Команда инженеров и технических специалистов ООО "Современные холодильные технологии "ВЕЛИС-ХОЛОД", работающая над созданием криогенного оборудования для технологической линии завода переработки покрышек, совершила важный прорыв с точки зрения конструирования нового оборудования. Создан новый малорасходный центробежный компрессор.

Центробежный холодильный компрессор под маркой EXPLOTEX^® является первым из нового поколения холодильного экологически безопасного оборудования. Поскольку в наши дни выбор экологически безопасного оборудования обуславливает его высокую стоимость, то выбор безопасного процесса охлаждения с помощью компрессора принесет пользу нашей планете и снизит стоимость оборудования для пользователя.

Центробежные компрессоры.

Новые «ОЗОНО НЕОБЕДНЯЮЩИЕ» малорасходные центробежные компрессоры для холодильных систем и систем кондиционирования воздуха промышленного назначения. 

 

Введение

Проблема разрушения озонового слоя Земли поставила перед учеными и промышленностью чрезвычайно сложную задачу замены озоноактивных холодильных агентов на альтернативные.

 

В 1987 г. всеми странами, производящими хладагенты, был подписан Монреальский протокол, согласно которому производство CFCs было прекращено с 1 января 1996 года.

 

Во многих случаях, простая замена одного хладагента на другой, вероятно, не является серьезной проблемой. Однако большинство промышленных холодильных систем и систем кондиционирования воздуха работает на CFCs хладагентах и быстрая замена хладагента, начиная с 1996 года, уже вызывала быстрый рост цен на хладагенты, а также создала проблемы с сервисным обслуживанием оборудования в зависимости от того, какие хладагенты используются в качестве замены.

 

С учетом выше перечисленных проблем, правительства разных стран инициируют программы по замене CFCs хладагентов, направленные на снижение утечек хладагентов в окружающую среду, а также стимулируют на ранней стадии реконструкцию оборудования, предназначенного для работы на CFCs хладагентах, для работы на хладагентах первого поколения, таких как HCFCs и HFCs.

 

Но это является только временным решением проблемы, потому что HCFCs и HFCs хладагенты сами по себе требуют 90% замены к концу текущего десятилетия.

 

Долговременные варианты решения проблемы 

 

 

Существует только два реальных пути решения данной проблемы:

1.      Создание нового поколения «безопасных» хладагентов, которые могут быть использованы в существующем оборудовании;

2.      Создание нового поколения холодильных систем и систем кондиционирования воздуха, в которых могут использоваться в качестве хладагентов существующие вещества, оказывающие «нулевое влияние» на озоновый слой.

Существует ряд, так называемых веществ с «нулевым влиянием», подходящих, для того чтобы использоваться в качестве хладагентов, которые не содержат в своем составе хлора или брома, и которые могут считаться безопасными для озонового слоя. Но они не подходят для применения в ныне существующем поколении холодильного оборудования.

По этой причине продолжаются исследования, направленные на поиск еще более безопасных веществ, которые могут быть использованы в ныне существующем оборудовании. Проблема не исчерпывается простым поиском новых хладагентов. Ныне существующее оборудование нуждается также в новых смазочных материалах, так как применяющиеся сейчас смазки не совместимы с первым поколением хладагентов, использующихся для замены CFCs; таким образом, новые смазки также необходимо создавать.

Существует ряд исследовательских проектов, направленных на создание конструктивно нового оборудования, работающего на хладагентах с «нулевым влиянием», но до сих пор ни один из этих проектов не был успешно завершен.

Решение задачи, с точки зрения компании ООО "ВЕЛИС-ХОЛОД" 

 

Команда инженеров и технических специалистов, работающая над созданием криогенного оборудования для технологической линии завода переработки покрышек, совершила важный прорыв с точки зрения конструирования нового оборудования. Создан новый малорасходный центробежный компрессор, который может работать на большинстве известных хладагентов с «нулевым влиянием». Большинство этих хладагентов производятся в коммерческом объеме и имеют конкурентно способную цену. Это делает их отличной заменой для CFCs, HCFCs и HFCs хладагентов в промышленных холодильных системах и системах кондиционирования воздуха.

 

Техническое достижение специалистов нашей компании является еще более впечатляющим, так как наши инженеры достигли успехов в создании центробежных холодильных компрессоров мощностью до от 5 кВт до 500 кВт с частотой вращения от 12000 до 48000 оборотов в минуту, которые в настоящее время успешно работают. Фактически, при создании центробежного компрессора мощностью 8 кВт успешно реализовал все традиционные преимущества машин данного типа, а, кроме того, использует в качестве рабочих хладагентов вещества с «нулевым влиянием». Это не оказало никакого отрицательного влияния на производительность и КПД компрессора. Дополнительно, благодаря использованию термодинамического цикла с двойным дросселированием, потребляемая мощность существенно снизилась, а холодильный коэффициент увеличился  по сравнению с традиционными холодильными циклами без этих элементов.

 

Традиционные преимущества центробежных компрессоров	Преимущества малорасходных холодильных центробежных компрессоров EXPLOTEX
Низкие массогабаритные характеристики. Габаритные размеры и вес МХЦК примерно в два раза меньше, что особенно важно для транспортных холодильных установок.	Экологическая безопасность
Отсутствие масла в системе позволяет улучшить теплообмен и уменьшить габариты теплообменных аппаратов (конденсатора и испарителя).	Высокий  КПД
Отсутствие низкочастотного шума.	Низкая стоимость производства
Повышенная по сравнению с объемными компрессорами эффективность регулирования, определяющая суммарный расход энергии за годовой цикл эксплуатации холодильной установки.	Отсутствие смазки
	Герметичная система с «нулевыми утечками»
	Изменения в термодинамическом цикле
	Малые вес и габариты компрессора

 

Техническое описание центробежного компрессора

 

Центробежный компрессор состоит из трех основных компонентов. 

1. Электропривод
2. Проточная часть (рабочие колеса, диффузоры)
3. Сборные камеры (улитки), формирующие направление потоков хладагента на входе и выходе из компрессора

    

На фотографии представлены лабораторные модули двухступенчатых МХЦК ТКМ-08/700 и ТКМ-20/700  без улиток.

Технический прорыв в процессе, называемом «миниатюризация» центробежного компрессора, стал возможен, благодаря использованию специального высокоскоростного электродвигателя.  Электродвигатель с возможностью изменять скоростью вращения, которая является одним из основных преимуществ этого двигателя, может работать на частотах вращения до 1200 Гц. Скорость регулируется и контролируется статическим преобразователем частоты.

 

 

При скоростях вращения 60000 об/мин срок жизни подшипника становится очень коротким; но мы решили эту проблему путем использования газодинамических подшипников. Вал ротора плавает на «подушке» циркулирующего хладагента, который, одновременно, работает как смазка и обеспечивает максимально возможный срок жизни центробежного компрессора при минимальном сервисном обслуживании. В более крупных моделях холодильных центробежных компрессоров, которые работают на скоростях вращения до 24000 об/мин, используются прецизионные  керамические подшипники качения с консистентной смазкой. Они также требуют минимального сервисного обслуживания и имеют продолжительный срок службы.

 

Благодаря всему этому исключаются специальные требования к смазке, а также полностью исключается наличие масла в холодильной системе.

 

Холодильные центробежные компрессоры являются полу герметичными, что дает возможность их вскрыть и отремонтировать. Однако они полностью уплотняются во время работы, и не имеют утечек хладагента при эксплуатации.

 

Электропривод 

 

Электропривод компрессора - встроенный высокочастотный асинхронный электродвигатель, состоящий из статора и ротора. Двигатель имеет частотный запуск и работает от питающей электроэнергии частотой до 1200 Гц, которая подается от специального частотного инвертора. Статор жестко закреплен в корпусе, а ротор жестко закреплен на валу компрессора.

 

В двигатель вмонтирован термодатчик, который автоматически отключает компрессор, если температура обмоток статора превышает 105°C и перезапускает компрессор, когда обмотки остывают до 70°C.

 

Ротор компрессора представляет собой вал, на котором жестко закреплены ротор электродвигателя и два колеса. Ротор компрессора вращается на двух радиальных и одном осевом подшипнике, когда компрессор работает на газодинамических подшипниках, или на двух радиально-упорных  подшипниках качения.

 

Корпус компрессора является элементом, воспринимающим нагрузку от подшипников, в котором крепятся все остальные элементы компрессора. Кроме того, корпус предназначен для монтажа компрессора в холодильную установку.

 

Компрессор запитывается через электрический разъем, расположенный на корпусе. На концах ротора расположены лабиринтные уплотнения, которые воспринимают разницу давлений, возникающую между различными полостями компрессора во время работы.

 

Охлаждение электродвигателя осуществляется полным расходом паров хладагента, просасываемых через корпус компрессора после первой ступени сжатия.

 

Проточная часть 

 

Полуоткрытые радиальные рабочие колеса закреплены на консолях ротора. Вместе с диффузорами они образуют ступени компрессора. Компрессор относится к классу машин кинематического принципа действия. Подводимая к рабочему колесу от электродвигателя энергия передается через лопатки рабочего колеса сжимаемого хладагенту в виде кинетической энергии движения. Далее кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию давления частично в рабочем колесе и окончательно в диффузоре и выходном устройстве. Хладагент последовательно проходит две ступени, в которых сжимается. Сжатый газ подается потребителю.

 

Методика расчета и проектирования проточных частей МХЦК полностью разработана специалистами компании. 

 

Схема работы центробежного холодильного компрессора 

 

При подаче напряжения на электродвигатель компрессора ротор начинает вращаться. Хладагент поступает на вход первой ступени сжатия, сжимается и, далее, поступает в собирательную полость, сформированную в крышке первой ступени. Сжатый хладагент через трубопровод подается на вход второй ступени, где сжимается дальше, а затем подается во вторую полость, которая сформирована таким же образом, как и полость первой ступени. Сжатый хладагент затем подается в конденсатор.

 

Тепло, выделяемое электродвигателем, удаляется из статора и из ротора газообразным хладагентом, который поступает через специальные отверстия, выполненные в корпусе. Осевые и радиальные подшипники смазываются циркулирующим хладагентом.

 

Степень сжатия хладагента, то есть холодильная мощность компрессора, контролируется скоростью вращения ротора. Установка должна быть настроена таким образом, чтобы определенная скорость вращения ротора соответствовала требуемой температуре охлаждения.

 

Габариты компрессора 

 

Центробежные холодильные компрессоры под маркой EXPLOTEX^® меньше, чем компрессоры других типом эквивалентной мощности, приблизительно на 60%. Уменьшение габаритов стало возможным при применении встроенного высокочастотного асинхронного электродвигателя.

 

Применимость 

 

Центробежные холодильные компрессоры можно использовать как в новом, так и в уже существующем оборудовании. Потребители, которые хотят усовершенствовать свое уже установленное оборудование, путем перевода его с CFCs или HCFCs на хладагенты с «нулевым влиянием», могут установить на свое оборудование компрессоры под маркой EXPLOTEX^®. Инженеры ЗАО НПЦ "Новотех-Холод" могут разработать и создать модификации, которые необходимы для большинства ныне существующих промышленных холодильных систем и систем кондиционирования воздуха. Таким образом, потребители могут оценить экономическую целесообразность: стоит ли усовершенствовать ныне существующие или устанавливать новое оборудование.

 

Изменения в термодинамическом цикле 

 

Инженеры ЗАО НПЦ "Новотех-Холод" изменили традиционный термодинамический цикл путем введения в него двух дополнительных элементов – промежуточного сосуда для разделения жидкости и пара и рекуперативного теплообменника для промежуточного охлаждения и регенерации тепла. При совместной работе эти элементы повышают холодильный коэффициент цикла так, что потребляемая электрическая мощность становится существенно меньшей, чем в циклах без этих элементов.

 

По сравнению с традиционными холодильными циклами, холодильная мощность системы, разработанной в подразделении нашей компании, варьируется путем изменения скорости вращения ротора компрессора, которая контролируется по изменения выходной частоты на инверторе. Это дает возможность более точно поддерживать температуру, и, следовательно, снизить эксплуатационные затраты.

 

Технология была усовершенствована путем проведения углубленных испытаний прототипов.

 

 

Холодильная система на базе МХЦК

 

Область применения:

 

Центробежные компрессоры серии ТКМ (см. рис.1 и 2) предназначены для работы в промышленных холодильных установках и системах кондиционирования воздуха при расчетных рабочих условиях, приведенных в Таблице 1.

Таблица 1.

Расчетные рабочие условия:

 

Температурный уровень холодильных установок:

• температура кипения хладагента от плюс 10°C до минус 10°C – один компрессор (две ступени сжатия); 
• температура кипения хладагента от минус 10°C до минус 35°C – два последовательно установленных компрессора (четыре ступени сжатия). 

Номенклатура:

 

Компрессоры: ТКМ 8*/800**, ТКМ 20/700, ТКМ 60/400, ТКМ 90/400

 

*      холодопроизводительность при расчетных условиях

**    максимальная частота вращения ротора Гц.

 

Таблица 2.

Технические характеристики: 

 

 

Примеры промышленных холодильных установок на базе МХЦК

 1. Компрессорно-конденсаторный агрегат на базе ТКМ-50/400 предназначен для производства холода в составе промышленной холодиль­ной установки путем подачи в нее охлажденного экологически чистого хладагента. Агрегат охлаждает воздух, поступающий в блок комплексной очистки воздухоразделительной установки после концевого холодильника компрессора. При этом, кроме охлаждения, она конденсирует большую часть воды, содержащейся в воздухе. Предварительное охлаждение перерабатываемого воздуха, парокомпрессионной холодильной машиной повышает эффективность ВРУ, но, самое главное, обеспечивает работоспособность блока комплексной очистки (БКО).

Самые первые два агрегата этой серии смонтированы на площадке азотно-кислородной станции Бухарского нефтеперерабатывающего завода, где успешно эксплуатируются с 1998 года.

 

2. Система жидкостного охлаждения (чиллер) на базе ТКМ-08/700 предназначена для охлаждения и стабилизации температуры оборотной воды (тосола и т.п.), подающейся на охлаждение промышленного оборудования различного назначения (электрошпиндели станков). Технические исследования и испытания, проведенные специалистами ЗАО "НПЦ "Новотех-холод", показали, использование МХЦК в чиллерах с незначительно меняющейся по времени тепловой нагрузкой позволяет решить следующие проблемы, возникающие при эксплуатации чиллеров на базе компрессоров объемного типа:

 

Компрессоры объемного типа (поршневые, винтовые и т.п.) при постоянной по времени тепловой нагрузке обеспечивают поддержание заданной температуры методом включения/выключения, количество включений, как правило, ограничено (6 раз в час). Диапазон регулирования холодопроизводительности МХЦК, благодаря частотному управлению, может меняться от 25 до 100%. Таким образом, после набора заданной температуры на максимальной частоте (мощности), частота вращения ротора компрессора снижается до минимально необходимой, и температура поддерживается на заданном уровне без периодического роста или понижения. В итоге, такое частотное регулирование позволяет избежать скачков тока, происходящих в момент пуска компрессора объемного типа, приводит к суммарному снижению потребляемой электроэнергии.

 

Точность поддержания температуры при постоянной нагрузке определяется только точностью контрольно-измерительной аппаратуры.

 

 Чиллер на базе ТКМ-08/700, используемый для охлаждения воздушного турбокомпрессора ТКМ-В-32/250 (мощность электродвигателя 32 кВт) для аэродромного кондиционера АК-04-9А (Баку).

 

3. Компрессорно-конденсаторный агрегат на базе ТКМ-60/400 для системы охлаждения и поддержания заданной температуры в холодильных камерах хранения плодоовощной продукции.

 

Резюме:

Центробежный холодильный компрессор под маркой EXPLOTEX^® является первым из нового поколения холодильного экологически безопасного оборудования. Поскольку в наши дни выбор экологически безопасного оборудования обуславливает его высокую стоимость, то выбор безопасного процесса охлаждения с помощью компрессора принесет пользу нашей планете и снизит стоимость оборудования для пользователя.