Правильное применение правил защиты от перегрузки по току для оборудования для кондиционирования воздуха и холодильного оборудования можно относительно легко сделать, выполнив несколько основных шагов, описанных в этой статье.Чтобы лучше понять правила Кодекса, необходимо понимать характеристики этих типов двигателей.

Фото 1. Требования к максимальной токовой защите немного отличаются от требований для стандартных электродвигателей

.

Герметичный мотор-компрессор с хладагентом

Фото 2. Требования к максимальной токовой защите немного отличаются от требований для стандартных электродвигателей

. Герметичные мотор-компрессоры с хладагентом

отличаются от стандартных электродвигателей несколькими отличительными чертами.Во-первых, герметичный мотор-компрессор хладагента отличается от стандартного электродвигателя тем, что у него нет внешнего вала. Сам двигатель работает на хладагенте в герметичном корпусе. Во-вторых, эти герметичные мотор-компрессоры с хладагентом не имеют номинальной мощности. Герметичный мотор-компрессор с хладагентом рассчитывается по номинальному току нагрузки, который представляет собой средний ток, потребляемый двигателем в условиях нормальной нагрузки. В-третьих, герметичные мотор-компрессоры хладагента используют уникальный метод охлаждения.Обмотки двигателя и подшипники охлаждаются хладагентом. Эта характеристика определяет требования к защите от сверхтоков. Герметичный мотор-компрессор хладагента работает намного тяжелее, чем стандартный мотор. Во время работы двигателя компрессор преобразует хладагент в жидкость, которая охлаждает как двигатель, так и охлаждаемый продукт или пространство. Характеристики охлаждения зависят от типа используемого хладагента, расхода жидкости и других факторов, таких как расход и плотность.Поэтому производитель оборудования определяет характеристики системы максимальной токовой защиты. По этой причине требования к защите от сверхтоков немного отличаются от требований для стандартных электродвигателей (см. Фото 1, 2 и 3).

Фото 3. Требования к максимальной токовой защите незначительно отличаются от требований для стандартных электродвигателей

.

Два типа двигателей

Первая задача - понять разницу между стандартным мотором и герметичным мотор-компрессором.Понимание различий между двумя типами двигателей позволяет нам применять соответствующие правила Кодекса. Раздел 440-3 требует, чтобы при установке оборудования для кондиционирования воздуха, в котором не используется герметичный мотор-компрессор с хладагентом, соблюдались правила статей 430, 422 или 424, в зависимости от обстоятельств.

Ошибиться легко. Возьмем, к примеру, фанкойлы молочного двора. Хотя функция фанкойла заключается в охлаждении холодильной или морозильной камеры, в фанкойле используются только стандартные двигатели, продувающие холодный воздух через набор охлаждающих змеевиков (см. Фото 4 и 5).Фанкойл должен соответствовать требованиям к двигателям в статье 430. Если в оборудовании не используется герметичный мотор-компрессор с хладагентом, требования статьи 440 Кодекса не применяются.

Фото 4. Хотя функция фанкойла заключается в охлаждении холодильной или морозильной камеры, в фанкойле используются только стандартные двигатели, обдувающие холодный воздух через набор охлаждающих змеевиков

Вторая задача - понять, что правила статьи 440 дополняют или дополняют статью 430 и другие статьи Кодекса.Правила для цепей двигателей в Статье 430 являются основой специальных требований к герметичным мотор-компрессорам. Другие применимые правила Кодекса применяются в любой ситуации, когда Статья 440 не изменяет или не дополняет эти правила.

Паспортная табличка оборудования комбинированной нагрузки

Оборудование для кондиционирования воздуха и охлаждения, в котором используется только один герметичный мотор-компрессор с хладагентом, должно соответствовать Частям C и D статьи 440. На этикетке оборудования или паспортной табличке будут указаны номинальный ток нагрузки, ток заторможенного ротора, номинальное напряжение, фаза. , частота и другие данные.Установщик должен обеспечить защиту от перегрузки по току и перегрузки в соответствии с частями C и D.

.

Фото 5. Хотя функция фанкойла заключается в охлаждении холодильной или морозильной камеры, в фанкойле используются только стандартные двигатели, обдувающие охлаждающий воздух через набор охлаждающих змеевиков

Мы остановимся на комбинированной технике. Этот тип оборудования встречается чаще, чем однодвигательный агрегат. Примером оборудования с комбинированной нагрузкой может быть типичный кондиционер.Один блок будет содержать несколько различных нагрузок в сочетании, составляющих общую электрическую нагрузку оборудования. Этот тип оборудования будет содержать как минимум один герметичный мотор-компрессор хладагента. Он также может содержать один или два охлаждающих вентилятора и, возможно, нагреватель картера компрессора. Таким образом, этот тип оборудования считается комбинированным.

Рис. 1. Двумя наиболее полезными числами являются минимальная допустимая токовая нагрузка цепи и максимальная токовая защита устройства

.

Существует несколько альтернативных методов обеспечения надлежащей защиты от перегрузки по току для оборудования, на которое распространяется статья 440.Производимое сегодня комбинированное оборудование должно иметь паспортную табличку. На паспортной табличке указаны данные, необходимые для обеспечения надлежащей защиты оборудования от перегрузки по току. Раздел 440-4 (b) требует, чтобы оборудование с комбинированной нагрузкой было снабжено паспортной табличкой, на которой установщик и инспектор могут получить ценную информацию. Информация на паспортной табличке включает название производителя, напряжение, фазу, номинальный ток нагрузки и т. Д., А также два очень важных элемента. Двумя наиболее полезными числами являются минимальная допустимая токовая нагрузка цепи и максимальная токовая защита устройства (см. Рисунок 1).

На табличках с техническими данными на некотором оборудовании указаны «минимальные номиналы устройства защиты от перегрузки по току». Номинальные характеристики указывают на предохранитель или автоматический выключатель минимального размера, необходимый для запуска двигателя без ложного срабатывания. При выборе подходящего защитного устройства необходимо учитывать как минимальные, так и максимальные значения.

Рис. 2. Для оборудования с комбинированной нагрузкой, имеющего паспортную табличку в соответствии с требованиями Раздела 440-4 (b), проводники параллельной цепи должны быть «не менее минимальной допустимой нагрузки цепи, указанной на» паспортной табличке оборудования

Требования к ответвленной цепи

Требования к размеру ответвления для герметичных мотор-компрессоров с хладагентом указаны в части D статьи 440.Требования к размерам проводов ответвленной цепи очень похожи на требования к стандартным двигателям. Обычно требуется, чтобы сечение проводников ответвленной цепи составляло 125 процентов номинального тока нагрузки одиночного герметичного мотор-компрессора или 125 процентов тока выбора ответвленной цепи, в зависимости от того, что меньше. Однако для оборудования с комбинированной нагрузкой, имеющего паспортную табличку в соответствии с требованиями Раздела 440-4 (b), проводники параллельной цепи должны быть «не менее минимальной допустимой нагрузки цепи, указанной на» паспортной табличке оборудования (см. Рисунок 2 ).См. Раздел NEC 440-35.

Производитель уже рассчитал сечение проводника, исходя из суммы всех нагрузок двигателя в оборудовании с комбинированной нагрузкой, умноженной на 125 процентов. Нет необходимости повторять эти расчеты. Для этого типа оборудования установщик и инспектор должны только установить и проверить, что токопроводы ответвленной цепи, питающие оборудование, имеют допустимую токовую нагрузку, равную или превышающую минимальную допустимую токовую нагрузку цепи, указанную на паспортной табличке оборудования.

Защита от короткого замыкания и короткого замыкания на землю

Данные паспортной таблички также используются для выбора подходящего размера или номинала устройства защиты от короткого замыкания и замыкания на землю. Производитель может ограничить выбор устройств. Для этого типа защиты обычно используются предохранители и / или автоматические выключатели с рейтингом HACR.

Устройство защиты от короткого замыкания и замыкания на землю в ответвленной цепи для герметичных мотор-компрессоров с хладагентом не должно превышать 175 процентов номинального тока нагрузки мотор-компрессора.Номинал или уставка защитного устройства могут быть увеличены, если начальная настройка недостаточна для пускового тока. Максимальный номинал или настройка ограничиваются 225 процентами номинального тока нагрузки мотор-компрессора или тока выбора ответвленной цепи, в зависимости от того, что больше. См. Раздел 440-22 (а) Кодекса.

Герметичный мотор-компрессор потребляет ток заблокированного ротора при запуске. Допускается увеличение защитного устройства ответвленной цепи от короткого замыкания на землю на эти проценты, чтобы мотор-компрессор мог запускаться без отключения устройства максимального тока.Однако для оборудования с комбинированной нагрузкой Кодекс требует, чтобы на паспортной табличке указывалась максимальная мощность устройства защиты от сверхтоков. Производитель снова уже сделал расчет для установщика или инспектора. Никаких дополнительных расчетов в полевых условиях для выбора устройства защиты от перегрузки по току не требуется.

Рис. 3. Обязательно используйте автоматический выключатель с рейтингом HACR, если это указано на паспортной табличке

.

Иногда производитель оборудования с комбинированной нагрузкой указывает предохранители в качестве устройства защиты от сверхтоков.Это важная информация, которой необходимо следовать. Если на паспортной табличке указан только предохранитель, оборудование было оценено и испытано только с предохранителем. Производитель определил, что только предохранитель обеспечивает надлежащую защиту от перегрузки по току для герметичного мотор-компрессора с хладагентом и других внутренних компонентов. Использование автоматического выключателя будет нарушением разделов Кодекса 440-4 (b) и 440-22 (c). Это также будет нарушением Раздела 110-3 (b). Это равносильно несоблюдению инструкций производителя, прилагаемых к оборудованию.Несоблюдение инструкций - это то же самое, что несоблюдение Кодекса.

Большинство производителей допускают использование предохранителей или автоматических выключателей HACR в качестве защитного устройства. Если на оборудовании имеется маркировка «максимальный размер предохранителя *», а * в нижней части паспортной таблички означает «или автоматический выключатель HACR», то оборудование было оценено и испытано для использования с любой формой защиты от перегрузки по току. Выключатель HACR - это тип автоматического выключателя, который указан для группового применения. Другими словами, выключатель может обеспечить надлежащую защиту как для большей цепи двигателя компрессора, так и для компонентов цепи меньшего двигателя вентилятора.Обязательно используйте автоматический выключатель с номиналом HACR, если это указано на паспортной табличке (см. Рисунок 3).

Рейтинг «максимального устройства защиты от перегрузки по току» - это еще одна очень важная цифра на паспортной табличке. Устройство защиты от перегрузки по току, обозначенное на оборудовании с комбинированной нагрузкой, имеет маркировку «максимальный», например «максимальный размер предохранителя». Это означает, что указанный размер не может быть превышен. Устройство может быть меньше этого максимального размера.

Рис. 4. Значения на паспортной табличке типового кондиционера

Может показаться, что проводники неправильно защищены.Однако именно комбинация максимального размера устройства защиты от короткого замыкания и замыкания на землю вместе с системой защиты от перегрузки оборудования обеспечивает максимальную токовую защиту для всех компонентов схемы. Если защита от перегрузки устанавливается на месте для герметичного мотор-компрессора с хладагентом, размер перегрузки должен соответствовать разделу 440-52 и не должен превышать значений производителя.

На Рисунке 2 паспортная табличка указывает минимальную допустимую нагрузку на цепь и максимальную токовую защиту.Согласно данным паспортной таблички, проводники должны выдерживать ток 27,8 ампер. Помните, что для оборудования с комбинированной нагрузкой 125-процентный коэффициент уже используется производителем для определения общего значения 27,8 ампер. Медный провод № 10 THWN является приемлемым сечением для проводников цепи. Максимальный ток защитного устройства, обозначенный на оборудовании, составляет 40 ампер. Похоже, что проводники № 10 THWN защищены ненадлежащим образом. Это неправда. Предохранитель на 40 ампер или автоматический выключатель HACR обеспечивает защиту от короткого замыкания и замыкания на землю.Устройство защиты от перегрузки ограничивает нормальный рабочий ток до предписанных значений.

Устройство защиты от перегрузки по току может представлять собой устройство с номиналом менее 40 ампер, если оно может выдерживать пусковой и рабочий ток оборудования. Эти максимальные значения часто неправильно понимаются как единственный размер, допустимый Кодексом, хотя на самом деле это значение, которое нельзя превышать.

Оборудование, требующее двух напряжений питания

Рис. 5. Следовательно, поскольку эквивалентный ток полной нагрузки этого кондиционера равен 19.3 ампера, необходимо использовать следующий более высокий номинал, а выключатель должен иметь как минимум 5 лошадиных сил, 230 В, однофазный номинал

Оборудование для кондиционирования воздуха и холодильное оборудование, для которого требуются две цепи питания с разным напряжением, необходимо маркировать с помощью паспортной таблички с указанием минимальной допустимой нагрузки цепи и максимальных устройств защиты от перегрузки по току, необходимых для каждой из цепей, питающих оборудование. Он может отображаться на той же табличке с именем, но чаще встречаются отдельные таблички с именем.Нередко можно увидеть в продуктовом магазине стойку холодильного компрессора, для которой требуются два контура [см. Раздел 440-4 (b)].

Рейтинг средств отключения

Правила 440-12 определяют минимальный номинал и отключающую способность отключающих средств. Если блок компрессора кондиционирования воздуха или теплового насоса состоит из герметичного двигателя-компрессора (ов) хладагента в сочетании с другими нагрузками, такими как двигатель вентилятора, номинальная мощность отключающего средства в лошадиных силах основана на суммировании всех токов на обоих. при номинальной нагрузке, а также при заторможенном роторе.Например, используя значения на типовой паспортной табличке кондиционера (см. Рисунок 4), номинальный ток нагрузки 18 ампер (RLA) двигателя компрессора добавляется к 1,3 амперному току полной нагрузки (FLA) двигатель вентилятора.

Сумма 19,3 ампера считается эквивалентным током полной нагрузки для комбинированной нагрузки. Согласно таблице 430-148 NEC, номинальный ток полной нагрузки 230-вольтового однофазного 3-сильного двигателя составляет 17 ампер, а номинальный ток полной нагрузки 230-вольтового однофазного двигателя 5 -мощность мотора 28 ампер.Следовательно, поскольку эквивалентный ток полной нагрузки этого кондиционера составляет 19,3 ампер, необходимо использовать следующий более высокий номинал, а размыкающий выключатель должен иметь как минимум 5 лошадиных сил, 230 В, однофазное напряжение ( см. рисунок 5).

Рис. 6. Раздел 440-14 требует, чтобы средства отключения для оборудования для кондиционирования воздуха и охлаждения располагались в пределах видимости от оборудования, которое оно поставляет.

Номинальный ток отключающих средств также должен составлять не менее 115 процентов от суммы всех токов при номинальной нагрузке.Тогда этот минимальный рейтинг будет 115 процентов x 19,3 ампера = 22,19 ампера. Если средство отключения включает или служит в качестве защиты от перегрузки по току параллельной цепи для блока, номинал, требуемый для устройства максимального тока, а не этот минимальный номинал, обычно будет определяющим фактором при выборе средства отключения. Выключатель-разъединитель с предохранителями, содержащий предохранители максимального или минимального номинала, указанные на паспортной табличке, будет превышать это минимальное требование на 115 процентов. Однако, если в качестве средства отключения используется выключатель-разъединитель без предохранителя, то эти 115 процентов номинальной мощности и номинальная мощность в лошадиных силах будут определять минимальную номинальную мощность выключателя.

Есть еще одно соображение при выборе правильного размера отключающих средств, обслуживающих кондиционер. Номинальные характеристики отключающих средств также должны быть основаны на токах при заторможенном роторе. Обратитесь к таблице 430-151 (A) NEC для преобразования тока заторможенного ротора (LRA) в лошадиные силы. В нашем примере на паспортной табличке указано, что мотор-компрессор LRA на 96 ампер. Поскольку на паспортной табличке не указан LRA для двигателя вентилятора, мы предполагаем, что он в шесть раз больше FLA или 6 x 1.3 ампера = 7,8 ампера. Добавление этого к мотор-компрессору LRA на 96 ампер дает нам эквивалентный LRA для комбинированной нагрузки 103,8 ампер. Снова обращаясь к Таблице 430-151 NEC, мы обнаруживаем, что для однофазного двигателя 230 В с током заторможенного ротора двигателя 103,8 А выключатель должен быть рассчитан на номинальную мощность 5 лошадиных сил. См. Раздел 440-12 NEC.

Фото 6. Средства отключения могут быть расположены на или внутри оборудования для кондиционирования воздуха или холодильного оборудования.

Попытка использовать данные, указанные на паспортной табличке, для определения размеров разъединяющих средств может ввести в заблуждение. Например, обратите внимание на информацию на паспортной табличке «минимальный ток цепи = 26 ″ и« максимальное устройство защиты от перегрузки по току = 35 ». Подходит ли 30-амперный разъединитель для использования с этим конкретным устройством? Вот почему важна маркировка ампер заторможенного ротора. Поскольку герметичные мотор-компрессоры с хладагентом не имеют номинальной мощности, эквивалент заблокированного ротора должен быть получен с использованием значений в Таблице 430-151 (A) или (B), в зависимости от ситуации.Используя номинальный общий ток нагрузки оборудования, мы можем определить, имеет ли отключающее средство достаточно большую номинальную мощность в лошадиных силах. Выключатели-разъединители с одинаковым номинальным током могут иметь разные значения мощности в лошадиных силах. Установщики и инспекторы должны внимательно следить за маркировкой как на оборудовании, так и на средствах отключения. Характеристики отключающих средств особенно важны для более крупного оборудования. Средства отключения для оборудования с эквивалентной номинальной мощностью, превышающей 100 лошадиных сил, должны соответствовать разделу 430-109.Если выключатели общего назначения используются в качестве средств отключения для оборудования мощностью более 100 лошадиных сил, средства отключения должны иметь маркировку «Не работать под нагрузкой». Установщик обычно наносит эту дополнительную маркировку.

Фото 7. Отключающие средства могут быть расположены на или внутри оборудования для кондиционирования воздуха или холодильного оборудования.

Расположение средств отключения

Раздел 440-14 требует, чтобы средства отключения для оборудования для кондиционирования воздуха и охлаждения располагались в пределах видимости от оборудования, которое оно поставляет (см. Рисунок 6).Средства отключения могут быть расположены на или внутри оборудования для кондиционирования воздуха или холодильного оборудования. См. Фото 6 и 7.

Есть два исключения из этого общего требования. Одно исключение позволяет использовать шнур и вилку в качестве отключающих средств для переносного или оконного оборудования для кондиционирования воздуха, а другое исключение позволяет оборудованию для кондиционирования воздуха в большой производственной технологической линии иметь средства, находящиеся вне поля зрения, но способные заблокирован в открытом положении (см. Фото 8).

Фото 8.

Сводка

UL 1995 - Нагревательное и охлаждающее оборудование. (Этот стандарт распространяется на центральное отопление, центральное кондиционирование воздуха и тепловые насосы.) UL 484 - Комнатные кондиционеры. Эти стандарты безопасности продукции подробно описывают необходимые испытания на безопасность и определяют необходимые маркировки на паспортной табличке и инструкции, прилагаемые производителем оборудования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *