Как работает холодильный компрессор и почему промышленный режим отличается

Поищите, как работает компрессор, и почти все, что вы найдете, посвящено кондиционированию воздуха: дом, термостат, служебный фургон. Термодинамика в этих ответах не ошибочна. Это рама вокруг нее, и именно рама решает, прослужит ли машина пятнадцать лет в холодильной камере или выйдет из строя в третий сезон.

Эта страница отвечает на вопрос о промышленном охлаждении — холодильных камерах, камерах шоковой заморозки, технологическом охлаждении, рыбных трюмах — где компрессор выполняет одну и ту же работу, но выбирается и отключается разными номерами.

Полугерметичная поршневая машина: двигатель внутри границы с хладагентом, цилиндры сверху, сервисные клапаны на концах. Все, что ниже, происходит между этими двумя клапанами.

Ключевые выводы

• Компрессор не охлаждает. Он поддерживает разницу давлений, а именно эта разница позволяет хладагенту закипать ниже необходимой вам температуры. Снимите компрессор и холод прекратится, но не потому, что холод вырабатывался.

• Два числа решают, выживет ли машина: степень давления и температура нагнетания. Вместимость привлекает внимание; эти двое получают гарантийные претензии.

• Четыре цифры правильно описывают компрессор. Рабочий объем, производительность в установленной рабочей точке, степень сжатия, температура нагнетания. Показатели сезонной эффективности относятся к комфортному охлаждению, а не к морозильной камере, работающей при фиксированной температуре испарения.

• «Двухступенчатая технология» неоднозначна, и из-за нее люди покупают не ту машину. В системах кондиционирования воздуха это обычно означает две ступени мощности. В промышленном охлаждении это означает две стадии сжатия. Это не одно и то же.

Что на самом деле делает компрессор

Хладагент кипит при температуре, определяемой его давлением. Упадите давление достаточно сильно, и он закипит значительно ниже температуры комнаты, которую вы пытаетесь охладить, поэтому тепло уходит из комнаты в хладагент, а не наоборот. В этом весь фокус. Все остальное — водопровод, а компрессор — это насос, который поддерживает постоянную разницу давлений.

Четыре компонента, четыре состояния. Весь вклад компрессора заключается в левой ветви: он забирает пар под давлением всасывания и подает его под давлением, при котором конденсатор может отводить тепло всему, что доступно — морской воде, окружающему воздуху, градирне.

Прочтите цикл еще раз, медленно, потому что на двух из четырех этапов растения действительно идут не так.

Всасывание. Компрессор всасывает пар из испарителя. Это должен быть пар: компрессор не может перекачивать жидкость, а если жидкость поступает, машина вместо повышения давления преобразует энергию движущегося поршня в гидромолот. Всасывающая линия также несет масло обратно в картер, поэтому ее наклон, ловушки и изоляция являются инженерными решениями, а не деталями установки.

Сжатие. Объем закрывается, давление растет, а вместе с ним и температура — не потому, что было добавлено тепло, а потому, что то же количество энергии теперь находится в меньшем пространстве. На этом этапе расходуется электроэнергия и генерируется температура нагнетания, которая впоследствии определяет, как долго прослужат клапаны.

Разряд и конденсация. Горячий пар под высоким давлением поступает в конденсатор, отдает тепло охлаждающей среде и выходит в виде жидкости. Температура, до которой его можно охладить, является самым важным фактором, влияющим на эффективность всей установки, и она устанавливается конденсатором и погодой, а не компрессором.

Расширение. Жидкость проходит через клапан на сторону низкого давления, частично испаряется и падает до температуры испарения. Холод производится здесь, в клапане и в испарителе, а не в компрессоре.

Два числа, которые решают, сработает ли это

Спросите, какова мощность компрессора, и вы получите цифру в кВт. Спросите, при каких условиях, и ответ иногда становится расплывчатым. Именно из-за этой неопределенности проекты идут не так, как надо, потому что абстрактно компрессор не имеет производительности: у него есть производительность при температуре испарения, температуре конденсации и хладагенте, и все три его перемещают.

Вот два числа, которые имеют большее значение, чем емкость.

Коэффициент давления представляет собой давление нагнетания, разделенное на давление всасывания, оба абсолютные. Это показатель того, насколько сильно машину приходится поднимать. По мере подъема объемный КПД падает — большая часть каждого хода теряется на повторное расширение газа в зазоре — и вместе с этим растет температура нагнетания.

Температура нагнетания – это то, что на самом деле разрушает машины. Выше определенного момента масло начинает разрушаться, тарелка клапана разрушается, а зазоры, которые закрывало масло, перестают уплотняться. Компрессор, работающий с комфортной степенью давления, но истощенный конденсатор все равно может приготовиться сам.

Обе цифры взяты из дежурной точки, а не из ответа конкурента. Если поставщик указывает мощность без указания температур испарения и конденсации, это число ни с чем не сравнимо.

Четыре числа описывают компрессор, и ни одно из них не является SEER.

Комфортное охлаждение оценивается по сезонной эффективности: одно число, которое складывает целый год работы с частичной нагрузкой в ​​одну цифру, поскольку кондиционер проводит большую часть своего срока службы при частичной нагрузке, а его нагрузка зависит от погоды.

Промышленная холодильная машина обычно так не работает. Камера шоковой заморозки сильно тянет вниз, а затем удерживается. Холодильный склад работает вблизи проектной точки в течение тысяч часов. Технологический охладитель следует графику продукции. Сезонные рейтинги, основанные на частичной нагрузке, вызванной погодными условиями, почти ничего из этого не описывают.

Наша собственная линейка четырехцилиндровых поршневых двигателей имеет производительность от 34,73 до 56,25 м³/ч для восьми моделей мощностью от 6 до 20 л.с. с трехфазным питанием 380–420 В. Это цифры, с которыми сравнивает инженер завода; это также цифры, которые сезонный рейтинг не может выразить.

Четыре семейства, которые имеют значение в промышленном холодильном оборудовании

Архитектур больше четырех, но именно они встречаются в помещениях холодильных установок.

Взаимно. Поршни, цилиндры, всасывающие и нагнетательные клапаны. Положительное смещение, поэтому он сохраняет свою производительность при повышении степени давления и допускает использование широкого спектра хладагентов. Исправен в полевых условиях: снимаются головки, заменяются тарелки клапанов, и машина снова работает. Наши модели являются полугерметичными, с двух-, четырех- и шестицилиндровыми корпусами в Блейте, и эта архитектура подходит для большинства холодильных камер и технологических режимов мощностью до нескольких сотен кВт.

Винт. Два взаимодействующих ротора, непрерывное сжатие, гораздо меньше движущихся частей и отсутствие изнашиваемых всасывающих и нагнетательных клапанов. Это правильный ответ при более высокой производительности и высоком коэффициенте давления, поэтому режимы глубокой заморозки – это небезопасная территория. Кроме того, он менее щаден при очень маленькой мощности и требует больше затрат на производство при небольших размерах.

Прокрутите. Две спирали, одна вращающаяся. Отлично подходит для комплектного оборудования и легких коммерческих работ, где он тихий и надежный. В промышленном холодильном оборудовании он используется в небольших конденсаторных установках и в некоторых каскадных системах, а не в качестве основного агрегата морозильной камеры.

Центробежный. Импеллер выбрасывает газ наружу. Очень большая мощность, очень большие чиллеры и другой набор проблем — именно скачок напряжения при низкой нагрузке их ломает.

Два из этих четырех - это то, что строит Блейт: с возвратно-поступательным движением в двух-, четырех- и шестицилиндровой раме, а также одноступенчатый винт и однокорпусный двухступенчатый двигатель. Это не совпадение — эта пара архитектур охватывает промышленное охлаждение от небольшой холодильной камеры до установки глубокой заморозки.

«Двухступенчатый» — это две разные вещи, и это стоит людям денег.

Это самая дорогая неоднозначность в отрасли, и она появляется в спецификациях каждую неделю.

В кондиционировании воздуха термин «двухступенчатый» обычно описывает ступени мощности : машина, работающая примерно на семьдесят процентов или полную мощность, или система с двухступенчатым термостатом. Ничего о сжатии не меняется; машина просто имеет два выходных уровня вместо одного.

В промышленном охлаждении термин «двухступенчатый» означает две стадии сжатия : газ сжимается, охлаждается или перегревается при промежуточном давлении и снова сжимается. Причина в соотношении давлений: при высокой температуре испарения одна ступень будет работать с соотношением, которое ни тарелка клапана, ни масло не выдержат долго.

Эти два значения создают машины, которые не похожи друг на друга, и спецификацию, в которой говорится «двухступенчатый», но без указания того, какой именно из них не может быть правильно процитирован. Наш собственный двухступенчатый винт - второй вид: два роторных комплекта в одном корпусе, между ними двигатель с соотношением рабочего объема низшей ступени к высшей ступени 2,18 к 1, и камера промежуточного давления, выполняющая работу, которую двухмашинная установка выполняет с внешним сосудом.

Если вы пишете спецификацию, напишите «две ступени сжатия с промежуточным охлаждением» или «две ступени мощности». Семь лишних слов спасут редизайн.

Почему пошлина ниже минус тридцати меняет машину

Когда температура испарения падает, степень давления увеличивается, и происходят три вещи одновременно.

Объемный КПД падает, поэтому заданный рабочий объем обеспечивает меньшую мощность, а рама становится больше для той же нагрузки. Температура нагнетания повышается, поэтому маслу и клапанам требуется больше времени. И массовый расход падает, а это значит, что маслу приходится перемещаться с меньшим количеством газа — возврат после длительного пробега испарителя становится проблемой конструкции, а не деталью.

Где-то ниже минус тридцати градусов арифметика перестает отдавать предпочтение одной ступени. Ответ: либо две ступени сжатия в одной машине, либо двухступенчатая возвратно-поступательная система для меньшего конца диапазона. Какой из них правильный, зависит от мощности и способа эксплуатации установки, а не от предпочтений.

Выбор хладагента имеет решающее значение. R404A и R507A остаются рабочими ГФУ в этом диапазоне и именно для них создано большинство наших судовых машин и оборудования для холодильных хранилищ. R22 сохраняется на существующей установке, но не является выбором для новой. Транскритический CO2 — это совсем другой режим давления и другой разговор — настоящий, а не заезжий.

Где останавливается компрессор и запускается установка

Компрессор — машина на переднем плане. Все, что стоит за ним — сепаратор, ресивер, трубопроводы, клапаны — превращает машину в завод, и именно здесь выигрывается или теряется большая часть надежности.

Компрессор — это одна из примерно шести вещей, которые должны быть исправны. Остальные пять:

• Масляная система — сепаратор, охладитель, регулятор уровня, подогреватель. На винт это половина установки; на поршневой машине это картер, насос или разбрызгивающая система и нагреватель.

• Конденсатор — он задает температуру конденсации и, следовательно, степень сжатия, а значит, и все, что должен делать компрессор.

• Испаритель и его подача — он задает температуру испарения и перегрев, который видит компрессор.

• Элементы управления — контроль производительности, защита и логика, которая решает, когда разгружаться.

• Трубопроводы — размеры трубопроводов, стояки, ловушки, изоляция. Правильный компрессор с неправильным трубопроводом — это гарантия, ожидающая первого лета.

Ни один из этих пяти не будет улучшен выбором лучшего компрессора. Все они могут уничтожить хорошего. Поэтому честный ответ на вопрос «какой компрессор купить» обычно заключается в другом вопросе о заводе.

Как эти машины на самом деле выходят из строя

Список отказов в статье о домашнем кондиционировании воздуха отличается от списка в машинном помещении, потому что машины и режим работы другие. Четыре механизма являются причиной большинства промышленных неудач.

Застой жидкости. Жидкость достигает всасывающего патрубка, и компрессор пытается ее сжать. Жидкости не сжимаются, поэтому энергия уходит в механику: погнутые клапана, поврежденные шатуны, треснувшие головки. Обычно все начинается со слишком широкой установки подающего клапана, оттайки, возвращающей жидкость, или всасывающей линии, в которой скапливаются масло и жидкость.

Масляное голодание. Масло покидает компрессор вместе с нагнетательным газом и должно вернуться обратно. Когда этого не происходит (неправильный размер стропы, неправильный уклон, ловушка, которая ее собирает, испаритель, который ее удерживает), подшипники высыхают задолго до того, как снаружи что-то кажется неправильным. Защита по давлению масла существует именно потому, что отказ остается незаметным до тех пор, пока он не станет полным.

Высокая температура нагнетания. Недостающий конденсатор, перегруженная система или рабочая точка за пределами допустимого диапазона приводят к повышению температуры нагнетания. Масло на пластинах клапанов обугливается, пластины разрушаются, производительность падает, и машина становится еще сильнее. Это медленный каскад, и начинается он с конденсатора, который никто не чистил.

Выгорание. В полугерметичной машине двигатель находится в потоке хладагента. Когда обмотка выходит из строя, возникает дуга, которая расщепляет хладагент и масло на кислоту, и эта кислота распространяется по всей цепи. Запасной компрессор, включенный в этот контур, выходит из строя в течение нескольких месяцев, если не промыть трубопровод и не установить всасывающие фильтры-осушители. На машине с открытым приводом этот конкретный режим неисправности не существует, поскольку в газе нет двигателя — это различие, которое стоит знать, прежде чем принимать диагноз.

Под этой головкой находится тарелка клапана — изнашиваемый элемент, от которого зависит интервал обслуживания поршневой машины. Синий компонент — это переключатель давления масла, защита, которая стоит между проблемой медленного подачи масла и разрушением картера.

Что измерить, прежде чем что-либо заменять

Компрессор, который вышел из строя, обычно сообщает об этом уже несколько месяцев. Вот показания, которые дают диагноз, а не мнение:

1. Давление всасывания и нагнетания, преобразованное в температуру насыщения используемого хладагента.

2. Температуры всасывания и нагнетания в тот же момент, что и давления.

3. Перегрев на выходе испарителя и переохлаждение или приближение к конденсатору.

4. Ток соответствует паспортной табличке и протоколу ввода в эксплуатацию.

5. Уровень масла, цвет масла и сработало ли реле давления масла.

6. Часы работы и история кодов отключений.

Важное сравнение происходит не с общей таблицей, а с записью о вводе в эксплуатацию этой машины. Станция, у которой за три года температура конденсации отклонилась на два Кельвина, — это станция с загрязненным конденсатором, и никакая замена компрессора это не исправит.

Отремонтировать или заменить без правила пяти тысяч.

Эмпирическое правило, которое применяется в сфере жилищного обслуживания — умножить возраст на стоимость ремонта и сравнить с круглым числом — предполагает, что бытовая единица имеет короткий срок службы, стандартную замену и домовладелец платит в розницу. Почти ничего из этого не переносится в машинное помещение.

Промышленная версия решения содержит четыре вопроса в указанном порядке.

Дежурная точка по-прежнему та? Если менялся ассортимент продукции, расширялся магазин или ужесточался режим заморозки, то существующий станок подбирался для завода, которого уже нет. Замена подобного на подобное воспроизводит проблему.

Доступен ли хладагент и пригоден ли он к эксплуатации там, где находится завод? Машина на снимаемом с производства хладагенте - это решение ближайшего десятилетия, а не очередного ремонта.

Что на самом деле носят? Пластины клапанов, прокладки, подшипники и уплотнения вала являются изнашиваемыми элементами и подлежат замене. Машина с изношенной тарелкой клапана – это не неисправная машина; это машина, требующая обслуживания.

Какова стоимость простоя по сравнению с машиной? В холодильных камерах, где хранится продукт, неделя потери мощности обычно обходится дороже, чем стоимость компрессора. Именно этот расчет, а не практическое правило, является решающим.

Ответ иногда не в ремонте и не в замене: это рама побольше, вторая машина для опускания или другая архитектура нижней ступени.

Краткая карта выбора

Следует отметить, что семейство соответствует степени давления, а степень давления соответствует рабочей точке. Все остальное — марка, цена, занимаемая площадь — является решающим фактором среди машин, которые уже находятся в нужном классе.

Заключение

Холодильный компрессор удерживает разницу давлений, поэтому хладагент может кипеть при температуре ниже температуры окружающей среды. Все, что следует за этим — рабочий объем, степень сжатия, температура нагнетания, масло, клапаны — это цена надежного удержания этой разницы в течение многих лет.

Две вещи, которые стоит убрать, непривлекательны. Запишите рабочую точку, температуру и хладагент, прежде чем кто-либо укажет мощность. А когда в спецификации указано «двухступенчатый», выясните, что это значит.

Если вам нужен следующий уровень детализации, сравнение винта и поршня описывает, как выбирать между двумя архитектурами, которые мы создаем, то, что находится внутри полугерметичного компрессора, проходит через поршневую машину часть за деталью, статья о двухступенчатом винте объясняет, что на самом деле делает вторая ступень, и пошаговая проверка — что делать, когда машина начинает плохо себя вести.

Сами диапазоны: четырехцилиндровые поршневые, , двухступенчатые винтовые , , двухступенчатые поршневые , и диапазон CO2 для закритической работы.

Часто задаваемые вопросы

Компрессор охлаждает?

Нет. Холод образуется там, где испаряется хладагент, в расширительном клапане и змеевике испарителя. Компрессор поддерживает низкое давление, благодаря которому испарение происходит при необходимой температуре, и поднимает пар до давления, при котором конденсатор может избавиться от тепла.

Почему компрессор не может перекачивать жидкость?

Потому что жидкость фактически несжимаема. Поршень или ротор некуда толкать, поэтому сила идет на механические части, а не на повышение давления. Результат – гидроудар: погнутые клапана, поврежденные шатуны, треснувшие головки. Перегрев на всасывании и контроль подачи позволяют предотвратить попадание жидкости в машину.

Что означает двухступенчатый компрессор холодильного оборудования?

Две стадии сжатия: газ сжимается, охлаждается или перегревается при промежуточном давлении, затем снова сжимается. Он используется при высоких степенях давления, что означает низкие температуры испарения. В кондиционировании воздуха та же самая фраза часто означает две ступени мощности, что представляет собой совершенно другую машину.

Какой тип компрессора лучше всего подходит для морозильной камеры при минус сороке?

При такой температуре кипения степень сжатия исключает использование одной ступени, поэтому выбор стоит между однокорпусным двухступенчатым шнеком и двухступенчатой ​​поршневой машиной. Шнек подходит для большей производительности и непрерывной работы; поршневая машина подходит для небольших мощностей и частых спусков.

Как долго прослужит промышленный компрессор?

Настолько долго, что «годы» — неправильная единица измерения: машина, находящаяся в плановом обслуживании, измеряется десятилетиями эксплуатации, с заменой клапанных пластин, прокладок и уплотнений. Его сокращает не возраст, а долг: конденсатор, который никогда не чистится, рабочая точка за пределами допустимого диапазона или масляный контур, который никогда не был в порядке.

Могу ли я использовать компрессор кондиционера для охлаждения?

Ни для чего ниже нуля градусов. Степень сжатия, хладагент, масло и охлаждение двигателя рассчитаны на комфортное охлаждение. Установка одного из них в морозильную камеру приводит к тому, что машина работает за пределами своих возможностей с первого дня, и гарантия не действует после отчета о вводе в эксплуатацию.