Основные термины и определения. Поршневым компрессором называется компрессор объемного действия, в котором изменение объема рабочей полости осуществляется поршнем

Компрессор предназначен для сжатия и перемещения рабочего вещества холодильной машины и является ее важнейшим узлом. Холодильный компрессор определяет основные эксплуатационные показатели холодильного оборудования: надежность, долговечность, температурно-энергетические, массогабаритные параметры, шумовые и вибрационные характеристики.

Поршневым компрессором называется компрессор объемного действия, в котором изменение объема рабочей полости осуществляется поршнем, совершающим прямолинейное возвратно-поступательное движение.

Превращение вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение поршня в герметичных компрессорах бытовых холодильников осуществляется кривошипно-кулисным или кривошипно-шатунным механизмом. Принципиальная схема компрессора с кривошипно-шатунным механизмом движения показана на рисунке 1.

Герметичный поршневой компрессор состоит из герметичного кожуха, внутри которого находятся электродвигатель и компрессор. От ротора электродвигателя вращательное движение передается коленчатому валу компрессора. Кривошип коленчатого вала соединен с шатуном. С помощью кривошипно-шатунного механизма движения вращательное движение вала в преобразуется в возвратно-поступательное движение соединенного с шатуном поршня. Поршень совершает возвратно-поступательное внутри цилиндра. Цилиндр с одной стороны закрыт крышкой, в которой расположены органы распределения - самодействующие всасывающий и нагнетательный клапаны лепесткового типа.

Рис. 1 - Схема поршневого компрессора:

а - положение поршня в ВМТ; б - положение поршня в НМТ; D - диаметр цилиндра; S_п - ход поршня; 1 - всасывающий патрубок; 2 - камера всасывания; 3 - камера нагнетания; 4 - нагнетательный патрубок; 5 - рабочая полость цилиндра; 6 - нагнетательный клапан; 7 - всасывающий клапан.

В поршневых компрессорах два крайних положения поршня называют мертвыми точками. Верхней мертвой точкой (ВМТ) называют крайнее положение поршня, наиболее удаленное от коленчатого вала, а нижней мертвой точкой (НМТ) - крайнее положение поршня, ближайшее к механизму движения.

При ходе поршня из ВМТ в НМТ в пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений во всасывающей полости и цилиндре открывается всасывающий клапан и пары холодильного агента всасываются в цилиндр. При обратном ходе поршня из НМТ в ВМТ всасывающий клапан закрывается и находящиеся в цилиндре пары сжимаются поршнем до давления нагнетания, при достижении которого отрывается нагнетательный клапан, и сжатые пары хладагента нагнетаются в полость нагнетания, нагнетательный патрубок компрессора и далее по нагнетательному трубопроводу в конденсатор.

В бытовых холодильниках могут применяться не только одноцилиндровые, но и двухцилиндровые компрессоры с оппозитным расположением поршня.

В расчетах поршневых компрессоров используются понятия: "рабочий объем цилиндра"(м³), значение которого равно произведению площади поршня F_п на полный ход поршня S_п, и "рабочий объем цилиндра за единицу времени" V_h (м³/с), значение которого определяется как произведение рабочего объема цилиндра на частоту вращения коленчатого вала n₀ (1/с).

	(1)
где	nо	-	частота вращения коленчатого вала;
	Fп	-	площадь поршня;

Мертвым объемом называют минимальный объем рабочей полости цилиндра при положении поршня в ВМТ. Мертвый объем состоит из объема цилиндра в зазоре между поршнем и крышкой цилиндра (линейный мертвый объем), объемов в каналах клапанов (мертвый объем в клапанах) и дополнительного мертвого объема, образованного различными пустотами, каналами в поршне и цилиндре.

Наличие линейного мертвого объема обусловлено тем, что поршень не может вплотную подойти к крышке цилиндра. Зазор между поршнем и крышкой цилиндра необходим по ряду причин. Допустимые по техническим условиям отклонения размеров деталей механизма движения, в том числе, поршня, позволяют фиксировать положение поршня в ВМТ и НМТ лишь с определенным отклонением. Кроме того, линейный мертвый объем предназначен для предотвращения удара поршня о крышку в случае температурных деформаций деталей механизма движения, а также для компенсации износа в подвижных соединениях механизма движения.

В расчетах, как правило, используют безразмерную величину - относительный мертвый объем, равный отношению полного мертвого объема к рабочему объему цилиндра. Иногда относительный мертвый объем выражают в %.

Массовой производительностью компрессора (Gа, кг/с) называется масса парообразного хладагента, всасываемого компрессором в единицу времени. Объемной производительностью компрессора (V_а, м³/с) называется действительный объем парообразного хладагента, всасываемого компрессором в единицу времени. Теоретически объемная производительность компрессора равна рабочему объему цилиндра, однако в реальном компрессоре объем всасываемого пара, заполняющего цилиндр при ходе всасывания, всегда меньше рабочего объема цилиндра вследствие целого ряда причин, одной из которых является наличие мертвого пространства. Действительная холодопроизводительность компрессора всегда меньше теоретической.

Холодопроизводительность любого компрессора зависит от рабочих условий, в которых работает холодильная машина, и как производительность системы определяется произведением массовой производительности компрессора на удельную холодопроизводительность:

,	(2)
где	Ga	-	массовая производительность компрессора;
	qo	-	удельная холодопроизводительность.

Удельная холодопроизводительность 1 кг циркулирующего хладагента зависит от термодинамических свойств холодильного агента и степени совершенства цикла и определяется из расчета цикла холодильного агрегата.

Отношение объемной производительности к рабочему объему цилиндра за единицу времени называется коэффициентом подачи:

,	(3)
где	Gaт	-	теоретическая массовая производительность компрессора.

Отношение давления нагнетания к давлению всасывания называется относительным повышением давления или степенью сжатия: