8 (495) 984-74-92
8 (495) 226-51-87
Главная
Техническая информация
Компрессоры и агрегаты
Двухступенчатые поршневые компрессоры Битцер


Двухступенчатые поршневые компрессоры Битцер

С учётом возросшего в последнее время интереса к энергосберегающим технологиям в малом промышленном и, главным образом, в коммерческом холоде, обусловленного перспективами вступления России в ВТО, специалисты холодильных компаний проявляют всё больше внимания к двухступенчатым компрессорам, а также к установкам двухступенчатого сжатия.

Мы подготовили материал, который предполагается разделить на две информационных статьи, посвящённых этой большой и становящейся в последнее время всё более актуальной теме.

В первой статье мы рассмотрим подробно конструкцию двухступенчатых компрессоров Битцер и модельный ряд поршневых и тандемов такой конструкции.

Изображение
Рис. 1. Модельный ряд

Модельный ряд двухступенчатых компрессоров Битцер с объёмной производительностью от 19,7 до 202,2 м3/час включает в себя 3 модели четырёхцилиндровых, 4 модели шестицилиндровых, а также 4 модели двухступенчатых тандем-компрессоров. Практически на базе каждой двухступенчатой модели на различных заводах группы компаний Битцер производятся компрессорно-конденсаторные и компрессорно-ресиверные агрегаты.

Изображение
Рис. 2 Вид компрессора

Конструкция и принцип работы компрессора наглядно показаны на продольном и поперечном разрезах, изображённых на рис. 3 и 4. Рассмотрим последовательность продвижения всасываемого и нагнетаемого газа в корпусе.

Изображение
Рис. 3. Поперечный разрез компрессора
Изображение
Рис. 4. Продольный разрез компрессора

Главная особенность конструкции, ужесточающая требование не допускать на всасывание жидкую составляющую хладагента или масло, это то, что всасывание в таком компрессоре производится не через электромотор, а через клапанную доску в случае четырёхцилиндрового или две доски в случае шестицилиндрового. На рисунках 3 и 4 направление всасываемого пара показано синими стрелками, а полости всасывания в головках блоков цилиндров выполняющих первый цикл сжатия обозначены «LP». Полости нагнетания в этих головках, обозначенные «МР», соединены перепускным коллектором с моторным отсеком и картером, в котором находится пар, сжатый до промежуточного давления. То, что в картере находится хладагент под давлением выше атмосферного, следует иметь в виду, например, при необходимости заменить масло в компрессоре.

В двухступенчатых компрессорах стандартной комплектации для охлаждения пара, сжатого до промежуточного давления в первой ступени, непосредственно в перепускной коллектор осуществляется впуск через ТРВ холодных паров хладагента или импульсный впрыск жидкого хладагента R22 через клапан системы «CIC».

В двухступенчатых с переохладителем в перепускной коллектор подаётся холодный пар из теплообменника переохладителя.

Из моторного отсека уже охлаждённый пар подаётся в головку блока цилиндров второй ступени сжатия, полость нагнетания в которой обозначена на рисунках «НР». На крышке этой головки находится запорный вентиль нагнетания.

Суммарный описанный объём всех цилиндров первой ступени примерно в 1,6…2 раза больше суммарного описанного объёма всех цилиндров второй ступени. В четырёхцилиндровых это достигается соответствующим соотношением диаметров цилиндров первой и второй ступени, а в шестицилиндровых это соотношение достигается тем, что для первой ступени сжатия используется четыре цилиндра, а для второй — два.

Конструкция серийных двухступенчатых компрессоров Битцер не предусматривает установку на них ни клапанов предпусковой разгрузки «SU» ни клапанов-регуляторов производительности «CR». Снижение пусковых токов обеспечивается последовательным включением мотора с разделёнными обмотками «PW», которыми оснащаются все двухступенчатые.

У крупных европейских холодильных компаний есть положительный опыт применения частотных инверторов, например, производимых немецкой фирмой «KIMO Kaltetechnik HKL» для регулирования производительности. Частотный инвертор изменяет частоту вращения ротора электродвигателя, регулируя тем самым его производительность. Сегодня такой способ регулирования производительности считается самым передовым. Частотный инвертор обеспечивает плавный пуск и останов компрессора, а также регулирование его производительности в широком диапазоне частот. Такое регулирование предусматривает без существенного уменьшения значений СОР (эффективности) и CosFI как снижение производительности, так и её увеличение до 25% от номинального значения. Возможность увеличения производительности выше его номинального значения практически без ухудшения эффективности делает применение частотного инвертора сегодня всё более и более привлекательным, несмотря на довольно высокую его стоимость.

С учётом того, что применение хладагента R22 в России будет возможно ещё довольно долгие годы, применение двухступенчатых компрессоров в низкотемпературных морозильных установках будет тем более эффективно, чем дороже будет становиться электроэнергия. Преимущества двухступенчатого сжатия в низкотемпературных установках наглядно можно увидеть, изобразив такие циклы разным цветом на p-h-диаграмме (см. рис. 5). На диаграмме хорошо видно, что работа одноступенчатого на очень низких температурах кипения, на R22 в особенности (цикл изображён красной линией), определяет значительный рост температуры нагнетания. Высокая температура нагнетания при неблагоприятных условиях может выйти за рамки допустимого значения даже при нормально функционирующей системе впрыска жидкого хладагента «CIC» для охлаждения головок цилиндров. Кроме того, следует иметь в виду, что функционирование системы «CIC» приводит к небольшому снижению холодильного коэффициента СОР.

Разделение полного цикла сжатия на две ступени с промежуточным охлаждением (циклы изображены синими линиями) существенно уменьшает величину работы сжатия компрессора и не позволяет значениям температуры нагнетания выходить за рамки допустимых пределов нормального функционирования.

Изображение
Рис.5. p-h-диаграмма

На диаграмме хорошо видны изотермы, в которые «упираются» правые верхние углы циклов при одноступенчатом и двухступенчатом сжатии. Также на диаграмме наглядно показана возможность увеличения холодопроизводительности в двухступенчатом цикле сжатия за счёт переохлаждения сконденсированного хладагента, что вместе с сокращением величины работы сжатия повышает общую эффективность цикла, следовательно, определяет более высокий СОР двухступенчатого компрессора.

В качестве переохладителей используются пластинчатые теплообменники, которые вместе с подводящими трубопроводами, электромагнитными клапанами и ТРВ или системой «CIC» впрыска жидкого хладагента R22 размещаются непосредственно на корпусе двухступенчатых компрессоров на заводе-изготовителе.

Изображение
Рис. 6. Фото тандема

Сегодня холодильные компании всё больше используют в своих низкотемпературных установках двухступенчатые и тандем-компрессоры вместо более дешёвых одноступенчатых. Возрастающий интерес определяется желанием заказчиков уменьшить эксплуатационные расходы при многолетней эксплуатации надёжного низкотемпературного холодильного оборудования.

Энергетические эффективности работы одноступенчатого и двухступенчатого компрессоров можно сравнить, проведя расчёты по программе подбора оборудования Bitzer Software 4.2.1 и сравнив значения холодильного коэффициента СОР в одной рабочей точке: to = −45oC, tc = 35 oC, Δ toh = 10K двух компрессоров Битцер, работающих на R22:

Одноступенчатый компрессор 6F-40.2-40P с системой «CIC» в данной точке выдаёт Qo = 9,35 kW, Pe = 10,89 kW, COP= 0,86.

Двухступенчатый компрессор S6J-16.2-40P с переохладителем в данной точке выдаёт Qo = 10,22 kW, Pe = 8,36 kW, COP = 1,22.

Результаты расчёта наглядно демонстрируют значительно более высокую эксплуатационную эффективность двухступенчатого, а, следовательно, значительно более низкие эксплуатационные затраты по сравнению с одноступенчатым. Это, безусловно, делает его, рассчитанное на десятилетия применение в низкотемпературных морозильных установках экономически более оправданным в свете ожидаемого неуклонного роста стоимости электроэнергии в нашей стране. Экономические обозреватели предсказывают значительный рост цен на отечественные энергоресурсы до среднеевропейских цен, который должен начаться сразу после ожидаемого в ближайшем будущем вступления России в ВТО. Следовательно, эксплуатирующим организациям уже сегодня следует подумать об эксплуатационной эффективности холодильного оборудования, закупка и установка которого планируется в ближайшей перспективе.

Изображение
Рис. 7. Область применения

Применение в установках с двухступенчатыми компрессорами HFC хладагентов R404A, R507A и R410A позволяет также достичь очень низких температур кипения до −70oC (см. рис. 7). Ограничения по температуре конденсации установок, работающих на таких низких температурах кипения, обеспечиваются применением в них конденсаторов водяного охлаждения. Достижение таких низких температур кипения необходимо в специальных небольших климатических испытательных холодильных установках, которые используются в медицине, в приборостроении, в авиационно-космической промышленности, в ВПК и на других производствах. Холодильный коэффициент СОР такой установки в этой рабочей точке не высокий, но стоимость её значительно ниже более эффективной двухкаскадной низкотемпературной морозильной установки.

Сегодня в Центре исследований и новых разработок компании Bitzer Kuehlmaschinenbau GmbH в Роттенбурге разрабатываются поршневые компрессоры новой конструкции. На смену выпускаемых в настоящее время четырёх и шестицилиндровых поршневых компрессоров классического дизайна «Поколение.2» серий В5 и В6 разрабатываются компрессоры новой конструкции концепции «Octagon» с той же объёмной производительностью. Аналогичные разработки ведутся и для двухступенчатых.

Ранее были опубликованы материалы о холодильной установке, специально разработанной специалистами Битцер, для рефрижераторных контейнеров фирмы «MAERSK». Для этой установки был разработан двухступенчатый компрессор новой конструкции концепции «Octagon», который по холодопроизводительности превосходил серийный одноступенчатый на 25%. Среднее потребление энергии на типичный цикл нагрузки было на 30% меньше того же показателя для одноступенчатого серийного. Работающий на хладагенте R134a компрессор Битцер S4CC-5.2Y оснащается переохладителем и частотным инвертором фирмой «Danfoss» для регулирования производительности. Конструкция его предусматривает при необходимости отключение первой ступени сжатия и перевод его на одноступенчатый режим работы. Корпус S4CC-5.2Y изготавливается не из чугуна, а из лёгкого алюминиево-магниевого сплава со стальными гильзами в цилиндрах. На сегодня такими установками оснащено свыше 1500 рефконтейнеров «MAERSK».

Изображение
Рис. 8. Фото S4CC-5.2Y в рефконтейнере

Получить достоверные данные по производительности двухступенчатых компрессоров и агрегатов на их базе можно из официальных проспектов Битцер КР-150–2 и КР-250–2, а также по результатам расчётов по новой версии программы по подбору оборудования Bitzer software 4.2.1. В инструкции по эксплуатации двухступенчатых компрессоров Битцер КВ-150–3 приведены схемы компоновки основных узлов: ТРВ, системы «CIC», теплообменников переохладителей, а также даны указания по настройке ТРВ различных типов и производительностей. Технические специалисты компании Битцер готовы дать инженерам холодильных компаний все необходимые консультации по компоновке, настройке и эксплуатации установок.

Источник Битцер СНГ
 

"Добавить комментарий"


"Обновить"

<< Новые поршневые компрессоры "Octagon"   Холодильные компрессоры BITZER >>