Шоковая заморозка, хранение мороженого и рыбы, низкотемпературные склады требуют кипения хладагента в области минус тридцати пяти градусов и ниже. На таком режиме обычный одноступенчатый агрегат работает на пределе: разница между давлением всасывания и нагнетания становится огромной, газ на выходе перегревается, а холодопроизводительность резко падает. Поэтому в качестве низкотемпературного компрессора инженеры выбирают либо двухступенчатый компрессор, либо одноступенчатую машину с экономайзером.
Разберёмся, почему сжатие делят на две ступени, как работает промежуточное охлаждение, какие модели Bitzer, Bock и Refcomp встречаются на практике и в каких случаях двухступенчатая схема действительно выгоднее. Речь пойдёт о холодильной технике, где важен каждый процент эффективности при круглосуточной работе.
Почему одной ступени не хватает
Главная проблема глубокого холода — высокая степень сжатия, то есть отношение абсолютного давления нагнетания к давлению всасывания. Чем ниже температура кипения при той же конденсации, тем больше это отношение и тем тяжелее условия для компрессора.
С ростом степени сжатия снижается объёмный коэффициент: часть газа, оставшаяся во вредном пространстве цилиндра, расширяется и занимает место новой порции пара. В результате при прежнем объёме цилиндров компрессор подаёт всё меньше хладагента. Одновременно растёт температура нагнетания, масло начинает коксоваться на клапанах, а обмотка встроенного двигателя хуже охлаждается разреженным паром. Производители ограничивают область применения одноступенчатых моделей именно поэтому, и попытка выйти за её границы заканчивается частыми срабатываниями защиты или поломкой клапанной группы.
Как устроен двухступенчатый компрессор
Суть решения в том, что газ сжимается последовательно: сначала от давления кипения до промежуточного, затем от промежуточного до давления конденсации. Каждая ступень работает с умеренной степенью сжатия, а между ними пар охлаждается, благодаря чему итоговая температура нагнетания остаётся в допустимых пределах.
Ступени в одном корпусе
В полугерметичных поршневых машинах обе ступени размещаются в общем блоке: часть цилиндров работает как ступень низкого давления, остальные — как ступень высокого. Объём цилиндров первой ступени больше, потому что всасываемый пар при низком давлении имеет малую плотность. Электродвигатель общий, вал общий, а промежуточная полость соединяет нагнетание первой ступени со всасыванием второй. Такая компоновка проще и дешевле, чем два отдельных компрессора, и занимает меньше места в машинном отделении.
Промежуточное охлаждение
Пар после первой ступени горячий, и если подать его на вторую без охлаждения, выигрыш почти пропадёт. Поэтому в промежуточную полость направляют хладагент из жидкостной линии, и способов здесь несколько.
- Прямой впрыск жидкости. Небольшое количество жидкого хладагента через расширительный вентиль подаётся в промежуточную полость, испаряется и охлаждает пар. Схема простая, но не повышает холодопроизводительность.
- Переохладитель с промежуточным давлением. Часть жидкости дросселируется в теплообменник, где переохлаждает основной поток, идущий к испарителю, а образовавшийся пар уходит на вторую ступень. Так одновременно снижается температура нагнетания и растёт удельная холодопроизводительность.
- Открытый промежуточный сосуд. Классический вариант для крупных станций, где пар и жидкость разделяются в отдельном сосуде; в небольших агрегатах встречается редко из-за габаритов.
Какой вариант допускает конкретная модель, указано в документации производителя. Там же приводятся требования к регулированию промежуточного давления и к защите от попадания жидкости в цилиндры.
Модели, которые встречаются на объектах
В коммерческом и промышленном холоде чаще всего применяются двухступенчатые полугерметичные агрегаты трёх европейских производителей. Конструктивно они похожи, но различаются компоновкой цилиндров, программой подбора и комплектацией.
Bitzer S4 и S6
У Bitzer двухступенчатые модели выделены буквой S в начале обозначения. Компрессор Bitzer S4N-8.2 относится к четырёхцилиндровому исполнению, где, как правило, большая часть цилиндров отдана ступени низкого давления. Модификация S4N-8.2Y отличается буквой Y, которая по системе обозначений производителя указывает на заправку полиэфирным маслом для синтетических хладагентов. Шестицилиндровые машины серии S6, в том числе S6G, рассчитаны на большую производительность и применяются на крупных камерах и тоннелях. Подобрать подходящий типоразмер удобно в разделе полугерметичных компрессоров Bitzer, сверив режим по программе производителя.
Bock HGZ и Refcomp SB
Немецкий Bock выпускает двухступенчатую серию HGZ, и модель Bock HGZX7 — один из её представителей: буква X в обозначениях Bock обычно указывает на эфирное масло, а цифра 7 — на корпусной типоразмер. Эти агрегаты охлаждаются всасываемым газом и ориентированы на низкотемпературные склады и морозильное оборудование. Каталог компрессоров Bock позволяет сравнить исполнения по объёму и комплектации. Итальянский Refcomp предлагает двухступенчатую линейку SB, построенную на базе его поршневой платформы; её модели можно найти среди компрессоров Refcomp.
На что обратить внимание при выборе модели
Сравнивать двухступенчатые машины разных брендов только по названию или числу цилиндров нельзя. Решают холодопроизводительность в заданной рабочей точке, допустимые хладагенты, тип промежуточного охлаждения, схема пуска двигателя и наличие в комплекте вентиля впрыска, датчиков и модуля защиты. Эти параметры берутся из технических данных производителя, а не из таблиц-аналогов.
Двухступенчатая схема или экономайзер
Однозначного ответа нет: двухступенчатое сжатие выигрывает на самых глубоких режимах и при высокой конденсации, а экономайзер — там, где степень сжатия большая, но ещё не предельная. Выбор зависит от температуры кипения, климата и графика нагрузки.
Экономайзерная схема применяется в винтовых и спиральных машинах: часть хладагента отбирается на промежуточное давление и подаётся в специальный порт посередине процесса сжатия. Это повышает холодопроизводительность и снижает температуру нагнетания, но сжатие остаётся одноступенчатым по конструкции. Двухступенчатый поршневой агрегат, наоборот, физически разделяет сжатие и потому сохраняет приемлемый объёмный коэффициент при очень низком давлении всасывания.
- Глубокая заморозка и минимальные температуры кипения. Здесь двухступенчатая машина обычно эффективнее и надёжнее, поскольку каждая ступень работает в комфортном режиме.
- Низкотемпературные камеры хранения средней мощности. Часто достаточно одноступенчатого полугерметичного агрегата с экономайзером или впрыском жидкости, если режим попадает в его область применения.
- Крупные станции с большой нагрузкой. Нередко выигрывают винтовые компрессоры с экономайзером, так как их проще регулировать и объединять в группы.
- Жаркий климат и высокая конденсация. Рост давления нагнетания смещает выбор в пользу двух ступеней даже при умеренной температуре кипения.
Окончательное решение принимают по расчёту годового энергопотребления, а не по паспортной мощности. Две ступени дороже на старте и сложнее в наладке, однако при круглосуточной работе разница в потреблении способна окупить вложения.
Монтаж и эксплуатация
Двухступенчатая установка чувствительнее к ошибкам обвязки, чем одноступенчатая, поэтому основное внимание уделяют промежуточному давлению и возврату масла. Если низкотемпературный компрессор смонтирован без учёта этих особенностей, его ресурс заметно сокращается.
Вентиль впрыска или переохладитель настраивают так, чтобы на вторую ступень не попадала жидкость и при этом температура нагнетания не выходила за допустимые пределы. В испарителе с глубоким кипением масло становится вязким, и при неправильном уклоне трубопроводов оно скапливается в контуре; маслоотделитель на нагнетании здесь почти обязателен. Подогреватель картера включают заранее перед пуском, чтобы хладагент не растворялся в масле во время простоя. Если компрессор низкотемпературный и работает с частыми оттайками, стоит контролировать частоту пусков и состояние клапанов, а также периодически анализировать масло.
Подобрать холодильный компрессор для морозильного режима и купить компрессор под конкретную рабочую точку можно в каталоге «ВсеКомпрессора» с доставкой по России. Специалисты помогут сверить данные шильдика и расчёт, будь объект в Москве или в другом регионе.
