Vzdelávanie Slovenského zväzu pre chladiacu a klimatiza čnú techniku
SPÄŤ K ZÁKLADOM Kniha druhá Ing. Marián Blaha, CSc. a kolektív č asť asť siedma siedma zameraná na kompresory, jún 2011
A VON Z BLUDISKA
ť k základom a von z bludiska sú u č ebné Spä ť ebné texty, ktoré vydáva Slovenský zväz pre chladiacu a klimatiza č nú nú techniku v rámci svojho rogramu pre celoživotné vzdelávanie. Zväz na základe dohody s výrobcami a dovozcami chladiacej a klimatizač klimatiza č nej nej techniky, zabezpeč zabezpe č uje uje systém školení a skúšky na registráciu odborníkov Zväzu. Zodpovedný redaktor: arián Blaha Adresa: SZ CHKT 900 41 Rovinka, Tel./fax:02/45646971, E-mail:
[email protected] vazchkt@ister net.sk www.szchkt.org. www.szchkt.org. Zväz je poverenou organizáciou MŽP ľa zákona č . 269/2009 Z.z. na školenie na rácu s látkami od ľ
Vzdelávanie Slovenského zväzu pre č nú chladiacu a klimatiza č nú techniku
SPÄŤ K ZÁKLADOM Obsah
4 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15
Strana
CHLADIVOVÉ KOMPRESORY – II pokračovanie - Ing. Marián Blaha, CSc. Rozbeh a zastavenie malého piestového kompresora - pokra čovanie Vonkajšia a vnútorná tepelná bilancia hermetický hermetických ch kompresorov Piestové hermetické kompresory pre stredné chladiace výkony Rotačné hermetické kompresory s valivým piestom Hermetické rotačné kompresory s výkyvnym piestom (swing) Kompresory skrol – Ing. Zdeněk Čejka, CSc.
313 313 316 335 350 354 356
Literatúra
368
O autoroch
Ing. Marián Blaha, CSc.
Ing. Zdeněk Čejka, CSc.
Ing. Marián Blaha, CSc., je rodákom z Važca. Narodil sa 6.5. 1939. Vysokú školu za čal navštevova ť v Košiciach, odkia ľ prešiel na ČVÚT Praha. V roku 1962 ukon čil štúdium a nastúpil do práce v n.p. Calex. V roku 1968 ukon čil postgraduálne štúdium na ČVÚT na tému vysokotlaká klimatizácia a v roku 1986 úspešne obhájil vedeckú ašpirantúru Stretávame sa s ním pravidelne na stránkach nášho časopisu, v zborníkoch, je autorom u čebných textov, garantoval odbornú úrove ň mnohých odborných podujatí a založil úspešnú medzinárodnú konferenciu " Kompresory " Kompresory"" teraz už sponzorovanú Medzinárodným ústavom pre chladenie v Paríži ap. Je Čestným členom SZ CHKT a nosite ľom medaily za vynikajúce výsledky v oblasti vývoja a aplikácií chladiacej a klimatiza čnej techniky. Želáme mu, aby jeho záujem o náš odbor pretrval a svoje bohaté skúsenosti vo výskume, výrobe a tiež aplikáciách chladiacej a klimatiza čnej techniky nám tak, ako to len on vie, na ďalej nezištne, ochotne, srde čne odovzdával. Pri spracovaní u čebných textov spolupracuje s viacerými odborníkmi najmä s Prof. Havelským, PhD., Ing. Klazarom a ďalšími. V tejto časti spolupracoval slovenskej odbornej verejnosti s ve ľmi dobre známym odborníkom, špecialistom na kompresory a komponenty chladiaceho okruhu Ing. Zde ňkom Čejkom, CSc. z Českej republiky, ktorý prevzal spracovanie časti skrol kompresorov. Späť k základom_kompresory
Strana 312
4. CHLADIVOVÉ KOMPRESORY – KOMPRESORY – II. pokračovanie 4.10.5 Rozbeh a zastavenie malého piestového hermetického chladivového kompresora pokračovanie 4.10.5.1 Charakteristiky elektromotora Výkon elektromotora dostato čne necharakterizuje daný elektromotor. Okrem výkonu dostačujúci obraz o elektromotore doplňujú: moment zvratu účinnosť rozbehový moment rozbehový prúd a rýchlosť ohrievania pomocného vinutia pri jednofázových elektromotoroch. Podrobnejšie o motoroch chladivových kompresorov sa budeme zaobera ť v kapitole č.5 „Elektromotory, elektrotechnika a elektronika v chladivových kompresoroch, chladiacich a klimatiza čných zariadeniach.“ 4.10.5.2 Rozbehové charakteristiky malého hermetického kompresora v chladiacom okruhu s riadením prietoku chladiva kapilárnou rúrkou Teraz nás však zaujímajú charakteristiky pri rozbehu malého kompresora s jednofázovým elektromotorom. Kompresory majú elektrickú inštaláciu s: rozbehovým relé, resp. PTC. Predpokladom pre bezporuchový bezpo ruchový rozbeh je vyrovnanie v yrovnanie tlaku sacej a výtlačnej strany v chladiacom okruhu a preto kompresory s takouto elektrickou inštaláciou sú ur čené pre chladiace okruhy, v ktorých prietok chladiva je riadený kapilárnou rúrkou. Rozbehové charakteristiky jednofázového elektromotora hermetického kompresora s rozbehovým relé sú udané na obr. 248. Sú to krivky, pri ktorých moment motora a prúd v hlavnom vinutí sa dosahuje zmenou otá čok. Z ľavej časti obrázku je zrejmé, že v momente spustenia kompresora (pri nulových nulových otá čkach) motor má rozbehový moment rovný nule (krivka vyzna čená čiarkovane), pretože nie je ešte vytvorené točivé elektromagnetické pole, hoci hlavným vinutím prechádza prúd 2,7A : situácia je pri podpätí 180V a teplote vinutia 105°C, to znamená, ke ď kompresor je teplý.
Obrázok 248 Rozbehové charakteristiky malého hermetického kompresora
odpínací prúd
ot./min.
Keď však relé pripne pomocné vinutie elektromotora (vznikne to čivé elektromagnetické pole), stúpne momentová charakteristika M (krivka M (krivka vyznačená plnou čiarou) a už pri nulových otá čkach má motor ur čitý záberový – rozbehový moment. Späť k základom_kompresory
Strana 313
Na obr.248 vpravo je druhá sada rozbehových kriviek, ktoré sa zaznamenali pri prepätí 250 V a teplote vinutia 40°C, to znamená pri p ri studenom kompresore. Tieto dva príklady skúšky rozbehu pri podpätí a teplom kompresore resp. prepätí a studenom kompresore, ktoré sme uviedli, uviedli, majú poukázať na nevyhnutnosť rozbehu kompresora (kompresor sa musí rozbehnúť) pri prepätí a podpätí a taktiež pri teplom a studenom kompresore, keď je kompresor zabudovaný v chladiacom okruhu. Obidva tieto stavy sa totiž môžu vyskytnúť v chladiacom zariadení poč as as prevádzky. Moment zvratu pri podpätí a tomu zodpovedajúci prúd v hlavnom vinutí elektromotora spolu rozhodujú o voľ be relé: ak by bol odpínací prúd relé (horizontálna čiarkovaná čiara v obr.248 – v ľavej časti obrázku) príliš vysoký, mohol by spôsobiť visenie relé (relé síce odopne pomocné vinutie, ale ho ihneď zapne) – prúd – prúd v hlavnom vinutí teda ovplyvňuje funkciu relé. S rovnakou hodnotou prúdu vystačíme v prúdovej krivke aj pri prepätí a môžeme od čítať tomu zodpovedajúci moment (obr.248 vpravo). Skúška rozbehu malého hermetického kompresora Skúška rozbehu sa podľa STN 14 0618 „Hermetické chladivové kompresory do 560 cm3.s-1 (2,0 m3.h-1), čl.9.101. Skúška sa robí na skúšobnom zariadení pod ľa obr. 249. 10
7 2
1
6 St lačen ený ý vzduch
16
12
15
13
8
4
5
9
14 11
3 16
Obrázok 249 Skúšobné zariadenie na skúšanie rozbehu malých hermetických kompresorov. Legenda: 1-f ľaša s chladivom, 2-nádoba vysokého tlaku (nasávacia strana), 3-nádoba vysokého tlaku (výtlačná strana), 4-vyrovnávacia nádoba, 5-kompresor, 6-12 – uzatváracie ventily, 13manometer pre nasávaciu stranu, 14-manometer pre výtla čnú stranu, 15-manometer pre vyrovnávaciu nádobu, 16-vyhrievacie teleso. Kompresory sa musia rozbiehať pri napätiach vyskytujúcich sa v prevádzke. Čas rozbehu nesmie prevyšovať 1s. Privádzaním stla čeného vzduchu sa zabra ňuje vrstveniu teplôt vo vani. Skúška za tepla Skúšanie sa musí robiť pri nižšie uvedených rozsahoch vyparovacích teplôt (HBP, MBP a LBP), tlakových za ťaženiach (pre teploty nasýtenia na nasávacej a výtla čnej strane), pre škrtiaci orgán (škrtiacu kapilárnu rúrku a expanzný ventil) a pre triedu zhotovenia (normálnu N a tropickú T), podľa tab.47. Teplota vinutia musí byť (120 ± 5)°C. Do dosiahnutia tejto teploty sa na hlavné vinutie pripojí napätie, ktoré nesmie by ť väčšie ako 0,8 násobok menovitého napätia. Späť k základom_kompresory
Strana 314
Tabuľ ka ka 47 Skúšobné podmienky pri rozbehu malých hermetických kompresorov za tepla Teplota nasýtenia, °C Škrtiaci mechanizmus
Rozsah vyparovacích teplôt
Nasávacia strana N
HBP MBP LBP HBP MBP LBP
Kapilárna rúrka
Ventil
T 10 0 -15 10 0 -15
Výtlačná strana N
T 15 5 -10
50
55
Kompresor sa musí trikrát rozbehnúť pri 0,85 a trikrát pri 1,06 násobku menovitého napätia. Interval medzi skon čením jedného rozbehu a za čiatkom ďalšieho rozbehu musí byť najmenej 3 min. Dovoľujú sa tri zakmitania rozbehového relé. Pokles napätia napájacieho zdroja nesmie prekročiť 1%. Ak sa kompresor, ktorý je ur čený pre prácu s kapilárnou rúrkou zakaždým nerozbehne, potom sa skúška opakuje na chladiacom zariadení, v ktorom sa kompresor použije. Skúška za studena Pred skúškou kompresor zhotovenia N sa nechá nie menej ako 12 hodín pri teplote okolia (32 ± 2)°C a kompresor zhotovenia T pri teplote okolia (43 ± 2)°C. Kompresor sa skúša podľa Tab.48. Tabuľ ka ka 48 Skúšobné podmienky prirozbehu malých hermetických kompresorov za studena Škrtiaci mechanizmus
Rozsah vyparovacích teplôt
Kapilárna rúrka
Ventil
HBP MBP LBP HBP MBP LBP
Teplota nasýtenia Nasávacia strana Výtla čná strana N T N T 20 30 20 30 15
25 10 0 -15
15
25
50
55
Kompresor sa musí rozbehnúť 10 krát pri 0,9 násobku menovitého napätia a potom 10 krát pri 1,1 násobku menovitého napätia. Ak sa kompresor ur čený na prácu s kapilárnou rúrkou nerozbehne zakaždým, potom treba skúšku opakovať na chladiacom zariadení, v ktorom sa kompresor použije. Príkon kompresora Príkon kompresora sa nesmie odchyľovať od menovitého príkonu viac, ako je uvedené v Tab. 49. Tabuľ ka ka 49 Namerané hodnoty príkonu malého piestového hermetického kompresora Menovitý príkon /W/ Dovolená odchýlka Do150 +20% nad150 do 300 +30W nad 300 +10% Späť k základom_kompresory
Strana 315
Chladiaci výkon kompresora Nameraná hodnota chladiaceho výkonu kompresora sa nesmie odchyľovať od hodnôt menovitého chladiaceho výkonu v zhode s Tab.50. Tabuľ ka ka 50 Namerané hodnoty chladiaceho výkonu malého piestového hermetického kompresora Menovitý chladiaci výkon /W/ Dovolená odchýlka Do 100 ±10W Nad 100 ±10% Tabuľ ka ka 51 Porovnávacie podmienky pre malé hermetické chladivové kompresory Parametre Vyparovacia teplota, °C Kondenza čná teplota,°C Teplota podchladenej kvapaliny, °C Teplota okolia, °C Teplota chladiva v sacom nástavci, °C Napätie, V Frekvencia, Hz Rýchlosť vzduchu, m.s-1 Ochladzovanie oleja
Hodnoty parametrov kompresorov kompresorov na zhotovenie a rozsah vyparovacích teplôt N T HBP MBP LBP HBP MBP LBP 5 -10 -25 -5 -10 -25 55 60 55 32
60 43
32
43
Menovité napätie Menovitá frekvencia Do 0,25 pre statickú ventiláciu 1,5 ± 0,3 pre dynamickú ventiláciu, ak v dokumentácii nie sú uvedené iné hodnoty V zhode s pokynmi na prevádzku
4.11 Vonkajšia a vnútorná tepelná bilancia hermetických chladivových kompresorov Tepelná bilancia sa robí na každom kompresore, ktorý má novú konštrukciu. Dôležitá je hlavne pri miniaturizácii kompresorov, lebo zmenšovanie rozmerov môže prinies ť rad problémov, medzi ktorými zasluhuje pozornosť, okrem iného, jednak výmena tepla medzi vnútornými časťami kompresora a taktiež aj výmena tepla s okolím. Sleduje sa vplyv zníženia rozmerov a hmotnosti na životnosť kompresora a najmä izolácia elektromotora, chladivo, olej, tesnenia, hlavne vo výtlaku kompresora kompresora a vo vinutí motora kompresora. Tepelná bilancia hermetického kompresora má význam pri h ľadaní možností šetrenia energiou – používa sa pri zlepšovaní kvalitatívnych parametrov kompresora. Skúška pre proces tepelnej bilancie sa robí na izotermickom kalorimetri pri nižšie uvedených skúšobných podmienkach hermetických kompresorov – pod ľa medzinárodnej normy CECOMAF, pre oblasť použitia LBP, MBP a HBP: -rozsah použitia LBP MBP HBP -vyparovacia teplota, t 0, °C -25 -10 +5 -kondenzačná teplota, t k k, °C +55 +55 +55 -teplota kvapalného chladiva, t 3, °C +55 +55 +55 +32 +32 +55 -teplota sacích pár chladiva, t 1, °C 4.11.1 Vonkajšia tepelná bilancia Do kompresora vstupujú tieto energie (pozrite obr. 250 a obr. 251): tepelný tok daný hmotnostným tokom chladiva na saní kompresora (teda v stave, ktorý je daný bodom 1, teda tlakom p tlakom p1, teplotou t 1 a entalpiou h1): Späť k základom_kompresory
m . h1 Strana 316
príkon, meraný na svorkách kompresora :
P.
Z kompresora vystupujú tieto energie: tepelný tok daný hmotnostným tokom chladiva na výtlaku kompresora (teda v stave, ktorý je
daný bodom 2, teda tlakom p tlakom pk , teplotou t k k a entalpiou i2) :
m . h2
tepelný tok unikajúci pláš ťom do okolia:
Q p .
Qp
pk 300
m . h1 m . i1
300
1
t k
3
m . h2 2
log p
m . i2 m . h2
m. h1
p0
t 0 0
1 t 1
4
h i
P
Obrázok 250 (vľ avo): avo): Vonkajšia výmena tepla v hermetickom kompresore. Legenda: kompresore. Legenda: bod 1 – sací merací nástavec kalorimetra na vstupe chladiva do pláš ťa kompresora , bod 2 – výtla – výtlačný
merací nástavec kalorimetra na výstupe chladiva z pláš ťa kompresora, m . h1 tepelný tok chladiva
v mieste 1 vo wattoch, m . h2 tepelný tok chladiva v mieste 2 vo wattoch, P – príkon, príkon, meraný na
svorkách kompresora vo wattoch, Q p tepelný tok chladiva vo wattoch cez pláš ť kompresora do
okolia, m hmotnostný tok chladiva, h1 , h2 – entalpia – entalpia chladiva. Obrázok 251(vpravo): Skúšobné podmienky v diagrame log p – h. Legenda: p0 – vyparovací – vyparovací tlak, t 0 – vyparovacia teplota, pk – kondenzačný tlak, t k k – kondenzačná teplota, t 1 – teplota v sacom skúšobnom nástavci 1 kompresora, bod 2 – teplota vo výtla čnom skúšobnom nástavci 2 kompresora (pozrite obr. 250 a diagram na obr. 253), bod 3 – teplota – teplota pred škrtiacim ventilom (bez podchladenia), bod 4 – 4 – stav stav vo výparníku po zoškrtení. zoškrtení . Vonkajšiu výmenu tepla (tepelnú bilanciu) vyjadruje rovnica: (155) m . h1 P m . h2 + Q p Po úprave:
P
m
h2 h1
Q
(156)
m
Rovnica (156) je vyjadrená v diagrame na obr.253 sú čtom: h
Q p
m
, keď Δh = h2-h1 .
Súvislosť medzi skúšobnými skúšob nými podmienkami kompresorov a vonkajšou tepelnou bilanciou môžeme vyjadriť pomocou výkonového čísla COP :
Q m . q0 COP = 0 = P P
(157)
Úpravou rovnice (157) dostaneme: P
m
kde:
m
q0 COP
- hmotnostný tok chladiva (dopravovaný kompresorom)
Späť k základom_kompresory
(158) (kg/s) Strana 317
P
Q0
- príkon, odoberaný kompresorom z elektrickej siete
(W)
- chladiaci výkon kompresora
(W)
- teplo, odovzdávané plášťom kompresora do okolia COP - výkonové číslo - merná chladivos ť q0 h1 - entalpia chladiva na vstupe do kompresora (300 mm) h2 - entalpia chladiva na výstupe z kompresora (300 mm) Q p
(W) (W/W) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg)
Pretože ľavé strany rovníc (156) a (158) sa rovnajú, rovnosť spĺňajú aj pravé strany. Zo vzťahu (158) je zrejmé, že na pravej strane rovnice sú merné hodnoty vz ťahované na 1 kg
hmotnostného toku chladiva m , podľa skúšobných podmienok (podľa diagramu logp-h), pri čom hermetický kompresor má statickú ventiláciu (ochladzovanie pláš ťa kompresora rozdielom merných hmotností vzduchu). Pri malých hermetických chladivových kompresoroch do zdvihového objemu
sacími parami chladiva a ktoré sa používajú V z 12 cm3, ktorých elektromotor je ochladzovaný sacími v chladiacich zariadeniach pre domácnos ť, teda s rozsahom LBP, resp. MBP, je prevládajúce (dominantné) teplo, odvádzané cez plášť do okolia. Naproti tomu pri väčších a veľkých hermetických chladivových kompresoroch so zdvihovým objemom V z >12 cm3 ( s teoretickým dopravovaným objemom V d > 2,0 m3/h, teda pri väčších a najväčších hermetických kompresoroch) a s rozsahom HBP prevláda odvod tepla hmotnostným tokom chladiva. Toto poznanie je zvlášť dôležité. 4.11.2 Vnútorná tepelná bilancia Vzťahmi (155), (156), (157) a (158) sme stanovili vonkajšiu výmenu tepla (tepelnú bilanciu), ale uvedené rovnice nedávajú výpoveď o termodynamickom procese vo vnútri kompresora. To sa musí vykonať vnútornou tepelnou bilanciou kompresora. Vnútorná bilancia však vyžaduje analýzu termodynamického procesu hermetického kompresora. Situácia na trhu, reklama kompresorov, ako aj zákonná povinnosť šetriť energiou nútia výrobcu a teda aj konštruktéra hermetických kompresorov trvale sa zaoberať problémami vnútornej tepelnej bilancie. Vnútorná bilancia odhalí priebeh tepelných tokov v plášti kompresora a sleduje, či nenastáva proces stláčania chladiva nedovoleným spôsobom (meria sa teplota za výtla čným pracovným ventilom t 2´ 2´ - pozrite obr. 253). Obrázok 252 Rozložený hermetický ojnicový kompresor CALEX, ktorý bol vyrábaný v licencii firmy Samsung, typ D157X-L1Z, so statickým ochladzovaním kompresora, Späť k základom_kompresory
Strana 318
s rozsahom vyparovacích teplôt LBP (t 0 = -35°C až -5°C) , so zdvihovým objemom V z =5,71 3 cm , typom elektromotora RSIR a chladiacim výkonom Q 0 118W pri t 0 = -25°C. Legenda:1-vrchná č as asť pláš ť a , 2-skrutka statora, 3-stator, 4-trojzástr č k a, 5-blok, 6-tlač ná ná ťa, čka, pružina, 7-spodná č as asť pláš ť a , 8-kolík tla č nej nej pružiny, 9-sklenená prechodka, 10-plniaca rúrka, ťa, 11-rám svorkovnice, 12-výtlač ná ná rúrka, 13-sacia rúrka, 14-zátka rúrky X, 15-zátka rúrky Y, 16 pätka, 17-vodiaci kolík, 18-tesnenie ventilovej dosky, 19-planžeta sacieho ventilu, 21-výtlač ný ný ventil, 22-doraz výtlač ného ného ventilu, 23-pridržiavač výtlač ného ného ventilu, 24-tesnenie hlavy valca, 25-hlava valca, 26- kapilára na olej, 27-skrutka hlavy valca, 28-rotor, 29-trecí krúžok, 30-horné ložisko, 32-olejové č erpadlo, erpadlo, 33-skrutka ložiska, 34-hriadeľ , 35-ojnica, 36-poistka piestneho apu, 37-piestny č ap, ap, 38-piest, 39-prieč ka ka výtlač ného ného ventilu, 40-tesnenie tlmič a, a, 41-veko č apu, výtlač ného ného tlmič a, a, 42-tlmiaca pružina, 43-výtlač ná ná rúrka, 44-podložka krytu tlmič a, a, 45-skrutka tlmič a, a, 46-sací tlmič , 47-pridržiavač sacieho tlmič a, a, 48-sacia rúrka, 49-zátka kapiláry na olej. Znázornenie pracovného procesu v ideálnom a skutočnom piestovom kompresore Proces vnútornej výmeny tepla, ako sme už uviedli, ovplyv ňuje: -veľ kos kosť elektrických strát motora, - mechanických strát kompresora a -indikovaných strát. Tieto straty, ako sme už ukázali, dostaneme výpočtom pomocou: a) elektrickej ú č innosti innosti elektromotora el , b) mechanickej úč innosti innosti kompresora m a c) indikovanej úč innosti innosti kompresora i . Ad a) Elektrická účinnosť hermetického kompresora. Vypočíta sa podľa vzťahu: ηe =
P ef efektívny , skutoč skutoč . príkon na hriadeli kompresora vo wattoch .100 (158) P príkon, metraný na svorkách hermetické ho kompresora vo wattoch
Príkon spotrebovaný na straty elektromotora P str.el , ktoré sa menia menia na teplo, sa vypočíta podľa vzťahu: P str. el = P - P ef ef
(W) (159)
Skutočný, tzv. efektívny príkon kompresora P ef ef je teda daný vz ťahom: P ef ef = P . ηel
(W) (160)
Ad b) Mechanická účinnosť hermetického kompresora Pomer efektívneho a indikovaného príkonu je mechanická ú činnosť a je daná vzťahom: ηm =
P i indikovaný príkon kompresora vo wattoch 100 P ef efektívny príkon kompresora vo wattoch
(%)
(161)
Efektívny príkon kompresora P ef však obsahuje straty trením a o tieto straty je vä čší, ako ef však obsahuje indikovaný príkon kompresora P i i. Príkon, ktorý sa spotrebuje na straty trením P tr tr , vyjadruje rovnica: P tr tr = P ef ef – P i i Späť k základom_kompresory
(W) (162) Strana 319
Príkon P tr tr sa spotrebuje na straty trením v týchto trecích dvojiciach: -v pieste (dvojica piest – valec), -v piestnom čape (dvojica piestny čap – malé oko ojnice), -v ložiskách (v hlavnom a pomocnom ložisku kompresora v dvojiciach hriade ľ – ložisko), -v veľkom oku ojnice (dvojica excenter – ve ľké ojničné oko). Ad c) Indikovaná účinnosť hermetického kompresora Indikovaná účinnosť hermetického kompresora je pomer teoretickej bezstratovej práce kompresora a skutočnej indikovanej práce kompresora (vrátane strát v pracovných ventiloch) a je vyjadrená vz ťahom: ηi =
teoretická bezstratov á práca kompresora ( strana 219, obr . 140) .(100) skutoč . indikovaná (vrá tan e strát ) práca kompresora ( strana 220, obr . 142)
(163)
Straty vyžadujú vyššiu prácu kompresora. Práca po polytrope sa najviac približuje skutočnej práci kompresora. Z praktických dôvodov však sledujeme v diagramoch chladív stláčanie po izoentrope – používame pracovné diagramy log p –h. Indikovanú účinnosť môžeme vyjadriť aj pomocou mernej izoentropickej aiz a mernej indikovanej práce ai (ai > aiz ) ako pomer mernej izoentropickej aiz a mernej indikovanej práce ai : ηι aiz 100
(%)
ai
(164)
Indikovaná skutočná práca (práca daná indikátorovým diagramom) je teda vä čšia, ako práca, vyplývajúca z ideálneho (nami idealizovaného) kompresora, ktorého obeh je bez strát. Skuto čný kompresor má okrem strát vo ventiloch ohriatie pár chladiva pred vstupom do valca od stien motorkompresora, teda skôr, ako ohriate pary vstúpia do sacieho ventilu. Indikovaná práca závisí hlavne od: škodlivého priestoru a tlakového pomeru. Optimálny škodlivý priestor je predpokladom pre prevádzku hermetických chladivových piestových kompresorov s č o najmenšími stratami a dosahuje veľ kos kosť medzi 1,8 až 2,2%.
Q Q pk
h
pk
t k =55 55°C °C
m m
2´
2
t 1=32 32°°C
Q P p1
m m
log p
LBP p0
Obrázok 253 Faktory, ovplyvňujúce vonkajšiu a vnútornú výmenu tepla v diagrame log p-h. Legenda: 1-vstup vstup chladiva do sacieho meracieho nástavca kalorimetra, 2 – výstup chladiva z výtlačného meracieho nástavca kalorimetra, 1´vstup chladiva do valca (v plášti motorkompresora), 2´- výstup chladiva z valca (v plášti motorkompresora),
1
1´
m m
- príkon vo wattoch, pripadajúci na
m
P 1
t 0 =-25° -25°C C
P
1kg hmotnostného toku chladiva cez kompresor
h
v kg/s,
Q p
tepelný tok (tepelné straty) cez pláš ť do
m
okolia, pripadajúci na 1 kg hmotnostného toku chladiva v J/kg (=Ws/kg) . Pre izoetropickú prácu hermetického kompresora (obr.253) platí: aiz = h2´ - h1´ (kJ/kg) Späť k základom_kompresory
(165) Strana 320
Príkon, potrebný na vykrytie strát P str.ve+oh (v pracovnom sacom a výtla čnom ventile a na ohriatie chladiva vo valci) je daný vz ťahom: P stzr.ve+oh = P i i
- P iz iz
(W)
(166)
Ukazuje sa, že celkove rozdelenie príkonu (vyjadruje sa percentuálne) sa spotrebuje na: na stlačenie chladiva vo valci na straty elektromotora na kompresné teplo na straty v pracovných ventiloch na trenie súčastí pohybujúcich sa častí kompresora. Na obr. 253 vidíme, že nasávané chladivo v sacom nástavci izotermického kalorimetra , teda v mieste 1, má hodnotu entalpie h 1 (tepelný obsah 1 kg chladiva). Pri vstupe do plášťa kompresora sa tam ohrieva od teplejších súčastí (od tepelných strát elektromotora, od teplejšieho oleja, od výtlačnej rúrky, ktorá má veľmi vysokú teplotu a napokon od stien povrchu motorkompresora – všetky tieto uvedené súčasti majú vyššiu teplotu ako chladivo vstupujúce do plášťa kompresora. Obrázok 254 Skúška chladiaceho výkonu malého hermetického kompresora Calex, typ ZK 0,8N (na obrázku vľ avo) avo) na izotemickom kalorimetri (na obrázku vä č č šia nádoba vpravo). Na izotermickom kalorimetri sa robí na vyvíjaných kompresoroch, okrem iného, aj vonkajšia a vnútorná bilancia hermetického kompresora. Od vstupujúceho chladného chladiva do sacieho nástavca kompresora, v mieste 1, obr.253, sa vstupujúcim chladivom ochladzuje pláš ť kompresora na relatívne malej ploche (v oblasti sacieho
nástavca kompresora) a tento tepelný tok má záporné znamienko - Q sp . Cez ostatnú, vä čšiu časť plochy plášťa prechádza však tepelný tok z motorkompresora do
okolia (má znamienko +) + Q tp , takže celkové stratové množstvo tepla cez pláš ť Q p do okolia bude:
Q p Qtp Q sp
kde:
Q p celkový tepelný tok (tepelné straty) do okolia
(W)(164) (W)
Q sp studená časť tepel. toku cez pláš ť v mieste sacieho nástavca (W)
Qtp teplejšia časť tepelného toku (strát) do okolia cez plášť
(W) Ohriate chladivo v plášti od sú častí motorkompresora potom vstupuje do valca kompresora v stave 1´ s teplotou t 1´ 1´ a entalpiou h1´ , pričom teplota t 1´ 1´ > t 1. Pohybom piestu vo valci kompresora smerom do HMP (do hornej mŕ tvej tvej polohy piesta) sa chladivo stla čí, čím sa zvýši jeho teplota na teplotu konca stlačenia t 2´, pričom platí, že t 2´2´ > t 2 a zodpovedajúca entalpia v mieste 2´ (na výstupe z valca) má hodnotu h2´ (pozrite obr. 253). Chladivo sa potom ochladzuje, opúšťa plášť kompresora a meria sa kalorimetri (pozrite obr.254) v mieste 2 a jeho teplota sa zníži na hodnotu t 2 a hodnota entalpie je h2 . Späť k základom_kompresory
Strana 321
Uvedené platí pre hermetické chladivové piestové kompresory pre všetky teplotné rozsahy vyparovacích teplôt (LBP,MBP, a HBP). Body 1´a 2´sú najviac vpravo, vpravo, t.j. najviac vzdialené od bodov 1 a 2 – pri kompresoroch s najnižšími vyparovacími teplotami – v rozsahu LBP a naopak, body 1´a 2´ sú najbližšie bodom 1 a 2 pri kompresoroch k ompresoroch s najvyššími vyparovacími teplotami – v rozsahu HBP, pretože tieto kompresory dopravujú majú najväčší hmotnostný tok chladiva (obiehajúce množstvo chladiva kompresorom a aj chladiacim okruhom). Indikovanú účinnosť môžeme vyjadriť aj iným spôsobom. Chladiari používajú pracovné diagramy log p – h , kde stlačenie pár chladiva vo valci sledujeme pomocou izoentropy. Avšak skutočné stlačenie vo valci neprebieha izoentropicky (po izoentrope) . Proces sa najviac približuje skuto čnosti, keď ho sledujeme po polytrope (práca polytropická).
Na záver tejto kapitoly uvádzame dôležitý vz ťah pre výkonové číslo kompresora:
Q q COP = 0 0 COP teor . i m el P aiz
kde: Q0 P q0 aiz η COP COP teor. teor. ηι ηm ηel
(-)
- chladiaci výkon kompresora - príkon kompresora - merný chladiaci výkon - izoentropická ú činnosť kompresora - celková účinnosť - výkonové číslo skutočného procesu - výkonové číslo teoretic. porovnávacieho procesu - indikovaná účinnosť - mechanická účinnosť - účinnosť elektromotora hermetického kompresora
(166)
(W) (P) (kJ/kg) (kJ/kg) (-) (-) (-) (-) (-) (-)
4.11.3 Niektoré dôležité riešenia malých hermetických chladivových kompresorov 4.11.3.1 Rozmery, vôle a drsnosť súčiastok trecích dvojíc malého herm. kompresora Suché t r enie
Obrázok 255 Medzné trenie a hydrodynamické mazanie
f a i n e r t o h é n z d e m ľ e t i n i č ú S
Hydrodynamické mazanie
Medzi trecími dvojicami malého hermetického kompresora musí byť Medzné zvolená taká vôľa, aby bol pri trenie ustálenom chode zabezpe čený minimálny koeficient trenia. Táto požiadavka je náročná vzhľadom na zabezpečenie mazania. Najmenší Pet etrovov rovova a asympt asymptot ota a koeficient trenia sa môže zabezpečiť v oblasti medzného Zobecnené Zo becnené Sommer ommerfe feld ldovo ovo č íslo trenia, pozrite obr. 255. Za predpokladu, že zvolíme konštantné Sommerfeldovo číslo /L16/, pri zvä čšujúcej vôli medzi súčiastkami, zväčšuje sa súčiniteľ trenia a od ur čitej hranice celistvos ť olejového filmu porušuje unikajúce chladivo okolo piesta z valca. Tým sa zvyšuje príkon a hlu čnosť kompresora. Keď sa vôľa zmenší pod optimálnu hodnotu, nastáva zadieranie trecej dvojice a havária kompresoru. Aby sa zabránilo tomuto nepriaznivému stavu, musia by ť súčiastky vyrobené s dosta čujúcou presnosťou makro – a mikrogeometrie povrchu. To znamená, že odchýlky makrorozmerov by Späť k základom_kompresory
Strana 322
nemali prekročiť hrúbku olejového filmu a mikrogeometria, t.j. drsnosť by nemala prekročiť hodnotu Ra=(0,2 – 0,05)μm. Hrúbka olejového filmu jednotlivých typov kompresorov rôznych výrobcov, ur čená montážnou zostavou súčiastok sa pohybuje od 0,002 do 0,004 mm. Z našich skúseností vyplýva, že drsnosť povrchu súčiastok patrí k základným ukazovate ľom kvality. Pre voľ bu drsnosti platia tieto pravidlá: drsnosť plochy nesmie prekro čiť hrúbku olejového filmu väčšia plocha súčasti trecej dvojice mala by by ť tvrdšia a musí ma ť menšiu drsnosť. Veľmi dôležité pre kvalitu sú aj tieto požiadavky: odchýlky od kruhovitosti súčiastok nemajú byť väčšie ako 0,002 mm. Zvlnenie stopy na povrchu po opracovaní po obvode súčiastky, zistené špeciálnymi prístrojmi na meranie kruhovitosti /L17/, /L18/, vo forme polárneho diagramu, nesmie ma ť väčšiu odchýlku vlny ako: a) 0,0019 mm - pri jemnom zvlnení b) 0,0025 mm - pri piatich vlnách c) 0,0030 mm - pri troch vlnách Úplné vylúčenie zvlnenia je zriedkavos ťou /L19/. Preto sa stanovuje dovolené zvlnenie. výhodne je dodržať makro – a mikrogeometriu (ako sme uviedli v predchádzajúcom odstavci) v kombinácii s fosfátovaním súčiastok (pomocou iastok (pomocou fosfátu na báze fosforeč nanu nanu manganatého). Temto fosfát /L19/, pod ozna čením fasfát PARKO – LUBRITE – 5, sme odskúšali na kompresoroch Calex radu ZK. Uvedeným fosfátom sme fosfátovali tieto sú čiastky: -hriadeľ -piest s kulisou a -kameň. Uvedené zistenia a opatrenia sú zvlášť dôležité pre dosiahnutie kvality výroby piestu a kulisy a pre zvýšenie životnosti kompresora. Obrázok 256 Meranie kruhovitosti piesta kompresora ZK 0,8N. Legenda: a)ideálny tvar piesta, b)pä ť ť vĺ n po obvode, c)20 vĺ n po obvode, d)nevyvážený brúsny kotúč
a)
c)
b)
d)
Pred zložením kompresora sú čiastky trecích dvojíc boli najskôr premerané v metrologickom stredisku. Po montáži sa robili tieto skúšky: -hlučnosti -chladiaceho výkonu -rozbehu -opotrebenia po 1000 hodinovom chode kompresora -opäť hlučnosti -pokračovanie v skúške opotrebenia do 2000 hodín chodu -a nakoniec skúšky: -chladiaceho výkonu -rozbehu -hlučnosti. Kompresory vyhoveli skúške opotrebenia, pričom chladiaci výkon sa znížil v rozsahu tolerancie, znížila sa taktiež hlu čnosť. Demontované súčiastky trecích dvojíc kompresora Späť k základom_kompresory
Strana 323
sa vyznačovali veľmi dobrým stavom, mali čistý povrch, bez známok nadmerného opotrebenia. 4.11.2 Rôzne vplyvy na opotrebenie kompresora Na opotrebenie vplýva zvýšená drsnos ť trecích dvojíc kompresora oproti optimálnej drsnosti, nevhodný olej, prítomnosť nečistôt, chybná makrogeometria povrchu (nedodržanie rozmerov, nadmerná ovalita, nekruhovitos ť a kužeľovitosť, hlavne pri dvojiciach piest –valec a kulisa – kameň).
Obrázok 257 (vľ avo): avo): Optimálna drsnosť povrchu R z v závislosti na tvrdosti, zaťažení, k ĺznej rýchlosti, viskozite a vôli medzi súčiastkami trecej dvojice Obrázok 258 (vpravo): Schéma zapojenia hermetického kompresora v skúšobnom okruhu pri skúške odolnosti proti opotrebeniu. Legenda: 1-kompresor, 2-škrtiaci ventil, 3-výmenník tepla, 4-filter – dehydrátor, 5-ventilátor Vale alec c
Piest
Zníženie opotrebenia, predovšetkým pri spomínaných dvojiciach sa dosahuje splnením požiadaviek optimálnej drsnosti povrchu, hrúbke olejového filmu, geometrie trecích plôch, ako aj splnením podmienok zábehu. To preto, aby sa dosiahla projektovaná životnosť kompresora. Závislosť drsnosti povrchu R z na rôznych parametroch je na obr. 257. Skúška odolnosti opotrebenia malých hermetických chladivových kompresorov sa robí podľa zapojenia na obr.258, pričom všetky súčasti pohonného mechanizmu a pracovné ventily musia ma ť dostatočnú odolnosť proti opotrebeniu. V podniku Calex sme túto skúšku robili pri sacom tlaku 1 bar a výtlačnom tlaku 30 bar a to na kompresoroch, ktoré ešte neboli skúšané. Obrázok 259 Dvojica piest (s kulisou) – valec kompresora ZK 0,8N firmy Calex. Valec bol posuvný po nosnej časti kompresora – čím sa výhodne nastavovala poloha valca a ľahko sa dosiahol požadoval predpísaný škodlivý priestor. 4.11.3 Materiál trecích dvojíc Pri malých kompresoroch sú trecie dvojice obyčajne zhotovené zo sivej perlitickej liatiny bez použitia medzičlena. Pracujú pri rôznych teplotách, daných teplotou okolia a teplotným režimom (LBP, MBP, alebo HBP). Okrem toho na opotrebenie vplýva pracovné chladivo a olej. V hermetických kompresoroch nie je možná demontáž kompresora po celú dobu životnosti. Funkcia kompresora závisí rozhodujúcou mierou na akosti povrchov použitých odliatkov, ktoré bývajú veľmi členité, tvarove veľmi náročné – hlavne na kotrakciu hrúbky stien, musia zaru čovať homogenitu Späť k základom_kompresory
Strana 324
a tesnosť, dobrú obrobiteľnosť, súčiastky musia byť s hladkým povrchom a pod. Materiál odliatkov musí ma ť vysoké fyzikálne – mechanické vlastnosti. Ťahová pevnosť by mala dosahovať až 300 MPa, tvrdosť by mala byť okolo 210 HB s toleranciou 10 HB. Okrem toho materiál musí ma ť útlmové vlastnosti, dobrú zatekavosť vo forme a rázovú húževnatos ť. Jednou z najdôležitejších vlastností sú k ĺzne vlastnosti a ovplyv ňuje ich rozloženie, tvar grafitu a štruktúra základnej kovovej hmoty. To závisí na chemickom zložení a na kryštalizácii pri tuhnutí odliatku (na rýchlosti chladnutia). Obrázok 260 Odliatky nosnej časti kompresora zhotovené na zariadení DISAMATIC Vo výskume sme skúšali zavies ť nosnú časť kompresora ZK0,8N z oceľového plechu (pričom ložisko bolo zo sivej perlitickej liatiny) /L23/, ako aj z hliníka. Obidve tieto alternatívy spôsobovali zvýšenie hlučnosti a chvenia kompresora. Pri výskume sivej liatiny, oceli a hliníka, najväčší útlm vykazovala nosná časť vyrobená zo sivej liatiny. liatiny. Aby sa sú čiastka, vyrobená zo sivej liatiny rozkmitala rozkmitala na rovnakú amplitúdu, ako ako taká istá sú čiastka z oceli, treba jej doda ť asi štvornásobok energie /L21/. 4.11.4 Experimentálne vyšetrenie ťažiska motorkompresora Calex, typu ZK0,8N Rovina symetrie motorkompresorov Calex je kolmá na statorové plechy a leží v nej os valca. Meraním sa ukázalo, že ťažisko kompresora leží v rovine symetrie. Ťažisko sa našlo experimentálne – zavesením motorkompresora pod ľa obr. 261, 262, 263 a 264.
Obrázky261, 262, 263 a 264 (zľ ava ava doprava): Nájdenie ťažiska motorkompresora Calex typu ZK0,8N zavesením. Podobne – zavesením nájdeme aj súradnice pláš ťa kompresora (hornej a dolnej časti spolu). Potom výsledné ťažisko kompresora (plášťa a motorkompresora) stanovíme výpočtom. V rovine symetrie sme zvolili súradnicový systém, ktorého os x je totožná s osou valca a os y je totožná s osou hriadeľa. Os z je kolmá na rovinu xy. Odmeraním na výkrese zostavy motorkompresora sme našli tieto súradnice ťažiska: x T ZK0,9N = 7 mm yT ZK0,8N = 53 mm
Podobný postup platí pre ostatné kompresory radu ZK. Táto metóda sa môže ľahšie experimentálne vykonať, ak kompresor má aspo ň jednu rovinu symetrie. 4.11.5 Nájdenie roviny k ľudu na kompresore Zk 0,8N uloženého na štyroch tla čných pružinách(obr.265). Predpokladáme, že motorkompresor (bez pláš ťa kompresora) je tuhé teleso a pružiny sú uložené v rovnakej vzdialenosti od ťažiska l 1 (v smere osi z), potom z), potom vlastná frekvencia torzného pohybu motorkompresora okolo osi y osi y je: Späť k základom_kompresory
Strana 325
1 4 z1 . b 2 f 0 = 2 I y
(Hz) (155)
kde: k z1 - tuhosť jednej pružiny v smere osi z osi z (N.m-1) b - vzdialenosť pružín od ťažiska motorkompresora (m) 2 I y - hmotný moment zotrva čnosti k osi y osi y (kg.m Snahou je dosiahnuť čo najmenšie b, vtedy vlastná frekvencia sa zníži. Budiacimi silami sú zotrva čné sily od posuvných a rota čných hmôt, ktoré nahradíme jednou silou F silou F x . Táto vytvára klopný moment okolo osi y osi y,, veľkosti F kosti F x . l. Merania ukázali, že pre kompresory ZK je domimantný torzný pohyb okolo osi y a posuvný pohyb v smere osi y. Pre posuvný pohyb v smere osi x osi x platí platí rovnica (uvažujeme len budenie v rovine xz rovine xz): ): d 2 x m 2 k x . x k x . l 1 . F . cos t dt
kde: m k x
φ F
(156)
- hmotnosť motorkompresora (kompresor bez pláš ťa) (kg) - výsledná prie čna tuhosť pružín (N . m -1) - uhol natočenia (rad) - amplitúda budiacej sily (N)
Obrázok 265 Parametre pre výpočet posuvov motorkompresora, uloženého tlačných pružinách
na
Pre torzný pohyb okolo osi y platí platí rovnica: d 2 I y 2 k x .l 1 . x k x .l 12 . - k z .b2. φ – F . l .cos ωt dt
kde: k z I y
- výsledná tuhosť pružín v smere ich osí - hmotný moment zotrva čnosti k osi y osi y
Ak neuvažujeme dostaneme:
(157)
(N.m-1) (kg.m2)
tuhosť pružín, t.j. k x=k z=0, zostane len pôsobenie sily F. Potom
md 2 x = F . cos ωt dt
Uvažujme výchylku v smere osi x, osi x, ktorá sa bude meni ť harmonicky: x = Δ x1 . cos ωt
(158) (159)
kde: Δx1 je amplitúda výchylky. Po derivovaní a po dosadení (159) do vz ťahu (158) bude amplitúda v smere osi x: osi x: F x1 2 (160)
.m
Podobne z rovnice (157) pre k x=k z=0 dostaneme: d 2 I y 2 F . l . cos t dt Späť k základom_kompresory
(161) Strana 326
Nech sa podobne mení uhlová výchylka harmonicky pod ľa vzťahu:
(162)
1 . cos t
Po dosadení (162) do vz ťahu (161) dostaneme: I y . 1 . 2 F . l
(163)
Prevod z rotačného pohybu na translačný pre malé φ a pre z>0, pre z>0, Δφ>0, v našom súradnicovom systéme, pod ľ ahom: ľa obr.220, je daný približne vzť ahom: - Δ (164) Δ x2 = Δφ1 . z kde: z
- je vzdialenos ť uvažovanej k ľudovej roviny od ťažiska. Vzťah platí tým presnejšie, čím je b→0, a φ→0.
Po derivovaní (164) a dosadení do vz ťahu (163) dostaneme: F .l z I y .
(165)
x2
Výsledný pohyb v smere osi x bude: Δ y = Δ y1 + Δ y2 V našom prípade Δ y = 0
pre z =
(166) I y m . l
(167)
Kde z Kde z je hľadaná súradnica roviny k ľudu, ak pôsobí len F x x . Je výhodné, ak rovina k ľudu sa zvolí rovina paketu statora. V tejto rovine a svojím jedným koncom potom opierajú 4 pružiny o paket statora elektromotora, druhý koniec pružín je uložený v púzdre, ktoré je upevnené na spodnej časti plášťa kompresora.
Späť k základom_kompresory
Strana 327
Obrázok 266 Rozložený 266 Rozložený kompresor radu ZK. Legenda: ZK. Legenda: 1-nosná č as asť , 2-hriadeľ , 3-č erpadlo, erpadlo, 4rotor, 5-stator, 6-skrutka M5x40, 7-spodná č as asť pláš ť ťa kompresora, 8-záves, 9-pätka kompresora, 10-nástavec výtlaku, 11-nástavec sania, 12- elektrická prechodka, 13-rám svorkovnice, 14-závesná pružina, 15-kameň , 16-piest – kulisa, 17-valec, 18-skrutka M6x20, 19 podložka 6,4, 20-tesnenie valca, 21-kolík valca, 22-sací ventil, 23-ventilová doska, 24-kolík výtlač ného ného ventilu, 25-výtla č ný ný ventil, 26-vymedzovač , 27-pružina výtlač ného ného ventilu, 28-tesnenie hlavy, 29-hlava, 30-sací tlmič , 31-výtlač ný ný tlmič , 32-výtlač ná ná rúrka, 33-tlmiaca pružina, 34 skrutka M5x25, 35-vrchná č as asť pláš ť nej rúrky, 37-podložka φ= ťa kompresora, 36-príchytka výtlač nej 5,1, 38-skrutka M5x12, 39-trojzástr č ka, 40-svorkovnica, 41-relé, 42-tepelná ochrana, 43-skrutka č ka, M3,5x12, 44-podložka φ=3,6, Podložka φ=3,7, 46-príchytka, 47-skrutka M3,5x16, 48-skrutka M3,5x10, 49-kryt svorkovnice, 50-schéma el zapojenia, 51-tlmiaca podložka. Zdokonalením konštrukcie piestových kompresorov, ktorým sa dosiahlo zvýšenie chladiaceho faktoru, zmenšenie hmotnosti, rozmerov, zníženie chvenia a hlu čnosti a bez podstatnej materiálovej náročnosti, sa odstránili niektoré nevýhody piestových kompresorov. Naopak, výhody rotačných kompresorov nie sú tak rozhodujúce, aby vyvážili osved čenosť a spoľahlivosť konštrukcie piestových kompresorov pre chladni čky a mrazničky, ako aj servisné výhody, nižšiu hlu čnosť, nižšie chvenie a nižšie výrobné náklady. 4.11.6 Meranie napätia v nebezpečných prierezoch hriadeľa hermetického kompresora za chodu kompresora Kompresory Calex radu ZK 0,8N a ZK 1,0N dosahovali chladiaci výkon 140W, resp. 200W a príkon 128W, resp. 198W. Pracovným médiom bolo chladivo R12. Uvedené hodnoty chladiaceho výkonu a príkonu boli zmerané na izotermickom kalorimetri pri vyparovacej teplote t0 =-15°C, kondenzačnej teplote tk = 55°C, teplote nasávaných pár do kompresora t 1=32°C a dochladzovacej teplote t4=32°C. Pri týchto podmienkach bol tlakový pomer π = absolútna hodnota kondenzač oého tlaku pk 13,987 kg / cm2 7,5. absolútna hodnota vyparovacieho tlaku p0 1,863 kg / cm2
Obrázok 267 /vľ avo/: avo/: Nebezpečné prierezy hriadeľa kompresora Calex typu ZK1,0N Obrázok 268 /vpravo/ Umiestnenie tenzometrov 1,2,3 na hriadeli v nebezpe čných miestach a vedenie káblikov cez mazacie cesty hriade ľa kompresora Pri práci v chladničkách a mrazničkách pre domácnosť bola vyparovacia teplota nižšia a pohybovala sa okolo -28°C a kondenza čná teplota bola na rovnakej úrovni, t.j. 55°C, takže tlakový pomer vzrástol na hodnotu π = 12,54. Pri týchto podmienkach a pri odchýlkach výroby od výkresových hodnôt, dochádzalo v praxi pri kompresore ZK1,0N ZK1 ,0N ku výskytu zlomenia hriadeľa v tzv. nebezpečných prierezoch hriade ľa – pozrite obr. 267. Z toho dôvodu sa lomy Späť k základom_kompresory
Strana 328
hriadeľa kompresora ZK1,0N analyzovali a na ich odstránenie bola vyvinutá metóda merania napätí v nebezpeč nebezpe č ných ných prierezoch hriadeľ hriade ľa za chodu kompresora.
Meranie deformácii hriade ľa sa robilo pomocou tenzometrov umiestnených na hriadeli kompresora ZK1,0N – pozrite obr. 268.
Tenzometre Elektrický odporový tenzometer je pásik (pozrite obr. 269 až 271) na meranie pomerného predĺženia ε =
l
l
, kde Δl je zmena d ĺžky meracieho pásika (mm), l – d ĺžka meracieho pásika
(mm). Zmeny odporu meracích pásikov sa vyjadrujú pomocou sú činiteľa deformačnej citlivosti k. R
Platí vzťah:
R k = R l . R
(-)
(168)
l
Tenzometer je v podstate elektrický vodi č z veľmi tenkého drôtu priemeru 0,005 až 0,025 mm, ktorého odpor sa lineárne mení s jeho pred ĺžením, alebo skrátením. Drôt v tvare slu čiek (na zvýšenie citlivosti) je prilepený na akostný tenký papier pružným lepidlom. Toto lepidlo dovo ľuje priamy prenos pomerného pred ĺženia zo skúšaného objektu na vodič bez prek ĺzovania alebo ohnutia vodiča pri tlakovom za ťažení. Konce drôtikov sú vyvedené hrubšími vývodmi. Elektrickú izoláciu medzi vinutím sníma ča tvorí papierový podklad a tenká vrstvička lepidla. akt ívn ívnaa dĺ dĺž ka
nosná čas asť ť
vodič vodi č
svorková čas asť ť
nosná asťť čas
vodič vodič
svorka
Obrázok 269 (vľ avo): avo): Typický drôtový tenzometer Obrázok 270 (v strede): Typický fóliový tenzometer Obrázok 271 (vpravo): Typický polovodičový tenzometer
nosná č asť
polovodičo vý kryštál
vodič a svorka
Na presnejšie merania sa používajú fóliové a polovodi čové tenzometre. Polovodičové tenzometre majú súčiniteľ deformačnej citlivosti k 50 až 60 krát vä čší ako fóliové tenzometre. Pozostávajú z prúžku vodiča vyrobeného z monokryštálu z kremíka alebo germánia. Kremík, resp. germánium obsahujú presne stanovené množstvo nečistôt, aby sa dosiahli požadované vlastnosti. Polovodičové meracie pásiky sú ve ľmi citlivé na kolísanie teplôt a všeobecne nie sú tak stabilné ako drôtové alebo fóliové meracie pásiky. Sú však vhodnejšie pre dynamické merania. Majú vysoký súčiniteľ k pri pri veľmi nízkych hladinách pomerného pred ĺženia ε. Tak napríklad najmenšie pomerné pred ĺženie ε , ktoré sa má preniesť polovodičovým pásikom je od 0,001 με (mikrostreinov), zatia ľ čo pri kovových pásikoch (odporové, fóliové) sa môžu mera ť len od 0,1 με . Skúšobný model Simulovanie skutočných silových pomerov na kompresore a teda aj na hriadeli sa dosiahlo pomocou skúšobného modelu. Skúšobný model pozostával z motorkompresora ZK1,0N, ktorý k torý mal upravené mazanie, predĺžený hriadeľ až mimo pláš ťa kompresora a odstránené závesné pružiny – motorkompresor bol uložený pevne v plášti na troch konzolách, pozrite obr.272. Späť k základom_kompresory
Strana 329
Cez dutinu a mazaciu drážku hriadeľa boli vyvedené kábliky tenzometrov od nebezpečných prierezov hriadeľa až ku zberačom, mimo kompresor. Dutinou a mazacou drážkou hriadeľa sa nútene tla čil olej od vonkajšieho zubového čerpadla. Plášť kompresora mal v spodnej časti plášťa upchávkové teleso s dvomi upchávkami GUFERO, ktoré utes ňovali predĺžený hriadeľ, ktorý mal na spodnom konci pripojené ortu ťové zberače, pozrite obr. 271. Obrázok 272 Pohľad na zostavu upraveného kompresora ZK 1,0N pre tenzometrické meranie hriadeľa Skúšobným médiom bol vzduch. Kompresor nasával vzduch z okolia a dopravoval ho do vzdušníka na požadovaný výtlačný tlak, ktorý sa menil pomocou regulačného ventilu od 0,1 do 1,6 MPa, pozrite obr.273. Obrázok 273 Schéma zapojenia meracích prístrojov
Na hriadeli boli nainštalované polovodičové tenzometre SP5-0302 (aktívna dĺžka 0,77 mm) od firmy Baldwin, dva v zápichu a jeden v mazacom otvore drieku hriadeľa (obr. 268). Vodi če ku jednotlivým tenzometrom boli vzájomne skrútené, aby sa maximálne potlačil vplyv elektromagnetického poľa elektromotora. Signál od tenzometrov sa privádzal cez ortu ťové zberače MT8-A firmy Vibrometer, alternatívne buď na tenzometrický mostík KWS-6 firmy Hottinger, alebo na striedavé zosilňovače ITHACO, ktoré majú zabudovaný zdroj konštantného prúdu. Zosil ňovače umožňujú prenášať signál v rozsahu frekvencií 0,7 až 20000 Hz. V dôsledku napájania tenzometrov jednosmerným prúdom je však celá zostava citlivá na rušenie elektromagnetickým poľom motora. Obrázok 274 Zostava merania napätí v nebezpečných prierezoch hriadeľa kompresora ZK1,0N. Kompresor je na skúšobnom podstavci s vyvedeným hriadeľom z plášťa kompresora s ortuťovými zberačmi a potrebnými meracími prístrojmi Z uvedeného dôvodu sa overovali tri meracie metódy. Najskôr sa použila metóda za ťažovania hriadeľa statickým tlakom. Späť k základom_kompresory
Strana 330
Potom sa pristúpilo k za ťažovaniu prevádzkovým tlakom pri vo ľnobežnom chode a nakoniec pri postupne zvyšujúcom sa výtlačnom tlaku kompresora. Merania sa za čali na studenom kompresore, ale pri prevádzke dochádzalo ku rýchlemu ohriatiu celého kompresora, zvláš ť nad tlakovým pomerom π =8. Preto z uvedených troch metód bola použitá kombinácia polovodičových tenzometrov pripojených k striedavým zosilňovačom a napájaných zdrojom konštantného prúdu. Obrázok 275 Statické zaťažovanie hriadeľa kompresora ZK1,0N Po overovacích skúškach sa pripojili polovodi čové tenzometre ku striedavým zosilňovačom a napájali sa zdrojom konštantného prúdu. Na zobrazenie meraného priebehu deformácie sa použil dvojpaprskový osciloskop firmy DISA, typ 51B00. Z obrazovky sa robili fotografické záznamy. Pri meraní kompresora bola zapojená aj otá čková značka, umiestnená na prírube zberačov a indikovaná snímačom DISA. Otáčková značka udávajúca polohu piestu v hornej mŕ tvej tvej polohe (HMP), bola zobrazovaná na druhej stope osciloskopu pri prechádzaní hornou mŕ tvou tvou polohou (HMP). Presnosť otáčkovej značky bola ±5°. Mostík KWS-6 používa zapojenie do Wheatstonového mostíka napájaného striedavým prúdom s frekvenciou 5 kHz. Nosná frekvencia zaru čuje vysokú odolnosť proti rušeniu. Obrázok 276 Namáhanie čapu hriadeľa hermetického kompresora ZK1,0N, snímané tenzometrom č.1 v priebehu jednej otáčky. Legenda: Krivka A – priebeh sily od tlaku plynu na piest. Krivka B – priebeh zotrva nej sily od č nej posuvných hmôt. Krivka C je výslednicou síl A+B. Priebeh deformácie meranej tenzometrom č.1 predstavuje krivka D. Tenzometer č.3 udáva priebeh, ktorý sa prakticky líši len veľkosťou amplitúdy, pretože sily spôsobené krútiacim momentom sú veľmi malé a odstredivé sily od rotačných hmôt majú rovnakú veľkosť. Deformácia meraná tenzometrom č.2 sa líši amplitúdou a znamienkom. Obrázok 277 Horná krivka pomerného predĺženia (deformácie) zachytená ε tenzometrom č.1 pri výtlačnom tlaku pv = 0,765 MPa v priebehu jednej otáčky, pri merítku: 46 μm/m/d.r. (Poznámka: d.r. = dielik rastru) Pri prechode krivky D (pozrite obr. 276) bodom Z je meraná deformácia nulová. Tento
bod bol vo všetkých fotografických fotografických záznamoch veľmi dobre čitateľný. Späť k základom_kompresory
Strana 331
Pri vyhodnocovaní záznamov k nemu boli vz ťahované hodnoty deformácií ±ε . Zmerané hodnoty deformácií ε a z nich vypočítané napätia σ boli v závislosti na ve ľkosti výtlačného tlaku vo vzdušníku uvedené do tabuliek. V tabuľkách sú uvedené maximálne hodnoty, hodnoty, bez ohľadu nato či ide o HMP, DMP alebo nie. Pre výpočet bol vzatý modul pružnosti E=122600 MPa. Pre predstavu o pomerných pred ĺženiach ε a im zodpovedajúcich napätiach σ uvádzame len hodoty zachytené tenzometrom č.1 v Tab.52. Tabuľ ka ka 52 Hriadeľ, označený B, tenzometer č.1 – polovodičový od firmy Baldwin pv (MPa) volnobeh 0,178 0,374 0,569 0,765 0,962 1,167 1,363 1,559
m/m) ε ( μ m/m)
22,3 47 76 118 157 198 237 276 323
σ (Mpa)
36 36 38 38 38 36 36 36 36
2,74 5,7 9,3 14,5 19,3 24,3 29 33,9 39,6
4,4 4,4 4,7 4,7 4,7 4,4 4,4 4,4 4,4
Na základe dosiahnutých výsledkov bola upravená konštrukcia hriadeľa tak, že sa znížila koncentrácia napätí v mazacích otvoroch a napätie sa znížilo zn ížilo významne pod medzu únavy. 4.11.7 Uloženie hermetického kompresora na tlmiacich podložkách Pri uložení hermetického kompresora na rám chladni čky sa používajú tlmiace podložky. Z praxe je známe, že pre dosiahnutie kvality tlmiacich podložiek sa musia splni ť nielen rozmerové ale i materiálové požiadavky. Úlohou tlmiacej podložky je ú činne znížiť špičku vibrácií, ktoré vznikajú z nevyváženia pri frekvencii kompresora 50 Hz . Táto frekvencia, ako sme zistili z hlukového a vibra čného spektra kompresorov ZK, bola dominantná. Podrobné merania vlastností tlmiacich podložiek pre kompresory rôznych firiem ukázali, že sa používa guma, pričom jej tvrdosť nemá byť vyššia, ako 40 Shore A /L14/. Najlepšie je, ak všetky tlmiace podložky majú tvrdos ť pod 30 Shore A, avšak je to obtiažne dosiahnu ť vo výrobe. Obrázok 278 Tlmiace podložky hermetických kompresorov pre chladničky a mrazničky pre domácnosti firiem: a) Finomzserelvengyár Jaszberény b) Danfoss c) Calex d) Minsk Výsledky merania ukázali, že útlm sa dosiahne vtedy, keď pomer vlastnej frekvencie f 0 uloženia a frekvencie f , ktorá sa má utlmi ť je 1/3 /L14/.
a/
c/
b/
d/
4.11.8 Prehriatie pár chladiva pred vstupom do kompresora Kvapalné chladivo v sacom potrubí môže spôsobi ť haváriu kompresora. Späť k základom_kompresory
Strana 332
Stavom pár pred vstupom do kompresora sa zaoberala firma Danfoss /L24/. Skúmali podiel kvapaliny v prúde plynu pomocou impulzného héliovo – neónovo - plynového lasera – halografie, ktoré vyvinul v r. 1967 Angli čan Thompson. Skúšobné zariadenie sa skladá: z holografickej skúšobnej aparatúry (pozrite obr. 279) a vyhodnocovacieho (reproduk čného) zariadenia pomocou televíznej kamery a tienidla, obr. 280. Uvedenou metódou sa zistilo, že aj v prehriatych parách chladiva sa ešte vyskytujú čiastočky kvapaliny. Merací výparník Rubínový impulzný las er λ=0,6943 μm čas t =2 0 ns
Objektív 1 f =50mm
sacia rúrka d =28 mm
Clona 1 d =1 =100 00 μ m
Clona 2 premenlivá
p p =840 mm g =114 mm b =423 mm
Objektív 2 doska hologramu f =90 mm
g
He-Ne-laser λ =0,6328 μm N = 1m 1m W
Šošovka f =30 mm
Šošovka f =400 mm
Doska hologramu
Clona d =20 μm
Televízna Telev ízna kamer a
Rekonštruované iastoččky čiasto
b
televízna obrazovka
b/g =3,7 ku kompresoru
Obrázok 279 (vľ avo): avo): Schématické usporiadanie holografickej snímacej aparatúry Obrázok 280 (vpravo): Schématic. usporiadanie holografickej reproduk čnej aparatúry Meranie sa robilo v chladiacom okruhu kalorimetra s R12, v ktorom bol zaradený polohermetický kompresor mazaný kompresor mazaný olejom, resp. bez oleja s teoretickým zdvihovým objemom V d 15m3/h, ďalej merací výparník kalorimetra a vodou chladený kondenzátor.
Pri bezolejovom okruhu bola sacia para bez kvapiek pri prehriatí 9 K. Pri okruhu s olejom sa pozorovali kvapôčky ešte pri prehriatí nad 20 K, aj keď percentuálny podiel bol ve ľmi malý. Okolo prehriatia 8 K sa pozoroval prudký nárast nevypareného podielu kvapaliny. Najmenšie ešte merate ľné kvapky mali priemer 5 μm, najväčšie 600 μm. Zistilo sa, že pri menšom m enšom prehriatí sacích pár ako 10 K veľmi poklesla dopravná účinnosť. Nastavenie prehriatia termostatického termostatického expanzného ventilu býva od 6 do 12K a z uvedených príčin by sa malo udržiava ť optimálne na hodnote min. 8 K. Minimálne prehriatie pár chladiva pred vstupom do kompresora stanovuje výrobca kompresora. Pri hernetických piestových kompresoroch sa prehriatie sacích pár pred vstupom do kompresora pohybuje 15 až 25K. Niektorí výrobcovia udávajú hodnotu ešte vyššiu . Pri piestových Danfoss – Maneurop kompresoroch sa uvádza ako normálna hodnota prehriatia 5 až 30 K /L25/. Na oddelenie a vyparenie kvapalných častíc sa niekedy používajú výmenníky tepla. Pri malých prehriatiach sacích pár prinesie výmenník tepla zlepšenie chladiaceho výkonu, hlavne pri nižších vyparovacích teplotách, t.j. čím väčší je rozdiel medzi parnou a kvapalinovou stranou. Pri použití výmenníka tepla je treba da ť pozor na teplotu výtlaku t 2! 4.11.9 Zhrnutie poznatkov o malých piestových hermetických kompresoroch 1. Hlavným parametrom je teoretický zdvihový hodinový objem kompresora V d , z ktorého sa ur čia hlavné rozmery priemer valca D a zdvih piesta L. Rad teoretických zdvihových hodinových objemov v m3/h v zhode s normou STN 14 0618 je tento: 0,50 , 0,63 , 0,80 , 1,0 , 1,25 , 1,60 , 2,0 , 2,5 m 3 /h. Späť k základom_kompresory
Strana 333
3
Teoretický zdvihový hodinový hodinový objem objem v m /h najlepšie charakterizuje veľ ve ľkosť kosť kompresora. Lepšie ako obsah valca (kubatúra), alebo ve kosť kompresora udávaná výkonom ľkosť elektromotora v HP (používané v obchodnom styku).
2. Podľa prevodu rotačného pohybu hriadeľa na posuvný pohyb piesta sa vyskytujú malé hermetické kompresory: ojnicové (takmer 98%) kulisové 3. Malé hermetické h ermetické kompresory sú jednovalcové, protismerné a majú jednofázový induk čný asynchrónny dvojpólový motor. 4. Kompresory sú vybavené elektromotorom: reguláciu prietoku chladiva expanzným expanzným ventilom), alebo s veľkým (pre reguláciu rúrko u) malým rozbehovým momentom (pre reguláciu prietoku chladiva kapilárnou rúrkou) 5. Kompresory majú elektromotor dimenzovaný pre teplotu okolia t a, pre spoľahlivý rozbeh rozbeh a prácu v rozsahu vyparovacích teplôt: HBP MBP LBP 6. Hlavné ukazovatele malých hermetických kompresorov sú:
menovitý chladiaci výkon menovitý príkon menovitý prúd menovité otáčky
Q0
P I n
(W) (W) (A) (ot/min, resp. ot/
Obrázok 281 Prvý hermetický piestový dvojvalcový kompresor, typ KVD, firmy DKK Scharfenstein, na chladivo R600a. Táto firma zhotovila aj prvú ekologickú chladničku na svete s chladivom R600a, izolácia stien chladničky bola zhotovená z polystyrénu. chladivo:
R600a, R134a, R404A, prípadne R507.Najviac sa použiva chladivo R600a v chladni čkách a mrazničkách pre domácnosť a v kombinovaných chladničkách, a množstvo chladiacich okruhov s týmto chladivom v Európe dosahuje až nad 80%. Chladiaci okruh je plne hermetický, hermetický, chladivo nesmie unikať. R600a (izobutan) má ODP=0 a GWP blízke 0, ale chladivo je hor ľavé. Tomu musí zodpovedať aj technológia servisu chladiacich okruhov s izobutanom. Pri opravách sa nesmie vyskytova ť iskrenie, používanie otvoreného plameňa a nesmie sa faj čiť! R600a sa používa pri kompresoroch s menšími chladiacimi výkonmi. To je tendencia vo vývoji kompresorov a chladiacich okruhov vo všetkých firmách v Európe. Izobutan je ťažšie chladivo ako vzduch. Podrobnejšie vzduch. Podrobnejšie o výrobe, technol´gii montáže, servisu a manipulácii s týmto týmto chladivom je v /L27/, /L28/ a /L29/. Späť k základom_kompresory
Strana 334
Pre ostatné chladivá platia podmienky pod mienky pre p re manipuláciu, montáž a servis s hermetickými okruhmi s regulačným orgánom dexpanzným ventilom alebo kapilárnou rúrkou. Druhým najčastejšie používaným chladivom je R134a. Pre výkony väčšie, s dopravovaný výkonom 2,0 a 2,5 m 3/h, sa používa chladivo R404A, resp. R507 predovšetkým v rozsahu výkonového rozsahu vyparovacích teplôt LBP. Tieto výkony sa používajú aj pre menšie distribu čné chladiace zariadenia. V rozsahu HBP sú to malé klimatiza čné jednotky – chladivom je R407C. Ekológia od začiatku druhého tisícročia vyžaduje, aby aby sa používali také malé hermetické okruhy, v ktorých na riadenie prietoku chladiva je kapilárna rúrka a v dôsledku toho je splnená požiadavka malého množstva chladiva v chladiacom okruhu. V Európe nastalo postupné vylučovanie FCKW a HFCKW z výroby a z používania. (kg) hmotnosť COP (W/W, resp. W/W) chladiaci faktor, resp. výkonové číslo ε , resp. COP (W/W, (dB/A) hlučnosť 7. Hlavné ukazovatele, pod ľa bodu 6, sú udané pri tzv. porovnávacích podmienkach – pozrite str. 273. 4.12 PIESTOVE HERMETICKÉ CHLADIVOVÉ KOMPRESORY PRE STREDNÉ CHLADIACE VÝKONY 4.12.1 Úvod Po druhej svetovej vojne za čala obnova a rozvoj hospodárstva hlavne v Európe. Nastal rozvoj priemyslu v každom odbore. Nové objavy urýchlili rozvoj konštrukcií strojov a prístrojov a s tým súvisiacich technológií. Nastal rozvoj školstva, vedy a techniky a s tým súvisiaci rozvoj pracovných síl. Okrem iného stavali sa nové budovy, obytné domy, obchodné domy pre predaj potravín.
Obrázok 282 Hermetický jednovalcový chladiv kompresor so štvorpólovým elektromotorom firmy Calex, typ KFN Zmena štýlu života a prechod časti obyvateľstva z dedín zo súkromných domov do veľkých obytných celkov – činžiakov, si vyžadovala rieši ť otázku zásobovania a skladovania potravín v nových podmienkach. Za tým účelom začali vznikať nové výrobné podniky na výrobu malých chladiacich a mraziacich zariadení pre domácnos ť a pre distribúciu potravín. Najskôr vznikla potreba vybudovať závody na výrobu kompresorov malého a stredného výkonu. Tak napríklad v Českolovensku vznikol v Zlatých Moravciaxh podnik Továre ň na chladničky (neskoršie sa premenoval na Calex) a Frigera Kolín, v NSR to bol Bosch, v NDR to bol podnik DKK Scharfenstein, v Maďarsku to bola firma Finoszerélvengyár Eger, v Bulharsku Antom Ivanov, v ZSSR Mašinostroiteľnyj zavod Charkov, v Dánsku firma Danfoss, vo Francúzsku firma ľ Unité Hermétique a neskoršie, v 70. rokoch vnikol ďalší podnik Maneurop, v Taliansku firma Necchi, Giobo, Aspera Frigo a ďalšie. V USA to bola jedna z najznámejších firiem Tecumseh, v Ázii hlavne Japonské firmy ako ako napr. Sanyo, Toshiba a Mitsubishi. Späť k základom_kompresory
Strana 335
Obrázok 283 Dvojvalcový trojfázový hermetický kompresor ZSSR firmy Mašinostrojiteľnyj zavod Charkov, typ 2FG – 3,6/1,8. Legenda:a,b – valec, c – piest, d – excenter hriadeľ a, a, f – sacia rúrka, g – tlmi č hluku, h – výtlač ná ná rúrka, i – ventilátor, k – stator, l – rotor, m – tri pružiny, n – sací nástavec, o – výtla č ný ný nástavec, p – protizávažie, q – šesť prechodiek el. prúdu, r – zásoba oleja, s – sito, t-kryt svorkovnice, u – bimetalová ochrana motora, v – pláš ť ť kompresora. Na obrázku je vidie ť, že nie je splnená požiadavka hermetickosti kompresora – vrchná a spodná časť plášťa je rozobnerate ľne spojená pomocou prírubového spoja a prechodka elektrického prúdu taktiež nie je hermetická. Niektoré z uvedených výrobných podnikov kompresorov (prevážne hermetických) vyrábali aj chladiace zariadenia (chladni čky, mrazničky, chladiace zariadenia pre distribúciu potravín, pre malé klimatiza čné zariadenia pre domácnos ť a pre adminitratívne a priemyselné budovy a niektoré vyrábali aj regula čnú techniku pre chladiace zariadenia). 4.12.2 Niektoré výrobné podniky hermetických piestových kompreosorov pre stredné chladiace výkony Calex, Zlaté Moravce Výroba hermetických kompresorov s jednofázovým štvorpólovým elektromotorom radu KF až KI pre stredné chladenie sa za čala v Zlatých Moravciach v roku 1965. Rad tvorilo 6 kompresorov na chladivo R12. Kompresory mali chladiaci výkon 450 až 1200 kcal/h (523 až 1395 W) pri vyparovacej teplote t 0 = -15°C, teplote kondenza čnej tk = 40°C a teplote nasávaných pár t1 = 20°C. K týmto kompresorom boli zhotovené aj kondenza čné jednotky. Kompresory tohto radu sa vyrábali pre celú škálu výrobkov stredného chladenia (chladni čky, truhlicové a skri ňové mrazničky, chladiace stoly, vitríny, distribu čné chladiace pulty, at ď.), ktoré sa vyrábali v podniku Calex. Kondenzačné jednotky s kompresormi KFN, KGN a KIN odoberali rôzne firmy v ČSSR, najviac Kovoslužba Praha. Kompresor KIK, pozrite obr.174, sa vyrábal pre okený klimatizátor OK-2000 Calex, kompresor KIV pre klimatiza čné jednotky KJ-1000 a KJ-2000 pre podnik Vzduchotechnika Nové Mesto nad Váhom. Pre Vzduchotechniku sa vyrábal vyrábal aj hermetický hermetický kompresor K3I s trojfázovým trojfázovým dvojpólovým elektromotorom pre klimatiza čné jednotky KJ-5000. Kompresor mal výkon 7000 kcal/h (8140 W) pri t 0= +5°C, tk = 45°C, t1=20°C. Uvedený rad kompresorov bol veľmi žiadaný, kompresory boli vyrobené v dobrej kvalite a boli prevádzkove spo ľahlivé. Začiatkom sedemdesiatych rokov trh stredného chladenia požadoval hermetické kompresory s dvojpólovými elektromotormi – vyžadovali to požiadavky kladené kladené na finálne finálne výrobky: úplná náhrada kompresorov radu KF až KI, nižšia hmotnos ť a rozmery, väčší rozsah chladiacich výkonov použitím nových chladív. Týmto požiadavkám vyhovel nový rad kompresorov K15 až K31 skonštruovaný vo výskumno – vývojovom oddelení Calex už v roku 1968. Chladivami boli, okrem R12, chladivá R502 a R22. Späť k základom_kompresory
Strana 336
Obrázok 284 Kompresor Calex, Zlaté Moravce, radu Z2,50 až Z4,00 Súčasne boli zhotovené kondenzačné jednotky, odvodené od výkonového radu kompresorov K15 a K31.V tejto súvislosti boli k dispozícii hermetické kompresory označené „K“ – pre klimatizačné účely, „N“ – pre chladenie a „M“ – pre mrazenie. Z radu K15 až K31 bol neskoršie odvodený rad kompresorov Z 2,50 až 4,00 pre chladivo a R134a – pozrite Tab.53. Kompresory mali veľmi dobrú výrobnú kvalitu, spoľahlivosť a životnosť. Na obr. 284 je predstaviteľ radu týchto kompresorov Z 2,50 až Z4,00. Tabuľ ka ka 53 Jednovalcové kompresory Calex s dvojpólovým motorom radu Z s R134a Typ D L n Q* P* M Menovitý výkon -1 V Kompresora d 3 (mm) (mm) (ot/min ) (W) (W) (kg) elektromotora (W) ( m /h) Z 2,50 59 2,47 34 16 2840 230 305 16 250 Z 3,15 59 3,17 34 20,5 2840 340 320 19 350 Z 4,00 59 4,06 40 40 19 2840 440 420 20,7 5 60
Legenda: V d - teoretický dopravovaný objem kompresora, D – priemer valca, L – zdvih, n – otáč ky, ky, Q – chladiaci výkon, P – príkon, m – hmotnos ť kompresora *Podmienky merania: t 0 = -25°C, t k k = 55°C, t a = t 1 = t 4 =32°C , kde: t a – teplota okolia, t 1 – teplota nasávaných pár do kompresora, t 4 – teplota dochladzovacia.
Ľ Unité Hermétique Bola založená v roku 1953. Firma Tecumseh Europe vyrába hermetické kompresory v licencii americkej firmy Tecumseh Producs Co. a ich zna čka je ľ Unité Herétique. V roku 1990 vyrobila 4 milióny hermetických kompresorov a kondenza čných jednotiek. Tecumseh mala licencie svojich kompresorov aj v Taliansku (Aspera Frigo) a v Španielsku, ale neskôr sa rozhodla neobnoviť licencie, resp. ich zruši ť v Taliansku a v Španielsku, takže firma ľ Unité Hermétique zostala jediným licen čným partnerom firmy Tecumseh, so 100% kapitálom firmy Tecumseh. Firma ľ Unité Hermétique mala v r. 1990 1800 pracovníkov, p racovníkov, ktorí sú rozdelení do 3 výrobných jednotiek (troch moderných závodov v okolí Lyonu) Lyonu ) a vyrobila 4 milióny kusov kompresorov pre chladničky a mrazničky, pre distribučné chladiace zariadenia a pre p re klimatizáciu. Firma vlastní svoju vlastnú značku a má vlastné modely hermetických kompresorov a kondenzačných jednotiek. Má vlastné dôležité trhy v Európe. Základom je spolupráca s firmou Tecumseh, ktorá disponuje najväčším priemyselným potenciálom v rozsahu výkonov kompresorov pre malé a stredné chladenie. Chceli by b y dosiahnú ť taký vzťah všetkých pracovníkov, ako je to napríklad v Japonsku, kde všetci sú mysliacimi ľuďmi. Možnosti sú v motivácii pracovníkov /L33/. Späť k základom_kompresory
Strana 337
Ľ Unité Hermétique ponúka kompletný rad kompresorov od 1/12 až 12 HP a to jak v rozsahu LBP tak v rozsahu HBP, ktoré vyhovujú normám VDE, NF, SEMKO, DEMKO, BSA, ISO 9000 a ďalším. Chladivá FCKW sú vylúčené z výroby, podobne chladivá HFCKW. Rad kompresorov je konštruovaný k onštruovaný na chladivá R22, R404A, R134a a R407C a môže pracovať v rozsahu HBP (R22, R407C, rozsah vyparovacích teplôt 0°C až do +15°C), MBP (R134a, R404A, rozsah vyparovacích teplôt od -25°C do +15°C) a LBP (R404A, prípadne R507 s rozsahom vyparovacích teplôt od -35°C až do -10°C). Kompresory môžu byť použité aj pre tepelné čerpadlá, ktoré pracujú s hraničnou vyparovacou teplotou až -25°C. Okrem toho firma vlastní závod na výrobu elektromotorov. Kompresory sú žiadané na trhu. Ich použitie v praxi vyžaduje odbornos ť montážnych a servisných pracovníkov, hlavne pri vakuovaní, plnení (pozor na preplnenie chladiaceho okruhu chladivom) a spúšťaní chladiaceho zariadenia. Firma Danfoss - Maneurop, Treévoux pri Lyone, Francúzsko Firma Maneurop bola založená za čiatkom 70. rokov a bola to sesterská spolo čnosť firmy Societé General de Fonderie (SGF). V rámci tejto slupiny bol Maneurop autonómný podnik. Podnik Maneurop začal vyrábať hermetické kompresory v roku 1971 v licencii firmy General Electric. Predmetom výroby boli kompresory pre stredné (tzv. komer čné) chladenie a klimatizáciu a už v roku 1983 dosahovala 100.000 kusov hermetických kompresorov, hoci výrobná kapacita liniek a automatov bola projektovaná na 200.000 kusov kompresorov. Pôvodná licencia firmy General Electric bola vystriedaná licenciou firmy Trane, ktorá platila do roku 2000. Dnes je majite ľom firma Danfoss. Pôvodná konštrukcia sa neustále zlepšuje. Treba od začiatku povedať, že konštrukcia hermetických Maneurop kompresorov bola prispôsobená na použitie pre podmienky tepelných čerpadiel, aby tieto mohli konkurova ť aj polohermetickým kompresorom. Aj z tohto dôvodu väčšia časť výroby ide na export do celého sveta. Jeden z najvä čších odberateľov je Nemecko a Rakúsko. V 80. rokoch nastal pokles odbytu v oblasti tepelných čerpadiel. Jednovalcový piestový hermetický kompresor Danfoss – Maneurop je na obr. 151, str. 223. V oblasti 1,5 HP až 13 HP výkonu pohonu (menovitého výkonu motora) patrí Maneurop medzi špičky v Európe. Konkurenčné hermetické kompresory oproti kompresorom Maneurop boli vyvinuté len pre klimatizačné účely a nie pre tepelné čerpadlá. Táto rozhodujúca prednosť kompresorov Maneurop znamená, že kompresory sú ur čené pre vyššie kondenzačné a nižšie vyparovacie teploty. Okrem toho tento kompresor je odolnejší voči nárazom kvapaliny. Toto platí aj pri porovnaní s polohermetickými kompresormi. Kvapky kvapaliny, ktoré sú strhávané v nasávanom plyne, nemôžu zasiahnúť vinutie kompresora Danfoss – Maneurop, ktorý oproti tomu chránený plášťom motora. Kompresory polohermetické majú otá čky len 1450/min, čo je ich výhoda, avšak čo sa týka nárazu kvapaliny nie sú tak chránené ako kompresory Maneurop, pričom je jedno, či hodnotíme kompresory pre oblasť LBP, MBP alebo HBP. Pri polohermetickom kompresore môžu kvapky kvapalného chladiva v sacom plyne chladiva zasiahnúť elektromotor. Obrázok 285 Dvojvalcový hermetický kompresor Danfoss - Maneurop radu MT a MTZ pre stredné a vysoké vyparovacie teploty Späť k základom_kompresory
Strana 338
Základná výhoda polohermetického kompresora, totiž jeho opravite ľnosť pri poruchách, sa v praxi nevyužíva. Táto okolnos ť sa zdôvodňuje tým, že vyškolení odborníci majú stále menej času k vykonaniu pečlivej a napokon i drahej opravy na tvare miesta použitia kompresora. Polohermetický kompresor sa preto podobne, ako hermetický kompresor na mieste montáže, nahradzuje novým alebo vymeneným kompresorom. Základný rozdiel v takejto výmene (k prospechu hermetického kompresora) spočíva v tom, že samotný vymenený polohermetický kompresor je značne drahší ako nový hermetický kompresor /L32/. Výhodou kompresora je kruhový sací a výtla čný ventil, ktorý v spojení so špeciálnym tvarom piesta aj pri vysokých tlakoch má minimum škodlivého priestoru oproti polohermetickým kompresorom, ktoré sú vybavené normálnou ventilovou doskou s jazý čkovými ventilmi /L32/. Práve v rozsahu LBP záleží zvlášť na malom škodlivom priestore. Ak sa dobre udržuje chladiace zariadenie, zariadenie , čo potrdili skúšky, minimálna životnos ť kompresora Maneurop je 35.000 až 45.000 hodín /L32/. Ku dobrej konštrukcii kompresora prispieva aj automatizácia a robotizácia výrobného procesu, výsledkom je presný a spoľahlivý výrobok. Záruka na kompresor je jeden rok, pri čom čas skladovania sa nepočíta do doby záruky /L32/. Kompresory sú v ponuke pre rozsahy vyparovacích teplôt LBP, MBP a HBP v jednovalcovom,dvojvalcovom, štvorvalcovom a osemvalcovom zhotovení a pre chladivá R22, R134a, R407C, R404A a R507C. Postupom času sa zaviedla optimalizácia motorov a stále zlepšovanie konštrukcie kompresorov. Za tým účelom má firma Danfoss – Maneurop svoje výskumno – vývojové laboratóriá a skúšobne. Firma má vo svojom výrobnom programe nielen hermetické chladivové kompresory, ale aj vzduchom chladené kondenzačné jednotky. Vo výrobe kompresorov existuje prísna medziopera čná kontrola a keď je kompresor zavarený, potom prichádza na rad skúška chodu, hlu čnosti, prúdová skúška a skúška dopravnej účinnosti. Firma Maneurop vyvinula svoj skrol – kompresor, ktorý sa vyza čuje radom patentovaných konštruk čných prvkov a ktorý sa v súčasnosti vyrába a je na trhu žiadaný. Podrobnejšie o kompresoroch skrol je pojednané v kapitole 4.15. 4.12.3 Konštrukcia piestových hermetických kompresorov stredného chladiaceho výkonu a dôležité konštruk čné opatrenia v chladiacom okruhu 4.12.3.1 Konštrukcia piestových kompresorov stredného chladiaceho výkonu Pre kompresory stredného chladiaceho výkonu platí podobne, ako pre kompresory malého chladiaceho výkonu, že os kompresora (pre 1 až 4-valcové) je zvislá, takže radiálne ložisko nie je zaťažované silou od hmotnosti kompresora. Pre hermetické kompresory najvä čšieho výkonu (8valcové, napr. kompresory firmy Chrysler a tiež 8-valcové kompresory firmy Danfoss Maneurop) je os kompresorov horizontálna. Obrázok 286 Hermetický kompresor firmy Danfoss, typ FR 10A, pre rozsah použitia LBB a HBP. Zdvih. objem = 10,19 cm 3 /L38/.
Legenda: 1 – elektrická výstroj (pozostáva z rozbehového zariadenia PTC, krytu a odľhčenia kábla ), 2 – PTC PTC rozbehové zariadenie (nemá žiadne pohyblivé časti, avšak poskytuje dvojitú ochranu a vylučuje kmitanie relé a rušenie rádia), 3 – vnútorná ochrana motora (proti tepelnému a elektrickému preťaženiu), 4 – izolácia elektromotora dovoľuje trvalé zaťaženie kompresora až do teploty vinutia 140°C, 5 – gu ľové uloženie ojnice v pieste (v súčasnosti sa už používa klasické ulozenie ojnice v pieste – poznámka autora), 6 – Kompresor má dobré vyváženie a uloženie Späť k základom_kompresory
Strana 339
na pružinách, 7 – pulzácie tlaku sú na minime vďaka komorovému systému tlmičov, 8 – Konštrukcia dovoľuje len malé výkyvy kompresora počas prepravy kompresora, 9 – rúrkové, tzv. Danconove nástavce kompresora, 10 – účelnými vonkajšími rozmermi a usporiadaním nástavcov kompresora, ako aj uložením kompresora na tlmiace podložky sa dosahuje veľmí malá potreba miesta, potrebného na zabudovanie kompresora. Kompresor FR11A sa používa pri nízkych vyparovacích teplotách od -10°C až do -40°C pre mrazni čky. Kompresor vyžaduje chladenie olejom alebo ventilátorom. FR11B sa používa pre rozsah t0 =+15°C až -40°C.
Pre piestové kompresory pre tzv. stredné chladenie všeobecne platí, že približne od
teoretického dopravovaného objemu kompresora V d = 2,0 m3/h je elektromotor nad kompresorom a s valcom (valcami) pod motorom, pri kompresoroch pre chladni čky a mrazničky je takmer vždy poloha elektromotora pod kompresorom (výnimku tvorí napr. hermetický ojnicový kompresor Calex – Samsung malého chladiaceho výkonu, pozrite obr.252, kde motor je nad kompresorom). Elektromotor je dvojpólový, z čoho vyplýva počet otáčok kompresora n = 2850/min. Pre najmenšie výkony kompresorov stredného chladenia, približne do menovitého výkonu motora približne 700 W, sa používajú: n é asynchrónne s rozbehovým vinutím a s rozbehovým čné motory jednofázové induk č kondenzátorom – motory CSR (pozrite kap. 4.6.5.1 na str. 274), motory PSC (Permanent Split Capacitor – používa sa pre chladiace systémy s kapilárou) s trvale zapojeným kondenzátorom pre beh a rozbeh. rozbeh. Pri tomto usporiadaní elektromotora a kompresora je ťažisko kompresora tesne pod hlavným ložiskom bloku kompresora. kompresora. Nad hranicou približne 700 W sa používajú: trojfázové induk č né asynchrónne elektromotory. Hermetické kompresory stredného č né výkonu sú chránené pred extrémnymi teplotami vinutia t vin vin vnútornou ochranou motora a taktiež pred extrémnou teplotou na výtlaku t 2. Motor je dimenzovaný na rozsah vyparovacích teplôt (HBP, MBP, alebo LBP), pre ktorý je hermetický kompresor ur čený. Dôsledkom extrémnej teploty na výtlaku t 2 je karbonizácia oleja a jeho usadzovanie na pracovných ventiloch s dôsledkami – skrátením životnosti kompresora ko mpresora a prípadne celého chladiaceho zariadenia. Motorkompresory pre stredné chladiace výkony sú uložené v spodnej vnútornej časti plášťa kompresora na: a) závesných pružinách – pri teoretických dopravovaných objemoch menších alebo
blízkych hodnote V d = 2,0 m3/h, pozrite obr.285, resp.
b) na tlačných pružinách – pri vä čších dopravovaných objemoch ako je hodnota V d = 2,0 m3/h. Upínacie rozmery sú dané rozmermi upínacích pätiek kompresora. Pätky sú privarené na spodnej vonkajšej časti plášťa kompresora, pozrite obr. 252. Upínacie pätky kompresorov pre stredné výkony, na rozdiel od malých hermetických hermetických kompresorov, nemajú alernatívu alernatívu zhotovenia z jeného kusu, vždy sú delené. Zníženie chvenia sa dosahuje pomocou po mocou gumených tlmiacich podložiek. Tlmiace podložky, spolu s potrebnými ďalšími súčasťami na upnutie kompresora, sú súčasťou dodávky kompresora. Každý výrobca v ýrobca má spravidla vlastnú konštrukciu upínacích pätiek a tlmiacich podložiek. Po čet úpinacích pätiek býva: a) pre najnižšie výkony sú 3 alebo 4. b) pre vyššie výkony a najvyššie výkony 4. Späť k základom_kompresory
Strana 340
Tlmiace podložky kompresora sú zhotovené: a) z gumy – pri nižších výkonoch, resp. b) z oce ľových pružín a gumy – pri vyšších výkonoch Obrázok 287 Tlmiaca podložka hermetického kompresora Calex, typ K3I, s dvojpólovým motorom pre kliatizačné jednotky KJ 5000. Kompresor K3I dosahoval chladiaci výkon 8100 W pri t 0 = +5°C a t k k = +45°C. Legenda: A – podložka, B – gumená tlmiaca podložka: horná a dolná , C – silamidová podložka, D – tlmiaca tlmiaca pružina
Obrázok 288 (vľ avo): avo): Blok jednovalcového hermetického ojnicového kompresora zo sivej liatiny, s vŕtaním valca φ = 44,8 4 4,8 mm, so zdvihom L = 24,5 24 ,5 mm, s trojfázovým elektromotorom menovitého výkonu 750 W pre klimatiza čný rozsah HBP. Kompresor je bulharskej výroby firmy Anton Ivanov, typ KST KST 6,6, vyrábaný v licencii japonskej firmy Sanyo, ktorý dobre poznajú naši montážni pracovníci. Obrázok 289 (vpravo): Liatinová ventilová doska pre kompresor z obr. 288. Prepúš ťacie otvory na sanie sú dva s priemerom φ = 9 mm a prepúšťacie otvore na výtlak sú dva s priemerom φ =10 mm. Sací ventil je kruhového tvaru, hrúbky 0,3 mm, pod ním sa nachádza 18 otvorov priemeru φ = 3,5 mm. Výtlačný ventil je taktiež kruhového tvaru, hrúbky 0,4 mm, pod ním sa nachádza 6 výtla čných otvorov φ = 3 mm. Na plášti kompresora sú, okrem pätiek kompresora, privarené: prechodka elektrického prúdu rám svorkovnice s uzemnením a s krytom svorkovnice. Stupe ň ochrany (elektrické krytie) býva proti striekajúcej vode (IP54), resp. proti tryskajúcej vode (IP55). priezorník hladiny oleja (nemajú kompresory najmenšieho výkonu) nástavec pripojenia pre vyrovnanie hladiny oleja (pri združených kompresoroch) nástavec pre rotalock uzatváracie ventily s ur čitou dimenziou pre sacie a výtlačné potrubie. Pre danú vyparovaciu a kondenzačnú teplotu a ďalšie podmienky projektant by mal v projekte navrhnúť priemer sacieho a výtlačného (taktiež aj kvapalinového) potrubia chladiaceho zariadenia, ktoré sa môžu odlišova ť od priemeru nástavcov (sacieho a výtlačneho), resp. uzatváracích rotalock ventilov na saní a výtlaku nástavec pre inštaláciu PTC vyhrievania k ľukovej skrine, alebo pre elektrické vyhrievacie zariadenie – pozrite obr.65 (str. 134). preberieme v kapitole 5 – „Elektromotory Ďalšie spôsoby vyhrievania a schémy zapojenia preberieme a elektrotechnika chladiacich okruhov“. Schräderov ventil pre pripojenie manometra sacieho tlaku. Späť k základom_kompresory
Strana 341
Obrázok 290 Hermetický jednovalcový 3 1 2 27 kompresor Tecumseh, radu AJ určený 4 26 pre chladivo R22 a pre malé klimatizačné zariadenia s riadením 25 prietoku chladiva kapilárnou rúrkou. 5 24 Kompresory tohto radu dosahovali chladiaci výkon 2000 až 6300 W. 6 Kompresory radu majú priemery 23 valca od 30,2 do 41,3 mm, zdvih piesta od 15,9 15 ,9 do 23,8 mm. V rade je 11 22 7 modelov. Legenda: 1 – rezonátorový – rezonátorový 8 sací tlmič hluku, 2 – opierka hriadeľa, 3 9 – čelo vinutia motora, 4 - plniaci 21 10 nástavec kompresora, 5 –skrutky statora, 20 6 – závesné pružiny, 7 – stator, 8 – horné 11 19 ložisko kompresora, 9 – blok 12 kompresora, 10 – výtlačný tlmič hluku, 18 11 – priehradka tlmiča, 12 – výtlačná rúrka, 13 – pätka kompresora, 14 – ojnica, 15 – spodné ložisko, 16 – piest, 13 1 5 1 4 1 6 1 7 17 – výtlačný ventil, 18 – hlava valca, 19 – sací ventil, 20 – pružná poistka, 21 – ventilová doska, 22 – krytka tlmi ča, 23 – sacia rúrka sacieho tlmi ča, 24 – sklená elektrická prechodka, 25 – kryt svorkovnice, 26 – sací nástavec, 27 – spona. Kompresory pre stredné chladenie môžu by ť umiestnené: a) vonku, mimo budovy a preto je potrebné použi ť vyhrievanie kompresora buď na plášti kompresora (pozrite obr.64, str.134), alebo priamo oleja v skrini kompresora (pozrite obr. 65 na stranách 133 a 134). Zanedbanie vyhrievania oleja, pod po dľa skúseností servisných pracovníkov, prináša ve ľké sklamanie a problémy z havárie kompresora. Stav oleja v k ľukovej skrini sa kontroluje pomocou priezorníka oleja, oleja, ktorý má vyznačenú maximálnu a minimálnu hladinu kompresora. Kompresor sa má umiestniť ť tak, aby bola možná kontrola hladiny oleja – aby bol prístup ku kompresoru a ku kontrole priezorníka oleja. Treba si uvedomiť , že vyhrievanie oleja spravidla nie je v dodávke kompresora a preto treba ho od výrobcu kompresora objednať . b) vo vnútri budovy, kde sa uskutočňuje ochladzovanie daného priestoru, bývajú kompresory vonku, na streche, alebo sú sústredené v strojovni (pozrite obr.291), resp. vo vetraných chodbách, ktoré sú vetrané (je to nutná podmienka), takže teplota môže byť nižšia ako +12°C, kedy je už potrebné vždy zabezpe čiť vyhrievanie oleja. Umiestnenie kond. jednotiek v predajni potravín sa vylu čuje. Strojovňa, kondenzačná a chladiaca jednotka Ak kondenzačná jednotka má vzduchom chladený kondenzátor, kondenzátor , potom kompresor je dobre chladený so vzduchom, v zduchom, ktorý nasaje ventilátor cez kondenzátor, a ohriaty vzduch kondezátorom má relatívne nízku teplotu, ktorým sa ešte výdatne ochladí kompresor. k ompresor. Kondenzačná jednotka s vodou chladeným kondenzátorom má síce nižšiu kondenzačnú teplotu ako pri kondenzačnej jednotke so vzduchom chladeným kondenzátorom, ale kompresor nie je ochladzovaný vzduchom ventilátora a preto pracuje, zvlás ť v rozsahu LBP, s vyššími teplotami vinutia. Späť k základom_kompresory
Strana 342
Obrázok 291 Strojovňa.
vzduch h (letná prev pr evádz ádzka) ka) Čerst vý vzduc Spät ný vzdu vz duch (zimná prevádzka) prevádz ka)
Usporiadanie ventilátorov pre vetranie strojovne so vzduchom chladenými kondenza čnými jednotkami. Legenda:1 – kondenzač ná ná jednotka, 2 – ventilátor, 3 - prachový filter a motorom pohá ňané žalúzie, 4 – tlaková komora, 5 – ruč ne ne nastaviteľ né né žalúzie, 7 – termostat, 8 – motorom poháňané ved ľ a jšie žalúzie. ľajšie O funkcii hermetického kompresora rozhoduje aj reálne riešenie chladiaceho okruhu. Príliš dlhé sacie potrubie, ako aj neuvážené zmeny smeru a redukcie toku kvapaliny v kvapalinovom potrubí spôsobujú tlakové straty a tým aj straty chladiaceho výkonu s dôsledkami na prehriatie nasávaných pár do kompresora, na vyparovanie kvapaliny už v kvapalinovom potrubí, s dopadom na teplotu konca stla čenia chladiva a nakoniec aj na výsledné charakteristiky kompresora. O životnosti kompresora a celého chladiaceho zariadenia teda rozhoduje nielen jeho konštruk čná, technologická a výrobná kvalita, ale aj celkové jeho riešenie a regulácia chladiaceho okruhu. O tom bude pojednané v ďalších kapitolách. Použité chladivá a rozsah vyparovacích teplôt Kompresory ponúkajú ich výrocovia na tieto základné rozsahy vyparovacích teplôt: HBP, MBP a LBP. Kompresory sú riešené: a) s HFC chladivami: - R22, R407C, R410A (pre rozsah HBP) - R134a, R404A, R507 (pre rozsah MBP) - R404A, R507 (pre rozsah LBP) b) s uhlovodíkovými chladivami: - R600a (izobutan, pre rozsah LBP, MBP) - R290 (propán) - R1279 (propylén, resp. propén) c) s R744 (CO 2 – kysličník uhličitý, pre rozsah LBP a MBP). Na teritóriu Európskej Únie legislatívnymi opatreniami došlo k používaniu fluóruhlovodíkových chladív a prírodných chladív. V mnohých krajinách sa však ešte používajú chladivá CFC a HCFC. Snahy výrobcov klimatiza čných zariadení sa zameriavajú na dosiahnutie nových trhov. Preto sledujeme presun výroby mnohých firiem, hlavne japonských, do Číny a juhovýchodnej Ázie, kde je lacnejšia pracovná sila. Tlak na ekológiu výroby si v Európe vynútil zastavenie výroby tradičného chladiva R22 s vynikajúcimi termodynamickými vlastnos ťami a prechod na chladivá, ktoré neobsahujú chlór. Sú to chladivá R134a a R410A a ich použitie predovšetkým v Európe. Chladivo R134a sa používa pre priemyselné chladi če do 300 kW. Späť k základom_kompresory
Strana 343
Hoci v klimatiza čných zariadeniach sa používa aj chladivo R407C, je už tendencia odís ť od tohto trojzložkového chladiva pre ťažkosti, ktoré sa vyskytujú pri prevádzke a servise klimatizačných zariadení s týmto chladivom. R410A dosiahlo použitie s hermetickými skrol a rota čnými kompresormi s valivým pohybom piesta u japonských firiem a firmy Carrier a Trane. R410A sa používa pre malé chladiace výkony do 20 kW, hlavne pre svoju priaznivú energetickú ú činnosť. Chladivá R134a, R410A, R407C, R404A, R507, ktoré sa v sú časnosti používajú, majú však vysoký skleníkový efekt. efekt. Pre chladivá R404A, R134a firma Danfoss vytvorila nový typový rad GS hermeticlých piestových kompresorov pre živostanské chladiace zariadenia /L40/. Pre chladivo R404A a oblas ť LBP sú veľkosti týchto jednovalcových kompresorov s obsahom valca: Vz = 26,3 a 32,8 cm3 a pre oblasť MBP s obsahom valca V z = 21,2; 26,3 a 32,8 cm 3. Pre chladivo R134a a pre oblas ť MBP sú to dve veľkosti s obsahom valca: V z = 26,3 a 32,8 cm 3 a dve veľkosti s V = 26,3 a 32,8 cm 3. Preto sa začali používať prírodné uhlovodíkové chladivá R600a, R600 a, R290 a R1270, R1270, ktoré, naopak, majú nízky GWP a nemajú žiaden potenciál ozónu. Sú odpove ďou na problematiku priamych a nepriamych emisií, sú však aj body, ktoré je treba pri ich použití zohľadniť. Uhlovodíky sú hor ľavé a z toho vyplýva mimoriadna starostlivos ť pri pri manipulácii s nimi. Množstvo chladiva v okruhu je však malé. Zvláš ť izobutan je veľmi vhodné chladivo pre prácu s hermetickým piestovým kompresorom. Pri zodpovednom zaobchádzaní sa uhlovodíky môžu používať a aj sa používajú pri nižšie uvedených chladiacich zariadeniach zariadeniach s piestovovými hermetickými hermetickými kompresormi vo veľkosériovej výrobe v sektoroch: domáce chladničky a mrazni čky chladiče nápojov vo f ľašiach mraziace truhlice a živnostenské mraziace skrine živnostenské mraziace skrine chladiče piva, prietokové chladi če automaty nápojov odvlhčovače
a)
b)
c)
Obrázok 292 Kompresory na chladivo CO2 : Legenda (zľ ava ava do prava): a) firmy Tecumseh, b) firmy Embraco, c) firmy Danfoss O vlastnostiach a použití uvedených uhlovodíkových chladív je podrobnejšie uvedené v /L 27/. Do prírodných chladív patrí aj chladivo CO 2 (kysličník uhličitý). Späť k základom_kompresory
Strana 344
Chladiace okruhy s hemetickým kompresorom na kysličník uhličitý CO2 sa zatiaľ nevyrába vo väčších sériach, ale len pokusne, pokusne, so snahou o zdokonaľovanie konštrukcie kompresora. Tieto hermetické kompresory majú podstatné konštruk čné zmeny kompresora, chladiaceho okruhu a regulačných zariadení oproti okruhom, kompresorom a regulácii pre chladivá HFC. Na obr. 291 sú uvedené hermetické piestové kompresory rôznych firiem na chladivo CO 2. Na obr. 292 je znázornený hermetický piestový kompresor Danfoss, typ TN /L40/. Tento kompresor v nadkritickom obehu CO2 je vhodný pre distribu čné chladenie. Kompresor TN je k dispozícii s troma rôznymi zdvihmi a výkonmi od 400 do 1200 W pri vyparovacej teplote t 0 = -10°C a tepote sania rovnej výstupnej teplote z chladi ča 132°C. Kompresor bol overovaný v jednotkách skriňových chladičov a predajných automatov. au tomatov. O vlastnostiach chladiva a okruhoch s ním je podrobnejšie uvedené v /L27/. Obrázok 293 Hermetický piestový kompresor Danfoss, typ TN, pre distribu čné chladenie
Piestove hermetické kompresory radu VTZ s reguláciou otá čok Firma Danfoss začala vyrábať v roku 2005 nový rad piestových hermetických kompresorov Danfoss Maneurop VTZ, ktoré sú konštruované pre použitie s frekven čnými meničmi Danfoss, čím sa dosahuje plynulá regulácia otá čok kompresora v rozmedzí od 30 do 90 Hz /L42/. Frekvenčný menič je vložený medzi kompresor k ompresor a elektrickú sie ť. Zmena frekvencie na prívode elektromotora v uvedenom frekven čnom rozsahu zodpovedá zmene otáčok od 1800 až do 5400 ot/min. Pri frekvencii 30 Hz je chladiaci výkon minimálny, pri 90 Hz je maximálny. Pre riadenie chladiaceho zariadenia je snímaný sací tlak kompresoru a po prevedení na analógový signál prenášaný do frekvenčného meniča. Z toho dôvodu pre ten istý účel chladenia môžeme použi ťmenší kompresor. V dôsledku toho kompresor potom pracuje pri menovitých otá čkach a má optimálnu ú činnosť. Výkon menšieho kompresora sa môže ľahko znížiť, ale tým sa zvýši ú činnosť (pri nízkom zaťažení systému). Pri čiastočnom (malom) zaťažení systému je však kondenzátor predimenzovaný, čím sa zníži tlak p k a teda aj príkon kompresora P. Týmto spôsobom vzniknú oproti konvenčnému kompresoru úspory energie a odstránia sa značné energetické straty. Okrem toho znížením po čtu štartov a vypnutí sa zníži mechanické a elektrické namáhanie kompresora. Výsledný efekt je vo zvýšení životnosti kompresora a tým aj celého chladiaceho zariadenia. Piestové hermetické kompresory radu NTZ pre nízkotelotné chladiace zariadenia Nová generácia kompresorov Maneurop s vysokou účinnosťou a s rozsahom vyparovacích teplôt od – 45°C do – 10°C, ktoré sú ur čené pre: dopravné mraziace a chladiace zariadenia procesy nízkoteplotného schladzovania a skladovania potravín šokové zmrazovače nízkoteplotné združené jednotky nízkoteplotné výrobníky kockového ľadu chladiaci a mraziaci nábytok, at ď. Späť k základom_kompresory
Strana 345
Rad komresorov NTZ má sedem členov /L43/. Majú vonkajšie rozmery pod ľa obr. 294: výkonový rad má najnižší chladiaci výkon od Q 0 = 280 W a príkon P = 0,41 kW pri vyparovacej teplote t0 = - 45°C a kondenzačnej teplote t k = 40°C a najvyšší chladiaci výkon Q 0 = 28300 W a príkon P = 9,49 kW pri t0 = -10°C a t k = +30°C, pričom prehriatie je 10K – pod ľa /L43/, resp. teplota sacích pár vä čšiny kompresorov je do +20°C. Tieto hodnoty teplot a výkonov sa dosahujú bez špecálnej výstroje. Motor kompresora je chladený sacími parami chladiva a je chránený vnútornou ochranou. Chladivom je R404A/R507A, napätie 400V – 3 – 50 Hz. Optimálne hodnoty sa dosahujú pri pri t0 = -35°C. Obrázok 294 Kompresory Danfoss Maneurop radu NTZ, ktorý má 7 členov, ktoré majú 3 vonkajšie rozmery. Piestové hermetické kompresory pre tepelné čerpadlá V poslednom desaťročí nastal veľký rozvoj tepelných čerpadiel. Súvisí to so zvýšenými nákladmi na energiu pre vyhrievacie ú čely. Pre tepelné čerpadlo je nutné vyvinúť vhodný kompresor, ktorý pracuje v tepelnom čerpadle dva až tri razy dlhšie v priebehu každého roka v porovnaní s kompresorom bežného klimatiza čného zariadenia. VYPAROVACIA A KONDENZAČ NÁ TEPLOTA Kompresor tepelného čerpadla musí byť schopný pracovať od klimatizacie vzduchu až po extrémne podmienky tepelného čerpadla. Kompresory, navrhnuté len pre klimatizáciu vzduchu, môžu byť nevhodné pre systémy tepelných čerpadiel. Pokiaľ kompresory pre klimatizáciu sa navrhujú pre: -vyparovaciu teplotu t0 = +7,2°C -kondenzačnú teplotu tk = 54,4°C -teplotu okolia ta = 35°C -teplota nasávacích pár t1 = 35°C, potom: 35°C, potom: a)menovité podmienky tepelného č erpadla, erpadla, pod ľ ľa normy A.R.I. sú: -vyparovacia teplota t0 = -1,1°C -kondenzačná teplota tk = 43,3°C -teplota okolia ta = 8,3°C -teplota kvap. chladiva t 4 = 35°C -teplota nasávacích pár t1 = 4,4°C b)typické aplikač né né podmienky tepelného č erpadla, erpadla, podľa normy A.R.I. sú: -vyparovacia teplota t0 = -15°C -kondenzačná teplota tk = 35°C -teplota okolia ta = -6,6°C -teplota nasávacích pár t1 = -9,4°C c)nároč né né podmienky prostredia pri vyhrievaní T Č Č , podľa normy A.R.I. sú: -vyparovacia teplota t0 = -26,1°C -kondenzačná teplota tk = 43,3°C -teplota okolia ta = -17,7°C -teplota nasávacích pár t1 = -20,5°C. Späť k základom_kompresory
Strana 346
TLAKOVÝ POMER TEPELNÉHO ČERPADLA Tlakový pomer tepelného čerpadla (8:1) je dvojnásobný oproti kompresnému pomeru pri klimatizácii (4:1). Pod ľa možnosti nezvyšovať tlakový pomer tepelného čerpadla. Kompresor tepelného čerpadla pracuje trikrát dlhšie v priebehu roka a za kolísavejších, premenlivejších podmienok, ako kompresor pre klimatiza čné zariadenie a preto je dôležitá úloha ochranného systému motora. Aký rozsah vyparovacích a kondenzačných teplôt vykonáva hermetický kompresor vo funkcii fun kcii tepelného čerpadla v porovnaní s prácou v rozsahoch LBP, alebo HBP, alebo v klimatiza čnom rozsahu AC, výstižne ukazuje obr. 297.
Obrázok 295 (vľ avo): avo): Piest s ojnicou pri hermetických kompresoroch Danfoss pre tepelném čerpadlá. Utesnenie medzi piestom a valcom sa dosahuje veľmi malou vôľou. Na tomto obrázku je ventilová dosla s pracovnými ventilmi, v entilmi, podľa obr. 296. Výstupok na čele piestu vchádza pri HMP piesta do výtlačného otvoru ventilovej dosky, čím sa znižuje škodlivý priestor Obrázok 296 (v strede): Riešenie pracovných ventilov a ventilovej dosky pri kompresoroch Danfoss pre systémy tepelných čerpadiel. Na saní je použitý pracovný kruhový ventil. Obrázok 297 (vpravo): Rozsah použitia hermetických kompresorov. Legenda:t kompresorov. Legenda:t k k – teplota – teplota kondenzačná, t 0 – teplota vyparovacia, LBP – kompresory pre rozsah nízkoteplotných vyparovacích teplôt, HBP – kompresory pre rozsah vysokých vyparovacích teplôt, AC kompresory pre klimatizáciu a) Piestný čap a ložisko piestného čapu Pri kompresoroch tepelného čerpadla musí byť piestný čap dimenzovaný podstatne s vä čším väčším povrchom (o 20 až 40%) ako pri kompresoroch ko mpresoroch pre klimatizáciu, aby sa posilnilo mazanie piestného čapu pri vyšších tlakových pomeroch a vysokej teplote oleja v olejovej vani kompresora nad 121°C /L44/. b)Vôľa medzi piestom a valcom Piesty s krúžkami musia mať vä č č šiu prevádzkovú vôľ u, aby sa kompenzovala nerovnomerná rozťažnosť valca a piestu pri náhlom poklese teploty olejovej vane (pri odmrazovacom cykle) a tým aby prekonali takýto tepelný šok. c)Prevádzka pri nízkej vonkajšej teplote Nízke vonkajšie teploty vzduchu vytvárajú nízke vyparovacie tlaky aľahké zaťaženie kompresora. Pri jednofázových motoroch ľahké zaťaženia vytvárajú vysoké napätia na elektrickom kondenzátore motora. Späť k základom_kompresory
Strana 347
Ak sa dostane kvapalné chladivo vo ve ľkom množstve do olejovej vane, zriedi sa olej, čím sa ohrozí účinné mazanie ložísk. Tento stav môže spôsobi ť mechanické poškodenie pracovných ventilov a tesnení. Z toho dôvodu sa konštruk čne riešia pracovné ventily hermetického kompresora Danfoss pre tepelné čerpadlo tak, ako je ukázané na obr. 296. Vyžaduje sa bezchybné fungovanie vyhrievania oleja, zvláš ť po dlhej prestávke, ináč hrozí vynesenie oleja z kompresora. Zaplavovanie olejovej vane kompresora sa reguluje zaradením vhodného odlučovača kvapalného chladiva pred vstupom do kompresora. d)Netesnosť systému – únik chladiva a ochrana motora Systém tepelného čerpadla je zložitejší ako systém klimatiza čného okruhu. Únik chladiva spôsobuje postupne znižovanie zať aženia, aženia, chladenie motora sa zhorší, čím v pomocnom vinutí môže nastať veľké prehriatie motora, hlavne pomocného vinutia. Ak tento havarijný stav trvá dlhú dobu, je ohrozená aj ochrana. Ochrana kompresora sníma spojený prúd hlavného a pomocného vinutia motora a je umiestnená tak, aby tepelne reagovala na vysoké teploty vinutia pri nízkych prúdoch a naviac musí úpne chrániť kompresor pri rôznych podmienkach systému tepelného čerpadla. Toto spĺňa vnútorné ochranné zariadenia motora. e)Znečistený vzduchom chladený kondenzátor Znečistené filtre vonkajšieho vzduchu zvyšujú kondenza čnú teplotu a tlakový pomer. Rýchlosť v potrubí a tlakové straty Rýchlosť v potrubí sa musí voli ť tak, aby olej sa bezpečne vrátil do kompresora. Rýchlosť chladiva nesmie byť tak veľká, aby strata tlaku v sacom potrubí (tlakový spád) spôsobila pokles teploty nasýtených pár chladiva väčší ako 2K, normálne sa volí 1 až 2K. Vo výtlačnom potrubí maximálny tlakový spád je taktiež 1 až 2K. Obrázok 298 Riešenie potrubí, spády potrubí, potrebná rýchlosť prúdenia chladiva v potrubiach a sifóny pred stúpaním V kvapalinovom potrubí (od zberača po expanzný ventil) je dovolený (maximálny) tlakový spád 0,5K. V kvapalinovom potrubí (od kondenzátora po zberač chladiva) je dovolený (maximálny) tlakový spád 0,5K. Vyššie uvedené podmienky sú veľmi dôležité, ale významné je dod ŕ ža žať aj potrebné rýchlosti v stúpajúcich, vodorovných a klesajúcich častiach potrubia, tak, aby sa olej vrátil do kompresora. Vzhľadom na uvedené vyššie, rýchlosť v potrubí musí sa pohybovať v medziach: vo zvislom stúpajúcom sacom potrubí 8 až 12 m/s nm potrubí 8 až 15 m/s vo zvislom stúpajúcom výtlač nm vo vodorovnom mierne klesajúcom potrubí smerom ku kompresoru, resp. v smere toku chladive 4 až 6 m/s v kvapalinovom potrubí 0,3 až 1,2 m/s. Rýchlosť chladiva v potrubiach, presahujúca vyššie uvedené uv edené hodnoty, ho dnoty, sa považuje za nadmernú. Spôsobuje nedovolené extrémne tlakové straty a taktiež môže by ť zdrojom nadmerného hluku a vibrácií. Späť k základom_kompresory
Strana 348
Snahou by mala by ť hermetizácia chladiaceho okruhu, resp. obmedzi ť počet rozoberateľných spojov, ako je to len možné. Olej v potrubí O oleji sme podrobnejšie pojednali v /L34/. Pre fluoruhlovodíkové (HFC) chladivá, ako napr. R134a, R404A, R507, R407C, sa používa polyolesterový olej. Použije sa vždy len ten druh oleja, ktorý predpisuje výrobca kompresorov. Olej musí byť chemicky stály a nesmú reagova ť s použitými konštruk čnými materiálmi. Mazanie trecích dvojíc kompresora sa uskuto čňuje na princípe odstredivých síl. Olej sa pri prevádzke kompresora pohybom a mazaním trecích dvojíc zahrieva. Po návrate do olejovej vane v kompresore sa chladí staticky, pomocou ventilátora, alebo chladivom z kondenzátora – pomocou výmenníka. Pred každým stúpaním v potrubí sú potrebné olejové sifóny – pomáhajú vracať olej do kompresora (pozrite obr.298). Olej je nutné zlo, pretože vo výmenníkoch tepla chladiaceho okruhu zhoršuje prestup tepla. Regulácia živnostenských chladiacich zariadení s piestovými kompresormi stredného výkonu Regulačné zariadenia zabezpe čujú zadaný režim a zabraňujú nedovolenej prevádzke chladiaceho zariadenia a hermetického kompresora. Oproti malých chladiacim zariadeniam pre domácnosť sa živnostenské zariadenia podstatne líšia umiestnením kompresora (umiestnnenie aj vonku), regulačnými zariadeniami a utváraním chladiaceho systému (rozvetvenie chladiaceho okruhu). Schéma chladiaceho zariadenia s niektorými uvedenými regula čnými zariadeniami je na obr.299. Sú to tieto hlavné regula čné a istiace zariadenia: -pretlakový istič vysokého tlaku -presostat nízkeho tlaku -spätný ventil -vyhrievanie oleja kompresora -tep.-prúdová ochrana kompresora -pump down systém -magnetický ventil -termostat -filterdehydrátor -termostatický, resp. elektronický expanzný ventil, resp. exp. kapilára Obrázok 299 Pump down systém a ďalšie regulačné a istiace zariadenia chladiaceho okruhu a kompresora. Legenda: kompresora. Legenda: PDS – pump down systém, SV – spätný ventil, K – kompresor, Kon – kondenzátor, MV – magnetický ventil (NC), ZB – zbera č chladiva, T – termostat, FD – filter – dehydrátor, P – priezorník, TEV – termostatický expanzný ventil, V – výparník. K uvedeným hlavným regula čným členom v chladiacom okruhu sa pri stredných chladiacich výkonoch v rozvertvených chladiacich systémoch sa používajú p oužívajú ešte tieto dôležité členy: -odlučovač oleja (zaradený na výtlaku kompresora) -odlučovač kvapalného chladiva (zaradený na sacej strane kompresora) -eliminátor chvenia -regulátor kondenzačného tlaku -regulátor sacieho tlaku -výkonový regulátor. O úlohe a funkcii regulačných členov chladiaceho okruhu pojednáme v niektorej ďalšej, samostatnej kapitole. Späť k základom_kompresory
Strana 349
4.13 ROTAČNÉ HERMETICKÉ KOMPRESORY S VALIVÝM POHYBOM PIESTA 4.13.1 Malé rotačné hermetické kompresory s valivým pohybom piesta pre chladničky a mrazničky Rozdelenie rotačných kompresorov je na strane 205 a 206. Obrázok 300 Súčasti hermetického rotačného kompresora firmy Mitsubishi pre chladničky a mrazničky (rozsah LBP). Legenda: (v strede): teleso, v ktorom je vytvorený valec kompresora a so zasunutou deliacou k ĺznou doskou a pružinou vymedzovača, (vpravo (vpravo hore): Hriadeľ, (vľ avo avo dole): Spodné ložisko so sedlom výtla čného ventilu, vpravo dole: Horné ložisko kompresora s upevňovacími skrutkami Popis malých rota čných kompresorov s valivým pohybom piesta je na strane 302304. Porovnanie malých hermetických piestových kompresorov a malými rota čnými kompresormi s valivým pohybom piesta a výhodami a nevýhodami pri použití v chladni čkách a mrazničkách je na strane 304-306. 4.13.2 Rotačné hermetické kompresory s valivým pohybom piesta pre stredné chladenie malé klimatizačné zariadenia Rotačný hermetický kompresor s valivým pohybom piesta, piesta, pozrite obr.301, sa veľmi podstatne líši od piestového hermetického kompresora s vratným pohybom piesta.
Obrázok 301 Princíp stláčania chladiva vo valci hermetického rota čného kompresora s valivým piestom. Legenda: 1 – poloha piesta tesne pred za čiatkom nasávania a procesu stláčania. Výtlačný ventil a sací otvor sú uzavreté, 2 – sú časné nasávanie a stlá čanie chladiva, výtlačný ventil je ešte uzavretý, 3 – nasávanie a vytlá čanie, výtla čný ventil je otvorený (sací ventil tento kompresor nemá). Hlavné rozdiely rota čného a piestového hermetického kompresora: uje otáčajúci sa piest a krúži excentricky okolo osi k ľukového vo valci (obr.301) sa odvaľ uje hriadeľa pomyselný dotyk piesta a deliacej k ĺ ĺ znej dosky je priamkový, priamkový, je to v podstate dotyk na tvrdo“, ktorý je prí činou opotrebenia deliacej dosky. Tento priamkový kontakt deliacej Späť k základom_kompresory
Strana 350
k ĺznej dosky a piesta prináša najväčší problém tohto kompresora a narastá s tlakovým pomerom pk /p0. kompresor má takmer nulový škodlivý priestor neexistuje spätná expanzia kompresory nemajú sací ventil, a nasávaná para vstupuje cez pláš ť priamo do valca dopravná účinnosť je vyššia ako u pisestových kompresorov a pohybuje sa medzi 0,85 až 0,98 – pohyb chladiva vo valci je jednosmerný vyššia rozpustnosť oleja v chladive na výtla čnej strane spôsobuje, že nápl ň chladiva v chladiacom okruhu klimatiza čných zariadení je vyššia, ako pri okruhoch s piestovými kompresormi. Citlivosť zmien na kondenzačnej strane v závislosti od okolitej teploty je vyššia ako na strane výparníka. Ukázalo sa, že pri systémoch s kapilárnymi expanznými rúrkami je potrebný na sacej strane zásobník chladiva plášť kompresora je pod kondenzačným tlakom, stator motora je nalisovaný v plášti kompresora, v dôsledku čoho sa stratové teplo odvádza pláš ťom do okolia kompresora kompresor nie je v plášti uložený na pružinách, preto kompresory najú vä čšiu hlučnosť a chvenie ako piestove hermetické kompresory. Hlu čnosť a chvenie kompresora sa môže znížiť len uložením kompresora na tlmiace podložky, alebo tvarovaním sacieho a výtlačného potrubia plyn je vytláčaný do plášťa kompresora a teda pláš ť je odlučovačom oleja a zásobníkom oleja rotačné kompresory dosahujú výkonový faktor COP vyšší v porovnaní s hermetickými kompresormi takmer výhradne sa vyrábajú konštrukcie s vertikálnym hriade ľom, čo znamená v klimatizačných zariademiach úsporu miesta aby sa vylúčila možnosť nasatia kvapalného chladiva, rota čné kompresory majú odlu čovač kvapaliny umiestnený na sacej strane, pred vstupom do kompresora medzi piestom a valcom je malá vô ľa a na utesnenie piestu a valca sa používa relatívne veľké množstvo oleja (v porovnaní s piestovým kompresorom). Preto je možné použiť ť reguláciu zmenou poč tu tu otáč ok. ok.
Obrázok 302 Hermetický rotačný kompresor s valivým pohybom piesta firmy Mitsubishi pre klimatizačné zariadenia (rozsah HBP) Rotačné kompresory pre stredné chladenie, pod ľa obr. 302, sa používajú v chladiacich okruhoch okenných klimatizátorov a malých splitových zariadeniach, kde sú stiesnené priestory a vyžaduje sa malá hmotnos ť a rozmery. Späť k základom_kompresory
Strana 351
V klimatizačných splitových zariadeniach vä čšieho výkonu a v združených kompresorových chladiacich zariadeniach sa používajú skrol kompresory, kde sú paralelne prepojené viaceré kompresory. Na reguláciu výkonu sa používajú pou žívajú hermetické kompresory s reguláciou po čtu otáčok. Pri piestových kompresoroch sú motory chladené sacími parami chladiva, pri rota čných kompresoroch s valivým pohybom piesta parami chladiva z výtlaku kompresora, ktoré majú vysokú hustotu pár. Pri týchto rotačných kompresoroch sa vyskytujú elektromotory dvojpólové. Pri okenných klimatizátoroch sa používajú motory PSC s trvale zaradeným kondenzátorom po čas rozhehu i behu. Majú malý záberový moment, preto je zaradená v chladiacom okruhu škrtiaca kapilárna rúrka na zoškrtenie kvapalného chladiva z kondenza čnej strany na nízky tlak, aký sa požaduje vo výparníku a súčasne v dobe státia kompresora vyrovnáva tlaky medzi sacou a výtla čnou stranou, čím sa umožňuje bezchybný rozbeh. V roku 2002 sa vyrobilo vo svete asi 36 miliónov malých klimatiza čných zariadení s týmtito kompresormi. Problémom rotačných kompresorov s valivým pohybom piesta je priamkový styk deliacej k ĺznej dosky a odvaľujúceho sa piesta. V dôsledku priamkového dotyku je vysoký merný tlak , ktorý sa zvyšuje s tlakovým pomerom pk /p0.
Obrázok 303 Hlavné súčasti ratačného kompresora s valivým pohybom piesta pre klimatiza kli matizačné zariadenia. Legenda: 1 – pripojivacie svorky, 2 – sací nástavec, 3 – vstrekovacie potrubie, 4 – deliaca doska, 5 – piest, 6 – valec, 7 – stator, 8 – vinutie statora, 9 – vnútorná ochrana proti preťaženiu, 10 – výtla čný nástavec.
Obrázok 304 Hlavné súčasti rotačného kompresora s valivým piestom firmy firmy Mitsubishi pre chladničky a mrazničky. Legenda (vľ avo): avo): odvaľujúci sa piest, (vpravo): teleso kompresora s valcom a s deliacou k ĺznou doskou Pri vyššom tlakovom pomere, zväčší sa opotrebenie deliacej k ĺznej dosky, ktoré je tak ve ľké pri veľkých tlakových pomeroch, že kompresory sa nedajú použi ť pre rozsah LBP, t.j. pre chladenie a mrazenie, ale len pre malé klimatiza čné zariadenia (relatívne malý tlakový pomer). Opotrebenie deliacej dosky pri vyšších tlakových pomeroch (LBP) sa nepodarilo uspokojivo znížiť ani žiadnou voľ bou materiálu na prijate ľnú hodnotu /L47/. Späť k základom_kompresory
Strana 352
Čím je rotačný kompresor výkonovo menší, tým sú menšie aj deliaca doska a piest a tým je aj hodnota opotrebenia väčšia, resp. opotrebenie deliacej dosky je rýchlejšie. Preto kompresory s valivým pohybom piesta sa používajú len pre malé klimatiza čné zariadenia s chladiacim výkonom približne do 20 kW ( dvojvalec). Na obr. 123 je konštrukcia dvojvalcového kompresora s dvoma valivými piestani a jedným k ľukovým hriadeľom (tzv. Power-Control-kompresor firmy Sanyo), ktorý má dva usporiadané valce nad sebou, ale sú presadené o 180°. Kompresor má 4 výkonové stupne 25,50,75 a 100%. Pracovné priestory valcov sú v hermetickom plášti kompresora vzájomne spojené regulačnými ventilmi PC. Po čas uhlu pootočenia o 360°zatvára a otvára odva ľujúci sa piest bypassové otvory, čím sa nasaje len vždy potrebné množstvo chladiva regula čným ventilom a dopravuje sa do výtla čného potrubia, pozrite obr. 123 na str. 206. 4.13.3 Výpočet pracovného priestoru a dopravovaného výkonu rotačných kompresorov s valivým pohybom piesta Rovnica kružnice pre valec s priemerom 2R v polárnych súradniciach so stredom otá čania piestu okolo osi O (ako vzťažný bod) a vzdialenos ťou (R – r) stredu kružnice M od bodu O vypočítame podľa vzťahu: R2 = ρ2 + ( R – r ) 2 + 2 ρ ( R – r ) cos α
(169)
kde: ρ - obiehajúci sprievodi č OZ - príslušný uhol oto čenia α cosα = - cos(180 – α) r - polomer odvaľujúceho sa piesta OK
Obrázok 305a: Obrázok na odvodenie rovnice kružnice pri rotačnom kompresore s valivým pohybom piesta. Legenda: M – stred – stred valca, O – stred piesta (stredová os), R – polomer valca (MZ (MZ ), ), r – – polomer piesta (OK (OK ), ), ρ – sprievodič (OZ ), ), α – ohol otočenia, f α – zašrafovaná čelná plocha pracovného priestoru Ak dosadíme za excentricitu
R r R
(170)
a riešime kvadratickú rovnicu pre ρ, potom dostaneme: ρ = R [ 1 2 sin 2 - ε cosα ]. Pre malé ε približne platí :
2
1 sin
2
~1-
2
(171)
sin 2 .
(172)
sin 2 - εcosα ]
(173)
2
Po dosadení (172) do rovnice (171) dostaneme: [ 1 ρ = R [ 1 Platí:
2
2
ρ2 = R2[ 1 – 2εcosα + ε2cos2α ]
(174)
Pri matematickom riešení člena ρ2 vznikli na pravej strane rovnice (174) členy ε3 a ε4 , ktoré sme zanedbali, lebo sú ve ľmi malé. Zanedaním týchto členov, vznikne chyba, ktorá je okolo 1% pri ε<0,4 a dokonca pod 0,05% pri ε<0,2, takže toto zjednodušenie je oprávnené. Späť k základom_kompresory
Strana 353
Pomocou sprievodiča vypočítame zašrafovanú diferenciálnu plochu v kružnici valca: df Z =
1 2 d . 2
(175)
Tak isto môžeme vypo čítať diferenciálny plošný element odva ľujúceho sa piesta: df K
1 2 r d 2
(176)
a rozdiel obidvoch integrálov dáva kosákovitú plochu pracovného priestoru rota čného kompresora s valivým piestom: 1 2 r 2 df f 2 d 2 d .
(177)
Obrázok 305b: Plošný element pracovného priestoru. df α = df Z – df K ,df Z = OZZ´, df K = OKK´. Do vzťahu (177) dosadíme za ρ2 výraz (174) a potom dostaneme: 1 2 R 2 2 f α = R (1 2 cos cos 2 )d 1 2 2 2 2
= R 2 [(2 – ε )]α – 2sinα + sin ]. (178) 2 Pre α v medziach od 0 až 2π dostaneme celkovú (vyšrafovanú) kosákovitú plochu jedobunkového rotačného kompresora s valivým piestom, avšak bez zohľadnenia hrúbky deliacej k ĺznej dosky: F 1 = f 1 = R2ε (2 – ε )π = π ( R R2 – r 2 ),
(179) (180)
ako je zrejmé z obr.305a. Podobným spôsobom by sme mohli odvodi ť vzťahy pre viacbunkové krídlové rota čné kompresory (pozrite obr.124). 4.14 HERMETICKÉ ROTAČNÉ KOMPRESORY S VÝKYVNÝM PIESTOM (KOMPRESORY SWING) V malých klimatiza čných zariadeniach (okenné klimatizátory a splity) do 20 kW sa používajú rotačné hermetické kompresory s valivým piestom a nové kompresory s výkyvným piestom. piestom. Hlavné dôvody: tieto rotačné kompresory majú nižšiu hmotnos ť a rozmery ako piestové kompresory s vratným pohybom piesta, malé rozmery a tvar rota čných kompresorov v porovnaní s piestovými kompresormi s vratným pohybom piesta, je výhodnejší pre zabudovanie do malých klimatiza čných zariadení, pri ktorých prietok chladiva je riadený škrtiacou kapilárnou rúrkou. rúrko u. Funkcia, výhody a nevýhody, technologickosť výroby a použitie klasických rotačných kompresorov s valivým pohybom piesta sú uvedené na obr. 301 a v kapitole 4.13. Späť k základom_kompresory
Strana 354
4.14.1 Dôvody zavedenia výroby nového rota čného kompresora s výkyvným piestom V rotačnom kompresore s valivým pohybom piesta s neprivarenou deliacou k ĺznou doskou k valivému piestu, je priamkový tesniaci kontakt medzi deliacou doskou a piestom veľmi dôležitý, ale je aj prí činou postupného poklesu výkonu kompresora. Dôvod je vo vysokom mernom tlaku a trení takéhoto riešenia piesta a dosky. Pretože doska s piestom tesní len v priamke pozdĺž valcovej plochy, výsledkom je nielen nielen vysoký merný tlak pôsobiaci na dosku, ale aj následné opotrebenie dosky a dôsledkom je zvýšená teplota, rozklad oleja a nakoniec pokles výkonu kompresora. Rozkladné produkty z opotrebemia dosky však upchávajú škrtiacu kapiláru. To povrdili skúšky po 2000 hodinách práce kompresora, kedy prietok cez kapiláru poklesol o 30%. Opotrebenie tesniacej dosky naruší tlakovú tesnosť tesniacej dosky a valivého piesta. Kompresor s valivým piestom a nový kompresor výkyvným piestom boli skúšané na kalorimetri pred skúškou v chladiacom zariadení a po nej. Prevádzka v splitovom chladiacom zariadení trvala 3400 hodín Po tejto prevádzke sa ukázalo, pri vzájomnom porovnaní kompresorov na kalorimetri s chladivom R407C, že rotačný kompresor s valivým pohybom piesta má o 3% nižší chladiaci výkon ako na začiatku skúšky a chladiaci výkon swing kompresora bol o 9% vyšší. Uvedené problémy rota čného kompresora s valivým pohybom piesta boli prekonané swing kompresorom z vývoja a výskumu firmy Daikin. Namiesto valivého pohybu piesta pie sta v klasickom rotač rotač nom nom kompresore je piest pri swing kompresore zavesený na výkyvnom ramene a nie je potrebný tesniaci ú č inok inok dosky. Tým sa znížilo trenie asi o 5% a znížili sa tlakové straty a asi 48% oproti o proti rotač rota č nému nému kompresoru s valivým piestom. Po dlhodobej prevádzke sa nezaznamenal pokles výkonu, zanášanie, upchávanie škrtiacej kapilárnej rúrk a rozklad oleja, o leja, ako to bolo praxou pr axou pri pr i klasickom rotač rota č nom nom kompresore.
Kompresory kde piest a deliaca doska sú nerozoberateľane spojené, boli vyvinuté pre chladivo R407C a používajú sa v klimatizácii. Sú to predovšetkým okenné klimatizátory, splitové klimatizačné zariadenia a skri ňové klimatizačné jednotky. Sú odpove ďou výrobcu Daikin spotrebiteľovi: na trh sa dostáva okolo roku 2000 klimatizátor s novým kompresorom s výkyvnou doskou, tzv. swing kompresorom, kompresorom, vyrobeným na báze nových technológií, ktorý má vyššiu energetickú efektívnosť. Obrázok 306 Poh 306 Pohľad na súčasti kompresora s výkyvnou doskou. V ľ a vo: Valec, piest, hriade ľ ľavo: spolu s čeroadlom oleja a rotor elektromotora a vidie ť prívod sania priamo do valca. Vpravo: Piest spolu s nerozoberateľným spôsobom k nemu upevnenou doskou.
Ďalšou prednosťou kompresora s výkyvným piestom je invercia – riadenie otá čok kompresora ovládaných frekvenciou elektrického prúdu. V dôsledku toho môže sa zabezpečiť taký výkon kompresora, ktorý je práve požadovaný. Zlepšená energetická efektívnosť kompresora s výkyvným piestom v porovnaní s klasickým rotačným valivým piestom sa dosahuje vo všetkých stupňoch zaťaženia od 3% až na 100% za ťaženia. Swing kompresor s invertorom dosahuje lepší výkon v čiastočnom zaťažení ako v plnom zaťažení. Späť k základom_kompresory
Strana 355
4.15 KOMPRESORY SKROL
Zdeněk Čejka, Alfaco s.r.o., Choce ň
4.15.1 Úvod Na trhu se vyskytuje celá ř ada ada r ůzných provedení chladivových kompresor ů – lamelové, pístové, šroubové, membránové a podobně, mezi nimiž se stále více uplat ňují rotační kompresory typu skrol (spirálové). Stejn ě jako i pro jiné rota ční kompresory, platí pro skroly základní vlastnosti: vestavěný kompresní poměr a jednosměrné stlačování par chladiva. V nabídce výrobc ů chladivových kompresor ů se objevují p ř evážn evážně kompresory hermetické, ale jsou vyráb ěny také kompresory skrol polohermetické nebo ucpávkové a bezmazné. 4.15.2 Princip činnosti Technické ř ešení ešení skrolu je známo již velmi dlouhou dobu, výrobn ě jejich realizaci však umožnila až výrobní technologie číslicově ř ízených ízených obráběcích strojů. sací prostor pevný rotor pohyblivý rotor výtlačný prostor sací prostor Obrázek 307 Princip kompresoru skrol Na obrázku je zjednodušený princip funkce kompresoru skrol – pohyblivý rotor se odvaluje po pevném rotoru a směrem z obvodu do stř edu edu rotor ů postupně stlačuje páry chladiva. Tvar rotor ů a jejich velikost zároveň ur čuje pevný kompresní poměr a objem nasátého chladiva. Protože dochází ke stlačování par chladiva v jednom sm ěru, není u kompresoru skrol uvád ěn škodlivý prostor, který snižuje u pístových kompresor ů účinnost. Skutečnost, že díky konstruk čnímu ř ešení ešení nemá vlastně skrol škodlivý prostor způsobuje, že je v ř ad adě použití skrol výhodně jší než pístová verze. Hlavním omezením skrolů jsou odstř edivé edivé síly vzniklé rotací rotoru, který je uložen vystř ed eděně a to př i otáčení vyvolává síly, které musí být v zájmu spolehlivého spo lehlivého provozu odstraněny. Kompresní poměr p r pk //ppo nar ůstá s poklesem vypař ovací ovací teploty p ř i stálé kondenza ční – př evedeno evedeno na tlaky. Protože proces stla čování u skrolu probíhá jen v jednom směru, nevyskytuje se u ně j v podstatě problém se zpětnou expanzí par ze škodlivého prostoru. Další výhodou skrolu je malý po čet pohyblivých díl ů, což má vliv na životnost a spolehlivost kompresoru. Kompresní poměr tj. pk /po (kondenzační k vypař ovacímu ovacímu tlaku) se liší podle skute čných vně jších podmínek – teploty okolí, teploty chlazené látky, pov ětrnostních podmínek. Protože má skrol kompresní poměr vestavěný – je to dáno tvarem rotor ů, liší se v podstatě vždy tlak v kompresoru od tlaku mimo n ě j. Jinak ř ečeno sací prostor a výtla čný prostor je stále tentýž – je to dáno konstrukcí spirál. Pokud se spirály zm ění, změní se i tvar komor mezi rotory a tím i kompresní pom ěr. Protože jsou odchylky skutečného tlaku od tlaku výtla čného př íčinou snížení účinnosti kompresoru skrol, snaží se výrobce vestav ěný kompresní poměr př iblížit iblížit skutečnému tím, že vyrábí r ůzné tvary rotor ů z hlediska vestavěného poměru – nejen z d ůvodu r ůzné výkonnosti kompresoru. Späť k základom_kompresory
Strana 356
Z konstruk čního ř ešení ešení skrolu vychází i další skute čnosti – plochá výkonová k ř ř ivka, ivka, čili poměrně malý pokles výkonu s klesajícím sacím tlakem a výhodné energetické vlastnosti – vysoký chladící faktor. Tvary spirál jsou odvozeny z k ř řivek, ivek, které se nazývají evolventy a vznikají odvalováním př ímky ímky po kružnici. Pr ůměr kružnice a poloha bodu na př ímce ímce tvoř ícího ícího evolventu ur čují tvary lamely rotoru a tím jsou dány i nasátý objem a kompresní pom ěr. Ur čení tvaru spirál a jejich výšky je základní úkol konstruktéra, který musí uvažovat vznikající síly na stěnu spirály ovlivňované rovněž odstř edivými edivými silami rotujících nevyst ř ed eděných hmot. 4.15.3 Konstruk ční řešení skrolů Jednotliví výrobci nacházejí r ůzná ř ešení ešení kompresor ů skrol. Základní rozhodnutí je směr proudění par chladiva nebo plynu uvnit ř kompresoru. Většina vyráběných kompresor ů je ř ešena ešena tak, že nasávané páry chladiva proudí p ř es es elektromotor, který zároveň chladí, vstupují do sacího prostoru mezi rotory a jsou stla čeny na výtlačný tlak. Následn ě odcházejí výtlačným potrubím kompresoru do kondenzátoru. Některá ř ešení ešení jsou ale obrácená – páry chladiva motor nechladí, ale procházejí motorovým prostorem až po stlačení na výtlačný tlak. V nasávaných parách se tak neobjevuje oh ř átí átí způsobené chlazením motoru. Motor však musí být na vysoké tepoty navržen. Konstruk ční ř ešení ešení kompresoru musí uvažovat ř adu adu vlivů. Mezi základní patří utěsnění rotorů vůči sobě, aby pracovní komory mezi rotory byly dokonale těsné. Jedná se o ut ěsnění v radiálním sm ěru – mezi plochami spirál a v osovém sm ěru – mezi hranou spirály a p ř iléhající iléhající plochou dna druhého rotoru. Ut ěsnění mezi spirálami je dáno dokonalým výrobním provedením tvar ů spirál, které se po sob ě odvalují, př i kterém nesmí za chodu kompresoru docházet ke smýkání ploch po sobě, což by mohlo zp ůsobit zadř ení ení kompresoru. Utěsnění hrany pohyblivé spirály v ůči pevné se ř eší eší r ůznými způsoby. Někdy je ve hran ě spirály vsazena těsnící tř ecí ecí ploška např íklad íklad z grafitového materiálu s nízkou hodnotou opotřebení. Jedinečné patentované ř ešení ešení mají kompresory Copeland, u kterých je axiální t ěsnost docilována uvolněním rotoru v osovém sm ěru a vsazením tzv. „plovoucí hlavy“ nebo také nazývané „plovoucí těsnění“, která je trvale dotla čována k těsnící ploše mezi výtla čným a sacím prostorem. 4.15.3.1 Konstruk ční řešení Copeland Jeden z největších výrobců chladivových kompresor ů je společnost Copeland. Ve výrobním programu jsou kompresory pístové hermetické, polohermetické i ucpávkové a rovněž kompresory typu skrol. Copeland př istupuje istupuje k problematice rota čních kompresor ů značně pečlivě. Kompresory skrol p ř izp izpůsobuje jednak provozním podmínkám, jednak používaným chladivům a také požadavk ům na provozní vlastnosti – regulaci výkonu a provoznímu rozsahu teplot a tlak ů. Tím jsou vyráb ěna provedení kompresor ů pro klimatizaci, jiné typy pro chladicí techniku - zejména pro nízké teploty a jiná provedení pro tepelná čerpadla. Samostatné verze jsou pro chladivo R744 (CO 2) a R410A vzhledem k vysokým provozním tlak ům. Jednotlivá ř ešení ešení se vůči sobě liší a liší se i provedení uvnit ř samotných typových ř ad ad – s ohledem na výkonnost kompresoru. Příklad provedení kompresoru Copeland (výrobní provedení Specter) je na obrázku. Elektromotor je nasazen na h ř ídeli, ídeli, která zajiš ťuje mazání ložisek vrtáním uvnit ř hř ídele. ídele. Konec hř ídele ídele je osazen excentrickou odleh čovací vložkou umožňující pohyb pohyblivého rotoru v radiálním směru a zajiš ťuje pracovní režim rotoru prost ř ednictvím ednictvím Oldhamovy spojky př evád evádě jící rotaci hř ídele ídele na správný pohyb rotoru. Pevný rotor je v horní části osazen plovoucí hlavou a sám je pohyblivý v osovém sm ěru díky právě této hlavě. Plovoucí hlava je za chodu kompresoru dotlačována k těsnící ploše rozdělující nízko a vysokotlaký prostor uvnit ř kompresoru rozdílem tlak ů v prostoru sání a mezi rotory a tím, že je pohyblivá, umož ňuje i Späť k základom_kompresory
Strana 357
pevnému rotoru dostatečně těsnit vůči rotoru pohyblivému. Za klidu kompresoru tlak ve vysokotlaké části kompresoru stlačí plovoucí hlavu do dolní polohy ve vodicí části pevného rotoru a oba prostory jsou vzájemn ě propojeny – uvnitř kompresoru je vyrovnaný tlak.
Obrázek 308 Kompresor Copeland (výrobní provedení Specter) Proti zvýšení tlaku v kompresoru chrání kompresor zp ětný ventil vsazený do výtlačného hrdla kompresoru. Tímto ř ešením ešením je zajišt ěno, že se kompresor rozebíhá vždy odleh čený. Zpětný ventil zárove ň zabraňuje obrácenému to čení rotoru, které by mohlo nastat díky rozdílu tlak ů po zastavení motoru. Uvedeným ř ešením ešením vzájemné pohyblivosti rotor ů vůči sobě je ř ešena ešena i ochrana proti nasátí kapiček chladiva do kompresoru. Kapičky se chovají př i nasátí do mezirotorového prostoru jako pevné částice a svojí pevností zp ůsobí, že se rotory navzájem za chodu „vyst ř edí“, edí“, př ípadn ípadně i axiálně od sebe oddálí. Tím sice p ř eruší eruší výtlak, ale umožní kapi čkám odchod z mezirotorového prostoru bez poškození rotor ů. Osová pohyblivost rotor ů je také schopnost, která se zám ěrně využívá pro regulaci výkonu u tzv. „digitálních“ kompresor ů. Kompresory mají ř adu adu dalších ochran: již v sacím hrdle je jemné mechanické sítko. V dolní části kompresoru jsou umístěny magnety, které zachycují kovové částečky a chrání tak i mazací systém. Späť k základom_kompresory
Strana 358
Elektromotor je chrán ěn buď tepelným relé umístěným přímo v kompresoru na povrchu motoru, nebo vně jším elektronickým jistícím modulem, který vyhodnocuje údaje př edávané edávané z čidel uvnitř kompresoru – ve vinutí elektromotoru a ve výtlaku v pevném rotoru. Zpětnému roztočení rotoru po zastavení kompresoru brání zp ětný ventil – zpětná klapka – umíst – umístěný ve vyobrazeném provedení ve výtlačném hrdle kompresoru. Pro možnost kontroly hladiny maziva je ř ada ada kompresor ů opatř ena ena kontrolním olejoznakem, který může zároveň sloužit i pro propojení v p ř ípade ípade vícekompresorových sestav. N ěkteré typy kompresor ů Copeland jsou vybaveny dodatečným vstupem pro možnost chlazení par chladiva v pr ů běhu stlačování. Tímto vstupem je p ř ivád iváděno chladivo, nastř ikované ikované do mezirotorového prostoru př ibližn ibližně ve stř edu edu stlačovacího prostoru, čímž neovlivní nasávané množství chladiva. Toto ř ešení ešení umožňuje jednak rozšíř ení ení provozního pásma použití kompresoru, jednak zvýšení výkonu soustavy, pokud je zař azen azen ekonomizér využívající p ř ist istř íkávané íkávané chladivo k podchlazení chladiva př ed ed vstupem do výparníku. 4.15.3.2 Konstruk ční řešení kompresorů Danfoss Společnost Danfoss – výrobce kompresor ů i dalších dílů pro chladicí techniku – má ve svém programu několik typových ř ad ad hermetických kompresor ů skrol. Technické ř ešení ešení kompresor ů je jednodušší, než př edešlých edešlých Copelandů. Líší sa př edevším edevším v části pracovních rotor ů, které těsní vůči sobě pr ěsným lícovaním v osovém směru. Zpětný ventil zabraňující opačnému otáčení rotor ů skrol je nejrozšíř en eně jším provedením i mezi dalšími výrobci (LG,Maneurop, Sanyo, Trane…). Pohled na kompresor skrol Danfoss – Maneurop je na obr. 309. 4.15.3.3 Kompresory Mitsubishi Někteř í výrobci – nap ř íklad íklad Mitsubishi – volí obrácený směr proudění par chladiva kompresorem. Sací hrdlo ústí p ř ímo ímo do mezirotorového prostoru a páry vytla čované rotory jsou vedeny p ř es es motor, který je tak umíst ěn ve vysokotlaké části kompresoru. Výhodou tohoto ř ešení ešení je nižší př eh ehř átí átí par sání kompresoru a tím i nižší teploty par chladiva po stla čení a lepší pln ění sací komory kompresoru. Nevýhody jsou zř ejmé ejmé – motor musí být navržen na vyšší teploty, než p ř i opačném smyslu proudění, mazivo musí rovn ěž snášet vyšší teplotní zatížení. T ěsnění rotor ů je prováděno podobně jako u většiny ostatních výrobců. Pohled na kompresor Mitsubishi je na obr. 310. 4.15.4 Indikátorový diagram Pr ů běh práce kompresoru skrol je názorn ě vidět v indikátorovém diagramu – závislosti nasávaného objemu par a tlaku par chladiva v pracovním prostoru. Kompresory typu skrol nemají pracovní ventily - vyjma zpětné klapky ve výtlaku, bránící zp ětnému roztočení rotoru v př ípad ípadě jeho zastavení. Je proto kompresní poměr vestavěný rozdílný od poměru daného objektivními podmínkami. P ř izp izpůsobení vestavěného poměru okolí je cesta k zvýšení ú činnosti zař ízení. ízení. Pro ilustraci jsou v tabulce uvedeny kompresní pom ěry r ůzných chladiv př i vybraných podmínkách. Vestavěný kompresní poměr v kompresoru se pohybuje v rozsahu 3 – 4. V tabulce jsou použity pro názornost pouze údaje chladiva, které se chovají jako chemicky čistá látka – př i změně skupenství se tlak a teplota nem ění. U ostatních – směsných chladiv – je vyjád ř ení ení teplot vypař ovací ovací a kondenzační zavádě jící, protože se v pr ů běhu změny skupenství př i stálém tlaku teploty mění.
Späť k základom_kompresory
Strana 359
Obrázek 309 Kompresor skrol Danfoss – Maneurop
Obrázek 310 Kompresor skrol firmy Mitsubishi Späť k základom_kompresory
Strana 360
Tab. 54 Kompresní poměry Chladivo R22
R507
Tlak / teplota Vypař ovací ovací 584 / + 5 355 / - 10 246 / - 20 164 / - 30 730 / + 5 450 / - 10 315 / - 20 140 / - 40
kPa/°C Kondenzační 1527 / + 40 1527 / + 40 1721 / + 45 1721 / + 45 1878 / + 40 1878 / + 40 2114 / + 45 2114 / + 45
kompresní poměr skutečný 2,61 4,30 6,70 10,49 2,57 4,17 6,71 15,1
Z tabulky je zř ejmé, ejmé, jak jsou široká pole kompresních poměr ů v běžném chladícím zař ízení. ízení. Zvláště je to zř ejmé ejmé u mrazících systém ů s nízkou vypař ovací ovací teplotou. Pístový kompresor si díky pracovním ventilům se změnami vždy poradí – skrol to bohužel neumí. Jak to vypadá ve skutečnosti, když je kondenzační tlak jiný než výtla čný tlak ve výtla čném prostoru mezi rotory? Obrázek 311 Diagram p-V kompresoru skrol
Proces sání (1-2), stlačování (2-3) a Teoretický proces stlačování skrolu 1-2-3-4 výtlaku v kompresoru popisuje diagram p-V diagram p-V p na obr.311. Teoretický 4c1 3c1 výtlak probíhá po pc1 pc1 pd úsečce 3-4. Skutečnost 3 je obvykle jiná. 4 pd Př i kondenzačním pc2 4c2 tlaku nižším dojde po pc2 pd 3c2 stlačení mezi rotory následně k expanzi na výtlačný tlak pd - výtla skutečný tlak ve sací tlak tlak ps - sací výtlačném potrubí (část 3-3c2), kondenza zační tlak pc - konden ps v opačném př ípad ípadě – 1 2 čili je-li výtla čný tlak V nižší než je kondenzační, dotlačuje skrol páry chladiva vlastn ě až za rotory (část 3-3c1). Výtlak tak probíhá po úsečce 3c-4c. Z diagramu je rovn ěž patrno, že zp ětná expanze zbytku par chladiva ve škodlivém prostoru, která je běžná u pístových kompresor ů, v kompresorech typu skrol, chybí. To je jeden z d ůvodů obvykle vyšší dopravní účinnosti skrolů ve srovnání s pístovými typy. 4.15.5 Regulace výkonu V ř ad adě př ípad ípadů je požadována regulace výkonu kompresoru tak, aby dodávaný výkon odpovídal požadovanému výkonu soustavy. Jestliže pomineme zp ůsob ovládání start-stop, nabízí se ř ada ada možností. 4.15.5.1 Regulace změnou otáček Běžné provedení kompresoru má mazání tř ecích ecích ploch zajišt ěné bez pomoci mazacího čerpadla, pouze vlivem dynamických a tlakových sil v pohybovém mechanizmu. Obvykle je mazivo shromážděné v dolní části kompresoru nasáváno silami rotace h ř ídele ídele motoru a vedeno vnitř ním ním vrtáním h ř ídele ídele k mazaným míst ům. Proudění maziva je podmín ěno ur čitými otáčkami a tak jsou pro regulaci výkonu zm ěnou otáček tyto mazací podmínky limitující. Späť k základom_kompresory
Strana 361
Uvádí se, že kompresory typu skrol v základním provedení mohou být regulovány otá čkami v rozsahu ± 20% jmenovitých otáček. Tuto změ nu nu obvykle zabezpeč uje uje mě ni nič frekvence napájecího proudu. Větší rozsah otáček je podmíněn změnou konstrukce kompresoru a často i motoru. Používají se motory, které mohou pracovat s frekven čními měniči v rozsahu frekvence např íklad íklad 10 – 100 Hz. S vývojem elektronizace techniky se objevují i systémy s motory EC, které jsou velmi energeticky úsporné. Jiné typy motor ů jsou stejnosměrné motory, které se snáze ovládají. Mazání kompresoru je zajiš ťováno mazacím čerpadlem, které také zajiš ťuje dostatečný kontakt rotor ů – jejich těsnost vůči sobě př i poklesu otáček a tím i odst ř edivých edivých sil, které t ěsnost rotor ů mezi sebou zabezpečují. Př íkon íkon kompresoru př i zm ěně otáček neodpovídá př íslušné íslušné změně chladicího výkonu. Protože se hmoty rotujících částí nemění a vyžadují tak pro sv ů j pohyb energii, která by př i snížené velikosti kompresoru nebyla zapot ř ebí, ebí, je p ř íkon íkon kompresoru vždy vyšší, než by odpovídalo př ímé ímé úměř e snižování otáček. Př ibližn ibližně lze ř íci, íci, že p ř i snížení otáček na polovinu vykazuje kompresor sice poloviční chladicí výkon, ale zhruba 55% p ř íkon íkon ve srovnání se jmenovitým př i výchozích otáčkách. Pokud dochází ke zm ěně výkonu ve větším rozsahu otáček, musí být zajišt ěno i vracení maziva z okruhu (z vým ěník ů tepla, potrubí atp.) zp ět do kompresoru – např íklad íklad tím, že se p ř i každém startu kompresor rozebíhá vždy na plné otá čky a dále ur čitou dobu s plnými otáčkami pracuje a až následně dojde k požadované regulaci výkonu. Plné otá čky kompresoru zajistí po danou dobu i př íslušnou íslušnou rychlost proudění par v chladivovém okruhu a tím i unášení maziva s parami v celém okruhu ve sm ěru proudění chladiva zp ět do kompresoru. 4.15.5.2 Regulace použitím vícekompresorových sestav Tento způsob ř ízení ízení výkonu není vlastn ě ř ízení ízení v kompresoru, ale tím, že je použito více kompresor ů pro jeden chladicí okruh, lze stup ňovitě výkon soustavy regulovat. V provozu se objevují sestavy s více než 10 kompresory typu skrol. Takové za ř ízení ízení může poskytovat desetistupňovou regulaci výkonu, což se blíží již tém ěř plynulé regulaci. Výhodou takového způsobu regulace je to, že p ř íkon íkon soustavy vždy odpovídá současně dodávanému chladicímu výkonu. Př esn esně ji – př i provozu poloviny kompresor ů je jak výkon, tak i p ř íkon íkon poloviční, než za plného provozu. U vícekompresorových soustav se také velmi často používají systémy vracení maziva z výtlaku kompresor ů pomocí systému s odlučovačem maziva a elektronickým hlídáním a doplňováním hladiny maziva v jednotlivých kompresorech. 4.15.5.3 Stupňovitá regulace změnou dopravovaného objemu par Principem tohoto zp ůsobu ř ízení ízení výkonu je úprava kompresoru p ř ipomínající ipomínající dvoustupňové provedení. Ve stř ední ední části pracovního prostoru pevného rotoru je provedeno propojení tohoto prostoru se sáním, které je uzavíráno a otevíráno pomocí elektromagnetického ventilu a pružiny. Elektromagnetický ventil otá čí regulačním kroužkem – viz obrázek a pružina jej vrací do původní polohy. Kroužek utěsňuje obtok. Př i propojení mezirotorového prostoru se sáním se část par vrátí do sání a celkové množství nasávaných par se tak zmenší – kompresor má menší výkon. Regulace bývá 0 – 50 – 100%. Obrázek 312 Stupňová regulace změnou dopravovaného objemu Späť k základom_kompresory
Strana 362
Poměr může být i jiný – je dán polohou propojení vnit ř ního ního prostoru se sáním. Regulace je téměř výhradně uskutečňována jako dvoustupňová, př ičemž potř ebný ebný př íkon íkon pro pohon kompresoru je vždy vyšší, než by odpovídalo sníženému chladicímu výkonu. Je to d ůsledek pohybu částí kompresoru, které pracují bez chladicího užitku. 4.15.5.4 Digitální regulace Digitální regulace je specialitou výrobce Copeland. Vychází z konstruk čního ř ešení ešení kompresor ů skrol, který má, jak zmín ěno, rotory navzájem pohyblivé v osovém i radiálním směru. Této pohyblivosti, která je v základ ě bezpečnostním prvkem se záměrně užívá k vytvář ení ení výkonové regulace. Principem je to, že p ř i př erušení erušení vzájemného kontaktu rotor ů v osovém směru kompresor nevytlačuje páry chladiva a pracuje „naprázdno“. Toto p ř erušení erušení osového styku ipevněným k pevnému rotoru, čelních ploch spirál je provád ěno pomocí soustavy s pístem př ipevn který se pohybuje na základ ě rozdílu sacího a výtla čného tlaku. Svým charakterem je činnost systému velmi blízko regulaci zm ěnou otáček motoru kompresoru. Podobně jako u ostatních způsobů ř ízení ízení výkonu (vyjma metody zap/vyp) je i u této regulace p ř íkon íkon kompresoru př i regulaci vždy vyšší, než by odpovídalo zm ěněnému výkonu. Tlaky mezi rotory se p ř i odlehčení rotoru nesrovnávají na tlak sací v sacím prostoru kompresoru, ale na tlak odpovídající ztrátám p ř i proudění chladiva mezerou vzniklou mezi rotory. Princip činnosti je na obr. 313. Za b ěžného chodu jsou tlaky ve výtla čném prostoru stejné i v prostoru nad ovládacím pístkem a rotory jsou v kontaktu – kompresor pracuje. P ř i požadavku na snížení výkonu se propojí prostor nad ovládacím pístkem se sacím tlakem a díky rozdílu tlak ů se pevný rotor nadzdvihne o ca 1 mm. Tím dojde k p ř erušení erušení kontaktu rotor ů a př erušení erušení dodávky stlačovaných par do výtlaku. Obrázek 313 Princíp činnosti digitální regulace
Toto odlehčení není trvalé, ale opakuje se v p ř edem edem nastavených intervalech – např íklad íklad ve 20 vteř inách. inách. V rámci tohoto intervalu je podle požadavku na ř ízení ízení výkonu část intervalu kompresor íklad : př i regulaci na 50 % je 10 vte ř in in proces stlačování př erušen erušen a činný a část nečinný. Př íklad dalších 10 vteř in in pracuje kompresor normálně. Protože tento zp ůsob př ipomíná ipomíná digitální ř ízení ízení 01, nazývá se i kompresor digitální. Rozsah ovládání výkonu bývá od 10%. Späť k základom_kompresory
Strana 363
Digitální regulace má kromě jiných jednu zásadní výhodu. Protože je př i chodu vždy vytlačován 100% objem par chladiva, je mazivo unášené s chladivem okruhem vždy bezpe čně vraceno do kompresoru – rychlosti chladiva v potrubí jsou stále zachovány. U regulace otá ček se objemový pr ůtok chladiva zmenšuje a m ůže se stát, že se za ur čitého stupně regulace mazivo nevrací. Tuto skute čnost musí mít výrobce za ř ízení ízení stále na v ědomí. Mezi výhody digitálních kompresor ů patř í skutečnost, že se otá čky motoru stále udržují na základní hodnot ě a tak nenastávají problémy s mazáním – není nutné dodate čně montovat mazací čerpadlo a mnoho dílů je zcela shodných s běžnými typy dané typové ř ady ady kompresor ů. To se týká zejména motoru, který je shodný s odpovídajícím odpov ídajícím typem bez digitální regulace. 4.15.5.5 Kombinovaná regulace Běžný způsob ř ízení ízení výkonu je sestava jednoho regulovaného kompresoru s jedním nebo více dalšími kompresory do dvojic – tandem ů, trojic – tria nebo do sdružené jednotky. Jeden kompresor lze tak ř ídit ídit plynule a ostatní systémem start/stop, což výrazn ě snižuje nároky na energii soustavy. Vypnutím p ř íslušného íslušného kompresoru nebo i více kompresor ů se jeho př íkon íkon rovněž odečítá v plné výši. Pro takovéto ř ešení ešení jsou běžně dodávány vhodné regulační př ístroje. ístroje. 4.15.6 Porovnání různych typů kompresorů Rotační kompresory r ůzných konstruk čních ř ešení ešení mají podobné vlastnosti, které se vztahují k vestavěnému kompresnímu poměru. Zásadní rozdíl je ale v ůči pístovým typům, které si kompresní poměr dosahovaný ve válci kompresoru vždy p ř izp izpůsobí skutečným kompresním poměr ům př íslušného íslušného chladivového okruhu (kondenzační / vypař ovací ovací tlak). Díky škodlivému prostoru ve válci pístového kompresoru je charakteristika pístových kompresor ů strmě jší a dopravní účinnost se mění v širším rozmezí. Tím, že se rotory skrolu po sob ě odvalují stále v jednom sm ěru, stlačují „ př ed ed sebou“ komprimovaný plyn a nedochází jak již bylo uvedeno v podstat ě ke zpětné expanzi zbylého plynu, protože škodlivý prostor je nepatrný – je dán výrobními tolerancemi pohyblivého a pevného rotoru. Tato vlastnost je společná nejen pro skroly, ale nap ř íklad íklad i pro lamelové kompresory, nebo kompresory s rotujícím pístem a další podobné typy kompresor ů. rotační
1,2 1 í 0,8 n ě 0,6 n l p 0,4 0,2 0 2,5
3,5
4,5
5,5
kompresní pom ě r
Obrázek 314 Diagram stupně plnění pístového a rota čného skrol kompresora Porovnání stupně plnění pístového a objemově srovnatelného rotačního kompresoru skrol je uvedeno v diagramu 314. Rozdíl činí až 20 % ve prosp ěch rotačního typu. Na první pohled se zdá, že pístové kompresory nemají po vzniku rota čních kompresor ů nadě ji na př ežití. ežití. To je však jen výsledek prvního zjednodušení. Je nutné si uvědomit, že tím, že rota ční kompresory mají kompresní poměr vestavěn, je provozní využití touto skute čností omezeno. Zejména u nízkoteplotních zař ízení ízení je v mnoha př ípadech ípadech použití pístového provedení kompresoru užitečně jší. Jiným srovnávatelným údajem mohou být výrobní náklady na výrobu jednotlivých Späť k základom_kompresory
Strana 364
typů kompresor ů a tady již výhodnost ur čitého ř ešení ešení není zcela jednozna čná. Rotační kompresory typu skrol mají menší po čet dílů ve srovnání s pístovými typy – konstrukce se zdá velmi jednoduchá. Výroba rotor ů je však značně náročná na př esnost esnost a to výrobní náklady podstatně ovlivňuje. S menším počtem dílů souvisí i vyšší spolehlivost kompresoru, ale je nutné si uvědomit, že pístové kompresory se vyráb ě jí podstatně déle, než skroly a tak je již i spolehlivost pístových provedení značně vysoká a zcela srovnatelná se skroly. 4.15.7 Zvláštní provedení kompresorů skrol Protože mají kompresory skrol vestav ěný kompresní poměr, jsou provozní podmínky omezeny skutečnými tlakovými poměry v chladicím za ř ízení. ízení. Tato omezení se projevují zejména př i klesání vypa ř ovacího ovacího tlaku, kde je vestav ěný kompresní poměr značně odlišný od skutečného a kde se díky skute čným tlak ům zároveň citeln ě zvyšuje teplota vytla čovaných par s klesající vypař ovací ovací teplotou p ř i jednostupňové kompresi, která je v kompresoru skrol použita. Aby se mohl kompresor skrol používat také spolehliv ě i pro nízké vypa ř ovací ovací teploty pod – 30°C, výrobce Copeland doplnil kompresor o systém chlazení stla čovaných par chladiva v pr ů běhu komprese. Takový kompresor skrol má do prostoru mezi rotory zavedeno studené chladivo ve formě par, př ípadn ípadně kapalného chladiva, které ochladí stla čované páry na teplotu, p ř i které ještě nedochází ke kondenzaci chladiva v kompresoru – ochrana proti zni čení kompresoru kapalným rázem. Protože je chladivo p ř ivád iváděno do prostoru, který je již za prvním sacím prostorem, nedochází ke snížení nasávaného objemu par a kompresor není výkonov ě ovlivněn – z hlediska chladicího výkonu. P ř íkon íkon a kondenzační výkon se však u takového ř ešení ešení zvýší o energii nutnou ke stla čení a kondenzaci př ivedeného ivedeného chladiva do „mezistupn ě“. S uvedeným ešení se nabízí i myšlenka použít p ř ivád iváděné chladivo do „mezistupn ě“ také k podchlazování ř ešení chladiva za kondenzátorem – pro zvýšení ekonomické efektivnosti soustavy. Taková ř ešení ešení jsou rovněž provozována a to jak v soustavách chlazení, tak i v tepelných čerpadlech. V tepelném čerpadle je popsaný zp ůsob výhodný ze dvou hledisek: jednak umožní zv ětšený provozní rozsah skrolu zejména do vyšších kondenza čních teplot (to je rozdíl v ůči chladicímu za ř ízení) ízení) a jednak se zvýší kondenzační – topný výkon soustavy. Obrázek popisuje zp ůsob ř ešení ešení okruhu tepelného čerpadla, nebo chladicího za ř ízení ízení s př ist istř íkáváním íkáváním chladiva do mezirotorového prostoru. Zárove ň je celý systém zobrazen v diagramu tlak – entalpie. V obrázku je ozna čeno př ist istř íkávané íkávané chladivo písmenkem i a tlak „mezistupně“ pi. pi. Hmotnostní pr ůtok nasávaného chladiva kompresorem je ozna čen m.
Obrázek 315 Přistřikávaní chladiva do mezirotorového prostoru Späť k základom_kompresory
Strana 365
4.15.8 Rozsah použití kompresorů skrol Nejrozšíř en eně jší využití kompresor ů skrol je v klimatiza ční technice a v technice tepelných po užívaná chladiva jsou chladicí výkony jednoho kompresoru skrol čerpadel. S ohledem na používaná v klimatizaci v rozsahu od ř ádov ádově několika kW až po zhruba 200 kW. Použitelná jsou všechna dostupná chladiva, výkon kompresoru se liší v závislosti na vlastnostech chladiva, které je v daném kompresoru použito. Pro chladiva s vyššími provozními tlaky (R410A, R744 = CO 2 ..) jsou vyráběny vhodné typy, které lze rovn ěž použít i pro jiná, než vysokotlaká chladiva. V klimatizačních zař ízeních ízeních př epravních epravních prostř edk edk ů se používají ucpávkové i hermetické verze skrolů ve stojatém i ležatém provedení. Ležaté provedení má výhodu v nízké stavební výšce kompresoru. Kompresory s chlazením par v pr ů běhu stlačování lze používat i do nízkých vypař ovacích ovacích teplot – zhruba do -40°C v závislosti na kondenza čním tlaku. V tepelných ípustnými teplotami výtlaku, p ř ičemž v běžném provoze je čerpadlech je použití omezováno p ř ípustnými používán skrol i pro teploty oh ř ívané ívané vody kolem +80°C. Na obr.316 je uvedeno provozní omezení běžného klimatizačního kompresoru skrol provozovaného s chladivem R407C. Mez kondenzační teploty je dána tlakovým dimenzováním kompresoru a teplotami výtlaku, další meze souvisejí s dosahovanými teplotami uvnit ř kompresoru, silami mezi rotory, použitým elektromotorem – jeho zatížením a v neposlední ř ad adě i bezpečným mazáním pohyblivých částí kompresoru.
Obrázek 316 Prevádzkový diagram kompresoru skrol s chladivom R407C
Zajímavé je srovnání provozních oblastí kompresor ů stejného typu, jednou p ř i provozu bez chlazení par v pr ů běhu stlačování a po druhé se systémem snižování teploty p ř i kompresi. Obrázky jsou uvedeny pro chladivo R407C s nejvyšším p ř eh ehř átím átím v sání kompresoru 10K. V obrázcích je z ř etelný etelný rozdíl ro zdíl zejména v mezích vypa ř ovací ovací teploty a s ní související so uvisející i kondenzační teploty a to v oblasti vyšších kondenza čních teplot. Jiné hledisko provozního využití a tím i výhod a nedostatk ů kompresor ů skrol je zobrazeno na dalším diagramu. Charakteristiky r ůzných verzí výkonově srovnatelných kompresor ů skrol a polohermetických pístových kompresor ů popisují vhodnost provozních podmínek pro ur čité typy. Tak je např íklad íklad zř ejmé, ejmé, že kompresory skrol typové ř ady ady nazvané ZB jsou výhodné v oblasti vyšších vypař ovacích ovacích teplot – čili v klimatizaci. Späť k základom_kompresory
Strana 366
Obrázek 317(vlevo):Výkonový 317(vlevo):Výkonový diagram základního provedení Obrázek 318 (vpravo): Výkonový diagram s přisřikávaním par mezi rotory Skroly nazvané ZS a ZF mají velmi p ř íbuzné íbuzné charakteristiky a mohou spolehliv ě pracovat i př i nízkých vypař ovacích ovacích teplotách. Zejména p ř i vypař ovacích ovacích teplotách pod -20°C se ale projevuje výhodnost pístového polohermetického provedení – v obrázku označeného jako D4SL a z charakteru pr ů běhu k ř ř ivek ivek lze odvodit, že zejména pro teploty pod -40°C je použití polohermetického dvoustupňového kompresoru označeného jako D6TA vlastně jediná možnost. Ostatní kompresory nelze pro tak nízké n ízké teploty používat. COP R404A pri tk = 35°C 3.5
3
ZS 11 ZF48 2.5
2 P O C
D6TA
ZF 33KVE 1.5
D4SL 1
ZB 114 0.5
0 - 40
- 35
- 30
- 25
- 20
- 15
- 10
vypař vypař ovací ovací teplota °C
Obrázek 319: Výkonové číslo COP kompresoru skrol s ekonomizérem a s chlazením par Diagram je dopln ěn o charakteristiku kompresoru skrol s ekonomizérem a s chlazením par p ř i kompresi – k ř řivka ivka označená ZF 33KVE, která je energeticky vzhledem k použitému vým ěníku zcela bez konkurence v uvedeném pracovním rozsahu. Späť k základom_kompresory
Strana 367
4.15.9 Výhody a nevýhody kompresorů skrol Rotační kompresory skrol mají ve srovnání s pístovými typy ř adu adu př edností, edností, ale i nevýhod. Z fyzikálního hlediska je základní výhody to, že kompresory skrol nemají škodlivý prostor známý z pístových verzí a tím i dokonalejší pln ění pracovního prostoru kompresoru. Z výrobního hlediska je hlavní výhodou menší po čet výrobních dílů. Př i ur čitém způsobu ř ešení ešení pracovních částí kompresor ů (provedení výrobce Copeland) je skrol velmi odolný i v ůči nasátí kapalného chladiva do pracovního prostoru mezi rotory. K výhodám patř í i nižší hladina hluku kompresor ů skrol vzhledem k tém ěř plynulému výtlaku par stlačovaného chladiva. Na obrázku jsou uvedeny hlukové charakteristiky výkonově srovnatelných kompresor ů – vyšší k ř řivka i vka platí pro pístový dvouválcový hermetický kompresor, spodní k ř řivka ivka pro kompresor skrol. Hlukové spektrum je zobrazeno v závislosti na frekvenci jednotlivých složek hluku. Rozdíl v hladině hluku mezi pístovým a rota čním kompresorem může dosáhnout i hodnoty 10 dB(A).
Obrázek 320 Hlučnosť prestového(krivka vyššia) a skrol kompresora(nižšia krivka) Základní nevýhodou skrolů je vlastnost společná všem rotačním typům kompresor ů a to je pevně vestavěný kompresní poměr, který skutečnému kompresnímu poměru odpovídá jen př i ur čitém provozním režimu. V ětšinu pracovní doby se skutečný a vestavěný poměr neshodují. Z výrobního hlediska je nevýhoda výrobní náro čnost na správné provedení tvar ů rotor ů a p ř esné esné sesazení jednotlivých díl ů dohromady. Společná nevýhoda všech hermetických typ ů kompresor ů, mezi které př evážná evážná většina kompresor ů skrol patř í a to je jejich neopravitelnost. Žádný výrobce kompresory skrol neopravuje, ani nedodává pro opravy náhradní díly. Naopak pístové polohermetické kompresory př ímo ímo s možností oprav již př i své konstrukci uvažují. Tato skutečnost musí být brána v ř ad adě př ípad ípadů př i rozhodování mezi hermetickým nebo polohermetickým provedením do úvahy. Literatúra: /L1/
/L2/ /L3/ /L4/ /L5/ /L6/ /L6/ /L7/ /L8/
Blaha M., Blaha T., Blaha P., Borbély Š.: Spä ť k základom, kniha druhá, časť piata. Chladivové kompresory. SZ CHKT, Rovinka, jún 2009. Blaha M., Blaha T., Blaha P., Borbély Š.: Spä ť k základom, kniha druhá, časť šiesta, SZ CHKT, Rovinka, december 2010. Blaha M.: Kandidátska dizertačná práca, SVŠT - SF Bratislava, 1986. STN 14 0618 Hermetické chladivové kompresory do 560 cm 3.s-1 (2,0 m3.h-1). Technické požiadavky na elektrickú bezpečnosť, konštrukciu, chladiacu techniku a metódy skúšok. Cabalka O.: Výmena tepla v hermetickom kompresore. Pr ůmysl potravin, 1965/16. Doroš V.S., Šestok O.V.: Issledovanije teploobmena vysokooborotnych germeti čnych kompressorov s okružajuščej sredoj. Cholodi ľnaja technika, 1983/2. Günther E.,Penzis R.: Innere und äussere Wärmebilanz von hermetischen Kältemittelverdichtern, Luft-und Kältetechnik, 1985/3. Blaha M.: Výzkum a vývoj hermetických kompresorov na Slovensku. 3. International Conference on Compressors and Coolants ´99. Vysoké Tatry, Hotel Academia, 29.9-1.10.1999. Jančovič V.: Vplyv nekonven čného legovania na vlastnosti sivých liatin pre odliatky hermetických chladivových kompresorov. Potraviná ř ská ská a chladicí technika, 1981/3.
Späť k základom_kompresory
Strana 368
Blaha M.: Modernizovaný Modernizovaný rad hermetických chladivových chladivových kompresorov kompresorov pre domáce chladni čky a mrazničky. Správa Calex, január 1981. /L10/ Kjeldsen K., Madsen P.: Reduction of compressor compressor vibratios by optimizing optimizing the locations of of the counterweight and the internal springs. Pardue Compressor Technology Conference West Lafavette Indiana, USA, 1978. /L11/ Stradiot J., Janov M., Mozolíková M.: Merania ťažísk kompresorov ZK. SVŠT, SjF, Katedra technickej mechaniky. Výskumná správa, Bratislava, 1984. /L12/ Vaník J., Blaha M., Záruba J.: Dehnungsmessungen in den Kurbelwelledurchschnitten der hermetischen Kältekompressoren der Calex – Reihe ZK. Kältekongress, Eger, september 1985. /L13/ Quecksilber – Drehübertrager Drehübertrager 4 – MTA/T. Podklady Podklady firmy Vibrometer AG. /L14/ Vaughan: Brül Brül & Kjaer: Anwendung von B&K B&K – Geräten für Dehnugsmessungen, 1978. /L15/ Rékasi R.: Rezgés-es zajcsökkentés a kompresszoros haztartási hütöszekrényeknél. Hütogapgyár Közleményi, 1982. /L16/ Blaha M.: Zníženie hlučnosti a vibrácií kompresorov radu ZK. Úloha Calex, U-02-124-573, január 1985. /L17/ Rank Taylor Hobson, Ltd.: Prístroje na metrologické meranie, firemná dokumentácia. /L18/ Protokol Calex č.3869 o skúške opotrebenia kompresorov ZK 0,8N s fosfátovanými sú čiastkami trecích dvojíc fosfátom Parko – Lubrité – 5, Taliansko. /L18/ Milovanov I.V., I.V., Zacharov S.V.: Issledovanije Issledovanije vlijanija zazora v soprjaženii porše ň – cilindr na pokazateli vysokooborotnogo germeti čnogo kompressora. Cholodi ľnaja technika, 1978, č.3, s.14. /L20/ Mc Alister D.L.: A lefe test study of refrigerator refrigerator compressor finishes finishes and fits and related machining corrections. Preceedings of the Purdue Compressor Technology Conference, USA, 1972 /L21/ Lynn L.Faulkner, L.Faulkner, James F. Hamilton: Laboratory analysis improves crankshaft crankshaft design. Proceedings of the Purdue Compressor Technology Conference, 1972,USA. /L22/ Píšek F., Plešinger A. a kol.: Slévárenství II. Speciální část. SNTL Praha, 1975, str. 334 – 336. /L23/ Zwiebel P.: Komplexná racionalizácia výroby oceľovej nosnej časti kompresora chladni čky Calex, júl 1977. /L24/ STN 42 2425. Sivá liatina. /L25/ Reichelt J.: Überhitzter Kältemittelsaugdampf: Trocken oder nass? Das Danfoss Journal Journal 4/1979, s. 6-8. /L26/ Danfoss: Pokyny pro výb ěr a použití Maneurop. Pístové kompresory MT/MTZ, 50 Hz, R22, R407C, R134a, R404A, R507.1999. /L27/ Späť k základom, kniha druhá, časť druhá, chladivo izobután, s. 87. /L28/ Elektrolux Technical Support Europe.: Europe.: Pokyny Pokyny pro opravy, pájení a manipulaci s chladivem (R600a). /L29/ Tešík I., Končál J.: Aplikácia chladiva R600a vo výrobnom programe Nový Calex, a.s. /L30/ Halozan H.: Vývoj chladív. chladív. Dni novej techiky techiky Calex ´95. Zlaté Moravce 28.-30. 28.-30. 1995 1995 /L31/ Calex: Dvojpólové hermetické kompresory radu K12 až K38. Poznatky Poznatky ur čené pre pracovníkov konštrukcie, technológie a výroby. Zlaté Moravce, 1975. /L32/ Täglich 18.000 Verdichter in alle Welt. Ľ unité Hermétique S.A. – Ein europäischer Pionier in Hermetiks. Die Kälte u – Klimatechnik, 9/91, s. 642 – 657. /L33/ Maneurop, Trevouux bei Lyon, Lyon, Frankreich. Die Kälte u. Klimatechnik, 12/1984. 12/1984. ť č ť /L34/ Spä k základom, kniha druhá, as tretia. Olej pre chladivové kompresory. 2007/11. /L35/ Blaha M.: Kompresory Kompresory a podmienky podmienky ich použitia v chladiacej a klimatiza čnej technike. /L36/ Janda F., Blaha M., Blaha P.: Perspettive generali nello sviluppo sviluppo dei compressori compressori per gli impianti di climatizzazione. XI Convegno Europeo, Milano, 17.–18. June 2005 /L37/ Blaha M.: Calex-Verdichter in hermetischer Bauart mit zweipoligem Elektromotor. Elektromotor. Luft-und Kältetechnik 1980/1. /L38/ Danfoss: Kompresor Typ FR. Das Danfoss Journal, 2/75. /L39/ Biliard F.: Chlazení a klimatizace – novinky v regulačních a technických opat ř eních eních v oblasti chladiv. Zpravodaj Svazu CHKT 12/201. /L40/ Dvoř ák ák Z.: Konferencia Compressors 2004, Papierni čka, 29.9. 29.9. – 1.10.2004, Zpravodaj Svazu CHKT, CHKT, 12/2006. /L41/ Danfoss: Cooling Matters. Der Trend Trend zu natürlichen Kältemittln. Ausgabe Ausgabe 2, 2010. /L42/ Chmel P.: Nová generace kompresor ů Maneurop s regulací otá ček. Zpravodaj Svazu CHKT 2005/8. /L43/ Danfoss Maneurop: Baureihe NTZ. Verdichter für Tiefkühlanwendugen, Nürnberg 2010. /L44/ Horn J., Scharf Ph.: Ph.: Design consideration for heat punp compressors. Pardue University, USA, 1976. /L45/ Danfoss: Montageleitung für Wärmepumpensysteme. Wärmepumpensysteme. Das DAMFOSS Journal 1980/4. /L46/ Danfoss: Kompressoausfälle in gewerblichen gewerblichen Kältesystemen. Das Danfoss Danfoss Journal 3/1988. /L47/ Danfoss: Anforderungen an Wärmepumpenkompressoren. Wärmepumpenkompressoren. Das Danfoss Journal 1/1983. /L48/ Calex: Správa o rozbore použitých materiálov v rota čnom kompresore firmy Mitsubishi. Marec 1985. /49/ Vos G.: A new compressor type; the swing swing compressor. compressor. 3. International International Conference on Compressors and Coolants. Vysoké Tatry, hotel Academia, 29.9 1.10. 1999. /L9/
Späť k základom_kompresory
Strana 369
Slovenský zväz pre
chladiacu a klimatizačnú techniku z
znamená Vaše
spojenie s evolúciou v odbore
Združuje slovenských i zahrani čných podnikateľov, zamestnancov, projektantov, inštitúcie, firmy, a ostatných záujemcov z oblasti výroby, dovozu, obchodu, servisu, vzdelávania a užitia chladiacej, klimatizačnej techniky a tepelných čerpadiel Kontaktná adresa:
SZ CHKT Hlavná 325 900 41 Rovinka tel.: 02/45646971 fax: 02/45646971
[email protected] http://www.szchkt.org
Späť k základom_kompresory
Strana 370