Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ»

Кафедра ТОППП

утверждаю:

проректор по учебной работе

профессор Акмаров П.Б.

Учебно-методическое пособие к лабораторной работе по дисциплине: «Холодильное и вентиляционное оборудование» направление «Агроинженерия»

Тема: «Устройство и принцип работы бытового холодильника»

Сергеев А.А.

Ижевск 2009

Учебно-методическое пособие составлено к.т.н., доцентом каф. ТОППП Сергеевым А.А.

Рецензент - к.т.н., доцент каф. ТМППЖ Васильченко М.Ю.

Рекомендовано методической комиссией Агроинженерного факультета (протокол № 4 от 23.03.2009 г.).

1. Основные сведения о холодильном агрегате

Холодильный агрегат компрессионного бытового холодильника состоит из герметичного компрессора, испарителя, конденсатора, системы трубопроводов и фильтра - осушителя. Герметичный компрессор со встроенным электродвигателем чаще всего установлен внизу под шкафом, конденсатор - на задней стенке, а испаритель образует небольшое морозильное отделение в верхней части камеры. Иногда встречается другая компоновка: компрессор устанавливают на шкафу, горизонтальный и частично наклонный конденсатор - в верхней части камеры, т.е. под компрессором.

В напольных холодильниках различают 2 типа агрегатов: с испарителем, который устанавливают через люк задней стенки шкафа, и с испарителем, монтируемым через дверной проем.

2. Принцип действия компрессионного холодильного агрегата

Охлаждение в холодильной камере осуществляется вследствие изменения агрегатного состояния хладагента в системе герметичного холодильного агрегата. Пары хладагента отсасываются из испарителя компрессором и проходят внутри кожуха, охлаждая обмотку электродвигателя. Сжатые в компрессоре пары хладагента по нагнетательной трубке поступают в охлаждаемый окружающим воздухом конденсатор. Давление паров хладагента в конденсаторе зависит от вида хладагента. В конденсаторе пары хладагента переходят в жидкое состояние, отдавая теплоту окружающей среде. Жидкий хладагент из конденсатора поступает через фильтр в капиллярную трубку (где происходит его дросселирование) и затем в испаритель. Капиллярная трубка создает необходимый для работы перепад давления между конденсатором и испарителем. Давление хладагента в испарителе понижается. Жидкий хладагент при низком давлении кипит, отнимая теплоту от стенок испарителя и воздуха холодильной камеры. Из испарителя пары хладагента по всасывающей трубке вновь поступают в кожух компрессора, и цикл повторяется. Холодные пары хладагента, проходя по всасывающей трубке, охлаждают жидкий хладагент, который поступает по капиллярной трубке из конденсатора в испаритель. Теплообменником служит участок всасывающей и капиллярной трубок, спаянных между собой. В некоторых моделях холодильников капиллярная трубка пропущена внутри всасывающей.

Компрессор приводится в движение встроенным однофазным электродвигателем переменного тока, имеющим рабочую и пусковую обмотки. Для пуска электродвигателя и защиты его от токовых перегрузок применяют пускозащитное реле. Заданная температура в холодильной камере поддерживается автоматически терморегулятором, чувствительный элемент которого крепится к испарителю.

Рис. 1. Схема компрессионного холодильного агрегата: 1 - компрессор; 2 - нагнетательная трубка; 3 - фильтр; 4 - конденсатор; 5 - испаритель;6 - теплообменник; 7 - капиллярная трубка; 8 - всасывающая трубка.

3. Вредные примеси в холодильных агрегатах

Жесткие условия работы хладоновых герметичных агрегатов создают предпосылки для образования химических процессов в маслохладоновых смесях, контактирующих с металлами в условиях повышенных температур и давлений. Результаты химических процессов (коррозия металлических поверхностей, разрушение изоляции электродвигателя, образование кислот и т. д.) снижают эффективность работы холодильных машин и их надежность.

Вода в хладонах и в холодильных маслах. Вода, находясь в рабочей среде холодильных агрегатов, является одним из самых вредных веществ, затрудняющих эксплуатацию холодильных систем.

Одна из причин попадания воды в систему - нарушение технологии сборки, монтажа или сварки, а также наличие ее в хладагенте, масле и электроизоляционных материалах. холодильник компрессионный испаритель

В холодильном агрегате при работе компрессора значительно нагревается обмотка статора и других элементов. В результате (под действием теплоты) выделяется влага, переносимая затем паром хладагента в конденсатор. Далее пар конденсируется в жидкость, которая насыщается водой и поступает в дросселирующий орган - капиллярную трубку. На выходе жидкого хладагента из капиллярной трубки вода замерзает в результате кипения хладона, вызванного понижением температуры и давления. Образовавшийся лед закупоривает капиллярную трубку, что приводит к нарушению циркуляции хладагента и повышению давления конденсации. Повышенное давление в конденсаторе приводит к поломке деталей компрессора (клапанов и других элементов) или вздутию теплообменных элементов конденсатора.

В результате взаимодействия хладона и масла при высоких температурах, создаваемых в компрессоре, образуется соляная кислота и происходит омеднение стальных поверхностей. Отложение медного слоя на стальных поверхностях компрессора приводит к уменьшению зазора в подшипниках скольжения и вызывает неплотности прилегания клапанных пластин к их седлам, что, в свою очередь, ухудшает систему смазки и ведет к пропуску пара через клапаны.

Продукты механического износа и электрические замыкания могут стать причиной незначительных повреждений поверхности обмотки электродвигателя, в результате которых будут возникать небольшие электрические дуги. В итоге наблюдаются повышение температуры и разложение хладонов.

Неконденсируемые газы и другие примеси в системе. Неконденсируемые примеси (воздух и другие газы) приводят к повышению давления в холодильном агрегате, увеличению электрической мощности и уменьшению холодопроизводительности. С повышением давления неконденсируемых газов в бытовых холодильниках увеличивается тепловая нагрузка встроенного электродвигателя, возрастает температура обмотки и снижается пусковой момент.

Перечисленные факторы увеличивают вероятность возникновения аварийных ситуаций в процессе эксплуатации бытовых холодильников.

4. Компрессоры

В бытовых холодильниках применяют одноцилиндровые поршневые герметичные компрессоры (мотор - компрессоры) типов ХКВ, ДХ , ФГ и др., работающие на R12 и озонобезопасных хладагентах и соединенные одним валом с электродвигателем, а также ротационные компрессоры. Компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента в системе холодильного агрегата. Он определяет работоспособность холодильника, его производительность и экономичность.

Компрессор типа ДХ имеет кривошипно-шатунный механизм, горизонтальный вал и наружную подвеску, а компрессоры типов ФГ, ХКВ - кривошипно-кулисный механизм, вертикальный вал и внутреннюю подвеску. Пуск и защиту электродвигателя компрессора осуществляют с помощью пускозащитного реле.

Если подвеска наружная, компрессор (рис. 2,а) и статор 14 электродвигателя помещены в общий цилиндрический кожух 8 и стянуты винтами.

Рис.2. Герметичные компрессоры: а - с наружной подвеской: 1 - пружинная подвеска, 2 - замочное кольцо, 3 - передний подшипник вала, 4 - коленчатый вал, 5 - стопор подшипника, 6 - крышка кожуха, 7 - поршень, 8 - кожух, 9 - заклепка, 10 - головка, 11-корпус, 12-шатун, 13-ротор, 14-статор электродвигателя, 15 - проходные контакты, 16 - маслоприемник. б - ФГ - 0,100: 1 - кожух, 2 - статор, 3 - корпус, 4 - цилиндр, 5 - поршень, 6 - кривошип, 7 - кулиса, 8 - ползун, 9 - трубчатый глушитель, 10 - крышка кожуха, 11 - вал.

Кожух закрыт с двух сторон крышками 6, приваренными к металлическому цилиндру. В одну из крышек (со стороны статора) впаяны проходные контакты 15, через которые подается напряжение электросети двигателю, а также штуцер (или трубка заполнения), через который холодильный агрегат заполняют смазочным маслом и хладагентом.

Кожух компрессора подвешен к раме на пружинах 1. Пружинная подвеска компрессора устраняет вибрации шкафа холодильника, потому что, как бы ни был уравновешен компрессор, в периоды пуска и останова электродвигателя возникают большие колебания.

В одних холодильных агрегатах кожух подвешен на трех или четырех пружинах, в других опирается на две пружины, расположенные по направлению продольной оси кожуха.

Наружную подвеску кожуха обычно делают регулируемой, что позволяет устранить дребезжание и снизить шум при работе холодильника. В зависимости от конструкции наружной подвески во многих холодильниках применяют устройства, позволяющие при транспортировке жестко прикреплять кожух компрессора к раме.

Основная часть компрессора типа ДХ с кривошипно - шатунным механизмом - корпус 11, отлитый из чугуна, на котором монтируются все остальные детали. В верхней части корпуса находится цилиндр, с одной стороны которого внизу расположен задний подшипник коленчатого вала 4, а с другой - гнездо для переднего подшипника 3. На коленчатый вал насажен ротор 13 электродвигателя. К верхнему торцу цилиндра четырьмя винтами привинчена головка 10, собранная с клапанным устройством и глушителями.

Рис.3. Схема работы клапанов: а - всасывание, б - нагнетание; 1 - цилиндр, 2 - всасывающий клапан, 3 - всасывающий патрубок, 4 - корпус головки, 5 - камера всасывания, 6 - заклепка, 7 - седло клапана, 8 - заглушка камеры всасывания, 9 - нагнетательный клапан, 10 - камера нагнетания, 11 - нагнетательный патрубок.

Корпус 4 (рис. 3) стальной головки состоит из двух камер. Камера всасывания 5 соединяется через всасывающий патрубок 3 и глушитель всасывания с кожухом, в котором находится компрессор, а также может соединяться с цилиндром 1 через отверстия, расположенные по окружности на дне камеры и закрытые снизу всасывающим клапаном 2. сверху камера всасывания имеет заглушку 8.

Камера нагнетания 10, из которой выходит нагнетательный патрубок 11 с глушителем нагнетания, может соединяться с цилиндром 1 через отверстия, расположенные по окружности в седле 7 клапанов и закрытые нагнетательным клапаном 9. Седло запрессовано в корпус головки 4 и вместе с нагнетательным клапаном соединено в центре с корпусом заклепкой 6. Оба клапана пластинчатые, изготовлены из высокоуглеродистой стали.

Клапаны компрессора работают следующим образом. При движении поршня вниз (рис.3, а) всасывающий клапан, прижатый по окружности к кромке седла 7, отходит от нее вследствие разрежения, образующегося в цилиндре. Пары хладагента из кожуха компрессора через всасывающие патрубки 3 и глушитель, попадают в камеру всасывания 5, откуда через отверстия в корпусе головки поступают в цилиндр. При обратном движении поршня (рис.3, б) всасывающий клапан препятствует выходу хладагента в камеру нагнетания. Сжатые пары хладагента через отверстия в седле, приподняв по всей окружности нагнетательный клапан, поступают в камеру нагнетания 10, а оттуда через нагнетательный патрубок и глушитель - в нагнетательную трубку.

Наличие глушителей на стороне всасывания и нагнетания значительно снижает шум при работе компрессора. Глушитель всасывания состоит из двух, а глушитель нагнетания (см. рис.2, а) - из четырех камер, отделенных друг от друга перегородками с небольшим отверстием в центре. В глушителе всасывания перегородка завальцована между отбортовками двух связанных между собой стальных штампованных стаканчиков. В глушителе нагнетания перегородками служат донышки штампованных конусных стаканчиков, вставленных друг в друга и спаянных между собой.

Пары хладагента всасываются из кожуха в глушитель через две трубки. Это дает возможность уменьшить проходное сечение каждой трубки (сохраняя необходимое общее проходное сечение), что способствует также снижению шума.

Всасывающие и нагнетательная трубки, а также глушители спаяны с корпусом головки цилиндра медью. Такая пайка обеспечивает получение чистых поверхностей без коррозии и загрязнения флюсом.

Поршень 7 компрессора стальной, с двумя уплотняющими канавками. Шатун 12 изготовлен из чугуна. Нижняя головка разъемная, без вкладышей. Соединение нижней и верхней головок шатуна осуществляется двумя болтами. К верхней головке шатуна крепят поршневой палец с помощью стопора, который частично входит в отверстие верхней головки. Стопор опирается противоположным концом на клин, находящийся в торцевом отверстии пальца и поджимаемый пружиной. Такое крепление пальца обеспечивает надежное соединение и бесшумность в работе.

Коленчатый вал стальной, двухопорный. На задней коренной шейке предусмотрена выточка, выполненная с эксцентриситетом, к которой пружиной прижимается плунжер. Выточка служит ротором, а плунжер - лопаткой масляного насоса, с помощью которого осуществляется смазка трущихся деталей компрессора. Вал компрессора приводится во вращение электродвигателем, ротор которого напрессован непосредственно на конец задней коренной шейки.

Смазка компрессора происходит следующим образом. Масло, находящееся в нижней части кожуха, где размещен компрессор, засасывается насосом через маслоприемник 16 и входные каналы в корпусе и подается в продольную канавку в коренном подшипнике вала. Из канавки масло поступает через сквозные отверстия в щеке вала и шатунной шейке на передний подшипник, одновременно смазывая нижнюю головку шатуна. Из переднего подшипника масло попадает в кольцевую канавку цилиндра, проходя при этом через редукционный клапан. Канавка цилиндра при его нижнем положении расположена ниже донышка поршня и поэтому не влияет на работу поршня. При перемещении поршня в цилиндре масло из канавки попадает в бобышки поршня и смазывает палец. Излишки масла стекают из кольцевой канавки цилиндра через имеющееся отверстие в кожух компрессора. Для нормальной работы масляного насоса маслоприемник должен быть всегда погружен в масло. Редукционный клапан регулирует поступление масла в цилиндр.

Компрессоры кривошипно - кулисного типа с внутренней подвеской выпускают с синхронной частотой вращения вала 50 с^-1. Преимущества таких компрессоров: небольшие масса и габариты, незначительный уровень шума и вибраций, хорошие показатели по теплоэнергетическим характеристикам.

Компрессор с кривошипно - кулисным механизмом ФГ - 0,100 с горизонтальным цилиндром 4 (см. рис.2, б) и вертикальным валом 11 расположен в стальном штампованном кожухе 1 с крышкой 10. Статор 2 электродвигателя крепится к корпусу 3 болтами, ротор расположен на валу 11 компрессора. Принцип работы: кривошип 6 перемещает ползун 8 в кулисе 7. Ползун припаян к поршню 5. Вал 11 одновременно служит центробежным масляным насосом. Масло поступает в вертикальное отверстие, смещенное относительно оси, и под действием центробежной силы подается в спиральные канавки на поверхности коренной шейки кривошипа. Для снижения шума предназначены всасывающий и нагнетательный глушители, отлитые вместе с корпусом, и трубчатый глушитель 9. Клапаны упругие, консольные. Проходные контакты состоят из токопроводящего стержня и стеклянной изоляции в стальной втулке. Электродвигатель однофазный с расщепленной фазой.

Кожух герметичного компрессора должен сохранять прочность и плотность при избыточном давлении 2 МПа.

Герметичные компрессоры типа ХКВ имеют кривошипно - кулисный механизм с вертикальной осью вращения.

Рис. 4. Герметичный компрессор ХВК5 - 1ЛБ УХЛ: 1 - нагнетательный патрубок, 2 - операционный патрубок, 3 - всасывающий патрубок, 4 - вывод пусковой обмотки, 5 - общий вывод, 6 -вывод рабочей обмотки.

Компрессоры (рис. 4) оснащены встроенным двухполюсным однофазным асинхронным электродвигателем и пускозащитным реле и предназначены для холодильных агрегатов с капиллярной трубкой, применяемых в бытовых холодильниках.

5. Конденсаторы

Конденсатор холодильного агрегата - важнейший элемент холодильной машины, который служит для отвода теплоты конденсации хладагента в окружающую среду. Характеристика и режим работы всей установки во многом определяется эффективностью теплообмена конденсатора. Так, снижение перепада температур в конденсаторе на 1⁰С дает в среднем 3…4% экономии энергии и сокращает износ деталей компрессора.

В бытовых холодильниках применяют конденсаторы с естественным (конвективным) воздушным охлаждением или с принудительным движением воздушной среды. Для увеличения теплосъема конденсаторы конструктивно выполняют в виде змеевика, дополнительно снабженного проволочным или пластинчатым оребрением, металлическим листом и т.д.

Наибольшее влияние на тепловое состояние конденсатора оказывает температура окружающего воздуха, которая является определяющим фактором для значения температуры конденсации - одного из основных рабочих параметров холодильной машины. В свою очередь, на температуру конденсации влияет и теплопередающая способность конденсатора, которая в основном зависит от интенсивности теплоотдачи со стороны воздуха, т.к. на этой стороне сосредоточено наибольшее термическое сопротивление (до 80%). Особенно велико оно в воздушных конденсаторах с естественной конвекцией воздуха, т.к. коэффициенты теплопередачи у них незначительны - 3…10 Вт/(м²К). Такие конденсаторы применяют в основном в агрегатах бытовых холодильников холодопроизводительностью до 200 Вт.

Конденсаторы бытовых холодильников классифицируют как по способу их охлаждения, так и по типу и конструкции оребрения.

Конденсаторы с естественной конвекцией. По конструкции конденсаторы, охлаждаемые в результате естественной конвекции окружающего воздуха, можно классифицировать по трем группам: ребристо - трубчатые с пластинчатыми ребрами, проволочно - трубчатые с проволочными ребрами, листотрубчатые.

Ребристо - трубчатый конденсатор с пластинчатыми ребрами представляет собой трубчатый змеевик, чаще однорядный, иногда двухрядный, с насаженными на него перпендикулярно оси трубки пластинчатыми ребрами прямоугольной формы. Ось трубки змеевика расположена горизонтально. Коэффициент оребрения (отношение площади суммарной теплопередающей поверхности со стороны воздуха к площади наружной поверхности труб) 7…20. Ребристо - трубчатый конденсатор со свободным движением воздуха, как правило, изготавливают на базе конденсаторов с принудительным движением воздушной среды. В качестве конденсатора используют одну секцию.

В некоторых конструкциях конденсаторов змеевик изготавливают из U - образных трубок, соединенных между собой калачами. Ребра насаживают на трубки через отверстия в пластинах, имеющих отбортовки у краев посадочных отверстий для обеспечения заданного межреберного расстояния. Кроме того, отбортовки улучшают контакт ребра с трубкой. Агрегаты с такими конденсаторами унифицированы с обычными агрегатами для торгового оборудования малых размеров, применяемых в помещениях с особо жесткими акустическими требованиями.

Рис. 5. конденсатор холодильного агрегата: а - с проволочным оребрением, б - листотрубчатый, в - прокатно - сварной, г - со спирально - навивными ребрами, д - горизонтальное расположение труб в прокатно - сварном конденсаторе.

У большинства конденсаторов змеевик выполнен из стальной трубки наружным диаметром 6…12 мм (у зарубежных) и 6…10 мм (у отечественных), а ребра - из стальной ленты толщиной 0,2…1,0 мм (у зарубежных) и 0,2…0,8 мм (у отечественных).Шаг змеевика 20…35 мм, шаг ребер 4…12 мм.

Обычно ребристо - трубчатые конденсаторы монтируют под углом 0…90⁰ к горизонтали или вертикально на задней стенке холодильного шкафа. При горизонтальном и наклонном расположении конденсатора теплообмен с окружающей его средой происходит более эффективно.

Разновидность ребристо - трубчатых конденсаторов - конденсатор со спирально - навивными ребрами, компактный и с высокими техническими показателями (см. рис.5, г). Конденсатор представляет собой однорядный змеевик из отдельных трубок с ребрами, соединенных между собой калачами. В одной из конструкций наружный диаметр трубы 4,75 мм, стальное ребро имеет высоту 3,5 мм и толщину 0,7 мм. Шаг спирали 3,5 мм, змеевика 50 мм, коэффициент оребрения 7.

Конденсаторы второй группы (рис.5, а) - проволочно - трубчатые с проволочными ребрами, широко применяемые в бытовых холодильниках, представляют собой плоский однорядный трубчатый змеевик, реже двухрядный, из трубок наружным диаметром 4,8…6,5 мм ( у зарубежных) и 4,75…6,0 мм (у отечественных). К змеевику с обеих сторон друг против друга приварены точечной сваркой ( под прямым углом к трубам) ребра из стальной проволоки Диаметром 1,2…2,5 мм (у зарубежных) и 1,5…1,6мм (у отечественных). Шаг змеевика 40…60 мм, шаг ребер 6…9 мм, коэффициент оребренности 3…10.

Различают два варианта проволочно - трубчатых конденсаторов: с горизонтальными трубками и вертикальными проволоками, с вертикальными трубками и горизонтальными проволоками. При горизонтальном расположении трубок характер течения хладагента в верхних трубках волновой, с разделением жидкой и паровой фаз. Внутренний диаметр трубок мал, поэтому в середине змеевика характер потока меняется: жидкий хладагент заполняет все сечение трубки в виде коротких пробок, отделенных одна от другой паром, также заполняющим все сечение. В конце змеевика характер движения такой же, с постепенным уменьшением участков, занятых паром. Часто наблюдается выход паровых пузырей в жидкостный трубопровод, в основном из-за ослабления конденсации и даже парообразования вместо переохлаждения в нижних трубках конденсатора, расположенных вблизи от компрессора в зоне восходящего потока нагретого воздуха.

Одна из причин перехода от конструкций с горизонтальным расположением трубок к конструкциям с вертикальным - перегрев трубок вблизи компрессора.

В напольных холодильных шкафах проволочные конденсаторы устанавливают на задних стенках под углом до 5⁰ к вертикали, что частично устраняет омывание верхней части конденсатора воздухом, нагретым у нижней части.

Применяют конденсаторы и третьей группы - листотрубчатые, в которых трубки укреплены на листе, играющем роль оребрения (рис.5, б).

В листе между трубками делают просечки, отгибаемые в виде жалюзи, а конденсатор располагают наклонно. Теплый воздух, поднимающийся по внешней стороне конденсатора, проходит через просечки на внутреннюю сторону, а ненагретый воздух из помещения протекает к внешней стороне.

Просечки и жалюзи в прокатно - сварных и листотрубчатых конденсаторах не только организуют движение потока воздуха, но и увеличивают поверхность теплообмена за счет торцов просечек и жалюзи.

К третьей группе относятся также конденсаторы листотрубчатые прокатно - сварного типа (рис.5, в,д). Они изготовлены из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм с раздутыми в нем каналами змеевика. Конденсаторы имеют форму сплюснутой трубы и закрепляются на задней стенке шкафа холодильника. При сравнительно небольших размерах конденсаторы работают эффективно вследствие высокой теплопроводности алюминия и теплопередачи через однородную среду. Для более эффективной циркуляции воздуха в щите сделаны сквозные просечки.

Существуют следующие способы интенсификации наружного теплообмена в воздушных конденсаторах с естественной конвекцией:

увеличение площади поверхности теплообмена путем применения эффективного оребрения;

повышение интенсивности тяги, создаваемой конденсатором;

замена естественной конвекции на вынужденную;

создание качественно новых способов охлаждения конденсатора.

6. Испарители

Испарители - это теплообменные аппараты, предназначенные для передачи теплоты от охлаждаемого объекта кипящему хладагенту, т.е. испарители поглощают теплоту из охлаждаемой среды. Различают испарители с естественным конвективным теплообменом и с теплообменом, сопровождающимся принудительным движением воздуха. Первые размещают чаще всего в верхней зоне или под потолком плюсовой камеры холодильника, вторые - в полости, устроенной в задней стенке шкафа, в простенке между камерами двухкамерного холодильника; имеются другие варианты размещения испарителей.

Первоначально испарители бытовых холодильников в виде узкой замкнутой коробки располагались вверху холодильной камеры, примерно на половине ширины камеры, у одной из боковых стен.

Стремление к понижению температур в холодильной камере привело к появлению т.н. U - образной конструкции испарителя (рис.6, а). Испарители стали занимать всю ширину камеры. Наконец, необходимость увеличения объема при низкотемпературном хранении привела к созданию конструкции замкнутого О - образного испарителя на всю ширину холодильной камеры (рис.6, б). Увеличение размеров испарителя позволило довести объем низкотемпературного отделения внутри контура испарителя до 10, а в отдельных случаях - до 15% от общего объема холодильника.

Рис. 6. Испарители: а - U - образной формы, б - О - образной формы, в - листотрубчатый (вид снизу).

Для понижения температуры в низкотемпературном отделении потребовалось изолировать его от плюсовой камеры путем устройства у испарителя стенки сзади и дверки спереди.

В современных холодильниках с морозильными отделениями во всю ширину камеры испарители делают О - образной формы. Испаритель крепят к потолку или к боковым стенкам камеры.

Листотрубчатый испаритель (рис.6, в) применяют в морозильниках и некоторых двухкамерных холодильниках. Испаритель закрепляют на задней стенке внутреннего шкафа холодильника или устанавливают горизонтально. В этом случае он одновременно является и полкой.

Трубопровод испарителя диаметром 8 мм прикреплен к металлическому (чаще алюминиевому) листу с внутренней стороны. Для крепления трубопровода и циркуляции воздуха на листе сделаны просечки.

Для защиты от коррозии алюминиевые испарители анодируют в сернокислых или хромовокислых ваннах с целью создания защитной пленки толщиной 10…12 мкм. Для сохранения анодной пленки испаритель дополнительно покрывают лаком УВЛ -3 или эпоксидной смолой. Особое внимание уделяют внутрикоррозионной защите стыков медно - алюминиевых трубок, соединяющих алюминиевый испаритель с медными трубопроводами.

Внутри стенок испарителей сделаны каналы разнообразной конфигурации для циркуляции хладагента.

В двухкамерных холодильниках испаритель плюсовой камеры располагают под потолком или у боковых и задней стенок, как можно ближе к потолку. При верхнем расположении низкотемпературной камеры тепловая изоляция простенка может быть выбрана так, чтобы отводить часть теплоты от холодильной камеры непосредственно через холодный потолок и, следовательно, уменьшить нагрузку испарителя. Однако при самом неблагоприятном сочетании температур и тепловых нагрузок стремятся обеспечить положительную температуру поверхности потолка во избежание оседания на нем инея.

7. Теплообменники и фильтры - осушители

Теплообменник. Противоточный теплообменный аппарат, состоящий из всасывающего трубопровода и капиллярной трубки, называют регенеративным теплообменником. При обычном исполнении теплообменника поверхность теплоотдачи со стороны пара в несколько раз больше, чем от жидкости, протекающей по капиллярной трубке, а коэффициент теплоотдачи ниже. С точки зрения теплообмена конструкция этого аппарата аналогична оребренной поверхности.

Теплообменник необходим для испарения выносимых из испарителя частиц маслохладонового раствора путем перегрева поступающего на всасывание в компрессор пара, что защищает компрессор от гидроудара. Кроме того, текущий противотоком в теплообменнике жидкий хладагент переохлаждается, что повышает абсолютную и удельную холодопроизводительность холодильной машины и, следовательно, снижает расход энергии в холодильнике.

Конструкции теплообменников просты и различия определяются главным образом конструктивными и технологическими соображениями.

Рис.7. Различные исполнения теплообменников: а - капиллярная трубка 1 припаяна вдоль всасывающей 2; б - капиллярная трубка навита на всасывающую; в - капиллярная трубка проходит внутри всасывающей.

Вариант а часто применяют в холодильниках средней и большой производительности. Здесь капиллярная и всасывающая трубки спаяны на длине 1…1,5 м. В этой конструкции отношения площадей поверхностей теплообмена со стороны жидкости наибольшие.

Вариант б применяют в холодильниках малой высоты, имеющих короткую всасывающую трубку. Капиллярную трубку навивают на всасывающую и припаивают к ней. Здесь отношения площадей поверхностей меньше, чем в первой конструкции.

В варианте в капиллярная трубка проходит внутри всасывающей, что предохраняет теплообменник от теплопритока извне к капиллярной трубке, однако одновременно поверхность теплоотдачи к пару ограничивается наружной поверхностью трубки. Последняя по крайней мере вдвое меньше внутренней поверхности всасывающей трубки. Различие в площади поверхностей со стороны пара и жидкости определяется величиной наружного и внутреннего диаметров капиллярной трубки.

Ослабление теплопритока извне необходимо при любой конструкции теплообменника. Обычно на всасывающую трубку (по возможности по всей ее длине) надевают теплоизолирующую трубку, например из губчатой резины или вспененного полимерного материала.

Выгода от применения теплообменника (повышение пропускной способности трубки, выпаривание фреона из масла, возвращающегося из испарителя, повышение холодильного коэффициента - удельной холодопроизводительности) находится в некоторой связи с местом расположения теплообменника по длине капиллярной трубки. Охлаждение жидкого хладагента должно начинаться при возможно более высоком давлении, чтобы парообразование от дросселирования в теплообменнике не происходило или оно было ослаблено.

Фильтр - осушитель. Это устройство служит для поглощения влаги из хладагента и предохранения регулирующего устройства (капиллярной трубки) от замерзания в нем воды.

Рис.8. Фильтр - осушитель: а - без металлокерамики: 1 - обойма сетки фильтра; 2 - корпус; 3 - адсорбент; 4 - сетка фильтра; б - с металлокерамикой: 1 - трубка конденсатора; 2 - корпус; 3 - фильтр; 4 - капиллярная трубка.

Корпус 2 (рис.8, а) патрона фильтра состоит из металлической трубки длиной 105…135 мм и диаметром 18…12 мм с вытянутыми концами, в отверстия которых впаивают соответствующие трубопроводы холодильного агрегата. В корпус патрона помещают адсорбент 3 (синтетический цеолит) между сетками 4 и обоймами 1, которые установлены на входе и выходе из патрона.

Корпус осушительного патрона изготовляют из стальных, медных или алюминиевых трубок в зависимости от места установки патрона в агрегате. При установке осушительного патрона в штампованном испарителе корпусом осушителя служит коллектор испарителя, куда помещают адсорбент в сетчатом чехле. Осушительные патроны с цеолитом размещают на стороне нагнетания перед входом в капиллярную трубку, т.е. там же, где и фильтр. В этом случае осушительный патрон совмещают с фильтром (фильтр - осушитель).

Наряду с медной сеткой используют металлокерамику. Фильтр (рис.8, б) состоит из большого количества бронзовых шариков диаметром 0,25 мм, которые в результате спекания между собой образуют столбик конической формы. Между прилегающими друг к другу поверхностями шариков имеются мельчайшие зазоры, образующие многочисленные лабиринты, по которым протекает жидкий хладагент. Для увеличения поверхности фильтра в торце большего основания конуса имеется глухое отверстие. Во входное отверстие корпуса 2 фильтра запаивают трубку 1 конденсатора, в выходное - капиллярную трубку 4.

8. Капиллярные трубки

В капиллярной трубке, которая служит дросселем постоянного сечения (регулирующим органом), разность давлений конденсации и кипения хладагента создается за счет гидравлического сопротивления по всей ее длине.

Капиллярная трубка представляет собой медный трубопровод внутренним диаметром 0,66 мм и более и длиной 2800…8500 мм, соединяющий стороны высокого и низкого давления в системе холодильного агрегата. Пропускная способность капиллярной трубки составляет 3,5…8,5 л/мин.

Лучшими считаются трубки с калиброванным каналом, относящиеся к так называемой группе Б, поставляемые в бухтах длиной не менее 50 м. Установлены одинаковый наружный диаметр 2,0 0,10 мм и три размера для внутреннего диаметра: 0,80; 0,82 и 0,85 мм.

Пропускная способность по воздуху нормируется ГОСТом с допуском 5%. В пределах одной бухты пропускная способность капиллярной трубки должна различаться не более, чем на 0,3 л/мин.

Благодаря применению капиллярной трубки создается дополнительное выравнивание давления со стороны регулирующего воздействия (рис.9). После остановки компрессора вся жидкость перетекает в испаритель (систему заполняют хладагентом в количестве, равном 90% вместимости испарителя).

Рис.9. Заполнение испарителя через капиллярную трубку: Км - компрессор; КТ - капиллярная трубка; Кд - конденсатор; И - испаритель.

Размеры трубки и, следовательно, ее пропускная способность обеспечивают в расчетном режиме протекание хладагента в количестве, точно равном массовой производительности компрессора. Проходное сечение капиллярной трубки всегда открыто и не регулируется.

При отклонении от расчетного режима, например при снижении температуры окружающего воздуха t_В с 25 до 15⁰С и соответствующем снижении температуры и давления в конденсаторе, расход жидкости через капиллярную трубку уменьшится. Холодопроизводительность компрессора, наоборот, возрастет, уровень жидкости в испарителе начнет снижаться. При этом теплоприток к испарителю уменьшится (самовыравнивание со стороны нагрузки), давление кипения р₀ снизится и производительность компрессора упадет. Одновременно со снижением уровня в испарителе от А до А повысится уровень в конденсаторе от Б до Б. Поверхность для конденсации пара станет меньше, давление конденсации р_К возрастет, и подача жидкости через капиллярную трубку за счет разности р_К - р₀ увеличится (самовыравнивание со стороны регулирующего воздействия). Дальнейшее снижение уровня прекратится. Машина будет работать в новом режиме с несколько недозаполненным испарителем.

При повышении t_В (например, с 25 до 33⁰С) производительность компрессора упадет, а капиллярной трубки увеличится. При этом трубка пропускает всю жидкость, образующуюся в конденсаторе, и производительность ее сразу резко падает, когда начинает поступать парожидкостная смесь, т.к. пропускная способность по пару в десятки раз меньше. Давление р_К снова возрастает, в конденсаторе образуется новая порция жидкости, и капиллярная трубка пропустит ее в испаритель, работая как бы циклами. Чем больше разность производительностей капиллярной трубки и компрессора, тем больше пара проходит в испаритель, отепляя его через капиллярную трубку, снижая производительность машины.

Температура в помещениях, где установлены бытовые холодильники, колеблется незначительно, поэтому перерасход электроэнергии из-за капиллярной трубки небольшой.

К преимуществам капиллярных трубок по сравнению с другими дросселирующими устройствами (например, с терморегулирующими вентилями) относятся простота конструкции, отсутствие движущихся частей и надежность в работе. Кроме того, капиллярная трубка, соединяя стороны нагнетания и всасывания, уравнивает давление в системе агрегата при его остановах. Это снижает противодавление на поршень компрессора в момент пуска и позволяет применять электродвигатель компрессора с относительно небольшим пусковым моментом.

Один из недостатков холодильных агрегатов с капиллярной трубкой - снижение эффективности работы при изменении температуры наружной среды и тепловых нагрузок. Другой недостаток - повышенная чувствительность к влаге, загрязнениям и утечкам хладагента. Обязательна достаточная длительность нерабочей части цикла, иначе невозможна разгрузка компрессора при пуске.

Использование капиллярных трубок связано с необходимостью применения надежных фильтров и цеолитовых осушителей, размещаемых между конденсатором и капиллярной трубкой. В однокамерных холодильниках заправленный в агрегат фреон циркулирует в системе с периодичностью 10…20 раз в час.

К холодильному агрегату с капиллярной трубкой предъявляют также дополнительные требования: вместимость конденсатора должна быть меньше вместимости испарителя, иначе становится возможным переполнение испарителя после остановки компрессора. Вместе с тем в конденсаторе должен помещаться весь хладагент, содержащийся в системе, на случай замерзания и засорения капиллярной трубки.

При минимальных утечках хладагента или частичном засорении капиллярной трубки испаритель заполняется недостаточно, вследствие чего возрастает коэффициент рабочего времени и снижается холодопроизводительность агрегата.

Литература

1. Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Бытовые холодильники и морозильники.- М.: Колос, 1998.- 631 с.: (Справочник).

2. Холодильное и вентиляционное оборудование: Учебное пособие./ А.А. Сергеев, ФГОУ ВПО Ижевская ГСХА.- Ижевск: РИО ИжГСХА, 2005.-144с.

3. Улейский Н.Т., Улейская Р.И. Холодильное оборудование.- Ростов-на-Дону: Феникс, 2000.- 320 с.

4. Холодильная техника и технология /под ред. А.В. Руцкого.- М.: ИНФРА-М, 2000.- 286 с.

Размещено на Allbest.ru