Компрессоры для кондиционеров

Устройство и принцип действия спирального компрессора

Спиральный компрессор — разновидность компрессора (насоса) объёмного типа, в котором сжатие рабочей среды происходит при взаимодействии двух спиралей. Одна спираль остаётся неподвижной, а другая — совершает эксцентрические движения без вращения, благодаря чему обеспечивается перенос рабочей среды из полости всасывания в полость нагнетания.

Компрессор состоит из двух эвольвентных или архимедовых спиралей, вала с эксцентриком, корпуса и других элементов, предназначенных для обеспечения заданного движения и правильного взаимодействия деталей компрессора. Спирали не имеют точек касания, между ними сохраняются минимальные зазоры. Это обуславливает долговечность работы спиралей, но в то же время ставит жёсткие требования к точности изготовления всей конструкции.

Пары хладагента, находящиеся перед линией касания, сжимаются, и выталкиваются в центральное отверстие в крышке компрессора. Точки касания расположены на каждом витке внутренней спирали, поэтому пары сжимаются более плавно, меньшими порциями, чем в других типах компрессоров.

В результате нагрузка на электродвигатель компрессора снижается, особенно в момент пуска компрессора. Пары хладагента поступают через входное отверстие в цилиндрической части корпуса, охлаждают двигатель, затем сжимаются между спиралей и выходят через выпускное отверстие в верхней части корпуса компрессора.

Частота движения подвижной спирали достигает нескольких десятков тысяч циклов в минуту. Такие компрессоры достаточно эффективны и имеют длительный срок работы без значительного снижения эффективности.

Немного истории

Идея спирали известна человечеству более 3 тыс. лет. Спирали (от греч. speira - виток) - это кривые, закручивающиеся вокруг точки на плоскости (плоские спирали), например, архимедова спираль, гиперболическая спираль, логарифмическая спираль, или вокруг оси (пространственная спираль), например, винтовая линия. Но технически воплотить идею в жизнь человечество смогло лишь к концу XX века.

А началось все в 1905 г., когда французский инженер Леон Круа разработал конструкцию спирального компрессора и получил на нее патент. Однако в то время эта технология не могла быть реализована в жизнь, т.к. отсутствовала необходимая производственная база. Поэтому конструкцию работающего прототипа пришлось ждать до второй половины двадцатого века, т.к. для эффективного функционирования, в спиральном компрессоре необходимо обеспечение малого конструктивного зазора в сопрягаемых деталях (спиралях). Такая точность стала возможной только при прецизионной машинной обработке, разработанной в течение второй половины двадцатого века, чем и объясняется относительно недавнее появление спирального компрессора на рынке высокотехнологического оборудования.

Реанимировал концепцию спиральных компрессоров физик Нильс Янг в 1972 г. Янг отдал идею сотрудникам фирмы "Arthur D. Little" (США). Руководство "Arthur D. Little" увидело высокий потенциал этой концепции и начало разработку возможной модели в январе 1973 г. Крупные производители холодильного и нефтехимического оборудования были очень заинтересованы в разработке компрессора принципиально новой конструкции, позволяющей достичь значительной эффективности. Уже в ходе испытаний прототипа спирального компрессора было выявлено, что он обладает возможностью создания высокой степени сжатия и самой большой эффективностью из существовавших в начале 70-х гг. холодильных компрессоров, а также имеет высокие эксплуатационные характеристики (надежность, низкий уровень шума и т.п.).

Затем "Arthur D. Little" предпринимает в конце 1973 г. значительные усилия по разработке действующей модели холодильного спирального компрессора для американской корпорации "Trane". Немного позже многие крупные компании, например, "Copeland" (США), "Hitachi" (Япония), "Volkswagen" (Германия), начинают интенсивные исследования и совершенствование конструкции холодильного спирального компрессора, осваивание технологии изготовления деталей и спирального компрессора в целом.

Область применения

Спиральные компрессоры с каждым годом находят все большее применение в холодильной технике и системах кондиционирования воздуха. Это обусловлено тем, что они более надежны в эксплуатации, содержат на 40 % меньше деталей, чем поршневые, производят меньше шума и имеют больший ресурс эксплуатации.

Спиральные компрессоры нашли применение во всех основных системах воздушного кондиционирования, включая сплит и мультисплит модели, напольные версии и в чиллерах, руф-топах и тепловых насосах. Типичным применением является кондиционирование воздуха в квартирах, на кораблях, фабриках и больших зданиях, также на АТС, в процессах охлаждения и на транспорте.

Холодильные спиральные компрессоры широко используются в компрессорно-конденсаторных агрегатах, в системах "выносного холода" супермаркетов, в промышленном холоде и в транспортных установках, включая контейнеры. Границы холодопроизводительности для спиральных компрессоров постоянно увеличиваются и в настоящее время приближаются к 200 кВт при использовании многокомпрессорной станции.

Популярность спиральных компрессоров очень высока из-за широкой области применения, что объясняется их надежностью и многофункциональностью.

Лидером рынка спиральных компрессоров является компания Copeland (Emerson). В различных системах охлаждения по всему миру работают миллионы компрессоров Copeland, отличающиеся высоким качеством и передовой конструкцией. Каждый год на девяти предприятиях, расположенных на 3-х континентах, производится до 4 млн. спиральных компрессоров. Центры Инженерно-технической поддержки Copeland расположены в Европе, Азии и в США.

Нужны спиральные компрессоры для кондиционеров - обращайтесь к нам!

Нужны винтовые компрессоры для кондиционеров DAIKIN - обращайтесь к нам!

Механические дефекты

Одним из механических дефектов является заклинивание компрессоров. Этот дефект составляет 20% всех неисправностей. У некоторых компрессоров с однофазным электродвигателем он составляет до 40%.

Основными причинами заклинивания компрессоров являются следующие:

1. Перетекание жидкого хладагента в картер компрессора

При стоянке компрессора жидкий хладагент может накапливаться в картере компрессора. При запуске компрессора масляный насос в первые моменты времени будет подавать вместо масла жидкий хладагент, не обладающий хорошими смазывающими свойствами.

В результате этого возможно заклинивание или сильный износ движущихся частей компрессора. Чтобы предотвратить негативные последствия перетекания хладагента, рекомендуется:
- контролировать перегрев всасывающих паров хладагента, чтобы избежать чрезмерного охлаждения компрессора во время работы;
- устранять любую возможность задержки масла во всасывающей линии компрессора;
- применять электронагреватель картера компрессора для поддержания температуры масла во время стоянки компрессора.

2. Недостаточное количество масла в картере компрессора

Причинами, приводящими к быстрому износу компрессора являются плохой возврат или вспенивание масла в картер компрессора.
Небольшое количество масла при работе компрессора выносится в нагнетательную линию и циркулирует в смеси с хладагентом по системе. Нормальным считается циркуляция масла в количестве примерно 1% от массы циркулирующего хладагента. Для компрессора производительностью 1,1 кВт это составляет 1 кг/ч. Стандартная зарядка маслом такого компрессора 1,2 кг.

Производители выбирают масло в количестве, достаточном для обеспечения хорошей растворимости и беспрепятственной циркуляции. При проектировании холодильной системы должны быть предусмотрены условия для возврата масла в компрессор, а именно, оптимальная скорость хладагента в трубопроводах и рациональное их расположение.

Скорости потока хладагента

Рекомендуемые минимальные скорости потока следующие:
- для горизонтальных и наклоненных трубопроводов в направлении движения хладагента не менее 4 м/с;
- для вертикальных трубопроводов при движении хладагента вверх не менее 8 м/с.

Во избежание большого гидравлического сопротивления и шума максимальная скорость не должна превышать 16–48 м/с.
В трубопроводах длиннее 30 м желательно иметь сифоны; в горизонтальных участках — небольшой наклон в направлении движения хладагента (не менее 12 мм на погонный метр). При этом необходимо обеспечивать правильную заправку маслом согласно рекомендациям завода-изготовителя и предусматривать на трубопроводах маслоподъемные петли.

3. Вспенивание масла в картере компрессора

Явления, происходящие в картере компрессора при пуске, описаны выше, так же, как и их последствия. Признаком дегазации масла может быть очень низкий уровень шума при пуске компрессора, поскольку паромасляная эмульсия обладает звукоизолирующими свойствами. Поэтому необходимо постоянно следить за указателем уровня масла.

4. Проникновение жидкого хладагента в цилиндры компрессора

При попадании жидкого хладагента или масла в цилиндры компрессора может произойти поломка клапанов, разрушение прокладки, заклинивание, иногда одновременное возникновение этих повреждений. В результате миграции жидкого хладагента при стоянке компрессора может происходить его накапливание в нагнетательной полости компрессора вплоть до клапанов. При пуске это приводит к резкому увеличению нагрузки на поршни и подшипники компрессора. Поэтому во избежание данных дефектов необходимо постоянно следить за состоянием клапанов и герметизирующих прокладок.

5. Загрязнения холодильного контура

В случае попадания в систему твердых частиц они могут вызывать износ и заклинивание движущихся частей компрессора. Поэтому необходимо тщательно следить за чистотой системы, особенно при подготовке и монтаже трубопроводов и применять фильтр на линии всасывания в компрессор.

6. Наличие некондиционируемых газов в компрессоре

Данный дефект встречается примерно в 5% случаев. Попадание воздуха в компрессоры для кондиционеров происходит при нарушении герметизации компрессора в контакте с окружающей средой, либо в результате негерметичности линии всасывания. Особенно опасно попадание в систему воздуха с высокой влажностью. В результате происходит разложение масла (гидролиз), перегрев электродвигателя и клапанов, разрушение узлов и деталей компрессора. При гидролизе масла образуются кислоты, которые разрушают обмотку электродвигателя.

Наличие воздуха в системе приводит к повышению давления и температуры конца сжатия, перегреву клапанной группы, карбонизации масла, разрушению прокладок, перегреву обмоток электродвигателя.

В целях профилактики следует предотвращать контакт внутренних полостей компрессора с окружающей средой, следить за состоянием трубопроводов, за величиной давлений на линии всасывания и нагнетания. При отклонении этих значений давления от заданных в системе возможно наличие воздуха. Поэтому необходимо в этом случае остановить компрессор, произвести вакуумирование системы и восстановить герметичность системы.

7. Неисправность клапанов и прокладок, разрушение нагнетательного трубопровода

Корпус компрессора внутри кожуха имеет предохранительную пружинную подвеску. Нагнетательный патрубок также снабжен виброгасителем.

При сложных условиях транспортировки и при работе с частыми пусками и остановками в нагнетательном патрубке может возникнуть течь хладагента. Иногда это может произойти с поломкой пружинной подвески компрессора. При наличии данных неисправностей необходимо произвести замену разрушенных деталей.

Причины появления повышенного шума - плохое крепление трубопроводов, работа в условиях, не предусмотренных для данной холодильной системы, неправильное электрическое соединение, попадание жидкости в компрессор и др.

Затрудненный пуск компрессоров

Затрудненный пуск встречается у малых компрессоров как холодильных установок, так и систем кондиционирования воздуха. Электродвигатели этих компрессоров очень чувствительны к колебаниям напряжения в электросети, а также к изменениям уровней давления в момент пуска, которые могут возникнуть при отклонениях температуры окружающего воздуха от допустимой. При появлении повышенного шума необходимо отключить установку и проверить в первую очередь крепление трубопроводов и электропроводки.

При повышенном шуме работающего внешнего блока бытового кондиционера следует обратить внимание на правильность установки компрессора на резиновые амортизаторы и их состояние. Резина со временем теряет эластичность и продавливается под тяжестью компрессора. Замечено, что лучшие свойства показывают силиконовые амортизаторы. При замене компрессора, как правило, меняют пусковой конденсатор и резинки. После замены важно правильно зафиксировать амортизаторы, не перетягивать, а обеспечить зазор между резиновой втулкой и гайкой.

Электрические дефекты

1. Искрение в электрических соединениях

Данный дефект составляет около 20% от всех электрических дефектов, т. е. около 6% всех неисправностей. Он возникает при подаче напряжения на электродвигатель, если компрессор находится под вакуумом, особенно при резких изменениях напряжения в электросети. Искрение осуществляется между клеммами или между клеммами и корпусом электродвигателя, а также в его обмотках, что объясняется возникновением коронного разряда.

Поэтому не следует подавать напряжение, когда компрессор находится под вакуумом. Подача напряжения возможна только после заполнения компрессора хладагентом до давления выше атмосферного. Убедиться в полноте заполнения можно по показаниям манометров.

2. Сгорание пусковой обмотки электродвигателя.

Данный дефект составляет около 80% всех электрических неисправностей (для однофазных электродвигателей), или 22% всех неисправностей компрессоров. Перегорание пусковой обмотки происходит либо из-за перегрева вследствие длительной работы электродвигателя, либо из-за высокой силы тока, потребляемой электродвигателем. Причинами данной неисправности являются:

- неправильное соединение обмоток электродвигателя

Следствием неправильного соединения обмоток электродвигателя может стать повреждение пускового конденсатора. Причем сгорание обмотки и повреждение конденсатора может произойти одновременно за очень короткое время.

Чтобы избежать данной неисправности, необходимо тщательно следить за правильностью соединений обмоток электродвигателя.
Признаком неправильного соединения может служить повышенный уровень шума и вибраций при пуске компрессора.

- неправильный монтаж реле тока или его неисправность

При неправильном монтаже реле тока, при больших (свыше 15°) отклонениях от вертикального положения, реле не срабатывает и пусковая обмотка и конденсатор оказываются постоянно под напряжением, что приводит к их перегоранию. Поэтому реле должно находиться в электрической коробке и иметь четкую фиксацию своего расположения. Реле напряжения менее чувствительно к изменению своего положения, тем не менее, на его работу, т. е. на частоту включений-выключений, может оказать влияние отклонение от нормальной позиции.

- повышенная частота пусков компрессора в течение часа

При пуске компрессора, через пусковую обмотку электродвигателя протекает большой ток, вызывающий ее нагревание. Поэтому время между пусками компрессора должно быть достаточным для охлаждения пусковой обмотки. Согласно инструкции по эксплуатации допускается производить не более 10–12 циклов в течение часа, нормальной считается работа с 5–7 циклами. Для предотвращения сгорания пусковой обмотки при частых пусках-остановках компрессора рекомендуется использовать реле времени для задержки пуска компрессора.

- реле пуска не соответствует данному типу компрессора

При замене реле тока или напряжения следует применять только то реле, которое рекомендуется заводом-изготовителем для данного вида компрессора. Значения напряжений включения и отключения находятся в зависимости от параметров обмотки и электрической сети. Колебания напряжения в электрической сети непосредственно влияют на работу реле тока или напряжения.

- несоответствие напряжения сети

Повышенное напряжение по сравнению с номинальным, может стать причиной постоянной работы пусковой обмотки электродвигателя, а пониженное напряжение приводит к невозможности пуска компрессора, либо к быстрому отключению компрессора сразу после пуска. Реле напряжения, рассчитанное, например, на напряжение 110 V, при напряжении в сети 220 V не отключится после пуска компрессора. Вследствие этого пусковая обмотка и конденсатор будут постоянно находиться под напряжением, что вызовет срабатывание системы автоматической защиты.

Пониженное напряжение в сети в большинстве случаев является основной причиной перегорания обмоток электродвигателей компрессоров. При низком напряжении двигатель работает в критических условиях, через обмотку якоря электродвигателя протекает сила тока больше той, на которую он рассчитан, и при сколько-нибудь длительной работе отказ электродвигателя только вопрос времени. Низкое питающее напряжение в несколько раз уменьшает срок службы электродвигателя, а дальше - замена компрессора с электродвигателем.

Косвенным признаком неполадок в питающей сети является частое перегорание ламп накаливания и различимое человеческим глазом мигание.

3. Перегорание основной обмотки электродвигателя

Данный дефект составляет около 3,5% всех электрических неисправностей компрессоров с однофазными электродвигателями.

Причинами перегорания основной обмотки являются следующие:

- неправильно подобран электродвигатель компрессора

Подобранный электродвигатель компрессора должен обеспечивать эффективную работу компрессора на определенном хладагенте в заданном температурном интервале при требуемых параметрах электрической сети. Отклонения приводят к перегреву компрессора, неэффективному процессу теплообмена.

Производительность компрессора должна соответствовать возможности отвода теплоты от конденсатора. Повышенная производительность компрессора способствует увеличению температуры и давления конденсации. В случае опасного повышения температуры конденсации следует использовать в холодильной системе маслоохладитель и вентилятор для обдува конденсатора.

- загрязненная или недостаточная поверхность теплообмена конденсатора

Плохой отвод теплоты в конденсаторе возникает при загрязненной поверхности теплообмена конденсатора, недостаточной его теплообменной поверхности (при неправильном подборе конденсатора), неисправности вентилятора конденсатора, неправильный монтаж конденсаторно-компрессорного агрегата. В результате этих причин возможно не только перегорание основной обмотки электродвигателя, но и появление промежуточных дефектов, таких как подгорание масла в клапанах, частые срабатывания системы автоматической защиты компрессора, что сокращает срок его службы.

В этих случаях, если не принять срочных мер и оставить компрессор работать, то скоро возникает неисправность и отказ компрессора.

Нарушение герметичности контура

Нарушение герметичности хладонового контура может быть вызвано разными причинами и не всегда приводит к поломке. Это зависит от места возникновения утечки, количества хладагента, который успел вытечь, промежутка времени между возникновением и обнаружением утечки, режимом работы кондиционера и от ряда других факторов. При утечке хладагента уменьшается его массовый расход через компрессор, который охлаждается хладагентом. Также при недостаточном количестве хладона ухудшается возврат масла в картер компрессора. Вследствие малого количества хладагента компрессор перегревается, а температура нагнетания повышается. Помимо этого, при значительной утечке хладона возможно попадание воздуха в холодильный контур.

Признаки утечки хладагента следующие: потемнение теплоизоляции компрессора; периодическое срабатывание тепловой защиты компрессора, вследствие перегрева компрессора; аномальное увеличение перегрева пара; снижение давления в испарителе; отсутствие переохлаждения в конденсаторе; масло темного цвета с запахом гари; и, наконец, наличие пузырьков в смотровом стекле, если таковое имеется.

Достоверно установить нехватку хладагента можно только при его полной эвакуации, с последующим взвешиванием и сравнением с данными о заправке в паспорте или на заводской бирке (шильдике). При нормальной заправке холодильного контура следует искать иные причины появления перечисленных признаков.

Если утечка обнаружена вовремя и хладагент не полностью утек из контура, то ремонт кондиционера в условиях мастерской не обязателен. Необходимо провести анализ масла, устранить утечку, провести заправку кондиционера, предварительно отвакуумировав его, произвести обкатку кондиционера в режимах охлаждение/нагрев с контролем всех необходимых параметров (давления всасывания и нагнетания, перегрев хладагента, перепад температур воздуха на входе и выходе из внутреннего блока, токовые характеристики компрессора).

Процент утечек, вызванных разрушением трубопроводов, очень мал. Чаще утечки происходят через неплотности на вальцовочных соединениях. Для определения мест утечек необходимо проводить опрессовку системы и проверку на отсутствие возможной утечки течеискателем всех соединений.

Влага в контуре

Влага обычно попадает в хладоновый контур с влажным атмосферным воздухом (который является смесью сухого воздуха с водяным паром), если монтаж кондиционера выполнен с нарушением правил. Вакуумирование хладоновой магистрали в процессе монтажа необходимо всегда в обязательном порядке, чтобы удалить из смонтированной магистрали влажный воздух. Продувка смонтированной магистрали хладагентом, которую иногда выполняют вместо вакуумирования, недопустима, поскольку не гарантирует 100 % удаление воздуха из системы.

Процент утечек, вызванных разрушением трубопроводов, очень мал. Чаще утечки происходят через неплотности на вальцовочных соединениях.

Опасность присутствия влаги в хладоновом контуре кондиционера заключается в том, что оставшаяся в системе влага, находящаяся при положительных температурах в парообразном состоянии, часто никак не проявляет себя вплоть до отказа компрессора. Однако по косвенным признакам определить наличие влаги в кондиционере можно.

Один из признаков наличия влаги в хладоновом контуре — это зеленоватый оттенок масла и положительный тест на кислотность.

Другой признак — изменение цвета индикатора влаги в смотровом стекле. При обнаружении этих признаков требуется срочное вмешательство, чтобы спасти компрессор от выхода из строя. Если кондиционер работает в режиме обогрева при достаточно низких температурах наружного воздуха, а температура кипения в теплообменнике наружного блока падает ниже 0 °C, то влага превращается в лед и закупоривает капиллярную трубку или ТРВ. В результате давление всасывания кондиционера падает, повышается температура компрессора и срабатывает тепловая защита. Этот цикл повторяется до тех пор, пока не сгорит компрессор.

Анализ масла

Темный цвет масла и запах гари указывает на то, что компрессор кондиционера перегревался. Причины перегрева могут быть разнообразны: утечка хладагента из кондиционера; работа кондиционера на обогрев при отрицательных температурах на улице; недостаточная производительность ТРВ; преждевременное дросселирование; дефекты компрессора (потеря герметичности клапанов); перетечки пара со стороны нагнетания на сторону всасывания, например, при заклинивании штока-золотника четырехходового клапана; высокое давление нагнетания.

Масло при этом теряет свои смазочные свойства и разлагается с образованием смолистых веществ. Эти вещества и вызывают отказ компрессора кондиционера. Фильтрация не позволяет полностью восстановить свойства масла, подвергшегося тепловому разложению. Поэтому его необходимо заменить.

Зеленоватый оттенок масла указывает на наличие в нем солей меди. Причина — присутствие влаги в холодильном контуре кондиционера. Тест на кислотность такого масла как правило тоже положительный.

Прозрачное масло с легким запахом, похожее по цвету на новое масло, указывает на то, что компрессору не нужна немедленная замена масла, при условии отсутствия кислоты и влаги.

Выводы

Учитывая некоторые вышеперечисленные неисправности компрессоров, необходимо помнить, что кондиционер является сложным техническим устройством. А значит требует своевременного сервисного обслуживания. Соблюдение общих правил монтажа и пуско-наладки оборудования, сроков проведения сервисного обслуживания и своевременное устранение неисправностей значительно увеличивают срок службы кондиционера.