Элементы холодильной установки

Компрессоры. В морских установках применяются компрессоры трех типов: центробежные, винтовые и поршневые.

Центробежные компрессоры работают на фреоне R11 и R12 и используются в крупных установках кондиционирования воздуха. По внешнему виду центробежные компрессоры похожи на горизонтальные центробежные насосы и могут иметь одну или несколько ступеней.

Поршневые компрессоры применяются в широком диапазоне - от установок кондиционирования до низкотемпературных установок для охлаждения груза. Эти компрессоры обычно компактны и выполняются с вертикальным, V- или W-образным расположением цилиндров. Устройство четырехцилиндрового W-образного компрессора показано на рис. 1. Принцип действия этого компрессора во многом схож с работой поршневого воздушного компрессора. Для обеспечения низких температур компрессор может выполняться двухступенчатым. Имеются конструкции, предусматривающие перевод компрессора из режима одноступенчатого в режим двухступенчатого сжатия в зависимости от потребности.

Рис. 1. Поршневой компрессор: 1 - сальник вала; 2 - разгрузочный механизм цилиндра; I - всасывание хладагента; II - нагнетание хладагента.

Ввиду того что картер компрессора находится под давлением холодильного агента, предусмотрен сальник приводного вала, предназначенный для уплотнения картера. В бессальниковых или герметических компрессорах этой проблемы не существует, так как электродвигатель встроен в корпус компрессора.

Винтовые компрессоры в крупных установках вытесняют поршневые, и происходит это по двум причинам:

• первая - меньшее число и большая компактность холодильных машин при той же холодопроизводительности;
• вторая - небольшое число подвижных частей, что обеспечивает более высокую надежность и упрощает эксплуатацию компрессора.

Применяются два вида винтовых компрессоров:

• первый - с двумя роторами-винтами, находящимися в непосредственном зацеплении;
• второй - более современный с одним ротором-винтом и двумя звездочками по одной с каждой его стороны. Звездочки сжимают пар агента в противоположных направлениях, поэтому осевое усилие в компрессоре уравновешено.

Принцип действия компрессоров обоих типов в определенной степени схож с работой винтовых насосов. Для обеспечения плотности между роторами в компрессор впрыскивается масло, а для того, чтобы оно, не проходило в систему, на стороне нагнетания установлены маслоотделители, более крупные и сложные, чем у поршневых компрессоров.

Ввиду того что часть теплоты сжатия передается смазочному маслу, в состав агрегатов включают крупные маслоохладители, которые охлаждаются водой или хладоносителем. Из-за того что приводные электродвигатели компрессоров работают на переменном токе и имеют постоянную частоту вращения, для уменьшения подачи применяют различные виды устройств, разгружающих цилиндры компрессора. Такое устройство осуществляет удержание всасывающих клапанов компрессора в открытом положении.

Конденсаторы. Как отмечалось, большинство конденсаторов выполняются кожухотрубными и охлаждаются водой. Типичный современный конденсатор показан на рис. 2. Здесь видно, что холодильный агент проходит снаружи трубок, а охлаждающая вода движется внутри них. В конденсаторе, охлаждаемом забортной водой, предусматривается двухходовое движение воды.

Рис. 2. Конденсатор: а - общий вид; б - разрез по крышке, применяемой в конденсаторах морского исполнения; I - вход пара холодильного агента, II - выход жидкого холодильного агента, III - вход забортной воды, IV - выход забортной воды.

У конденсаторов, имеющих длину 3 м и более, предусматривают двойной выход жидкого агента, с тем чтобы обеспечить бесперебойное поступление жидкости в систему во время качки судна.

Испарители. Испарители делятся на два вида: испарители непосредственного охлаждения, в которых холодильный агент охлаждает непосредственно воздух, и кожухотрубные, в которых холодильный агент охлаждает хладоноситель.

Простейшим испарителем непосредственного охлаждения является пучок трубок с увеличенной поверхностью благодаря их оребрению. Холодильный агент кипит в трубках и охлаждает воздух, который прогоняется снаружи вентилятором, обеспечивающим циркуляцию воздуха. Испарители такого типа могут быть установлены для охлаждения провизионных шкафов, в которых вентилятор и испаритель выполнены в едином агрегате, а также в системах непосредственного охлаждения рефрижераторных трюмов и систем кондиционирования воздуха, где вентилятор или вентиляторы могут быть установлены отдельно от испарителя.

Более сложную конструкцию имеют кожухотрубные испарители, применяемые для охлаждения хладоносителя (рис. 3). Здесь холодильный агент проходит внутри трубок, а хладоноситель омывает ряды трубок снаружи.

Рис. 3. Испаритель: а - общее устройство; б - разрез по внутренней оребренной трубе, I - вход холодильного агента, II - всасывание холодильного агента в компрессор, III - вход воды или рассола, IV - выход воды илирассола, 1 - дренажная труба со смотровым стеклом.

Перед трубной доской холодильный агент разбрызгивается таким образом, чтобы гарантировалось равномерное распределение его по всем теплообменным трубкам. Попавшее в испаритель масло отводится через дренажную систему и поэтому в трубки не попадает.

В испарителях рассматриваемого типа для улучшения теплопередачи имеются две конструктивные особенности: первая - теплообменные трубки со стороны холодильного агента имеют спиральное оребрение (как показано на рис. 3) или же вставку в виде алюминиевой звезды, имеющей спиральную форму; вторая - в корпусе испарителя имеются перегородки, обеспечивающие движение рассола поперек трубок.

Клапаны регулирования потока холодильного агента. Обычно на жидкостной линии перед регулирующим вентилем устанавливают соленоидный вентиль. Им управляет термостат в зависимости от температуры воздуха в охлаждаемом помещении или температуры хладоносителя.

Соленоидный вентиль используется также для отключения некоторой части контура в охладителе, когда машина работает в условиях частичной нагрузки.

Рис. 4. Терморегулирующий вентиль: 1 - отверстие, 2 - диафрагма, 3 - трубка и пространство, заполненные холодильным агентом, 4 - капиллярная трубка, 5 - чувствительный баллон, 6 - испаритель, 7 - клапан, 8 - пружина, 9 - регулировочный винт,  I - жидкость из конденсатора, II - пар к компрессору.

Регулирующий вентиль - это наиболее сложная часть устройства, которое регулирует поток холодильного агента из полостей высокого давления в полости низкого давления. Этот вентиль может быть выполнен как терморегулирующий (рис. 4). Термобаллон воспринимает температуру холодильного агента на выходе из испарителя, и соответственно при этом увеличивается или уменьшается открытие клапана. Работа прибора зависит от разности давлений на нагнетательной и всасывающей стороне. Поэтому очень существенно, чтобы давление нагнетания поддерживалось на максимальном или близком к нему значении. Так, если судно находится в районе с холодной забортной водой, необходимо осуществлять рециркуляцию охлаждающей воды, чтобы поддерживать нужное давление конденсации. Если этого не делается, вентиль работает неустойчиво, в результате чего жидкий холодильный агент может прорываться во всасывающую трубу компрессора.

Вспомогательные устройства. Маслоотделитель устанавливается на стороне нагнетания компрессора и является обязательной частью агрегатов с винтовыми компрессорами. Для других видов компрессоров маслоотделители могут устанавливаться или не устанавливаться в зависимости от взаимного расположения частей агрегата и длины трубопровода.

Осушители холодильного агента обязательно используются во фреоновых установках для удаления влаги, оказавшейся в системе. В противном случае влага может замерзнуть в регулирующем вентиле и существенно нарушить работу установки.

Жидкостный ресивер может включаться в состав установки по следующим соображениям: являясь дополнительной емкостью, он, во-первых, создает резерв холодильного агента в системе, необходимый для работы установки в различных режимах; во-вторых, обеспечивает хранение агента, когда необходимо откачать его из системы.

В малых установках откачиваемый из системы холодильный агент обычно собирают в конденсатор.