Министерство образования Республики Беларусь

Министерство образования Республики Беларусь

Могилевский государственный университет продовольствия

Кафедра Теплохладотехники

Холодильные машины

Методические указания

К лабораторной работе “ Изучение работы винтового маслозаполненнего компрессорного агрегата” для студентов специальности

1 36 20 00 Низкотемпературная техника

Могилев 2013

УДК 621. 56

Методические указания рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры теплохладотехники “ 25” апреля 1997. Протокол № 10

Составитель: доц., к.т.н Зыльков В. П

Рецензент: нач. компр. цеха Могилевской

областной базы “Мясомолторг”

Музыкантов В. В

Могилевский государственный университет продовольствия

ВВЕДЕНИЕ.

В общем случае компрессором называется машина, предназначен­ная для сжатия и перемещения различных газов. В холодильной машине компрессор служит для отвода из испарителя пара хладагента, его сжатия и нагнетания в конденсатор..

В последнее время на крупных промышленных предприятиях широ­кое применение нашли холодильные установки с винтовыми компрессорами. По степени использования винтовые компрессоры находятся, на втором месте после поршневых.

Винтовые компрессоры относятся к компрессорам объемного прин­ципа действия. Рабочими органами таких компрессоров являются рото­ры или винты. На средней, утолщенной части роторов, нарезаны, винто­образные зубья. При вращении роторов зубья входят во взаимное за­цепление. Сжатие пара происходит в полости между е зубьями и поверх­ностью корпуса. В винтовых компрессорах отсутствуют клапаны, вмес­то них имеются всасывающее и нагнетательное окна.

Винтовые компрессоры делятся: по количеству роторов на однороторные, двухроторные и многороторные; по степени герметичности на сальниковые и бессальниковые; по расположению роторов на гори­зонтальные к вертикальные.; по виду рабочего вещества на сухие, мокрые и маслозапсдненные [1,2].,

В различных отраслях промышленности используются все типы компрессоров. Однако в холодильной технике применяются в основном, двухроторные маслозалолненные винтовые компрессоры. Смазочное мас­ло впрыскивается в полость сжатия и смешивается с паром холодиль­ного агента. Масло уплотняет зазоры между, роторами и корпусом, уменьшает коэффициент трения между зубьями и отводит теплоту сжа­тия. Для отделения, охлаждения и циркуляции масла к компрессору обязательно прилагается сложная масляная система Таким образом компрессор может работать только в составе компрессорного агрега­та, в который кроме компрессора входят электродвигатель, масляная система, приборы автоматики, визуального контроля и другое обору­дование.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

Целью работы является изучение конструкции, принципа действия и определения действительной производительности винтового маслозапол-ненного компрессорного агрегата.

2. ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Лабораторией работа проводится на действующим винтовом маслозаполненном компрессорном агрегате 15 составе холодильной установки холодильника Могилевской областной базы «Мясомолторг».Компрессорный агрегат работает в насосно циркуляционной компаундной системе охлаждения холодильных камер.

В состав компрессорного агрегата входят винтовой маслозаполненный компрессор, электродвигатель, маслоотделитель, маслосборник, масляный насос, охладитель масла, приборы автоматики и визуально­го контроля, запорная и регулирующая арматура и другие элементы.

Общий вид компрессорного агрегата показан на рис.1. Все обо­рудование представляет собой горизонтальную конструкцию, смонти­рованную на раме. Несущей конструкцией является маслоотделитель и маслосборник.

Принципиальная схема агрегата представлена на рис.2. Пар хо­лодильного агента из испарительной системы поступает во всасываю­щую полость компрессора 1 через обратный клапан 8 и паровой фильтр 7. Во всасывающей полости пар смешивается с маслом, которое поступает из опорных и упорных подшипников, сальника и разгрузоч­ного поршня. В начале процесса сжатия добавляется свежая холодная порция масла из распределительного коллектора 14. Образовавшаяся паромасляная смесь сжимается в компрессоре, а затем нагнетается в маслоотделитель 2 через нагнетательный патрубок. В маслоотделителе происходит отделение жидкого масла от парообразного холодильного агента.

Очищенный пар аммиака поднимается в верхнюю часть маслоотде­лителя и выходит в нагнетательный трубопровод через обратный кла­пан 9. Далее пар направляется в общий маслоотделитель холодильной установки.

Смазочное масло, отделившееся от пара, сливается через соединительные трубы в маслосборник З. Из маслосборника масло проходит фильтр грубой очистки 11 и всасывается масляным насосом 4. Далее масло насосом подается в межтрубное пространство двухсекционного кожухотрубного маслоохладителя 5. По внутреннему пространству теплообменных труб охладителя циркулирует холодная оборотная вода. За счет теплообмена с водой масло охлаждается на (20-40)°С. После охладителя масло проходит фильтр тонкой очистки 12 и направляется в распределительный коллектор, где разделяется на несколько пото­ков. Одна часть подается к подшипникам, другая - на сальник, третья в разгрузочный поршень (думис), а четвертая часть - в полость сжатия компрессора. Масло впрыскивается в полость компрессора через дросселирующий клапан, который регулирует температуру масла. В компрессоре масло смешивается с паром хладагента, сжимается и цикл повторяется вновь.

Холодопроизводительность агрегата регулируется плавно от 100 до 15 % перемещением золотника [2]. Перемещение золотника осу­ществляется вручную или автоматически. Для автоматического регулирования компрессор оборудован устройством Р 29, состоящим из электродвигателя и червячного редуктора. Перемещение золотника осуществляется включением данного устройства на определённое время. Ручное перемещение золотника производиться с помощью маховика, установленного на передней части компрессора [ 8 ].

Для предотвращения обратной раскрутки роторов при остановке компрессора на всасывающем и нагнетательном трубопроводах установ­лены обратные клапаны 8 и 9. Если обратных клапанов не будет, то произойдет обратное вращение роторов и пар из конденсатора будет идти в испарительную систему. При этом в компрессор могут попасть из маслоотделителя окалина, металлическая стружка и другие абра­зивные частицы.

В агрегате предусмотрен перепускной предохранительный клапан 10, соединяющий нагнетательную сторону компрессора со всасывающей. Кроме того, на маслоотделителе должен быть установлен аварийный предохранительный вентиль 16, соединяющийся с общей аварийной ли­нией.

Для обеспечения нормальной работы агрегата при пуске после длительной стоянки компрессора с холодным маслом предусмотрена разгрузочная масляная линия с вентилей 17, которая позволяет циркулировать маслу, минуя охладитель.

Заправка и слив масла изагрегата производится через запорный вентиль 18, установленный в нижней части маслосборника.

В агрегате установлен шестеренчатый масляный насос. Произво­дительность насоса превышает потребную согласно паспортным данным. Для обеспечения необходимого расхода масла через компрессор пре­дусмотрен редукционный клапан 13, который перепускает часть масла и создает требуемое давление в масляной системе. Разность давле­ний между давлением масла в маслоотделителе и давлением масла на входе в компрессор должна составлять 0,2 - 0,3 МПа. Во всех режи­мах энергозатраты на перекачивание масла остаются постоянными [3].

Регулирование температуры масла после маслоохладителя произ­водится с помощью водорегулирующего вентиля 15. Чувствительный термобаллон водорегулирующего вентиля плотно прикрепляется к мас­ляному трубопроводу, выходящему из маслоохладителя. При повышении температуры выходящего из охладителя масла (или поступающего в компрессор), баллон нагревается, внутри него увеличивается давле­ние и газ через капиллярную трубку давит на мембрану вентиля. Шток вентиля опускается и увеличивает сечение для прохода воды. Рас­ход воды возрастает, в результате чего более интенсивно охлаждает­ся масло в маслоохладителе. При понижении температуры выходящего масла наоборот расход воды уменьшается и ухудшается теплообмен.

ОБЩИЙ ВИД КОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА

Всасывание

1 - винтовой компрессор; 2 - маслоотделитель; 3 – маслосборник;

4 –маслонасос; 5 – охладитель масла; 6 – привод золотника; 7 – паровой фильтр; 8, 9 – обратный клапан; 10 – предохранительный клапан; 11 - масляный фильтр грубой очистки;12-масляный фильтр тонкой очистки; 13-редукционный клапан; 14 - распределительный коллектор;15-водорегулятор;16-предохранительный вентиль; 17-перепускной вентиль; 18-вентиль заправки и выпуска масла.

3. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. КОМПРЕССОРНОГО АГРЕГАТА.

3.1. ВИНТОВОЙ МАСЛОЗАПОЛНЕННЫЙ КОМПРЕССОР.

Винтвой холодильный компрессор ВХ 350,маслозаполненный,сальниковый,с плавным регулированием производительности.

Корпус компрессора, крышка, камера всасывания и золотник вы­полнены из специального чугуна. Корпус имеет один вертикальный разъём на стороне всасывания в плоскости торцов винтов. Нагнетательное окно находится в нижней части задней торцевой поверхности корпуса. Всасывающее окно находится в верхней торцевой поверхности крышки. Объём камеры всасывания расположен в объёме крышки. Корпус компрессора имеет каналы, предназначенные для подачи масла после подшипников и разгрузочного поршня.

Таблица 1. Характеристики винтового компрессора
ВХ 350-7-3 [ 2 ].

№	Наименование	Обознач.	Ед.изм.	Кол-во
	Холодопроизводительность
	Эффективная мощность
	Мощность электродвигателя
	Подача маслонасоса
	Объёмный расход воды			12,0
	Наружный диаметр роторов
	Отношение длины к диаметру			1,35
	Теор.объёмн.производительность			0,245
	Унос масла
	Геометр.степень сжатия

Ведущий и ведомый роторы выполнены из стали и имеют специаль­ный спиральный профиль зубьев. Ведущий ротор имеет четыре выпук­лых толстых зуба. ведомый - шесть вогнутых тонких зуба. В теле ведо­мого ротора просверлены каналы для лучшей циркуляции масла. Роторы вращаются в оперных подшипниках скольжения втулочного типа с баб­битовой заливкой. Для восприятия осевых нагрузок на каждом роторе установлены упорные подшипники качения.Осевое смещение винтов пре­дотвращается наличием разгрузочного поршня (думиса) на ведущем и ведомом роторах. Торцевой зазор между роторами и корпусом на стороне нагнетания должен составлять 0,05-0,08 мм., на стороне всасывания - 0,42-0.75 мм. Радиальный зазор между роторами и кор­пусом имеет величину 0,057 - 0,193 мм. Профильные зазоры между ро­торами находятся в пределах 0,05-0,17 мм. [ 2 ].

В нижней части корпуса под роторами вобласти сжатия установ­лен золотник, позволяющий плавно регулировать объёмную производи­тельность компрессора. Основная часть золотника имеет цилиндричес­кую форму, однако верхняя часть золотника повторяет профиль внут­ренней поверхности корпуса. Золотник от проворачивания предохраня­ет направляющая шпонка, которая позволяет в тоже время ему свобод­но перемещаться вдоль оси.

Сальник компрессора с одним плавающим графитовым кольцом пре­дотвращает утечки холодильного агента по валу привода компрессора.
Объём сальника заполнен маслом как во время работы, так и во время стоянки.

3.2. МАСЛООТДЕЛИТЕЛЬ.

Маслоотделитель: предназначен для отделения смазочного масла от парообразного холодильного агента. Он представляет собой горизонтальный стальной цилиндрический сосуд (см. рис 3).Крышки мас­лоотделителя приварены к цилиндрическому корпусу 1. Маслоотдели­тель состоит из трех секций. Первоначально смесь масла и пара хлад­агента после компрессора поступает в первую секцию. Из входного патрубка 2 паромасляная смесь попадает на отбойный слой монтажной плиты 3. При этом происходит грубое отделение масла, которое сте­кает через прорези монтажной плиты в нижнюю часть аппарата. После первой фазы маслоотделения смесь направляется во вторую секцию с циклонным сепаратором 4. В циклонном маслоотделителе потоку прида­ется вращательное движение. Под действием центробежных сил инерции капли масла отбрасывается к стенкам сепаратора и стекают вниз, а пар, как более легкий компонент, поднимается в верхнюю часть мас­лоотделителя. Далее, почти чистый холодильный агент проходит через три пакета спрессованной проводки 5,6,7. Оставшиеся мелкие капли

масла оседают на пакетах и также стекают в нижнюю часть аппарата.
МАСЛООТДЕЛИТЬ ВИНТОВОГО АГРЕГАТА

Рис.3

Практически чистый пар выходит из маслоотделителя через выходной патрубок 8. Из каждой секции маслоотделителя масло стека­ет в маслосборник по соединительным патрубкам. Степень очистки хо­лодильного агента зависит от марки масла, количества заправленного масла, температурного режима работы компрессора, скорости двухфаз­ного потока в аппарате и т.д. Однако величина уноса масла изменя­ется незначительно и, как правило, не превышает 0,1 кг/ч.

3.3. Охладитель масла.

Охладитель масла предназначен для охлаждения масла, поступающего в компрессор. Маслоотделитель представляет собой кожухотрубный двухсекционный теплообменный аппарат. Секции двухходовые, расположенные одна на другой. Горячее масло поступает снизу в первую секцию, проходит по межтрубному пространству, предварительно охлаждается и выходит через выходной патрубок, расположенный в верхней части корпуса секции. Из первой секции теплое масло поступает во входной патрубок второй секции, который также расположен в нижней части корпуса. Проходя по межтрубному пространству второй секции масло окончательно охлаждается и выходит через верхний выходной патрубок к фильтру тонкой очистки. Холодная вода входит в нижнюю часть передней крышки нижней секции, делает два хода по внутреннему объему теплообменных труб и выходит через верхний патрубок передней крышки. После первой секции вода совершает такое же движение во второй секции.

3.4 Фильтры

Газовый или паровой фильтр устанавливается на всасывающем патрубке перед компрессором. Он предназначен для очистки пара холодильного агента от окалины, песка и частиц прокладочного матери­ала перед его поступлением в компрессор. Газовый фильтр состоит из нескольких слоев мелкой стальной сетки. Для замены и чистки сетки предусмотрена крышка, которая прижимается к корпусу болтами.

Фильтр грубой очистки масла устанавливается перед масляным насосом. Он позволяет отделить от масла абразивные частицы. Фильтр имеет магнитную систему и перлоновое сито. С помощью магнитной системы задерживаются окалина, стальные стружки и другие магнитные продукты износа. Немагнитные материалы, такие как частицы паранитовых прокладок, производственные загрязнения, продукты старения масла задерживается на поверхности перлонового сита.

Фильтр тонкой очистки масла ставится после маслоохладителя. Он предназначен для фильтрации мелких абразивных частиц. Внутри корпуса фильтра имеется вставка с перлоновой сеткой.

4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ.

При проведении лабораторной работы необходимо строго соблюдать "Правила безопасной эксплуатации аммиачных холодильных устано­вок". Так как лабораторная работа проводится на действующей холодильной установке промышленного предприятия, то строжайше запре­щаются любые действия, которые могут изменить технологический ре­жим. Изучение конструкции винтового компрессорного агрегата и снятие необходимых параметров для расчетов разрешается производить только под наблюдением преподавателя и обслуживающего персонала. Любые необдуманные действия в отношении холодильного оборудования (нажатие какой-либо кнопки, вращение вентиля., изменение положения ручки переключателя и так далее) могут привести к изменению тем­пературного режима в холодильных камерах и порче продуктов.

Изучение конструкции компрессорного агрегата производится на работающем или остановленном агрегате. Производится поверхностный осмотр основных элементов и узлов. Внутреннее устройство изучается на запасных элементах, по справочному материалу или по методичес­ким указаниям, Необходимо на агрегате проследить прохождение пара холодильного агента, смазочного масла и охлаждающей воды в соответствии с принципиальной схемой в методических указаниях к лабораторной работе. Разобраться в назначении некоторых неуказанных методических указаниях элементов и выявить имеющиеся несоответствия теоретической и действительных схем.

После детального изучения основных и вспомогательных элементов и всего компрессорного агрегата в целом производятся замеры показаний измерительных приборов. По манометрам, установленным на щите управления, снимаются показания избыточных давлений всасыванияр_вс, нагнетания Р_Н и масла на входе в компрессор Р_м. По термо­метрам, установленным в термометровых гильзах всасывающего, нагнетательного и масляного трубопроводах, определяются температуры всасывания t_вс, нагнетания t_н и масла на входе в компрессор t_м.

Измерения показаний приборов производится не менее 3^х раз через 10-15 минут, после чего рассчитываются их средние значения. Все показания приборов заносятся в протокол испытаний (таблица 1).

Таблица 2. Показания измерительных приборов.

Параметры	1-й замер	2-й замер	3-й замер	Средние значения
Рвс.изб, кг/см^2
Рн.изб, кг/см^2
Рм.изб, кг/см^2
tвс, ^оС
tн, ^оС
tм, ^оС

5. Обработка результатов испытаний.

Абсолютные давления всасывания Р_вс.абс, нагнетания Р_н.абм и масла перед компрессором Р_м.абс рассчитываются исходя из атмосферного давления в момент испытания по одной из следующих формул в зависимости от типа имеющегося барометра:

Р_абс = [ (Р_изб*0,098) + Р_б] 10^-4, МПа,

где Р_изб – среднее значение избыточных давлений по показаниям манометра, кг/см² (см. табл.1); Р_б – барометрическое атмосферное давление в момент испытания, Па (по показаниям барометра).

Или

Р_абс = [ Р_изб + (Р_б/760) ] 0,098, МПа,

Где Р_б – барометрическое атмосферное давление в момент испытаний, мм. рт. ст. (по показаниям барометра).
По найденным значениям абсолютных давлений к температурам в одной из термодинамических диаграмм для аммиака (S-T или h-P) строятся процессы сжатия холодильного агента в винтовом компрессоре, которые показаны на рис. 4. На рисунке процесс 1-2м – действительный процесс сжатия хладагента с маслом; процесс 1-2а – адиабатный теоретический процесс сжатия, процесс 1-2с – условный процесс сжатия сухого пара.

ПРОЦЕССЫ СЖАТИЯ В ВИНТОВОМ КОМПРЕССОРЕ

а) б)

Рис.4

а) Процессы сжатия в h-P – диаграмме

б) Процессы сжатия в S-T - диаграмме

Точка 1 характеризует состояние рабочего вещества в начале процесса сжатия. Она строится по известным значениям Р_вс.абс и

t_вс (см табл.2). Точка 2м показывает действительное состояние паромасляной смеси на выходе ив компрессора. Она находится также по известному давлению _Рн.абс и температуре t_н.Процесс 1-2а про­текает от т.1. по линии постоянной энтропии до пересечения с изоба­рой нагнетания Р_н._абс. Точка 2с характеризует состояние пара при "сухом" сжатии в компрессоре [1]. Энтальпия пара в т. 2с находит­ся по уравнению:

h_2C = h₁ + [ (h_2a - h₁) / η_i ] Дж/кг

где η_i - индикаторный КПД компрессора. Экспериментальные значе­ния η_i для компрессора ВХ З50-7 показаны на рис. 5 [2].

По известным значениям Рн.абс и h_2C на диаграмме находится точка 2с.

Параметры узловых точек цикла, необходимые для расчета, сво­дятся в табл.3

Таблица 3. Параметры хладагента в узловых точках цикла.

Параметры, Един. измер.	Номера точек цикла
	2м	2а	2с
Р, МПа
t, ^oC
h, кДж/кг
V, м^3/кг

Коэффициент подачи и индикаторный КПД компрессора

Количество теплоты, подведенной к маслу в компрессоре в процессе сжатия от холодильного агента, определятся соотношением:

Q_м = G_a q_м, Вт

Где q_м – удельная теплота, отводимая маслом от 1 кг. холодильного агента в компрессоре, Дж/кг.

q_м = h_2c – h_2м,

Тогда

Q_м = G_a (h_2c – h_2м), Вт

С другой стороны, тоже самое количество теплоты от масла отводится в маслоотделителе холодной водой, т.е

Q_м = G_м С_м (t_м.вх – t_м.вых), Вт,

Где G_м – расход масла через компрессор, кгс/с (см. табл.1);

С_м – теплоемкость масла при средней температуре в маслоохладителе, кДж/ (кг K);

t_м.вх, t_м.вых – температура масла на входе и выходе их маслоотделителя соответственно, ^оС.

Температуру масла на входе в маслоотделитель с некоторой погрешностью можно принять на 2-3 ^ОС ниже температуры нагнетания, т.е:

t_м.вх = t_н – (2-3), ^оС

Температура масла на выходе из маслоотделителя принимается равной температуре масла на входе в компрессор, т.е:

t_{м.вых =} t_м., ^оС

С учетом равенства теплоты, подведенной к маслу в компрессоре и отведенной от масла в маслоохладителе, можно составить уравнение теплового баланса:

G_а (h_2c - h_2м) = G_м С_м (t_м.вх – t_м.вых)

Из полученного равенства легко определить действительную массовую производительность компрессора:

G_а = (G_м С_м t_м) / (h_2c - h_2м), кг/ с.

Действительная объемная производительность компрессора в период испытаний равна:

V_a = G_а V₁, м³/с.,

Где V₁ – удельный объем пара на всасывании в компрессор, м³/кг. (см. табл.3)

Степень регулирования производительности компрессора в момент испытаний находится по уравнению:

δ_v = [ (V_км – V_а) / V_км ] 100%,

где V_км – полная объемная производительность компрессора на данном режиме работы, м³/с.

Объемная производительность компрессора определяется с учетом объемных потерь:

V_км = V_h λ_п, м³/с

Где V_h – теоретическая объемная производительность компрессора, (см. табл.1);

λ_п – коэффициент подачи компрессора, который определяется по графику на рис.5.

Содержание отчета по лабораторной работе.

Отчет должен включать в себя следующие пункты:

1. Название и цель лабораторной работы;

2. Принципиальную схему компрессорного агрегата;

3. Порядок работы компрессорного агрегата;

4. Протокол испытаний (Табл.1);

5. Процессы сжатия в одной из диаграмм;

6. Параметры хладагента в узловых точках цикла (Табл. 3);

7. Расчеты действительной объемной производительности и степень регулирования работы компрессора;

8. Вывод по лабораторной работе.

Литература:

1. Холодильные машины. Учебник для ВТУЗов./ Под ред. И.А Сакуна. – Л.: Машиностроение, 1985: - 510 с.

2. Холодильные компрессоры. Справочник / Под ред. А. В. Быкова. – М. – Колос, 1992: - 304 с.

3. Якшаров Б. П., Смирнова И. В. Справочник механика по холодильным установкам. Л.: Агропромивдат, 1989. – 312 с.

Методические указания

к лабораторной работе " Изучение работы винтового маслозаполненного компрессорного агрегата " для студентов специальности Т 05.07 - Низкотемпературная техника и энергетика.

Составитель: доц., к.т.н Зыльков В.П

Нормоконтролер: Хасаншина С. А

Редактор: Стрельцова С. Г

Подписано в печать 23.09.97г. Формат 60 х 84 1/16

Печать офсетная. Усл. Печ. Л. 1.1 Уч. Изд. Л. 1.2

Тираж 60 экз. Заказ № 495 Бесплатно

Напечатано на ротапринтере М Т И

212027, Могилев, пр. Шмидта 3

Дата добавления: 2015-11-04