Причины перегрева компрессоров в холодильных машинах

montazh kholodilnogo oborudovaniyaОдной из фундаментальных проблем работы холодильной техники является проблема перегрева компрессорной установки. Основными факторами повышенной рабочей температуры данного агрегата является внутреннее давление при рабочем цикле всасывания и нагнетания, низкая температура окружающей среды, использование систем автоматической защиты и теплообменников регенеративного типа.

Снижение рабочей температуры посредством реле давления

В результате уменьшения давления в испарителе холодильной машины существенно снижается эффективность работы агрегата в целом. Уменьшение давления всасывания в компрессоре приводит к увеличению удельного объема парообразного хладагента и снижению его массы. При этом, может происходить перегрев электромотора компрессорного агрегата из-за его недостаточного охлаждения.

Основными рабочими органами холодильного компрессора является поршневая пара и система клапанов. Поршень, преимущественно, изготавливают из алюминия, а цилиндр из чугуна. Учитывая высокую разницу коэффициентов линейного расширения данных металлов при нагревании получаем уменьшение зазора между телом поршня и стенкой гильзы. В итоге, увеличивается вероятность появления царапин на зеркале гильзы с уменьшением ресурса компрессорного узла в целом.

Именно поэтому, во избежание превышения граничных параметров давления всасывания, используют реле низкого давления или иные защитные агрегаты.

В холодильных машинах применяют реле низкого и высокого давления, служащие для отключения компрессорной установки при определенных условиях. Реле низкого давления сочленено с всасывающей магистралью и настроено на его отключение в момент критического снижения давления. В промышленных агрегатах технического кондиционирования для пищевых предприятий реле низкого давления применяют в качестве защиты испарителя от обмерзания. В данном случае реле предупреждает обморожение испарителя, которое может привести к перегреву компрессорного узла, из-за его работы без теплоносителя. Возврат реле в начальное положение может осуществляться вручную или автоматически.

Реле пневматического давления в холодильных машинах соединяют с магистралью нагнетателя. Основное назначение – отключение компрессора в момент критически высокого давления. Включение реле в схему производится в месте магистрали, где вентиль нагнетателя не может повлиять на его функционирование.

Предупреждение перегрева электромотора компрессора зимой

prichiny peregreva kompressorov kholodilnykh mashinНесущественные колебания терморежимов окружающей среды в холодильных установках удается компенсировать за счет применения терморегулируемых вентилей, которые работают в ограниченном диапазоне. За пределами данного диапазона температур холодильная установка работает с неизменным сопротивлением дроссельного органа. Для работы в обширном температурном диапазоне используют конденсаторы воздушного охлаждения.

Необходимо понимать, что падение температуры окружающей среды с 26 до 10 С приводит к существенному уменьшению давления конденсации – на 37%, до значения 0,58 кПа. Одновременно с данным процессом изменяется значение точки кипения с 0,27 до 0,18 кПа, которая напрямую связана с уменьшением эффективности работы дроссельного органа в результате падения давления на нем. В результате подобных условий снижается степень охлаждения испарителя и температура кипения.

Эффективность работы дроссельного органа, который включает терморегулируемые вентили и капиллярную трубку, напрямую зависит от разницы давления. Это связано с тем, что характеристики дроссельного органа подбираются под необходимую эффективность его эксплуатирования при нормальных рабочих перепадах давления. Работая зимой, когда температура окружающей среды существенно понижается, чрезмерное падение давления нагнетания снижает разницу давлений в дроссельном органе, что приводит к малому объему подаваемого хладагента в испаритель. В итоге, из-за недостаточности хладагента, система приобретает нежелательную разбалансировку.

Одной и проблем применения конденсаторов воздушного типа в холодильных установках являются повреждения компрессора в результате пониженного давления нагнетания, которое снижает давление всасывания. Это приводит к тому, что из-за уменьшения данных характеристик падает производительность компрессора, и как следствие – снижается поток перекачиваемого хладагента. В результате наблюдается резкое повышение температуры обмоток электродвигателя, что может привести к перегреву.

Необходимое давление в дроссельном узле для стабильной и эффективной работы холодильной машины определяется давлением нагнетания. Именно поэтому температура на испарителе должна поддерживаться на определенном уровне, что обеспечит надежную работу агрегата.

Особые затруднения возникают в зимой, когда температура конденсации находится на низком уровне. Это связано с очень низкой температурой окружающей среды и значением тепловой нагрузки.

Чтобы удерживать температуру конденсации на должном уровне необходимо изменять производительность конденсационного узла в зависимости от терморежима окружающей среды. Это позволит стабилизировать и удерживать значения в необходимом диапазоне.

Регулировка производительности конденсационного органа, чаще всего, производится путем изменения частоты вращения лопастей и настройкой циклического функционирования вентиляторов всей системы. Применение только одного вентилятора не используется, так как это приводит к существенным колебаниям температуры конденсации. Приемлемым методом регулирования является применение нескольких вентиляторов с последовательной циклической работой и возможностью изменения частоты вращения лопастей при помощи специального регулятора.

В моделях холодильных установок, которые эксплуатируются зимой целесообразно применять конденсаторы горизонтального типа. Они меньше подвержены влиянию ветра, которое приводит к самопроизвольному охлаждению. В противном случае, естественный обдув конденсатора ветром сводит на нет все преимущества цикличного регулирования работы вентиляторов и настройки и частоты вращения. Применение циклического регулирования работы и частоты вращения вентиляторов конденсатора в зимнее время – удобный способ автоматического обеспечения стабильной и безопасной работы компрессора в зависимости от температуры воздуха на входе конденсатора.

Одним из условий стабильной работы с высокой степенью отказоустойчивости компрессорного агрегата является температура конденсации не менее 32 С. Данный показатель достигается при температуре окружающей среды на уровне 16 С.

Выбор конденсатора холодильной машины производится исходя из соображений его способности справляться с тепловыми нагрузками при рациональной разнице температур конденсации и окружающей среды. Оптимальным значением для холодильных установок на промышленных предприятиях считается разница температур от 12 до 17 С.

Нередко воздушные конденсаторы поставляются с одним вентилятором, что предполагает возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне окружающей среды. Для достижения наибольшего диапазона, разница температур при высоком давлении всасывания должна составлять от 17 до 22 С. В низкотемпературных моделях холодильников данное значение, нередко, не превышает 6 – 9 С.

На практике и теоретически доказано, что способность снижать скорость вращения вентиляторов до 25% от номинальной, обеспечивает возможность эксплуатации системы в холодное время года. При этом, минимальная температура окружающей среды поддерживается в автоматическом режиме и не превышает значения -30 С.

Настройка давления конденсации в зимнее время посредством вентиляторов целесообразна в машинах, которые оборудованы воздушными конденсаторами с четырьмя вентиляторами. Такие установки используются в промышленных холодильных машинах пищевой промышленности, что позволяет поддерживать необходимый уровень температуры, влажности и скорости циркуляции воздушных потоков. В подобных агрегатах разница температур, обычно, составляет от 14 до 16 С. При этом, температура окружающей среды на должна быть ниже -20…-25 С.

Модели конденсаторов с двумя вентиляторами способны обеспечивать надежную работу при разнице температур от 14 до 17 С и минимальной температурой окружающей среды, равной 0 С.

Обеспечить надежное функционирование компрессора в установках, работающих с разницей температур от 6 до 9 С, при помощи регулирования давления конденсации циклической работой вентиляторов, возможно только при условии температуры окружающей среды выше 0С.

В итоге получаем следующую зависимость – температура обслуживаемого холодильной машиной помещения напрямую зависит от температуры окружающей среды. Регулированием частоты вращения вентиляционной системы конденсатора достигается возможность использования минимального количества вентиляторов, а также безопасность и стабильность работы компрессорной установки холодильной машины.

Защита от перегрева компрессора со встроенным электромотором

Многие автономные автоматизированные холодильные установки могут постоянно эксплуатироваться без контроля диспетчера и постоянного присутствия обслуживающего персонала. В подобных случаях очень важно обеспечить безопасность компрессоров от внезапного перегрева, что требует применения в системе разнообразных устройств, которые автоматически отключат компрессор при проявлении опасных параметров работы. Комплекс данных устройств называют системой автоматической защиты.

В среднеразмерных и крупногабаритных компрессорах используется система автоматической защиты со световой индикацией неисправностей. Это позволяет безошибочно определить отклонение от нормы, а также причину остановки компрессора. В подобных агрегатах алгоритм индикации позволяет определять причину остановки компрессора после длительного простоя, который сопровождается возвратом контролируемой величины в исходное состояние. Условием работы индикатора является разовое включение защиты. В зависимости от типа системы различают автоматическую защиту одноразового и многоразового действия.

Система защиты одноразового действия обеспечивает немедленную остановку компрессорного агрегата до тщательного изучения неполадок. При этом, невозможен повторный запуск системы в автоматическом режиме без обслуживания. Подобные схемы получили обширное распространение в автономных системах охлаждения корабельных кондиционеров и холодильных машин, а также в промышленных холодильных машинах стационарной установки.

Преимущественно, систему защиты одноразового действия применяют в случаях, при которых остановка компрессора не приводит к непоправимым нарушениям технологических процессов. К примеру, подобный агрегат недопустимо применять на холодильных установках, обслуживающих помещения со скоропортящимися продуктами питания. В подобных случаях целесообразно применять системы защиты с автоматическим запуском при восстановлении рабочих параметров. Такие системы оптимальны в случаях, где строго недопустима даже кратковременная остановка работы холодильной установки.

На практике также широко используют разновидность защиты компрессора, которая получила название «блокировка». Её основной отличительной чертой является изменение устройства, который выступает в качестве датчика превышения граничных параметров. Например, на схему управления компрессионным агрегатом действует элемент работы вентилятора или насоса, а не защитное реле. На корабельных системах автономного кондиционирования компрессор и электрообогреватель воздуха соединены с вентилятором. При блокировке работа всей системы обогрева и охлаждения воздуха не возможна, если не включается вентилятор, по любым причинам.

Основными критериями выбора системы защиты электромотора являются характеристики материалов изоляции и нагрузок на холодильную установку, а также режим ее эксплуатации. Защита встроенного двигателя компрессора осложняется многими факторами:

  • В процессе торможения очень быстро происходит перегрев обмоток электромотора. При рабочей температуре около 20С, нагрев обмотки до температуры 200С, в данном случае составит не более нескольких секунд. Кроме того, после перегрева в режиме торможения, охлаждение обмоток происходит намного дольше. Падение температуры от 200 до 120С, в электромоторах мощностью около 8 кВт, займет не менее 20 минут.
  • Температура обмоток не всегда повышается в результате увеличения температуры кипения, которая приводит к повышению нагрузки и силы тока. Однако, снижение температуры кипения может привезти к уменьшению силы тока и повышению температуры обмоток. В результате – нет пропорциональной зависимости, которая позволит выбрать единственно верную схему защиты электромотора.
  • Изменение эффективности охлаждения не сильно влияет на силу тока, однако, приводит к изменению температуры обмоток. Известно, что выбор системы защиты производится из соображений, что к перегреву мотора приводит превышение силы тока и температуры. Это значит, что в систему должны входить устройства, которые будут контролировать оба параметра.

Защита от перегрева во встроенных электромоторах предназначена для предупреждения чрезмерного повышения температуры в процессе перегрузок, заклинивания вращающихся деталей, а также при работе и запусках на двух фазах. Немаловажным параметром любой автоматической защиты от перегрева является ее быстродействие, что очень важно при коротких замыканиях.

Одним из наиболее удачных решений считается электронная система защиты, которая выполнена из нескольких последовательно соединенных термисторов с размещением непосредственно в обмотках двигателя. Это позволяет мгновенно и максимально точно регистрировать момент превышения температуры, выше установленного уровня. В системе применяется электронный модуль, который используется для измерения сопротивления и отключения контрольного реле в зависимости от сопротивления термисторной цепи.

Защита от повышения температуры нагнетания способна уберечь компрессор от перегрева, который работает с повышенным давлением или в условиях неисправных клапанов. К этому виду защиты также предъявляется требование быстродействия, которое должно оперативно отключить агрегат до момента перегрева компрессора. В данном случае датчик размещается на магистрали нагнетателя, а температура включения защиты производится на отметке 140С. Датчик магистрали нагнетателя последовательно соединен с термисторной цепью электромотора, а при достижении определенного сопротивления электронный модель отключает компрессор. В полугерметичных компрессорах с устройством разгрузки во время запуска, датчик системы защиты размещается в одном цилиндре с клапаном разгрузки. 

Продолжительное превышение силы тока, более чем на 20% от номинального, неизбежно приводит к перегреву обмоток с разрушением изоляции, вплоть до выхода электромотора из строя. Чтобы защитить агрегат от подобного воздействия используют реле тока, время срабатывания которого зависит от соотношения номинального значения силы тока к реальному. Обычно, реле подбирают таким образом, чтобы обеспечить отключение агрегата при перегрузке на 35% в течение 30 минут. Если перегрузка в четверо превышает установленную – отключение должно происходить в течении 5-40 сек.

В маломощных холодильных установках допустимо применение автоматических реле, которые после возврата характеристик тока к исходным значениям, вновь запускают агрегат без вмешательства обслуживающего персонала. Если мощность электромотора в установке превышает 1 кВт, обычно, применяют реле с кнопкой ручного запуска после перегрузки.

Независимо от типа и наличия внутренней защиты электромотора требуется установить защиту цепи в виде быстродействующих плавких предохранителей. Данные элементы представляют собой одноразовое защитное устройство, которое монтируется в электрическую цепь схемы. Основное назначение изделия – защита схемы от перегрузок при коротком замыкании обмоток электромотора, пробоя в изоляции и т.п.

Применение регенеративных теплообменников в холодильных установках

Регенеративные теплообменники применяют в холодильных агрегатах для повышения температуры хладагента со стороны всасывающей магистрали компрессора. Это позволяет избежать обмерзания трубопровода, а также образования конденсата с дальнейшим испарением жидкости в потоке пара. Данный теплообменник позволяет дополнительно предупредить переохлаждение жидкого хладагента, что защищает жидкостную линию от образования дроссельного пара.

При применении регенеративного теплообменника наблюдается некоторая зависимость относительно холодопроизводительности агрегата. Тепло, передаваемое жидким хладагентом и поглощаемое паром, до определенного момента заменяет то тепло, которое могло бы быть получено от окружающей среды через неизолированную всасывающую магистраль. Именно поэтому холодильные установки с открытой магистралью всасывания обладают большей производительностью.

Естественная передача тепла от жидкости к пару в теплообменниках регенеративного типа не способствует существенному увеличению эффективности и холодопроизводительности машины. При этом, снижается энтальпия жидкого хладагента с пропорциональным повышением энтальпии пара. Известно, чем выше температура пара, тем выше его удельный объем, что приводит к существенному снижению производительности. В результате имеем: снижение энтальпии и увеличение удельного объема пара хладагента обладают противонаправленным действием. Т.е. эти два фактора, в большей степени, действуют друг против друга, а существенное повышение производительности не наблюдается. В тоже время, неизолированная жидкостная линия при понижении температуры хладагента повышает производительность на несоизмеримо малую величину. Однако, изоляция всасывающего трубопровода приводит к потере полезных свойств регенеративного теплообменника, а также может привести к критическому повышению температуры пара с боку всасывания компрессора. Данная закономерность особенно четко проявляется в случаях, когда компрессор установлен в одном помещении с регенеративным теплообменником.

Увеличение температуры всасывания паров также приводит к перегреву смазочных материалов и деталей компрессора, что существенно снижает ресурс агрегата в целом и трущихся деталей. В данном случае можно наблюдать малый перегрев изоляции обмоток встроенного электромотора, что также сказывается на его долговечности.

На основании вышеперечисленных умозаключений можно сделать вывод: регенеративный теплообменник целесообразно использовать в холодильных машинах только в паре с отделителем жидкости. Данная схема позволит агрегату стабильно работать, а также обеспечит надежный запуск компрессора холодильной установки.

home bottom icon4 Контакты

Стационарный: +380 (44) 221 93 39
Kievstar: +380 (67) 422 93 39 (viber)
MTS: +380 (50) 442 73 39 (whatsapp)

home bottom icon3 Гарантия

От 12 месяцев до 36 месяцев

home bottom icon2 График работы

Понедельник-пятница: с 9:00 до 18:00
Суббота-воскресение: выходные

home bottom icon1 Доставка

По Киеву: от 1 до 2 дней
По Украине: от 1 до 4 дней

rabotaem po vsej ukraine

v m