Что делает компрессор в холодильной системе?

Компрессор – это сердце любой холодильной системы. Его основная задача – сжимать пары хладагента низкого давления в пары высокого давления и высокой температуры , который затем перетекает в конденсаторный агрегат где тепло отводится в окружающую среду. Без работающего компрессора весь цикл охлаждения останавливается — ни охлаждения, ни теплопередачи, ни контроля температуры.

На практике компрессор действует как насос, поддерживающий циркуляцию хладагента по системе. Он поглощает пар низкого давления, возвращающийся из испарителя, значительно повышает его давление и температуру и выталкивает его к змеевику конденсатора внутри конденсационного агрегата. Эта разница давлений является движущей силой движения хладагента и обеспечивает непрерывную работу всего термодинамического цикла.

Как компрессор вписывается в полный цикл охлаждения

Охлаждение работает по циклу сжатия пара, в котором участвуют четыре ключевых компонента: компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель. Каждый из них играет свою роль, но компрессор инициирует и поддерживает цикл, создавая перепад давления, от которого зависит все остальное.

Вот как поэтапно проходит цикл:

1. Хладагент поступает в испаритель в виде жидкости под низким давлением и поглощает тепло из охлаждаемого помещения, испаряясь в пар.
2. Этот пар низкого давления поступает в компрессор, который сжимает его, резко повышая как давление, так и температуру.
3. Горячий пар под высоким давлением поступает в конденсаторный блок, где змеевик конденсатора и вентилятор отводят тепло в наружный воздух, в результате чего хладагент снова конденсируется в жидкость.
4. Жидкость под высоким давлением проходит через расширительный клапан, падая в давлении и температуре, прежде чем снова попасть в испаритель.

Компрессор — единственный компонент в этом контуре, который добавляет энергию хладагенту. Каждая вторая ступень либо пассивно передает тепло, либо использует механику давления. Именно поэтому эффективность компрессора напрямую определяет общее энергопотребление всей системы.

Что компрессор на самом деле делает с хладагентом

Когда пары хладагента попадают в компрессор под давлением всасывания — обычно между 10 фунтов на квадратный дюйм и 70 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от типа хладагента и применения — компрессор механически уменьшает объем этого пара. Согласно газовым законам, уменьшение объема при сохранении постоянной массы приводит к повышению давления. Компрессор повышает давление нагнетания до любого уровня от От 100 до более 400 фунтов на квадратный дюйм в высокотемпературных применениях.

Вместе с давлением резко повышается температура. Пары хладагента, попадающие в компрессор при температуре около 20°F (-7°C), могут выходить при температуре нагнетания, превышающей 150°F (65°C) или выше. Этот горячий пар под давлением — именно то, что нужно конденсационному агрегату для эффективного отвода тепла в окружающий воздух.

Вот почему связь между компрессором и компрессорно-конденсаторным агрегатом неразрывна. Конденсаторный блок, в котором расположены компрессор, змеевик конденсатора, вентилятор конденсатора и соответствующие элементы управления, зависит от компрессора, который подает хладагент при правильном давлении и температуре для эффективной конденсации.

Типы компрессоров, используемых в холодильных системах

Не все компрессоры работают одинаково. Тип, используемый в конденсаторном агрегате, существенно влияет на производительность, уровень шума, требования к техническому обслуживанию и пригодность применения.

Поршневые компрессоры

В них используются поршни, приводимые в движение коленчатым валом, для сжатия хладагента. Они универсальны и способны работать с широким диапазоном давлений и хладагентов. Обычно используется в конденсаторных установках коммерческого холодильного оборудования от От 1 до 15 единиц здоровья Поршневые компрессоры долговечны, но могут быть шумными и требуют периодического обслуживания клапанов.

Спиральные компрессоры

Спиральные компрессоры используют две взаимосвязанные спирали спиралевидной формы для сжатия хладагента. Одна спираль остается неподвижной, а другая вращается по орбите, постепенно уменьшая объем газа. Они тише, эффективнее и имеют меньше движущихся частей, чем поршневые модели. В большинстве современных бытовых и легких коммерческих конденсаторных агрегатов используются спиральные компрессоры. Рейтинги эффективности (EER) для систем на основе прокрутки часто на 10–15% выше чем эквивалентные возвратно-поступательные модели.

Роторные компрессоры

В ротационных компрессорах для сжатия хладагента используется вращающийся поршень внутри цилиндра. Они компактны, легки и обычно встречаются в небольших холодильных установках и оконных кондиционерах. Их простая конструкция обеспечивает низкую вибрацию и бесшумную работу, хотя они лучше всего подходят для применений с небольшой производительностью в условиях эксплуатации. 2 л.с. .

Винтовые компрессоры

В винтовых компрессорах используются два винтовых ротора для непрерывного сжатия хладагента. Они предназначены для крупных коммерческих и промышленных холодильных установок, обычно от От 20 до нескольких сотен HP . Винтовые компрессоры, используемые в крупных конденсаторных установках, используемых на холодильных складах, заводах пищевой промышленности и в промышленных холодильных установках, обеспечивают стабильную производительность и могут легко регулировать производительность.

Центробежные компрессоры

Центробежные компрессоры, используемые в очень крупных холодильных системах, используют высокоскоростные вращающиеся рабочие колеса для ускорения паров хладагента и преобразования скорости в давление. Они наиболее эффективны при высоких нагрузках и обычно используются в системах, превышающих 200 тонн холодопроизводительности .

Роль компрессора внутри конденсаторного агрегата

Конденсаторный агрегат представляет собой автономный узел, который обычно включает в себя компрессор, змеевик конденсатора, двигатель вентилятора конденсатора, лопасти вентилятора, линии хладагента, электрические элементы управления и защитный шкаф. Компрессор устанавливается внутри этого устройства — обычно в основании — и является компонентом, который потребляет больше всего электроэнергии.

В стандартном конденсаторном агрегате с воздушным охлаждением компрессор создает давление в хладагенте и направляет его непосредственно в змеевик конденсатора, который расположен так, что вентилятор конденсатора может втягивать или проталкивать через него окружающий воздух. Эффективность отвода тепла на змеевике конденсатора напрямую зависит от компрессора, поставляющего хладагент при правильном давлении нагнетания.

Если компрессор работает недостаточно эффективно — из-за изношенных пластин клапанов, утечек хладагента или электрических неисправностей — конденсаторный агрегат в целом теряет способность адекватно отводить тепло. Это приводит к повышению температуры насыщенной конденсации в системе, увеличению давления напора, снижению эффективности и, в конечном итоге, к блокировке системы на устройствах безопасности высокого давления.

На компрессор приходится примерно 70–90% всей электроэнергии, потребляемой конденсаторным агрегатом. во время нормальной работы. Это делает его самым важным компонентом, который необходимо поддерживать и защищать.

Как производительность компрессора влияет на эффективность системы

Эффективность компрессора измеряется коэффициентом производительности (COP) и коэффициентом энергоэффективности (EER). Более высокий COP означает большую мощность охлаждения на единицу потребляемой электроэнергии. Современные высокоэффективные спиральные компрессоры, используемые в коммерческих конденсаторных установках, могут достигать КПД от 3,5 до 5,0 Это означает, что они обеспечивают от 3,5 до 5 единиц энергии охлаждения на каждую единицу потребляемой электроэнергии.

На эффективность работы компрессора влияют несколько факторов:

• Степень сжатия: Отношение давления нагнетания к давлению всасывания. Более высокие передаточные числа означают, что компрессор работает интенсивнее, потребляя больше энергии. Поддержание низких температур конденсации (за счет поддержания чистоты змеевиков конденсатора) снижает степень сжатия и повышает эффективность.
• Перегрев на всасывании: Хладагент, поступающий в компрессор, должен быть слегка перегретым (на 5–10°F / 3–6°C выше температуры насыщенных паров), чтобы предотвратить закупоривание жидкости, которое может привести к разрушению компонентов клапана.
• Температура окружающей среды: По мере повышения температуры наружного воздуха конденсаторный блок должен работать в условиях более высокой температуры окружающей среды, что увеличивает давление напора и снижает эффективность компрессора. При температуре окружающей среды 95°F (35°C) типичный конденсаторный агрегат может потреблять На 15–25 % больше энергии чем при 70°F (21°C).
• Заправка хладагента: Система с избыточной или недостаточной загрузкой вынуждает компрессор работать за пределами расчетного диапазона давления, снижая эффективность и создавая риск механического повреждения.
• КПД двигателя: Компрессоры с регулируемой скоростью (инверторным приводом) могут регулировать производительность от 20% до 100%, согласовывая фактическую потребность в нагрузке и избегая потерь энергии при циклическом включении/выключении.

Распространенные проблемы с компрессором и их значение для системы

Когда в компрессоре возникают проблемы, симптомы часто проявляются во всей холодильной системе, а не только в самом компрессоре. Понимание этих видов отказов помогает диагностировать проблемы до того, как они приведут к полному выходу из строя компрессора, что является одним из самых дорогостоящих ремонтов в любой конденсаторной установке.

Отказ клапана

В поршневых компрессорах всасывающие и нагнетательные клапаны могут треснуть или деформироваться из-за пробок жидкости или старения. Неисправный клапан снижает способность компрессора поддерживать перепад давления, что приводит к низкое давление нагнетания и плохая охлаждающая способность несмотря на работающий компрессор. Потребляемая сила тока обычно падает ниже номинальной, указанной на паспортной табличке.

Электрическое выгорание

Отказы обмотки возникают при разрушении изоляции двигателя из-за перегрева, дисбаланса напряжения или попадания влаги. Сгоревший компрессор выделяет в контур хладагента кислоту, которую перед установкой замены необходимо удалить с помощью фильтров-осушителей всасывающей линии. Электрическое перегорание является причиной значительной части отказов компрессоров — отраслевые данные показывают до 30–40% отказов компрессоров имеют электрическое происхождение.

Жидкие пробки

Если жидкий хладагент или масло попадает в камеру сжатия компрессора, он не может сжиматься (жидкости несжимаемы), и возникающий в результате гидравлический удар может привести к растрескиванию поршней, изгибу шатунов или повреждению спиральных оболочек. Это происходит, когда система перегружена, расширительный клапан не открывается или испаритель становится слишком холодным и хладагент мигрирует обратно в компрессор во время цикла выключения.

Перегрев

Компрессоры полагаются на возврат паров хладагента для отвода тепла от обмоток двигателя. Если перегрев линии всасывания слишком велик — скажем, выше 65°Ф (36°С) на входе в компрессор — хладагент недостаточно плотный для эффективного охлаждения двигателя, что приводит к перегреву и возможному выходу из строя обмотки. Это часто происходит из-за недостаточного диаметра всасывающих линий, чрезмерной нагрузки на систему или недостаточной заправки хладагента.

Износ подшипников

Компрессоры с масляной смазкой зависят от правильной циркуляции масла, обеспечивающей смазку подшипников. Низкая заправка хладагента, миграция хладагента, разжижающая масло, или неправильная вязкость масла могут привести к ускоренному износу подшипников. Результатом является повышенный механический шум (стук или скрежет из конденсаторного блока) и возможное механическое заклинивание.

Защита компрессора: важные методы технического обслуживания

Поскольку компрессор является одновременно наиболее важным и, как правило, самым дорогим компонентом конденсаторной установки, его защита посредством надлежащего обслуживания и управления системой имеет важное значение. Следующие методы напрямую продлевают срок службы компрессора.

• Содержите змеевики конденсатора в чистоте: Грязные змеевики в конденсаторном блоке повышают давление напора, заставляя компрессор работать интенсивнее. Змеевики следует очищать не реже двух раз в год в коммерческих целях, чаще в пыльных помещениях или помещениях с большим количеством мусора. А Повышение температуры конденсации на 10°F (6°C) может снизить эффективность компрессора на 5–8%. и сократить срок службы.
• Поддерживайте правильную заправку хладагента: Проверьте и проверьте заправку хладагента, используя измерения переохлаждения и перегрева. Заниженная цена всего 10% может снизить производительность системы на 20% и вызвать перегрев компрессора.
• Регулярно контролируйте рабочее давление: Аномальное давление всасывания или нагнетания является ранним индикатором развивающихся проблем. Регистрируйте давление во время каждого посещения сервисного центра и сравнивайте тенденции с течением времени.
• Проверьте качество электроснабжения: Дисбаланс напряжения более 2% Между фазами трехфазного компрессора может возникнуть дисбаланс тока, до 10 раз превышающий этот процент, что значительно увеличивает нагрев двигателя и сокращает срок службы изоляции обмотки.
• Установить подогреватели картера: В системах, подвергающихся воздействию низких температур окружающей среды, подогреватели картера предотвращают миграцию хладагента в компрессорное масло во время простоя, защищая от пробок жидкости при запуске.
• Проверьте конденсаторы и контакторы: Пусковые и рабочие конденсаторы напрямую влияют на пусковые и рабочие характеристики двигателя компрессора. Слабые конденсаторы вызывают трудный запуск, что приводит к нагрузке на обмотки компрессора. Контакторы следует проверять на наличие точечной коррозии и заменять, прежде чем они вызовут периодические проблемы с соединением.

Выбор размера компрессора и его согласование с конденсаторным агрегатом

Выбор правильного размера компрессора является одним из наиболее важных решений при проектировании холодильной системы. Компрессор слишком большой мощности работает с короткими циклами — слишком часто включается и выключается, что приводит к перепадам температуры, чрезмерному износу и неэффективной работе. Компрессор недостаточной мощности работает непрерывно, не может достичь заданной температуры и работает при повышенных температурах нагнетания, что сокращает его срок службы.

Размер компрессора выражается в лошадиных силах (HP) или тоннах холода (TR), где 1 тонна охлаждения равна 12 000 БТЕ/час холодопроизводительности. . Правильный расчет требует расчета общей тепловой нагрузки охлаждаемого помещения с учетом:

• Нагрузка передачи (тепло проникает через стены, полы и потолки)
• Инфильтрационная нагрузка (теплый воздух, поступающий через дверные проемы)
• Загрузка продукта (тепло, которое необходимо отводить от хранящихся продуктов)
• Внутренние нагрузки (освещение, двигатели, люди внутри помещения)
• Понижающая нагрузка (дополнительная мощность, необходимая для первоначального снижения температуры теплого помещения до заданного значения)

Выбранный конденсаторный агрегат должен содержать компрессор, рассчитанный на то, чтобы выдерживать эту общую нагрузку в ожидаемых условиях эксплуатации, в частности, при расчетной температуре всасывания (связанной с температурой испарения) и расчетной температуре конденсации (связанной с температурой окружающей среды плюс температурой приближения змеевика конденсатора).

Большинство производителей компрессоров и компрессорно-конденсаторных агрегатов публикуют таблицы производительности, в которых показана производительность при различных температурах всасывания и температурах конденсации. Всегда выбирайте на основе реальных условий эксплуатации, а не только номинальных значений, указанных на паспортной табличке, которые обычно указаны в стандартных условиях испытаний ARI, которые могут не соответствовать реальному применению.

Компрессоры с регулируемой скоростью в современных конденсаторных установках

Традиционные компрессоры работают с фиксированной скоростью — они либо полностью включены, либо полностью выключены. Эта двоичная операция означает, что при включении система всегда работает на полную мощность, независимо от того, требуется ли полная мощность. В современных конденсаторных установках все чаще используются компрессоры с регулируемой скоростью с инверторным приводом, которые постоянно регулируют свою скорость в соответствии с фактической потребностью в охлаждении.

Экономия энергии может быть существенной. Когда холодильной системе требуется только 60% ее номинальной мощности, компрессор с регулируемой скоростью, работающий на пониженной скорости, потребляет значительно меньше энергии, чем компрессор с фиксированной скоростью, периодически включающийся и выключающийся. Исследования показали, что Конденсаторные агрегаты с регулируемой скоростью позволяют снизить энергопотребление компрессора на 30–50 %. в приложениях с переменным профилем нагрузки по сравнению с эквивалентами с фиксированной скоростью.

Дополнительные преимущества компрессоров с регулируемой скоростью включают в себя:

• Более стабильная температура в охлаждаемом помещении благодаря возможности регулирования вместо колебаний температуры в результате циклического включения/выключения.
• Снижение механического износа за счет устранения частых циклов пуска/останова.
• Меньшее пиковое потребление тока при запуске, что снижает расходы на оплату коммунальных услуг.
• Улучшенный контроль влажности в приложениях прецизионного охлаждения

Компрессоры с регулируемой скоростью действительно имеют более высокую первоначальную стоимость и более сложное электронное управление, но экономия на эксплуатации в коммерческих приложениях обычно обеспечивает сроки окупаемости в несколько раз. 2–4 года в зависимости от часов работы и местных затрат на электроэнергию.

Чтение диагностики компрессора: давление, температура и сила тока

Для технических специалистов и руководителей предприятий понимание того, как выглядят нормальные рабочие параметры компрессора, значительно упрощает диагностику проблем. Необходимы три измерения: давление всасывания, давление нагнетания и потребляемая сила тока.

Давление всасывания

Давление всасывания соответствует температуре испарения. Для среднетемпературного холодильного оборудования с использованием R-404A и температурой в камере 35°F (2°C) давление всасывания обычно должно составлять около 45–55 фунтов на квадратный дюйм , что соответствует температуре испарения примерно 20–25°F (от –7 до –4°C). Низкое давление всасывания обычно указывает на низкий уровень заправки хладагента, неисправность дозирующего устройства или слишком большую мощность компрессора. Высокое давление всасывания может указывать на перезаправку хладагента, высокую загрузку продукта или неисправность клапанов компрессора.

Давление нагнетания

Давление нагнетания отражает температуру конденсации внутри змеевика конденсатора конденсаторной установки. Для R-404A при температуре окружающей среды 95°F (35°C) и правильно чистом конденсаторе давление нагнетания должно составлять примерно 250–280 фунтов на квадратный дюйм . Повышенное давление нагнетания (более 300 фунтов на квадратный дюйм в этом сценарии) указывает на загрязнение змеевиков конденсатора, недостаточный поток воздуха вокруг конденсаторного блока, избыточную заправку хладагента или неконденсирующиеся газы в системе.

Потребляемая сила тока

Сравнение измеренной силы тока с паспортной табличкой компрессора RLA (номинальная сила тока нагрузки) позволяет быстро проверить работоспособность. Сила тока, значительно превышающая RLA, указывает на то, что компрессор работает слишком интенсивно — обычно из-за высокого давления нагнетания или механических проблем. Сила тока значительно ниже RLA предполагает низкое давление всасывания или неисправность выпускных клапанов, что снижает эффективную работу сжатия.

Когда заменять или ремонтировать компрессор в конденсаторном агрегате

Замена компрессора стоит дорого — обычно от От 500 до 3000 долларов и более. только за компрессор плюс работа. Решение о замене или ремонте (или замене всего конденсаторного агрегата) зависит от нескольких факторов.

• Возраст конденсаторного агрегата: Если единица измерения превышает 10–12 лет Замена только компрессора может не иметь экономического смысла. Другие компоненты, такие как змеевик конденсатора, двигатель вентилятора и элементы управления, также стареют и могут выйти из строя вскоре после замены компрессора.
• Тип неисправности: Механическая неисправность (сломанный клапан, изношенные подшипники), которая не привела к загрязнению контура хладагента, может служить основанием для замены только компрессора на более новый агрегат. Электрический перегорание, в результате которого кислота распространилась по всей системе, требует тщательной очистки и часто делает более практичной полную замену устройства.
• Тип хладагента: Агрегаты, использующие хладагенты, выведенные из употребления, такие как R-22 или R-404A, лучше полностью заменить на более новые, более эффективные конденсационные агрегаты, работающие на хладагентах с более низким ПГП, таких как R-448A или R-454C, избегая текущих затрат на поставку и соблюдение требований.
• Выявление основной причины: Перед заменой любого компрессора необходимо определить и устранить основную причину неисправности. Установка нового компрессора в систему с той же основной проблемой — загрязнение змеевиков конденсатора, неправильная заправка хладагента, проблемы с напряжением — также гарантирует преждевременный выход замены из строя.