Лабораторная работа №4. Изучение конструкций винтовых холо-дильных компрессоров

4.1 Общие сведения

Тема занятия: Изучение конструкций винтовых холодильных компрес­соров

Цель занятий: Целью настоящей работы является расширение и закреп-ление знаний студентов по дисциплине «Низкотемпературные машины».

Задача работы: Изучение типовых конструкций, узлов и элементов совре­менных винтовых компрессоров, ознакомление с классификацией и принципом действия.

Время работы: 4 часа

Место проведения занятий: Лаборатория компрессорных машин кафедры ТОСЖ.

Учебное оборудование и наглядные пособия:

Альбом плакатов и чертежей, схемы установок и натурные образцы.

4.2 Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с настоящими методическими указаниями.

2. Изучить классификацию и устройство винтовых компрессоров.

3. Изучить основные узлы и принцип работы винтовых компрессоров

4. Оформить отчет.

5. Подготовить ответы на контрольные вопросы.

Рекомендуемая литература

1. Холодильные компрессоры. Справочник/ Под общей ред. А.В. Быкова /.-Л.: Пищевая промышленность, 1981.279 с.

2. Сакун И.А. Винтовые компрессоры. - 2-е изд., - Л.: Машиностроение, 1970, -400 с.

3. Винтовые компрессорные машины. Справочник /Амосов П.Е., Бобриков И.И. и др./- Л.: Машиностроение, 1977.- 256 с.

4. Холодильные машины/ Под общей ред. Сакуна И.А. /-Л.: Пищевая промыш­ленность, 1985.- 400 с.

5. Андреев П.А. Винтовые компрессорные машины . Л.: Гос . Союз-судпром, 1961.- 251с.

6. Калугин Г.Н. Винтовые компрессоры с подачей жидкости в рабочую полость, учебное пособие. Краснодар: изд. КПИ. 1984.- 116 с.

4.3 Конструкции и принцип действия винтовых компрессоров

Винтовые компрессоры (ВК), создание которых началось в ЗО-х годах про­шлого столетия, нашли широкое применение в различных отраслях промышлен­ности, в том числе в холодильной технике. Первый ВК изготовлен по патенту шведского инженера Лисхольма в 1937 г

ВК, как и поршневые, относятся к классу компрессоров объемного принци­па действия. Повышение давления пара (газа) в них достигается посредством уменьшения замкнутого объема, образуемого впадинами винтов и стенками кор­пуса. Винтовые холодильные компрессоры (ВХК) применяются в настоящее вре­мя в области холодопроизводительности от 50 до 3500 кВт при работе на R22, R134 и R717. Разработан типоразмерный ряд винтовых холодильных компрессо­ров маслозаполненного типа, которые входят в состав агрегатов, охватывают диа­пазон холодопроизводительности от 410 до 1680 кВт при стандартных условиях работы (to=-15°C, tk=+30°C) на R22 и R717.

Первый экспериментальный отечественный ВК был разработан в 1948 г. в Ленинградском кораблестроительном институте (ЛКИ). Первый холодильный ВК был спроектирован, изготовлен и исследован в Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности, а серийный выпуск машин этого типа начат с 1973 г. на Казанском компрессорном заводе. В настоящее время крупней­шие заводы Москвы, Санкт-Петербурга, Казани, Читы и др. городов выпускают винтовые компрессоры. Более 25 зарубежных фирм заняты разработкой ВК: сре­ди них фирмы Швеции, Англии, Франции, Японии, ФРГ, США, ЧССР, ГДР и др.

Необходимо отметить, что тенденция роста выпуска холодильных ВК тако­ва, что (по данным ведущей организации ВНИИхолодмаша) практически весь парк средних и крупных холодильных установок в России переведен на ВК мас­лозаполненного типа и "сухого” сжатия.

Классификация винтовых компрессоров.

Классификация ВК производится с целью рассмотрения конструктивных особенностей ВК, исходя из условий работы и оценки возможного их подбора с целевым назначением.

Холодильные ВК можно классифицировать по следующим основным при­знакам:

- по количеству роторов:

однороторные (рисунок 4.1) винтовые компрессоры имеют один шестиза-ходный винт (нарезанная часть)1н один или два уплотнительных диска 2 сбоку. Каждая часть работает обособленно: с одного торца происходит заполнение по­лостей всасываемым паром, с другого - после внутреннего сжатия происходит на­гнетание через окно в корпусе. Достоинством одновинтового компрессора являет­ся низкая металлоёмкость, хорошая уравновешенность винта от действия ради­альных сил при параллельной работе обеих частей. Однако, моменты сил, осевые силы и силы, действующие на уплотнительные диски, не уравновешены. Недос­татками этих компрессоров являются трудность уплотнения сопряжения верти­кальных шестерен с ротором механический контакт этих деталей. Фирма Grasso-Stacon (Голландия) и Hall Thermotank Produkt (Англия) изготавливают холодиль­ные однороторные компрессоры и на базе их компрессорные агрегаты холодо-производительностью от 440 до 1300 кВт. В России выдано несколько авторских свидетельств на изобретение однороторных ВК (А.с.101569 от 1958 г., А. с. 134803 от 1961 г.).

1 - шестизаходный винт; 2 - уплотнительный диск; 3 - всасывающий патрубок; 4 - всасывающая полость; 5 - подшипниковые узлы; 6 - уплотнительный диск; 7 - корпус компрессора; 8 - вал винта (нарезной части); 9 - зацепление винта с дисками (звездочками).

Рисунок 4.1 - Однороторный винтовой компрессор

Двухроторные - это основной тип ВК выпускаемых и применяемых как у нас в стране, так и за рубежом (рисунок 4.2 и 4. 3).

Многороторные - в многороторных (рисунок 4.4) схемах ВК эффективность использования средних (внутренних) винтов мала ввиду того, что трудно обеспечить хорошее заполнение их полостей всасываемым газом. В то же время существенно увеличиваются конструктивные и технологические трудности. Многороторные ВК не нашли применения на практике.

1-камера всасывания; 2-корпус; 3-крышка; 4.7-подшипники радиально-упорные;

5,9,11,13-подшипники скольжения; 6,8-думис; 10,14-роторы; 12-сальник; 15-золотник регулятора производительности; 16-шпонка; 17-упорныйвинт; 18-шток.

Рисунок 4.2 - Винтовой холодильный маслозаполненный компрессор ВХ-350

1 - поршень золотника; 2 - золотник; 3 - шпонка; 4 - гайки; 5 - винт золотника; б-спаренные радиально упорные подшипники; 7,18 - радиальные подшипники; 8, 23

- шестерни; 9 - ведомый винт; 10,12 - подгоночные кольца и прокладки; 11,17-упорные подшипники; 13 - упорное кольцо; 14 - хвостовик винта; 15 - разгрузоч-

ный поршень; 16,21,22 - задняя, средняя и передняя части корпуса; 19 - смешан-ная вставка окна нагнетания; 20 - ведущий винт; 24 - крышка; 25 - подвод масла к шестерням; 26,27 - неподвижная и подвижная втулки уплотнения: 28 - пружина;

29 - наружная втулка.

Рисунок 4.3 - Холодильный винтовой маслозаполненный компрессор

Рисунок 4.4 - Схемы многороторных винтовых компрессоров

- по способу отвода теплоты сжатия от пара (газа - для газовых холодиль­ных компрессоров) и уплотнения полости сжатия.

Компрессоры «сухого» сжатия - отвод теплоты сжатия производится по­средством жидкостного охлаждения корпуса и полых роторов компрессора или обдувом оребренного корпуса воздухом. Уплотнение рабочей полости осуществ­ляется только конструктивными элементами роторов (усиками) и внутренней по­верхности корпуса (шероховатость) или подбором соответствующего профиля роторов (рисунок 4.5).

Маслозаполненные компрессоры (рисунок 4.2) - в рабочую полость ВК впрыскивается масло ( t = 30...40* С), которое отводит теплоту сжатия от пара холодильного агента (газа) и частично уплотняет зазоры между ротором и корпу­сом. Масло, подаётся в количестве от I до 10 кг на 1 кг сжимаемого холодильного агента (в газовых ВК до 35 кг на 1 кг газа).

ВК дозаправкой (впрыском) одноименного холодильного агента промежу­точного давления. Впрыскиваемый жидкий холодильный агент отводит теплоту сжатия. Конструктивно по основным узлам компрессор выполнен как сухой ВК за исключением отверстия в корпусе для подвода жидкого (или парообразного) хо­лодильного агента на промежуточной стадии сжатия.

- по холодопроизводительности:

Средней холодопроизводительности (до 500 кВт); Большой холодопроизводительности (свыше 500 кВт). В области малой холодопроизводительности ВК уступают по ряду важных показателей другим типам компрессоров.

- по температурному диапазону работы:
Высокотемпературные ( to = +10-10 С);
Среднетемпературные (to = -10 -25 С);
Низкотемпературные (to = -25 -45 С);
Бустер-компрессоры (поджимающие) (to= -25-85 С).

- по степени автоматизации регулирования холодопроизводительности: Вес отечественные холодильные компрессоры имеют золотниковый регуля­тор холодопроизводительности, но в зависимости от наличия или отсутствия сервопривода и соответственно дистанционного управления последним они подраз­деляются по степени регулирования:

• с регулированием - если в индексации ВК последняя четная цифра, то
имеется дистанционное регулирование золотником: (четные цифры в
обозначении ВК 0,2,4,6);

• без регулирования - ручное регулирование положения золотника:
( нечетные цифры в обозначении ВК - 1,3,5,7).

- по количеству ступеней сжатия:

одноступенчатые - все отечественные холодильные ВК выпускаются одно­ступенчатыми, но прочностные расчеты выполнены с учетом возможности ис­пользования ВК в качестве различных ступеней в многоступенчатых схемах ХМ;

двухступенчатые (многоступенчатые) - имеется зарубежный опыт выпол­нения двухступенчатых компрессоров английской фирмой Хоуден, когда в одном корпусе размещены две пары роторов с приводом от одного двигателя.

-по расположению осей роторов:

параллельные в горизонтальной плоскости;

параллельные в вертикальной плоскости.

Агрегаты с такими компрессорами серийно выпускает шведская фирма

" Stal ". В России также был разработан и прошел испытания компрессор с верти­кальным расположением роторов.

- по виду холодильного агента: аммиачные, фреоновые, газовые (воздух, уг­лекислота, криогенные вещества).

Рисунок 4.5 - Уплотнительные элементы.

- по геометрической степени сжатия:

В соответствии с базовым унифицированным рядом в России винтовые хо­лодильные компрессоры в зависимости от режима работы выпускают с четырьмя геометрическими степенями сжатия E_r=V_вс/V_н

высокотемпературные - 2,6 ;

бустер-компрессоры - 3 ;

среднетемпературные - 4 ;

низкотемпературные - 5.

Различные геометрические степени сжатия достигаются за счет изменения окна нагнетания (рисунок 4. 6), выполненного в корпусе на торце и цилиндриче­ской поверхности корпуса ВК на стороне нагнетания или в специальных простав-ках, которые крепятся к окну нагнетания или всасывания (рисунок 4.8).

- по степени герметизации:

сальниковые компрессоры (открытого типа) - составляют основной выпуск всех ВК;

бессальниковые компрессоры (рисунок 4.2 и 4.3);

герметичные компрессоры.

- по частоте вращения ведущего ротора:

От 1500 об/мин (25 с^-1 ) до 30000 оо/мин (500 с^-1 ).

- по типу привода:

непосредственный - через муфту от двигателя к компрессору; Посредством мультипликатора (редуктора) - выносного или встроенного в корпус ВК.

Обозначение отечественных компрессоров и агрегатов соответствует ОСТ 26.03-1018-74 и ОСТ 26.03-2013-79. В обозначения компрессоров н компрессор­ных агрегатов параметрического ряда входят: тип компрессора или агрегата, хо-лодопроизводительность, холодильный агент, температурный диапазон и наличие регулирования.

Например, ВХ 350-2-1, ВХ 350-7-2, АН 130-7-7 расшифровывается сле­дующим образом: ВХ- винтовой сальниковый компрессор, 350 - холодопроизво-дительность в тыс. ккал/ч при to = -15°С; 2 и 7 - соответственно R22 и R717; 1,2 или 7 - температурный диапазон и регулирование производительности; АН - ком­прессорный агрегат низкотемпературный.

Конструкции винтовых компрессоров

Конструктивно все ВК состоят из следующих основных элементов (рисунки 4.2 и 4.3):

Корпус, винты (роторы), опоры (подшипники), сальниковое уплотнение, разгрузочное устройство (думмис), золотниковый регулятор производительности.

В зависимости от типа ВК в конструкцию могут включаться шестерни свя­зи, уплотнения валов между подшипниками и рабочей полостью и др. элементы.

Корпус компрессора является основным несущим элементом ВК. В зависи­мости от конструктивного исполнения он может иметь один вертикальный разъем на стороне всасывания (рисунок 4.2), два вертикальных разъема на всасывании н нагнетании (рисунок 4.3), в крупных ВК выполняется кроме вертикального разъ­ема на всасывании ещё и горизонтальный разъем рабочей полости. Корпус компрессора изготавливают из стального, чугунного или цветного литья, чаще всего материалом для корпуса, камеры всасывания, крышки используется специальный чугун. В сборе корпус представляет собой рабочую полость с ниж­ним расположением окна нагнетания; рабочая полость выполнена в виде двух взаимно пересекающиеся цилиндрических расточек в виде цифры 8 под роторы и одна расточка под регулятор производительности (под роторами). Окно всасыва­ния расположено в камере всасывания сверху. Окно нагнетания выполнено в корпусе или специальных проставках, установленных в корпусе компрессора ме­жду торцами цилиндрических расточек корпуса и торцами винтовой части рото­ров. Корпус имеет каналы, предназначенные для подачи масла на смазывание подшипников, в сальник, в думмис и для впрыска в рабочую полость. Разъем уп­лотняется прокладкой. Детали ВК изготовляют с высоким классом точности, так как рабочие зазоры между роторами и корпусными деталями должны быть в пре­делах (для ВХ-350):

- торцевой зазор между ротором и корпусом на стороне нагнетания 0,05 - 0,08 мм, на стороне всасывания 0.42 - 0,75 мм, - радиальный максимальный зазор между роторами и корпусом 0.057 - 0,193 мм.

Корпус ВК выполняется с ребрами. Они служат не только для придания корпусу необходимой жесткости, но и улучшают теплоотвод в окружающую сре­ду

а) – конфигурация окна нагнетания на торцевой поверхности корпуса;

б) – конфигурация окна нагнетания на корпусе по оси роторов

Рисунок 4.6 – Окно нагнетания

Рисунок 4.7 – Окно всасывания

Важным элементом конструкции корпуса являются камера и окно всасыва­ния. Обычно окно всасывания выполняют в отливке камеры всасывания, но ино­гда его делают съемным в специальных проставках. Размер окон всасывания ха­рактеризуется центральными углами кольцевых секторов, называемыми углами всасывания. В сечении окно всасывания напоминает букву омега " w ". Окно на­гнетания расположенное в основном с торца и частично сбоку(радиальная часть) винтов в корпусе компрессора (рисунок 4.8), и имеет такие размеры, которые обеспечивают о одной стороны, получение заданной геометрической степени сжатия, с другой - приемлемую скорость движения пара через окно нагнетания.

Таким образом, различная геометрическая степень сжатия достигается за счет изменения окна нагнетания. С уменьшением его площади внутреннее сжатие газа будет увеличиваться, с увеличением - уменьшаться. В случае выполнения ок­на нагнетания съемным, корпуса компрессоров одной базы, имеющих разные геометрические степени сжатия - не изменяются. Окна всасывания и нагнетания в ВК располагается как бы по диагонали относительно длины рабочей полости. Взаимное расположение окон таково, что ни одна парная полость не может быть соединена одновременно с камерами всасывания н нагнетания.

Рисунок 4.8 - Сменные проставки всасывающего окна

Роторы (винты) ВК являются основными рабочими органами компрессора.

Они представляют собой цилиндрические косозубые крупно модульные шестерни с зубьями специального профиля. В теории ВК известны роторы с раз­личным соотношением зубьев на ведущем (ВЩ) и на ведомом (ВМ) винтах. Это 5:6; 3:4 и др., но наиболее приемлемой оказалась схема 4:6, так как она обеспечи­вает наилучшую равнопрочность на изгиб обоих роторов. Величина прогиба не должна быть больше 0,25% зазора между винтами и корпусом.

Винты, являясь наиболее сложной и точной деталью компрессора, требуют для своего изготовления специальных инструментов, приспособлений и станоч­ного оборудования. Ограничения по этим причинам числа типоразмеров винтов, увеличивая серийность их изготовления, при одновременном обеспечении уни­фикации других деталей, дают большой экономический эффект. С учетом этих обстоятельств в России были разработаны типоразмерные ряды на винты и вин­товые компрессоры.

а) соединение сваркой;

б) соединение по прессовой посадке и фиксация хвостовика гужоном;

в) соединение с использованием болтов.

Рисунок 4.9 - Конструкции сборных пустотелых роторов

В винтовых машинах нашли применение несколько типов профилей: трохо-идные, окружные и эллиптические. Каждый из них в большей или меньшей мере отвечает требованиям, предъявляемым к сопрягаемым поверхностям, образуемым этими профилями при обкатке.

Валы роторов чаше всего изготавливаются заодно с винтом из одной сталь­ной поковки или катанной заготовки. Могут применяться и насадные винты в случае изготовления собственно винта из дюраля, чугуна или других материалов и насадки их на стальные валы. Иногда винты выполняют пустотелыми для об­легчения или лучшего их охлаждения. В этом случае соединения хвостовиков ва­лов с винтами осуществляется по прессовой насадке. Скрепляются они гужонами или обваркой фланцев по периметру (рисунок 4.9).

Для лучшего уплотнения парных полостей, снижением протечек газа через зазоры на вершинах зубьев и на торцах винтов делают узкие уплотнительные по­лоски - "усики". В случае касания такого "усика" с сопрягаемой поверхностью он быстро изнашивается. "Усики" изготавливают или из материала винта или зачеканивают в предварительно профрезерованный паз полоски из другого материала (рисунок 4.5). Точность изготовления винтов должна обеспечивать, гарантированный зазор между рабочими органами и винтами не более 0,1 % наружного диаметра роторов.

За основные параметры, характеризующие геометрические размеры винтов типоразмерного ряда, принято считать наружный диаметр винтовой части рото­ров Di и длину нарезанной части роторов L, а также как производная величина относительную длину винтов L/Di, которая для отечественных холодильных ВК имеет величину 0,9; 1,35.

Сальниковые уплотнения

В винтовом компрессоре сальниковые уплотнения используются для конце­вого уплотнения хвостовика приводного ротора (ВЩ или ВМ), а также для разде­ления рабочей полости и полости подшипниковых узлов. Типовая конструкция концевого уплотнения отечественного маслозаполненного ВК показана на рисун­ке 4. 10, межкамерное уплотнение компрессора сухого сжатая на рисунке 4. 11.

Концевые уплотнения валов предназначены для предотвращения утечек га­за из компрессора или подсоса газа (воздуха) и масла в камеру всасывания.

Уплотнение (рисунок 4.10) работает следующим образом. Газ уплотняется маслом, подаваемым в полость уплотнения через жиклер 3, который поддержива­ет давление масла в полости на 30-50 кПа (0,3 - 0,5 кгс/см) большее, чем давле­ние газа на всасывании. Масло из полости концевого уплотнения через зазор ме­жду налом и манжетой уходит во всасывающую полость компрессора. Во время стоянки манжета 6 предотвращает проход газообразного хладагента в масляную полость уплотнения и в окружающую среду. Утечки масла на внешнюю сторону сливаются в дренаж через отверстие и штуцер в крышке сальника.

Сальник сухого компрессора (рисунок 4.11) состоит из неразъемных графи­товых колец, которые под действием пружин плотно прижимаются в осевом на­правлении к кольцевым проточкам неподвижной втулки, сохраняя при этом под­вижность в радиальном направлении. Шейка вала вращается в графитовых коль­цах с зазором в несколько сотых миллиметра. Преимущество такого уплотнения состоит в том, что оно занимает значительно меньше места в сравнении с лаби­ринтным уплотнением. На небольшом протяжении удастся разместить несколько уплотняющих колен с промежуточными полостями. Промежуточные полости, в зависимости от целевого назначения компрессорной машины, служат для:

- возврата газа, просочившегося после первого кольца во всасывающую ли­нию;

- подвода запирающего газа.

При уплотнениях такой конструкции недостижима полная герметизация уп­лотняемой полости и неизбежно происходит утечка газа. Зато удастся добиться полной изоляции рабочей полости от атмосферы и системы циркуляции смазки.

Межполостные уплотнения комбинированного типа могут иметь различные конструкции.

Последние годы все более широкое распространение получают бесконтакт­ные уплотнения с нарезкой обратного хода, как хорошо зарекомендовавшие себя в работе.

1-корпус; 2- упорный диск; 3-жиклер; 4-болт; 5-штифт; 6-манжета; 7-пружина; 8-кольцо; 9-графитовое кольцо; 10-втулка.

Рисунок 4.10 - Уплотнение винтового холодильного компрессора типа ВХ-350:

1-ротор компрессора; 2-неразъемное графитовое кольцо; 3-плоская кольцевая пружина; 4-неподвижные обоймы.

Рисунок 4.11 - Узел уплотнения роторов

Подшипниковые узлы.

Опоры винтов выполняются в виде осевых и радиальных подшипников скольжения и качения (шариковые и роликовые).

Так (рисунок 4.2) роторы 10 и 14 установлены в опорных подшипниках скольжения 5, 9, 11, 13 втулочного типа с баббитовой заливкой. Осевые нагрузки на ротор частично воспринимаются сдвоенными радиально-упорными подшип­никами 4 и 7. Подшипники скольжения изготавливают на высокооборотных ВК с п>4500об/мин (75с^-1 ) там, где невозможно установить подшипники качения.

Разгрузочные гидравлические поршни (думмис)

В маслозаполненных холодильных компрессорах, у которых перепады дав­лений между всасыванием и нагнетанием достигают в одной ступени до 2.1 Мпа, возникают большие радиальные и осевые силы. Для восприятия осевых нагрузок на роторы, применяют разгрузочные устройства, которые представляют собой поршень, вращающийся с небольшим зазором в корпусе ВК ; в полость перед поршнем подается масло высокого давления установлен один масляный поршень только на ведущем валу.

Синхронизирующие шестерни

Синхронизирующая зубчатая пара предназначена для передачи крутящего момента, а также для обеспечения зазоров между зубьями ведущего и ведомого ротора. Она характеризуется следующими особенностями:

-зубчатое колесо синхронизирующей пары должно иметь такую конструкцию, при которой обеспечивается возможность углового смещения зубчатого вен­ца относительно ступицы. Это необходимо для установки зазоров между зубьями ведущего и ведомого роторов;

-боковой зазор в зацеплении синхронизирующей зубчатой пары должен быть меньше, чем зазоры в зацеплении зубьев роторов.

Это может быть достигнуто или назначением при изготовлении соответст-вующего бокового зазора в зацеплении синхронизирующей зубчатой пары, или применением разрезного венца зубчатого колеса при которой часть зубчатого венца может смещаться по углу относительно другой. В результате можно обес­печить получение нужного зазора в зацеплении роторов при боковом зазоре в синхронизирующей паре большем, чем зазор в зацеплении зубьев роторов.

Для синхронизирующих зубчатых пар применяют, как правило, цилиндри­ческие колеса с косыми зубьями.

Синхронизирующие пары передают небольшую долю общего крутящего момента компрессора, если последний приводится через вал ведущего (ВЩ) вин­та. Эта доля составляет от 4 до 10% общего крутящего момента. И напротив, в случае привода компрессора через вал ведомого винта шестерни связи передают приблизительно полный (общий) крутящий момент компрессора. При выборе ма-териала зубчатых колес синхронизирующей пары исходят из заданного срока службы, условий ее эксплуатации, среды, окружной скорости и др. Для зубчатых колес применяют марки сталей 40Х, 12 ХНЗА и т.д. по ГОСТ 4543-71. При повы­шенных требованиях и износоустойчивости рабочих поверхностей зубьев приме­няют азотируемую сталь марки 38 ХМ10А.

Золотниковый регулятор производительности.

Особенностью конструкции винтовых компрессоров является постоянный встроенный объем парной полости, постоянная объемная производительность при равных условиях работы. Так как винтовые холодильные компрессоры большую часть времени эксплуатации работают не в номинальном режиме в зависимости от типовой нагрузки на камерное оборудование, то возникает вопрос о необходи­мости регулирования отсасываемого пара холодильного агента из испарителя, тем самым поддерживая заданный температурный режим работы холодильной уста-новки. В винтовых холодильных компрессорах этот вопрос успешно решен по­средством применения, так называемого золотникового регулятора холодопроиз-водительности, которым снабжаются все выпускаемые средние и большие холо­дильные ВК. Он обеспечивает бесступенчатое, плавное регулирование холодо-производительности в пределах от 100 до 10% номинального значения с пример­но пропорциональным изменением мощности (рисунок 4.2).

Золотник представляет собой поршень, часть поверхности которого являет­ся частью поверхности расточки (рабочей полости) корпуса. Золотник имеет воз­можность двигаться вдоль оси расточки, таким образом, изменяя угол начала сжа-тия и ответственно объем рабочей полости в начале сжатия, сокращая рабочую длину винтов. При пуске компрессора необходимо уменьшить до минимума по­требляемую им мощность. С этой целью золотник перемещают в крайнее поло­жение, в сторону нагнетания, тем самым обеспечивая минимальную производи-тельность компрессора и соответственно пусковую мощность.

Чаще всего золотник устанавливают в средней части расточки, корпуса, хо­тя есть опыт установки индивидуальных золотников на каждый из роторов.

Применение регулирующего золотника позволяет осуществлять одни из наиболее экономичных способов регулирования производительности, обеспечи­вающего в конечном итоге значительную экономию энергии.

Принцип действия винтового компрессора.

Процесс сжатия в винтовых компрессорах в отличие от поршневых состоит в том, что сжатие происходит в криволинейном цилиндре, в котором газ вытесня­ется в криволинейном цилиндре криволинейным поршнем. Роль цилиндров вы­полняют впадины между зубьями роторов ( ведущего и ведомого), а так же ци­линдрические расточки в корпусе с параллельными осями, в которых вращаются роторы; расточки корпуса под винты пересекаются между собой, образуя в попе­речном сечении фигуру в виде восьмерки. Зубья роторов выполняют роль порш­ней.

Рассмотрим принцип действия ВК. При вращении роторов на стороне вы­хода зубьев из зацепления (рисунок 4.12), начиная от торца всасывания, освобож­даются впадины между зубьями. Впадины, называемые рабочей полостью, вслед­ствие создаваемого в них разряжения заполняются газом, который поступает че­рез всасывающее окно из камеры всасывания. Когда полости на противополож­ном торце винта освобождаются от заполняющих зубьев, объем их достигает мак­симальной величины, и они разъединяются с камерой всасывания. В этот момент процесс всасывания заканчивается (рисунок 4.12 а).

По мере выхода зуба одного ротора во впадину другого, объем, занимаемый газом, уменьшается, и газ сжимается (рисунок 4.12 б).

Процесс сжатия газа в полости продолжается до тех по, пока объем со сжа­тым газом не подойдет к кромке окна нагнетания (рисунок 4.12 в). В этот момент процесс внутреннего сжатия газа в ВК заканчивается.

При дальнейшем вращении винтов происходит соединение рабочей полости с камерой нагнетания, начинается процесс выталкивания газа (рисунок 4.12г).

Сравнительные характеристики ВК с другими типами компрессоров Винтовые холодильные компрессоры имеют в сравнении с другими типами компрессоров ряд существенных преимуществ, а именно:

- с поршневыми - высокая надежность и большой моторесурс; значительно большая быстроходность, что предопределяет лучшие малогабаритные показате­ли; отсутствие деталей, совершающих возвратно-поступательное движение и со­путствующих ему сил инерции;

а) конец процесса всасывания;

б) сжатие газа в рабочей полости;

в) конец процесса сжатия;

г) выталкивание газа из рабочей полости.

Рисунок 4.12 - Схемы процессов всасывания, сжатия и выталкивания газа в ВК

Вращающиеся детали динамически полностью уравновешены, что исклю­чает необходимость в массивных фундаментах; отсутствие клапанов, поршневых колен; стабильность энергетических и объемных показателей в течение длитель­ной эксплуатации; малые газодинамические потери давления в окнах всасывания и нагнетания в следствии отсутствия клапанов; практически исключен гидравли­ческий удар; возможность работы на двухфазных средах,

- с центробежными - отсутствие помпажных зон; возможность работы на любых холодильных агентах без существенного изменения конструкции; отсутст­вие функциональной связи между частотой вращения роторов и степенью повы­шения давления; экономичное регулирование производительности и изменения частоты вращения компрессора без изменения степени повышения давления, а также регулирование производительности золотником.

Важным достоинством ВК является возможность в одноступенчатом ком­прессоре осуществить двух и более ступенчатое сжатие, пропустив соответст­вующую часть пара через промежуточный холодильник. Такой принцип удачно реализован в цикле холодильной машины с дозарядкой холодильным агентом.

После изучения элементов ВК и принципа работы, необходимо закрепить свои знания, используя модели и детали ВК и макеты.

4.4 Методика выполнения лабораторной работы

Последовательность выполнения работы

1. Изучить классификацию винтовых компрессоров.

2. Изучить принцип действия ВК.

3. Изучить с помощью наглядных пособий, макетов и плакатов основные узлы ВК, назначение и принцип его работы.

4. Подготовить ответы на контрольные вопросы для защиты лабораторной работы, используя рекомендуемую литературу и конспект лекций.

4.5 Определение холодопроизводительности ЗИФ-55

Определить базу компрессора, длину нарезной части ротора и теоретиче­скую объемную производительность ВК при частоте вращения ведущего ротора 3000 об/мин (50с-1). Режим работы холодильной машины задается преподавате­лем, холодный агент R22 и R717. Коэффициент подачи определить по П.3.2. Пе­реохлаждение жидкого холодильного агента и паров всасывания не предусматри­вать.

Таблица 4.1 - режим работы холодильной машины с винтовым компрессором

Температура конденсации Tk = 30°C, холодильный агент R22 ( R717).
Температура кипения Т0,°С
+5		-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40

4.6 Содержание отчета

1. Краткое описание конструкции и назначение отдельных элементов с эскизами.

2. Классификация винтовых компрессоров.

3. Принцип работы винтового компрессора.

4. Определение холодопроизводительности винтового компрессора ЗИФ-55.

5. Построить график режима работы винтового компрессора ЗИФ-55.

4.7 Контрольные вопросы к защите

1. На каких хладагентах и в каком диапазоне холодопроизводительности работа­ют винтовые компрессоры?

2. Как классифицируются винтовые компрессоры?

3. Методы уплотнения винтовых компрессоров от протечек и перетечек газа?

4. Как обозначаются винтовые компрессоры и агрегаты?

5. Поясните работу маслозаполненного винтового компрессора.

6. Поясните работу винтового компрессора «сухого» сжатия.

7. Конструкции всасывающих и нагнетательных окон.

8. Конструкция корпуса винтового компрессора.

9 Конструкция роторов винтовых компрессоров.

10. Конструкция уплотнений винтовых компрессоров.

11. Какие подшипниковые узлы используют в винтовых компрессорах?

12. Способы снижения осевых сил?

13. Каково назначение синхронизирующих шестерен?

14. Как регулируется производительность винтовых компрессоров?

15. Преимущество винтовых компрессоров перед другими типами компрессорных машин?

16. Поясните график изменения холодопроизводительности винтового компрес­сора от температуры кипения.