Компрессоры Bitzer в каскадных холодильных установках на СО2

01.06.2016

В последнее время во всем мире растет интерес к применению природных хладагентов, использование которых не причиняет вреда окружающей среде. Применение СО2 в качестве хладоносителя вторичного контура, а также хладагента для низкотемпературных холодильных систем каскадного типа является перспективным направлением при проектировании холодильных систем благодаря благоприятным термо-физическим характеристикам углекислого газа. Немаловажным конкурентным преимуществом СО2 в перспективе является снижение капитальной стоимости углекислотной холодильной установки за счет экономии на компрессоре (в таких установках можно использовать агрегаты, рассчитанные на малое индустриальное или даже коммерческое применение), трубопроводах и арматуре.

СО2 в низкотемпературных каскадных установках

Применение углекислого газа накладывает на холодильное оборудование требования, связанные с особенностями функционирования СО2 в качестве хладагента. На мировом рынке холодильного оборудования уже представлены компрессоры, разработанные специально для работы с СО2 (например, компрессоры Mycom, Grasso, York и другие), однако стоимость такого холодильного оборудования на данный момент слишком высока для его широкого распространения. В настоящее время рядом фирм, производящих холодильные агрегаты и осуществляющих продажу комплектующих для холодильного оборудования, проводятся мероприятия по усовершенствованию конструкции фреоновых и аммиачных компрессоров с использованием стандартных узлов серийного изготовления для работы с высоким уровнем рабочих давлений, характерным в холодильных установках на СО2. Такой подход обеспечит значительное снижение цены холодильных компрессоров и увеличит их распространение в промышленности.

 Характеристики производительности винтового компрессора Bitzer с производ. 220 м куб в ч

Компрессоры Bitzer для СО2

Уже сейчас компания Bitzer выпускает модифицированные их для СО2 поршневые компрессоры серии Октагон, которые в скандинавских странах широко используются на втором низкотемпературном уровне в каскадных холодильных системах супермаркетов. Одновременно проводятся исследования по модификации конструкции аммиачных и фреоновых полугерметичных компрессоров Bitzer для использования их в СО2-контурах крупных промышленных холодильных систем по следующим направлениям:

  1. 1) повышение механической прочности для работы в условиях больших нагрузок и высокого давления;
  2. 2) комбинирование различных компонентов одного семейства для увеличения приводного момента и работы с повышенной механической нагрузкой;
  3. 3) дополнительное охлаждение электромотора;
  4. 4) подбор смазки.

 

Повышение механической прочности компрессора Bitzer

Запас прочности типовых полугерметичных холодильных компрессоров, даже в пять раз превышающий (согласно европейским стандартам) внутреннее давление, которое возникает в аммиачных и фреоновых холодильных системах, явно недостаточно для эффективного функционирования с СО2. Механическая прочность компрессора Bitzer была увеличена благодаря применению таких конструкторских решений:

 

  • изготовления литых корпусных деталей из чугуна со сферической гранитной структурой (вместо серого чугуна), повышающих механическую прочность стенок компрессора без их утолщения;
  • оснащение компрессора внутренним предохранительным клапаном давления, аналогичного внешнему предохранительному клапану;
  • применение прокладки с металлическим усилением;
  • добавление поддерживающих элементов в уплотнениях.

 

 Низкотемпературная каскадная холодильная машина с поршневыми компрессорами Bitzer. 1-й каскад на R290 (пропан), 2-й - на R744 (СО2)

Увеличение приводного момента и изменение конструкции компрессора Bitzer

С целью приспособить стандартный полугерметичный компрессор для работы с высокими давлениями испарения и конденсации, характерными для функционирующих на СО2 холодильных установок, инженеры компании Bitzer разместили в одном типовом корпусе определенной серии компрессоров минимальной объемной производительности мотор максимальной мощности.

 

Для снижения нагрузки на подшипники и изгибающего усилия на коленвал поршневой компрессор Bitzer был оснащен поршнями минимального диаметра, а на подшипники пальцев шатунов были установлены дополнительные подшипники скольжения, компенсирующие сверхбольшие нагрузки.

 

Также была модифицирована конструкция клапанов в связи с более высоким массовым расходом масла в секунду. В винтовом компрессоре Bitzer были установлены короткие роторы и большие подшипники, обеспечивающие эффективную работу агрегата на низких условиях рабочих давлений. Защита компрессора от чрезмерных нагрузок реализована благодаря установке на входе в него регулятора давления в картере, с помощью которого после пуска системы давление всасывания стабилизируется, не доходя до допустимого максимума.

 

Дополнительное охлаждение мотора в компрессоре Bitzer

Из-за увеличения нагрузки на мотор компрессора без увеличения площади поверхности агрегата, воздушного охлаждения недостаточно для обеспечения защиты оборудования от перегрева. Для решения проблемы инженеры компании Bitzer предложили использовать охлаждение всасываемым газом, которое при использовании затопленных испарителей обеспечивает минимальные тепловые потери и высокую эффективность работы электромотора. Благодаря интенсивному охлаждению мотора и низкой температуре обмоток обеспечивается надежная защита от перегрузок и стабильная работа мотора длительное время.

 

Подбор смазки для каскадной холодильной установки

Для работающих на углекислоте оборудования также необходима особая смазка. Множество проведенных опытов позволили убедиться, что полиэфирное масло Polar-POE вполне пригодно для функционирования в каскадной холодильной установке на СО2, отличаясь высоким индексом вязкости, хорошими смазочными характеристиками, хорошим смешиванием и растворимостью СО2 для обеспечения надежного возврата масла из системы. При использовании Polar-POE масел необходимо применять очень большой мелкоячеистый фильтр-осушитель (молекулярное сито), а также подшипники с улучшенной формулой поверхности трения. Также система внутренней циркуляции масла была переоборудована таким образом, чтобы гарантировать быструю подачу масла после запуска холодильного оборудования, а манжетные уплотнители особой конструкции не допускали чрезмерного насыщения масла газами и снижения его вязкости.

 Упрощенная схема каскадной холодильной установки

Итак, результаты исследования, проведенных специалистами компании Bitzer, наглядно доказали перспективы использования полугерметичных поршневых и винтовых компрессоров для хладоснабжения предприятий в составе каскадных систем на СО2. Оптимальная адаптация компонентов внутри одного модельного ряда и усовершенствование стандартной конструкции дополнительными средствами предохранения позволяет адаптировать уже существующие агрегаты под характерные для СО2 условия функционирования без необходимости отдельного производства, что значительно снижает стоимость холодильного оборудования. Исходя из вышеизложенного возможность использования компактных и малозатратных схемных и конструктивных решений обеспечивает в будущем широкое применение СО2в низкотемпературных каскадных холодильных системах.

 

Также рекомендуем статьи:

Холодильные агрегаты с компрессорами Mycom: краткая характеристика

Серии поршневых одноступенчатых компрессоров Майком (MAYEKAWA)

Обязательный перечень работ технического обслуживания холодильных установок 

Заказать обратный звонок