Sprężarka jest najważniejszym i często najdroższym (30 do 40% całkowitych kosztów) z pośród wszystkich elementów parowego obiegu chłodniczego. Funkcją sprężarki jest ciągłe odprowadzanie pary czynnika chłodniczego z parownika, tak aby wytworzone niskie ciśnienie i niska temperatura umożliwiła odparowanie cieczy w parowniku. Ponadto sprężarka musi podnieść ciśnienie czynnika chłodniczego do poziomu, przy którym czynnik ulegnie kondensacji w wyniku odprowadzenie ciepła do medium chłodzącego skraplacz. rabczak@prz.edu.pl I. Podział ze względu na zasadę pracy: I. Podział ze względu na zasadę pracy: Sprężarka wyporowa zasada pracy (podgrupa: sprężarka tłokowa) a) sprężarki wyporowe b) sprężarki wirowe W sprężarkach wyporowych, czynnik chłodniczy dostaje się do zamkniętej przestrzeni, w której następuje zmniejszenie jego objętości. Dzięki temu jego ciśnienie rośnie do poziomu nieznacznie większego niż w skraplaczu. Na miejsce czynnika, który opuścił zamkniętą przestrzeń sprężarki wpływa nowa porcja czynnika. W związku z tym przepływ czynnika podlega pulsacji. Są one niezauważalne ze względu na dużą prędkość pracy sprężarki. Z powodu pulsacji ulegają szybszemu zużyciu, powodują wibracje i duży hałas. 1
Sprężarki wyporowe - podział I. Podział ze względu na zasadę pracy: sprężarki wirowe W sprężarkach wirowych, wzrost ciśnienia odbywa się poprzez zamianę energii kinetycznej obracającego się elementu mechanicznego na energię ciśnienia - statyczną. Sprężarki wirowe nie powoduję efektu pulsacji, stąd wolniej się zużywają i nie powodują dużych wibracji w porównaniu ze sprężarkami wyporowymi. Sprężarki wyporowe podział Idealna sprężarka tłokowa z przestrzenią szkodliwą Sprężarki tłokowe przestrzeń szkodliwa i pojemność skokowa Eksperymentalne sprężarki akustyczne 2
Sprężarki wielotłokowe osiowe Przykłady Sprężarka z wałem obrotowym stosowana w sprężarkach chłodniczych tłoki w samochodach. Sprężarki obrotowe z 1 wałem - łopatkowe wirnik łopatki Płyta zaworowa Płyta wahliwa uszczelnienie uszczelnienie Zawory tłoczne głowica Sprężarki łopatkowe Sprężarki obrotowe mimośrodowe Wydajności do 2 kw Ze względu na małą wagę stosowane są w transporcie, jak również w domowych pompach ciepła. Wymagany jest separator oleju, ponieważ smarowanie odbywa się poprzez dostarczanie oleju do elementów sprężarki za pomocą pompy. Jeden stopień sprężania umożliwia uzyskanie temp. odparowania -40 oc i skraplania 60. Wydajności od 2 do 40 kw. Regulacją poprzez zmianę prędkości lub poprzez dławienie na ssaniu. 3
Sprężarki orbitalne - scroll Wydajność 3 do 50 kw. Zastosowanie w klimatyzacji i pompach ciepła. Sprężarki obrotowe śrubowe Scroll orbitujący Rotor męski napędza rotor żeński. Dla 4 łopatek obracających się z prędkością 3600 rpm, w ciągu minuty otrzymamy 4x3600 = 14 400 cykli tłoczenia na minutę. Scroll stały uszczelnienie Sprężarki orbitalne scroll zasada działania Scroll nie ruchomy Scroll ruchomy Sprężarki orbitalne scroll zasada działania 4
Sprężarki typu scroll Sprężarki podłączenie Zalety: 1. Duży otwór ssawny i tłoczny eliminuje straty ciśnienia podczas zasysania i toczenia. Oddzielenie ssania od sprężania redukuje ilość ciepła przekazywanego do strony ssawnej, wzrasta sprawność wolumetryczna. Duża wydajność sprężania, niski hałas i małe wibracje w porównaniu z sprężarkami tłokowymi. Kompaktowa budowa z minimalną liczbą części ruchomych. 2. 3. 4. Kontrola wydajności sprężarek II. Podział sprężarek ze względu na usytuowanie sprężarki względem napędu zewnętrznego (silnika): a) b) c) typu otwartego hermetyczne pół-hermetyczne Zmniejszenie temperatury odparowania, na skutek zmniejszenia obciążenia chłodniczego (mniejsze zapotrzebowanie na chłód) może doprowadzić do szronienia na parowniku lub zamrożenia czynnika pośredniczącego w przekazywaniu chłodu. Dlatego wydajność sprężarki jest regulowana poprzez: 1. 2. 3. 4. 5. Praca on-off Regulacja przeciwciśnienia (dławienie gazu po stronie ssawnej) By-pass gorącego gazu Nie napełnianie wybranych cylindrów w sprężarkach wielocylindrowych (podwieszanie zaworów) Regulacja prędkości sprężarki 5
Kontrola wydajności - By pass gorącego gazu Kontrola wydajności By-pass gorącego gazu Metoda bardzo efektywna. Spadek ciśnienia w parowniku poniżej wartości zadanej otwiera zawór rozprężny i gorący czynnik dostaje się przed sprężarkę lub przed parownik, co poprawia powrót oleju do sprężarki. Brak redukcji mocy. Duże przegrzanie Kontrola wydajności - By pass gorącego gazu Kontrola wydajności sprężarek Regulacja prędkości - INVERTER Przy dużych mocach urządzenia jedna sprężarka pracuje jako inwerterowa natomiast pozostałe on/off. Oszczędności w zużyciu energii - około 40%. 6
Kontrola wydajności sprężarek Regulacja prędkości - INVERTER Kontrola wydajności sprężarek Regulacja prędkości obrotowe sprężarki Może być realizowana za pomocą: Przekładni mechanicznej Zmiany par biegunów Zwykle stosuje sie 2, żadziej 3 pary biegunów co pozwala na redukcję prędkości 1500/750 lub 1500/1000/750 obr/min (3 pary biegunów) Redukcję napięcia Spada sprawność silnika i wymaga specjalnej konstrukcji silnika Zmianę częstotliwości Zwykle zmiany wynoszą od 30 do 60 Hz. Wyjątek to hermetyczne sprężarki śrubowe: od 10 do 100 Hz. Zmniejszenie zużycia energii sprężania EVI (wtrysk pary) Zmniejszenie zużycia energii sprężania EVI (wtrysk pary) Stosowana dla nowych układów chłodniczych w multisplitach, chillerach. 7
Zabezpieczenia układu chłodniczego Zmniejszenie zużycia energii przy ruchamianiu sprężarki Wykres wydajności dla sprężarki Zabezpieczenia przez wzrostem temperatury i ciśneinia Zmniejszenie zużycia energii przy ruchamianiu sprężarki Wykres wydajności dla sprężarki po przełączaniu trójkąt-gwiazda KLASYFIKACJA Zawory rozprężne można podzielić na: zawory ze stałą powierzchnią przepływu i ze zmienną powierzchnią przepływu W zaworach ze zmienną powierzchnią przepływu, powierzchnia zaworu zmienia się zależnie od ilości czynnika przepływającego przez zawór. 8
KLASYFIKACJA RURKI KAPILARNE Ogólnie rozróżnia się 7 typów zaworów rozprężnych: Rurka kapilarna jest to długi, wąski przewód o stałym wymiarze poprzecznym. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. ręczne (manualne) zawory rozprężne rurki kapilarne zwężki(venturiego) stałego ciśnienia lub automatyczne zawory rozprężne (AEV Automatic Expansion Valve) termostatyczne zawory rozprężne (TEV - Thermostatic Expansion Valve) pływakowe zawory rozprężne wysokiego ciśnienia niskiego ciśnienia elektroniczne zawory rozprężne(eev) Typowe wymiary rurek kapilarnych wynoszą od 0.5 mm do3 mm i osiągają długość od 1.0 m do 6 m. Redukcja ciśnienia: Czynnik chłodniczy pokonując opory przepływu związane z ściankami przewodu, redukuje swoje ciśnienie (następuje spadek ciśnienia) Ciecz czynnika chłodniczego odparowuje w mieszaninie cieczy i paru na skutek redukcji ciśnienia. KAPILARA Zależność masowego natężenia przepływu od ciśnienia parowania. Tc= constant Przepływ krytyczny DOBÓR KAPILARY OKREŚLENIE WYMAGANEGO SPADKU CIŚNIENIA NA ZAWORZE Spadek ciśnienia obliczamy ze wzoru: pzr pc pe pciecz purządz phs prp pciecz - spadek ciśnienia w odcinku cieczowym p urząrz - spadek ciśnienia na urządzeniach p Hs - ciśnienie hydrostatyczne p r - ciśnienie na rozdzielaczu p Rp - ciśnienie za rozdzielaczem 9
ZWĘŻKI Przepływ czynnika chłodniczego przez zwężkę AUTOMATYCZNE ZAWORY ROZPRĘŻNE (AEV) Automatyczne zawory rozprężne znane również jako zawory stałego ciśnienia, procują w taki sposób, aby zapewnić niezmienne ciśnienie i temperaturę w parowniku. Dobór średnicy zwężki Qactual P1 i P2 K wydajność chłodnicza ciśnienie przez i za zwężką stała zwężki Stosowane głównie do pomiarów wydajności! Zastosowanie AVE Zawory te stosowane są wszędzie tam, gdzie wymagane jest utrzymanie stałej temperatury odparowania, np. w chłodniach do przechowywania żywności w stałej temperaturze. Termostatyczny zawór rozprężny utrzymuje stałą wartość przegrzania na wyjściu z parownika, dlatego jest najbardziej efektywny dla parowników suchych, zabezpieczając sprężarkę przed zasysaniem ciekłego czynnika. Ze względu na prostą konstrukcję i niskie koszty wykorzystywane są również w domowych zamrażarkach, małych jednostkach. Wydajność ich ograniczona jest na ogół warunkami wystąpienia przepływu krytycznego. Głównym elementem zawory jest czujnik temperatury przymocowany do przewodu chłodniczego za parownikiem. Czujnik ten połączony jest z zaworem za pomocą rurki kapilarnej. Wewnątrz rurki znajduje się czynnik roboczy. Czynnikiem roboczym może być czynnik chłodniczy identyczny z czynnikiem krążącym w układzie lub inny (TEV z krzyżową wymianą). 10
Zmienne obciążenie Zmienne obciążenie Z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia Pp Jeśli stopień przegrzania wynosi Ts, całkowite przegrzanie za parownikiem wyniesie Ts + Te. Pe Czynnik roboczy w kapilarze Tak duże przegrzanie może doprowadzić do zmniejszenia sprawności wolumetrycznej sprężarki. Czynnik chłodniczy Pp Pe Czynnik roboczy jest dobrany w taki sposób, aby ciśnienie nasycenia dla każdej temperatury odparowania było mniejsze od ciśnienia nasycenia dla czynnika chłodniczego. Aby temu przeciwdziałać odbiera się sygnał ciśnienia z wyjścia z parownika Pe - Pe i podaje się go do dolnej części zaworu termostatycznego, pod membranę. Skutkuje to tym, że stopień przegrzania jest niezależny od spadku ciśnienia na parowniku i wynosi Ts. Takie rozwiązanie nosi nazwę zewnętrznego wyrównania ciśnienia. 11
Z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia Zalety Bardzo dokładna kontrola wydajności przepływającego czynnika chłodniczego w zależności od zapotrzebowania chłodu. Zabezpiecza parownik przed wysuszeniem przy wysokich obciążeniach chłodniczych. Zabezpiecza sprężarkę przed zalaniem: poprzez utrzymywanie stałego przegrzania niezależnie od obciążenia. Konieczne dokładne wykonanie czujnika, dobra izolacja i przyleganie do przewodu. 12
Zawory rozprężne elektroniczne EEV z silnikiem krokowym Przykład Zawory rozprężne elektroniczne EEV z silnikiem krokowym Rotor Stojan Przewód sygnałowy Grzybek Zawory rozprężne elektroniczne EEV z silnikiem krokowym Zalety: Podłączenie zaworu rozprężnego do parownika Bardzo precyzyjna kontrola dzięki silnikowi krokowemu (od 200 do 6000 kroków na sekundę) Małe wymiary kompaktowa budowa Bardzo małe przegrzanie lub przegrzanie sterowane dodatkowy przewód sygnałowy ciśnienia Regulacja niezależna od rodzaju czynnika chłodniczego + grzałka Małe zużycie energii poniżej 4 W Liniowa charakterystyka pracy 13
14