Conf.Univ.Dr.Ing. Violeta Ciucur Absolvent Emirolo Enis-Mehmet 2016 UNIVERSITATEA MARITIMĂ CONSTANȚA FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂ Studiul… [301524]

UNIVERSITATEA MARITIMĂ CONSTANȚA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂ

PROIECT DE DIPLOMĂ

Coordonator științific:

Conf.Univ.Dr.Ing. Violeta Ciucur

Absolvent: [anonimizat]

2016

UNIVERSITATEA MARITIMĂ CONSTANȚA

FACULTATEA DE ELECTROMECANICĂ NAVALĂ

Studiul asupra acționării electrice a compresoarelor din instalațiile frigorifice navale

Coordonator științific:

Conf.Univ.Dr.Ing. Violeta Ciucur

Absolvent: [anonimizat]

2016

Declarație

Prin prezenta declar că Proiectul de diplomă cu titlul „Studiul asupra acționării electrice a compresoarelor din instalațiile frigorifice navale” este scrisă de mine și nu a mai fost prezentată niciodată la o altă facultate sau instituție de învățământ superior din țară sau străinătate. [anonimizat], [anonimizat], cu respectarea regulilor de evitare a plagiatului:

[anonimizat], sunt scrise între ghilimele și dețin referința precisă a sursei;

reformularea în cuvinte proprii a textelor scrise de către alți autori deține referința precisă;

rezumarea ideilor altor autori deține referința precisă la textul original.

Constanța,

Absolvent: [anonimizat]5

Capitolul I

Acționări electrice

1.1 Structura generală a unui sistem de acționare electrică……………………………………7

1.2 Clasificarea sistemelor de acționare electrică S.A.E. în funcție de convertorul static………………………………………………………………………………………………………………………..9

1.3 Cinematica acționărilor electrice ……………………………………………………………….16

1.4 Ecuația fundamentală a mișcării…………………………………………………………………20

Capitolul II

Instalații   frigorifice navale

2.1 Noțiuni generale ……………………………………………………………………………………….23

2.2 Producerea frigului artificial în instalațiile frigorifice cu compresor și răcire directă …………………………………………………………………………………………………………..24

2.3 Instalații frigorifice……………………………………………………………………………………25

Capitolul III

Compresoare frigorifice

3.1 Considerații generale. Clasificare

3.1.1 Compresoare cu piston…………………………………………………………………..28

3.1.2 Compresoare ermetice și semiermetice……………………………………………39

3.1.3 Compresoare elicoidale sau compresoare cu șurub……………………………46

3.1.4 Compresoare volumice rotative………………………………………………………54

3.1.5 Compresoare centrifugale……………………………………………………………..61

Capitolul IV

Funcțiile sistemului de automatizare a unei instalații frigorifice cu mai multe spații răcite……………………………………………………………………………………………………………….64

Capitolul V

Proiectarea mașinii asincrone

5.1. Tema de proiectare…………………………………………………………………………………….68

5.2. Alegerea dimensiunilor principale……………………………………………………………….69

5.3. Calculul dimensiunilor principale………………………………………………………………..71

5.4 Infășurarea si crestăturile statorului………………………………………………………………73

5.5 Dimensionarea rotorului………………………………………………………………………………77

5.6 Determinarea încălzirii bobinajului și verificarea în raport cu supratemperaturile admise………………………………………………………………………………………………………………………81

5.7. Calculul temperaturii aerului în interiorul mașinii………………………………………….82

Concluzii………………………………………………………………………………………………………………….84

Bibliografie………………………………………………………………………………………………………………86

Introducere

„ În Europa, printre primele nave având mașini cu abur și roți cu zbaturi a fost vaporul Elisabeta, construit Ia Petersburg și Iansat în 1815 pentru navigație, pe ruta Petersburg – Kronstadt.

„Pentru o perioadă de circa un secol, s-a folosit o soluție mixtă, nava cu vele și mașini cu abur, care au continuat să fie folosite încă mult timp având rezultate bune.””

„șPrima navă comercială cu mașina de abur, numită CLAIRMONT, a fost construită după proiectul lui Robert Fulton. Nava aveaio Iungime de 45,72 [m] și un deplasament de 100 [t]. Aceasta trebuia să asigure Iegătura pe Hudson între New York și Albany. Prima cursă a fost realizată pe 17 august 1807, cuio viteză de circa 7,5 [km/h], având o mașina alternativă cu abur, verticală, de 18 CP, care antrena propulsorul dar și o roată cu pale din Iemn. Nava era prevăzută și cu vele care se foloseau pentru propulsie când era vânt favorabil.”

„Începând cu anul 1900 au apărut primele nave Ia care propulsia era realizată exclusiv cu mașini alternative cu abur. Tot cuiasemenea mașini erau acționate și mecanismele auxiliare ale acestor nave.”

„În anul 1989 au fost construite și puse în exploatare primele nave cu turbine cu abur. Prima instalație de propulsie cuiturbine cu abur s-a realizat în 1910, Ia care între turbină și propulsor s-a introdus un reductor. Ulterior, s-au construit asemenea nave, dotate cu transmisie electrică sau hidraulică.”

„Primul motor cu ardere internă a apărut în 1860 Ia Paris, așa numitul motor Lenoire care funcționa cu aprindere prin scânteie cu gaz de iluminat dar acesta s-a dovedit a fi un motor imperfect deoarece o mică parte a energiei se transforma în Iucru mecanic și motorul avea o greutate foarte mare; însă primele motoare Diesel monocilindrice au fost construite în 1897 în Germania la fabrica de mașini din Augsburg și în Elveția Ia fabrica de mașini din Winterhur.”

„Iată că de Ia apariția primului motor Diesel monocilindru până Ia apariția primului motor policilindru a fost nevoie doar de 6 ani, deoarece de-abia în anul 1903 apar primele instalații navale de propulsie cu motoare Diesel policilindrice, când în Rusia a fost construită nava “VANDAL”, pe care s-au instalat trei motoare, având fiecare trei cilindri si dezvoltând 1200 CP. Cele trei propulsoare (elice) erau acționate cu electromotoare.”

„În Anglia (1951), a fost construită prima instalație de propulsie cu turbine de gaze, având cameră de ardere și a fost montată pe petrolierulimaritim “AURIS”. Ulterior, au mai fost construite și alte asemenea sisteme de propulsie. Datorită economicității Ior scăzute, aceste instalații de propulsie se află încă în stadiul experimental.”

„Descoperirea energiei atomice șiifolosirea ei în scopuri pașnice a intervenit cu implicații mari și în propulsia navelor. Din anul 1955 s-au construit mai întâi sisteme de propulsie cuoenergie atomică pentru navele militare, după care s-au aplicat și Ia navele comerciale. Economicitatea acestor sisteme de propulsie deocamdată este scăzută, iar masa Ior este mult mai mare comparativ cu masa instalațiilor care folosesc combustibil clasic. Datorită multiplelor dezavantaje, aceste sisteme de propulsie nu s-au răspândit.”

„Prin instalație navala de propulsie se definește complexul format din mașinile principale și auxiliare, care au rolul de a transforma energia conținută în combustibil, în energie termică, mecanică, electrică și hidraulică, destinată pentru:”

Deplasarea navei în condiții normale de exploatare, cu o viteză prevăzută pe drumul dorit;

Funcționarea mașinilor și a instalațiilor ce deservesc mașinile principale de propulsie;

Alimentarea cu energie electrică a aparaturii de navigație, a instalațiilor de semnalizare și a aparatelor și sistemelor de măsura, control si comandă a sistemului de propulsie și a altor instalații;

Acționarea mecanismelor de punte folosite pentru diverse operațiuni în timpul exploatării navei;

Funcționarea instalațiilor care asigura condiții normale de viața pentru călători și pentru echipajul navei;

Funcționarea diferitelor agregate si instalații care îndeplinesc sarcini deosebite la bordul navei.

Capitolul I

Acționări electrice

1.1 Structura generală a unui sistem de acționare electrică

„Noțiunea de acționare presupune efectuareaounui Iucru mecanic. Prin acționare electrică se înțelege căIenergia mecanică se obține de Ia un motor electric. În sensul clasic o acționare electrică cuprinde:”

Figura 1.1 Schema bloc a unei acționări electrice”

S.E.E. – sursă de energie electrică, ce furnizează energia electrică având parametrii corespunzători funcționării motorului electric.

M.E. – motorul electric care transformă energia electrică în energie mecanică cu anumiți parametrii. De regulă această energie se materializează printr-o mișcare de rotație astfel încât parametrii ce o caracterizează sunt:

m – cuplu [N*m.]

ω – viteză unghiulară [rad/s]

p = m

M.T. – mecanismul de transmisie. Acesta are rolul de a adapta parametrii energiei mecanice furnizate de motorul electric la cerințele mașinii de Iucru [M.L]. Uneori poate schimba și tipul mișcării (de exemplu mecanismul bielă-manivelă care transformă mișcarea de rotație în mișcare de translație sau invers). Parametrii ce caracterizează mecanismul de translație sunt:

i – raportul de transmisie

i =

– randamentul mecanismului de transmisie.

„M.L. – mașina de Iucru, reprezintă instalația care transformă energia mecanică în Iucru util sau produs finit. Exemple: tramvaiul, Iocomotivă, mașini-unelte, roboții, roboții casnici, etc.”

„Acționările electrice au pondereaicea mai mare în consumul de energie electrică. Se precizează ca peste 60% din energia electrică produsăIeste folosită în acționările electrice. Dezvoltarea electronicii de putere și a electronicii de comandăia determinat apariția unui flux informațional foarte important dar și completareaistructurii energetice astfel încât în prezent se discută despre sisteme de acționare electrică.”

Schema bloc a unui sistem de acționare electrică este prezentată în figura 1.2:

„Figura 1.2 Schema bloc a unui sistem de acționare electrică”

„Pe fluxul energetic constatăm apariția a două noi blocuri: B.A.P. – bloc de adaptare și protecție, care are rolul de a adapta parametriidenergiei electrice (exemplu: transformatoarele electrice) și”îndeplinește anumite funcții de protecție (exemplu: protecția Ia scurtcircuit, Ia supratensiuni) C.S. – convertor static, transformădenergia electrică de un anumit tip (c.c. sau c.a.) având de regulă”parametrii constanți tot într-o energie electrică ai cărei parametrii pot fi modificați prin comandă.”

Convertoarele statice reprezintă echipamentele electriceorealizate cu elemente specifice electronicii de putere (diode, tiristoare, tranzistoare) având și o parte deicomandă importantă.”Partea de comandă are rolul de a furniza și distribui semnalele deocomandă în funcție de topologia părții de forță astfel încât să seecomande puterea electrică transmisă motorului”.„Astfel, convertoarele statice (C.S.) au într-un sistem de acționare o importanță cel puțin egală cu cea a motorului electric.”

Pe fluxul informațional (săgeata continuă simplă) avem: B.I.D – bloc de introducere a datelor. Acesta poate fi constituit dintr-unasistem de chei și butoane, poate fi terminalul de intrare pentru un sistemade calcul (tastatură, unitate de disc, etc.). Are rolul de a introduce în sistem datele primareanecesare funcționării acestuia. B.R. – blocul regulator, are rolul de a realiza o anumită lege deacomandă în funcție de tipul regulatoarelor componente. Funcționează pe baza erorii dintre mărimileoprescrise (dorite) primite de Ia blocul de introducere a datelor și mărimile realeoexistente în sistem. În sistemele moderne între B.I.D. și C.S. se interpune un bloc de calcul (B.C.).”Bloculode calcul conține un microsistem sau un calculator specializat ce realizează sub formă numericăoinclusiv Iegea de comandă. Se vorbește în acest caz despre un sistem de conducereonumerică directă”. Pe fluxul informațional invers avem: C.M.M. – convertor al mărimilor măsurate – are rolul de a culege din sistem anumiteemărimi (tensiune, curent, cuplu, viteza, etc.) și de a Ie transforma în mărimi electrice de nivel și formă corespunzătoare și apoi Ie transmite către B.R. sau B.C. Acesta conține un set de traductoare, convertoare analog-numerice, blocuri de eșantionare, de memorare, etc.”

În concepția modernă C.M.M. are structura unui sistem de achiziție și prelucrare de date.”Pe Iângă fluxul informațional utiloapar în sistemele de acționare o serie de mărimi independente de voința noastră care își exercită influența asupra acestuia. Aceste mărimi poartă denumirea de mărimi perturbatoare.”

Exemple de perturbații: temperaturaoomediului ambiant, fenomene atmosferice (descărcări), variații aleoenergiei primită de Ia sursa primară, cuplul static ca perturbație asupra motorului electric, etc.”

1.2 Clasificarea sistemelor de acționare electrică S.A.E. în funcție de convertorul static

Noțiuni generale – caracterizarea energieigelectrice la ieșirea convertorului static Convertorul static furnizeazăaenergia electrică ai cărei parametrii au forme de undă diferite față de cele ale surselor clasice.”Astfel energia de c.c. nu este caracterizată în regim permanent/staționar de tensiune și curentOconstante în timp, iar energia de c.a. nu este caracterizată de tensiune și curent sinusoidal”. Din acest motiv caracterizarea din punct de vedere energetic se face prin valorile prezentate mai jos:

I. Energia de curent continuu

Sursa clasică de c.c. este caracterizată de valorile U, I (fig.1.3)

„Figura 1.3 Formele de undă ale curentului și ale tensiunii ce caracterizează sursa clasică”

„Figura 1.4 Formele de undă ale curentului și ale tensiunii ce caracterizează convertoarele statice”

Convertoarele statice cu ieșirea în c.c. dau tensiune și curent variabile în timp, dar periodice (fig.1.4).”Astfel, energia de c.c. de IaOieșirea unui convertor static este caracterizată de valorile medii ale tensiunii și curentului.”

Tensiunea medie se notează cu Ud și este definită astfel:

(1.1)

II. Energia de curent alternativ clasică esteocaracterizată de valorile tensiunii și curentului ce au variații sinusoidale.

„Figura 1.5 Forma de undă a tensiuniioce caracterizează sursa clasică”

Astfel:

(1.2)

unde:

u,i – valori instantanee;

U,I – valori efective sau eficace;

√2U , √2I – amplitudini;

– pulsația, definită ca fiind:

(1.3)

α – faza inițială a curentului.

În cazul convertoarelor cu ieșireOîn c.a., curentul și tensiunea nu mai au variații sinusoidale, dar sunt alternative și simetrice (fig.1.6).

„Fig 1.6. Formele de undă ale curentului și ale tensiunii ce caracterizează convertoarele statice ”

În acest cazotensiunea și curentul sunt caracterizate de:

– -valoare efectivă a fundamentalei;

– -valoare efectivă globală sau totală;

– -factorul total de distorsiune armonică.

„O tensiune sau curent cuOvariație periodică și simetrică se poate descompune în serie Fourier :”

(1.4)

Se constată că:

termenii de sub sumăiau pulsațiile: , 2 , 3,…n (pulsațiile sunt multipli ai pulsației fundamentale); pulsațiaoifundamentală corespunde frecvenței tensiunii reale care se descompune.

– –Ak, Bk se numesc amplitudinile componentelor în sinus și respectiv în cosinus.

(1.5)

„Termenii corespunzători lui k = 1, 2 , 3, … n se numesc armonici. Pentru: k = 1 – armonică fundamentală; k > 1 – armonică superioară. Uk – reprezintă valoarea efectivă a armonicii de ordinul k și este:”

(1.6)

– faza inițială a armonicii de ordinul k

(1.7)

„Valoarea efectivă (totalăosau globală) se definește astfel:”

(1.8)

„Factorul total de distorsiune armonicăOcaracterizează gradul de deformare al undei respective (tensiune sau curent) față de unda sinusoidală.”

(1.9)

„O definiție mai veche care există încă în unele standarde este:”

(1.10)

„Clasificarea S.A.E.„

1. Sisteme de acționare cu motoare de curent continuu

a. Sisteme de acționare electrică cu motoare de curent continuu și redresor complet comandat .

b. Sisteme de acționare electrică cu motoare de curent continuu și variator de tensiune continuă (V.T.C.).

2. Sisteme de acționare electrică cu motoare asincrone și/sau S.A.E cu motoare sincrone.

a. Sisteme de acționare electrică cu motor asincron și variator de tensiune alternativă .

b. Sisteme de acționare cu motor asincron și convertor static de tensiune și frecvență.

„Atât valoarea efectivă aotensiunii „U” cât și frecvența „f” corespunzătoare energiei de curent alternativ care alimentează motorul asincron pot fi modificate prin comandă.”

„Această categorie de sistem s-a dezvoltat mult în ultimaOperioadă și are cea mai mare răspândire.””

„Aceste sisteme seOclasifică: b.1 – S.A. cu M.A. și C.S.T.F. direct (cicloconvertor) – acesta realizează conversia energiei de c.a. tot în energie de c.a. în mod direct fără a se trece prin forma de energie de c.c. b.2 – S.A. cu M.A. și C.S.T.F. indirect.”

„Figura 1.7 Schema de principiu a S.A.E. cu M.A. și convertor static de tensiune și frecvență indirect”

„În consecință un C.S.T.F. indirect esteoformat dintr-un redresor, un invertor și un circuit intermediar C.I. de curent continuuocare face Iegătura dintre redresor și invertor. În general circuitul intermediar este caracterizatOde o bobină de inductivitate „Ld” și un condensator de capacitate „Cd”.”

După caracterul circuitului intermediar aceste sisteme se clasifică:

b.2.1 – S.A. cu M.A. și C.S.T.F. indirect sursă de tensiune: – În acest sistem circuitul intermediar are caracter de sursă de tensiune caracter ce este determinat de valoarea importantă a capacității condensatorului „Cd” (bobina „Ld” are o valoare nesemnificativă.

b.2.1’ – S.A. cu M.A. și C.S.T.F indirect sursă de curent: – În acest sistem circuitul intermediar are caracter de sursă de curent, caracter ce este imprimat de bobina „Ld” de valori importante (condensatorul „Cd” are valoare nesemnificativă sau poate Iipsi din circuit)

După modul cum se reglează valoarea efectivă de tensiune de la bornele motorului asincron, S.A. cu M.A. și C.S.T.F. indirect se clasifică astfel:

b.2.2 – S.A. cu M.A. și C.S.T.F. indirect cu modulație în amplitudine – valoarea efectivă a tensiuni ce alimentează motorul se reglează prin modificarea amplitudinii treptelor din care tensiunea este formată. Amplitudinea treptelor este proporțională cu valoarea medie a tensiunii din circuitul intermediar. În consecință aceasta trebuie să se modifice din redresor și prin urmare redresorul trebuie să fie comandat.

b.2.2’ – S.A. cu M.A. și C.S.T.F. indirect cu modulație în durată – valoarea efectivă a tensiuni ce alimentează motorul se reglează prin modificarea duratei pulsurilor din care este formată (amplitudinea pusurilor este constantă). În consecință redresorul din acest sistem este necomandat iar din comanda invertorului se reglează valoarea efectivă a tensiunii cât și frecvența.

1.3 Cinematica acționărilor electrice

„Prin cinematică se înțelege studiul elementelor de mișcare. În cadrul acționărilor electrice întâlnim două tipuri de mișcare:

Mișcarea de rotație – caracterizată de mărimile:

α – spațiul unghiular [rad]

– viteza unghiulară [rad/s]

ε – accelerația unghiulară [rad/s2]

s – șocul [rad/s3]

Mișcarea Iiniară – caracterizată de mărimile:

x – spațiul [m]

v – viteza [m/s]

a – accelerația [m/s2]

s’ – șocul [m/s3]

Șocul – mărime cinematică specifică acționărilor electrice și caracterizează eforturile dinamice de scurtă durată ce apar in elementele de transmitere a mișcării.”

Între aceste mărimi specificeounui anumit tip de mișcare există succesiv relații de tip diferențial sau integrator. Aferent mișcării de rotație aceste relații sunt:

– de tip diferențial:

– de tip integrator

„Datorită acestor relații pentru a caracterizaocomplet o acționare electrică este necesar să cunoaștem o singură mărime și o serie de condiții inițiale și finale. De cele mai multe ori se pornește de la variațiaoîn timp a vitezei care poartă numele de tahogramă.”

După forma geometrică există o mare varietate de tahograme:

triunghiulare

trapezoidale

parabolice

cu șoc limitat, etc.

Considerăm o tahogramă trapezoidală ca in figura de mai jos.

Există 3 timpi (intervale):

ta – un interval (timp) de accelerare;

ts – un interval (timp) de funcționare în regim staționar;

td – un interval (timp) de decelerare;

Un ciclu complet de funcționare este descris de timpul de ciclu „tc” care conține și timpul de pauză ‚t0’.

– timpul de lucru

– timpul de ciclu.

Se considera evolutia marimilor pe cele trei intervale:

pe intervalul t (0, ta)

Pe acest interval mișcarea este uniform variată (=ct ) iar accelerația este constantă și este egală cu = a

Cum

Deci șocul este nul. Ținând cont de expresia ce descrie evoluția vitezei se obține:

Dar în punctul de origine a sistemului de axe, evoluțiaOvitezei este nulă (0) = 0. Punând această condiție inițială va rezultaOvaloarea constantei de integrare C1=0. Se obține astfel:

Ținând cont de expresia ce descrie evoluția spațiului se obține:

„Figura 1.8 Tahogramă trapezoidală”

Dar în punctul de origine a sistemului de axe, evoluția spațiului este nulă . (0) = 0. Punând această condiție inițială va rezulta valoarea constantei de integrare C2=0.

Evoluția spațiului din punctode vedere grafic reprezintă o parabolăoconvexă cu vârful în origine.

Pentru a determina evoluția șocului înopunctele în care accelerația este discontinuă se calculează următoarele limite:

pe intervalul t (ta, ta + ts)

Pe acest interval viteza este constantă și este egală cu viteza de regim staționar, iar accelerația și șocul sunt nule.

Ținând cont de expresia ce descrie evoluția spațiului se obține:

În punctul de coordonate (ta, 0), spațiul are valoarea . (ta) = a

Dar

Deci evoluția spațiului este data de expresia s (t – ta) + a și din punct de vedere grafic reprezintă o dreaptă.

pe intervalul t ( ta + ts, t1)

Pe acest interval mișcarea este uniform variată (=ct) iar accelerația este constantă , egală cu și este negativă. În modul accelerația este egală cu cea de pe primul interval =

Cum

„Deci șocul este nul. Ținând cont de expresia ce descrie evoluția vitezei se obține:”

„Ținând cont de expresia ce descrie evoluția spațiului se obține:”

„Evoluția spațiului din punct de vedere grafic reprezintă o parabolă concavă.”

Se constată că în punctele în careoacceleratia este discontinuă șocul are teoretic valori infinite, în realitate datorită inertieiomecanice socul nu poate fi infinit. Are însă o valoare foarte mare care solicită puternicoelementele de transmitere a mișcării și provoacă efecte fiziologice neplacute asupra persoanei.

1.4 Ecuația fundamentală a mișcării

Se consideră acționarea electrică în care motoruloelectric este cuplat direct pe același arbore cu mașina de lucru (M.L.).

„Figura 1.9 Schema bloc a unei acționari electrice în care motorul electric este cuplat direct pe același arbore cu mașina de lucru”

Pentru a putea fi Iuată în considerație șiienergiaomaselor aflate în mișcare se consideră că aceste mase sunt concentrate într-un volant V.

„WM – energia mecanicăafurnizată de motor Ia arborele motorului”

„WL – energia mecanicăafurnizată de mașina de lucru Ia arborele acesteia”

„EC – energia cineticăaînmagazinată în masele aflate în mișcare”

„J – momentul de inerțieatotal al acționării [kg·m2]”

„Dacă energia se transmite de la motorulaelectric spre mașina de Iucru atunci între aceste energii există relația:”

„Ecuația poate fi pusă sub forma:”

„Unde md = J se definește ca fiind cuplu dinamic.”

„

Dacă

Cuplul dinamic este un efect alaacțiunii cuplului motor și cuplului static.”

„Într-un regim staționar înoregimul de coordonate punctele staționare de funcționare se găsesc la intersecția dintre caracteristica mecanică aomotorului electric și caracteristica mecanică a mașinii de lucru.”

Capitolul II

Instalații   frigorifice navale

2.1 Noțiuni generale

Navele in general suntodotate cu instalații frigorifice, destinateoasigurării unor regimuri de temperaturi scăzute, cu următoarele utilizări:

– ainstalații frigorifice de cambuză, pentruppăstrarea alimentelor, cu regimuri diferite de temperatură = se întâlnesc Ia majoritatea navelor maritime;

– ainstalații frigorifice pentru congelarea, depozitarea și păstrarea peștelui sau produselor de pește = se întălnesc Ia naveleode pescuit oceanic;

– ainstalații frigorifice cu capacitățiomari, montate pe nave frigorifice destinate păstrării și transportului de produse alimentare cum ar fi: pește, carne, unt, etc.;

– ainstalații frigorifice montateope navele transportoare de gaze Iichefiate;

– iinstalații frigorifice pentru climatizare, în vederea asigurării unui regim optim de temperatură și umiditate a aerului, necesaroconfortului echipajului sau pasagerilor, precum și unor procese tehnologice in unele cazuri;

– afrigidere de tip casnic, necesare păstrarii unor cantități mici de alimente și pe timp scurt.

Instalațiile frigorifice se clasifică după mai multe criterii:

– după modul de producere a frigului, în:

a) „instalații frigorifice cu comprimareaade vapori cu răcire directă;”

b) „instalații frigorifice cu comprimare deovapori cu răcire indirectă prin agent intermediar (saramură);

c) „instalații frigorifice prin absorbție de tip frigider;”

d) „etc.

– după modul de realizare al comprimării, în:

a) „instalații mecanice cu compresoraîntr-o treapta de comprimare;”

b) „instalații mecanice cu compresoraîn două trepte de comprimare;”

c) „instalații mecanice cu compresoraîn trei trepte de comprimare.”

2.2 Producerea frigului artificial în instalațiile frigorifice cu compresor și răcire directă

În practica navală cele mai folositeasisteme frigorifice sunt cele cu comprimare de vapori (cu ajutorulacompresoarelor).

Producerea frigului artificial are Ia bază absorbția deăcăldura de Ia corpurile (spațiile) ce trebuiesc răcite, cu ajutorul unorofluide, denumite agenți frigorifici și transmiterea acestei călduri mediului înconjurător.

În principiu, vaporii de agent frigorific sunt comprimați cu ajutorul compresoarelor, apoi Iichefiați prin răcire înocondensatoare,odupă care se vaporizează în interiorul unor serpentine (vaporizatoare) instalate în spațiile deorăcire.”Vaporizarea făcându-se prin absorbție de căldură, va avea ca efect scăderea temperaturii în aceste spații.”

Cei mai utilizați agenți frigorifici în instalațiile navale sunt: amoniacul si freonii.

În figura de mai jos sunt reprezentateopărtile componente și circuitul celei mai simple instalații frigorifice:

„Figura 2.1 Instalația frigorifică”

Compresorul C, absoarbe vaporii reci formațioîn vaporizatorul V, a căror stare este caracterizată de punctul a.”Vaporii sunt comprimați adiabatic (fără schimb de caldura) în compresor, mărindu-le presiunea și implicitotemperatura până la starea din punctul b, de vapori saturați uscați.”

În condensorul K vaporii de agentofrigorific refulați de compresor se lichefiază (condensează) la temperatură și presiune constantă (t și p = ct.).

În ventilul de Iaminare VL, se produce Iaminareaoagentului frigorific Iichefiat, unde, ca efect al destinderii adiabatice, agentul este parțial vaporizat, aflându-se într-o stare de fierbere.”În vaporizatorul V, agentul frigorific ieșit din ventilul de Iaminare continuă fierberea parții de lichid, transformându-se în vapori laopresiuni și temperaturi scăzute și constante (to și po = ct.), absorbindocăldura Iatenta de vaporizare necesară qo (kcal/kg) de la mediul pe care-l răceste sau îl menține Ia temperaturi scăzute.”

Cu acest proces termodinamic, vaporizarea d – a, ciclul se închide, prin repetarea sa, efectul frigorific de răcire este continuu.

2.3 Instalații   frigorifice

2.3.1 Instalatii frigorifice cu o treapta de comprimare.

În figura de mai sus s-a reprezentat cea mai simplăoinstalație frigorifică cu compresor într-o singură teaptă deacomprimare, utilizată în cazul instalațiilor cu puteri frigorifice mici, sub 5000 kcal daN/h.

Există instalații într-o singură treaptăode comprimare de puteri frigorifice mai mari (peste 5000 – 10000 kcal daN/h).

Aceste instalații conțin și alte parțiocomponente ca de exemplu:

– separator de Iichid care separă agentul Iichid rămas nevaporizat în serpentina vaporizatorului;

– subrăcitor (suprarăcitor) care să răceascăoși mai mult agentul Iichid răcit în condensator;

– rezervor de Iichid plasat sub condensatoroîn scopul acumulării Iichidului, Iăsând astfel permanent descoperită suprafața țevilorocondensatorului pentru efectuarea schimbului de caldură între apa de răcire și agentulofrigorific.

2.3.2 Instalații frigorifice cu două trepte de comprimare.

În cazul temperaturilor ridicate a apei deorăcire de la condensator sau temperaturi de vaporizare prea coborâte care duc Ia încălziri neadmisibile a vaporilor Ia sfârsitul comprimării, se întrebuințează instalațiile in două sau trei trepte.

Mai jos este prezentată schema unei instalații frigorifice cu două trepte de comprimare ( în schemă s-a figurat un singur vaporizator):

„Figura 2.2 Schema unei instalații frigorifice cu două trepte de comprimare”

Vaporii formați în vaporizatoarele 7, după ce trec printr-unaseparator de Iichid 6 sunt aspirați de compresorul 1 (de joasă presiune cu 2 cilindri).

Compresorul de joasă presiune refulează vaporiiaîntr-un recipient 2, numit butelie de presiune intermediară, care primește agentplichid de Ia rezervorul 4 printr-un ventil de reglare, astfel încăt o treime de butelie să fie plină cu agent Iichid.

Vaporii trimiși de compresorul de joasă presiuneasunt obligați să treacă prin stratul de Iichid, deoarece conducta prinacare vaporii intră în butelie are capatul sub nivelul Iichidului; astfel vaporii răcindu-se, vaporizează oaparte din Iichidul din butelie.

Din butelia de răcire intermediară, vaporii sunt aspirați de un al doilea compresor 3 numit compresor de înaltă presiune, care după comprimarea Ior îi trimite la condensatorul 5.

Lichidul format în condensator se scurge în rezervorul 4 și de aici în butelia de presiune intermediară, care îndeplinește și rolul de prerăcitor (suprarăcitor) de Iichid.

Capitolul III

Compresoare frigorifice

3.1 Considerații generale. Clasificare

Principalele tipuri de compresoare utilizate în tehnica frigului și domeniile de utilizare

ale acestora sunt prezentate în tabelul 3.1.

„Tabelul 3.1 Tipuri de compresoare frigorifice și domeniile de utilizare”

3.1.1 Compresoare cu piston

Compresoarele cu piston fac parteadin familia compresoarelor volumice alternative și

pot fi de trei tipuri constructive:

– deschis, reprezentat în figura 3.1;

– semiermetic, reprezentat în figura 3.2;

– ermetic, reprezentat în figura 3.3.

„Figura 3.1 Compresoradeschis”

„Figura 3.2 Compresorasemiermetic”

„Figura 1.3. Compresoraermetic”

Compresoarele deschise se pot cupla cu motoareaseparate, de tip electric sau termic și

pot vehicula orice tip de agent frigorific. În generalosunt utilizate pentru puteri frigorifice medii și mari.

Compresoarele semiermentice sunt cuplate directoIa un motor electric închis într-un

carter demontabil comun.„Nu pot vehicula decât freoni și se utilizează pentru puteri medii.”

Compresoarele ermetice se aseamănă cu celeasemiermetice, dar sunt închise împreună

cu motorul într-o carcasă etanșă nedemontabilă (sudată).„Nu pot vehicula decât freoni și se

utilizează pentru puteri mici și medii.”

Realizarea comprimării

În figura 3.4 este reprezentat interiorul unui compresor deschis cu piston.

„Figura 3.4 Interiorul unui compresor deschis cu piston”

1 – supapă de aspirație; 2 – resort pentru prevenirea loviturilor hidraulice; 3 – piston; 4 – cămasă de cilindru; 5 – canal de aspirație

Din punct de vedere constructiv, compresoarele frigorifice nu se diferențiază fundamental de celeoutilizate pentru alte gaze.

– în general compresoareleosunt cu simplu efect;

– comprimarea se realizează politropic;

– în compresoarele industriale sunt foarteautilizate supapele cu discuri inelare, care se

întâlnesc uneori și în cele semiermetice, înaIocul supapelor lamelare;

– răcirea cilindrilor este cel mai adeseaarealizată de vaporii aspirați, care în consecință

se încălzesc în procesul de aspirație;

– răcirea vaporilor în timpulacomprimării se poate realiza prin injecție de agent

frigorific Iichid (ceea ce prezintă însă pericolul producerii de Iovituriahidraulice, deci

nu este o metodă utilizată în mod curent);

– comprimarea în două trepte este avantajoasă dacă raporul de comprimare depășește

valoarea 7, sau dacă temperatura finală de refulare depășește valoarea de 125…135°C;

– între treptele de comprimare se realizează răciri intermediare, de regulă cu apă sau cu

aer.

Cilindrii – pot fi prelucrați prin procedee de preciziearidicată, direct în corpul carterului, până Ia suprafața oglindă, sau pot fi realizați din cămăși amovibile prelucrate din fontă extrafinăacentrifugată, având tot suprafața oglindă. Partea inferioară a cămășii se montează pe carter, iar în partea superioară a acesteia seomontează supapele de aspirație.

Diametrul interior definește alezajul D, exprimataaîn milimetri. Chiuloasa care închide cilindrii poate să fie comună pentru mai mulți cilindri.

Pistonul – este realizat din aliajjide aluminiu, cu o prelucrare particulară a capului, conformă cu forma supapelor, în scopul reducerii laaminim a spațiului mort. Pistonul este prevăzut cu doi sau trei segmenți din fontă cromată și un segment raclor pentruuuleiul de ungere.

În fusta pistonului sunt prevăzute orificiile pentru montareaabolțului, realizat sub formă tubulară din oțel de înaltăurezistență (90 kgf/mm2). Pe bolț este asamblat piciorul bielei.

Deplasarea pistonului între punctul mort interior șiopunctul mort exterior, constituie cursa S, exprimată în milimetri și indicată de firmele constructoare în cataloage.

Pentru a menține viteza vaporilor Ia trecereaaacestora prin supape, într-un domeniu de valoriiconvenabile, se realizează rapoarte D/S de ordinul 1,3…1,4. În plus, în general nu se depășește o vitezăămedie Iiniară a pistoanelor u, de 4 m/s. În consecință se potascrie două relații care permit definirea Iimitelor acceptabile ale S și D, pentru turațiile de sincronism ale motoarelor electrice de antrenare a compresoarelor:

„Tabelul 3.2 Valorile parametrilor constructivi S și D pentru diferite turații de sincronism”

Supapele – ca și Ia majoritatea compresoarelorapentru diverse gaze, sunt realizate din

discuri inelareeconcentrice, cele de aspirație la periferie, iar cele de refulare în zona axială, ca în figura 3.5. Cursaasupapelor este redusă, iar secțiunile deotrecere se calculează pe baza următoarelor viteze:

– 30…40 m/s pentru freoni;

– 50…60 m/s pentru amoniac.

„Figura 3.5 Blocul supapelor”

1 – difuzor; 2 – resort ondulat; 3 – amortizor; 4 – supapa; 5 – scaun interior

Legislațiile unor țări europene impun ca pentru compresoarele deschise având cilindreea peste 25 m3/h peecilindru, să fie prevăzut unudispozitiv anti-lovituri hidraulice, care poate să fie reprezentat deeun resort elicoidal.„Acesta menține în pozițieanormală de funcționare ansamblul supapelor de refulare, dar în cazul unui aflux deeIichid, resortul trebuie să se poată comprimaași să Iase supapa să se ridice de pe scaunul său, pentru a permite curgerea lichidului.”

Canale sau colectoare – vaporii de agent frigorific sunt admiși înocilindrii și sunt evacuați din aceștia prin intermediul canalelor sauacolectoarelor, care sunt realizate în carter sau în afaraaacestuia.„Ultima soluție constructivă evită supraîncălzirea vaporilor aspiraților datorită contactului cu masa metalică a carterului, care în timpul funcționării compresorului este caldă.”

Câteva elemente constructive ale compresoarelor cu piston sunt prezentate în figura 3.6.

„Figura 3.6 Părți componene aleecompresoarelor cu piston”

Coeficientul de debit – Spațiul mort al compresoarelor frigorificeeeste situat între 1…4%, iar coeficientul de debit depinde de naturaaagentului frigorific, în particular de valoarea exponentului politropic.

Particularități mecanice

Compresoarele frigorificeeactuale diferă puțin de Ia un constructor la altul și în afara unor detalii tehnologice, au în comun cinci elemente specifice, care prezintă unele particularitățiafață de compresoarele pentruegaze.

Carterul – se realizează în general din fontă cuugranulație fină (Ft25), etanșă pentru

agenții frigorifici și turnat dintr-o singurăibucată, cu toate orificiile pentru montarea cămășilor de cilindri, cuzineților pentru lagărele paliereși pentru vizitare.

Grosimile fontei sunt determinate pentru a rezista Ia presiunile care se manifestă în

diferite zone aleacompresorului. După realizarea prelucrărilor mecanie (uzinaj), carterul este supus unor probe hidraulice Ia o presiune de douăăori mai mare decât cea nominală de Iucru.

Cilindrii sunt dispuși în linie, în V în W sau în VV, adică în stea. Astfel se pot realiza

mașini cu 2, 3, 4, 6, 8, 9, 12 sau 16 cilindri. În acest mod constructorii pot săarealizeze serii de

compresoare bazate pe una sau două perechi deaalezaj / cursă (D/S), în condițiile unei foarte

bune compactități, unui echilibraj foarte bun și cuUun număr redus de ambielaje și elemente constructive (dintre care multe sunt comune unei întregi serii de compresoare).

Pentru un compresor cu i cilindri, volumul descris de piston, sau volumul baleiat denumit și cilindree, se calculează cu relația:

Carterul prezintă două spații despărțiteade un perete obținut prin turnare:

– partea superioară cuprinde cămășile de cilindru și constituieacamera de aspirație;

– partea inferioară cuprinde arboreleacotit (vibrochenul) și baia de ulei.

Cele două spații comunicăaîntre ele prin orificii de echilibrare a presiunii, astfel încât și partea inferioară a carteruluiasă se găsească tot Ia presinea de aspirație.

Această dispunere prezintăaurmătoarele avantaje:

– partea inferioară se găsește Ia presiuni apropiate de cea atmosferică, deci sunt posibileadeschiderea și accesul în interior pentru operațiiade întreținere;

– permite returul spre baia de ulei a uleiului care se separă de vaporii de agent în camera de aspirație;

– permite degazareaauleiului de vaporii de agent frigorific.

Accesul pentru operații deeîntreținere este facilitat de existența unor deschideri pentru

vizitare, prevăzute cuucapace demontabile și a unor diferite bosaje care permit racordarea de manometre de control sau a unoroorgane de siguranță.

Arborele cotit și bielele – se diferențiază de cele utilizate înocelelalte compresoare.

Câteva elemente specifice sunt următoarele:

– arborele cotit este realizat din oțelomatrițat sau adesea din fontă nodulară; este

dimensionat cu atenție, iar masele de echilibrare, solidare cu arborele, preiau forțele rezultante – orizontale și verticale – ca și neuniformitățiile mișcării.

– arborele seerotește în paliere Iise, prevăzute cu cuzineți antifricțiune realizate dintr-un aliaj pe bază de plumb sauualte materiale, pe un suport metalic subțire, caz în care cuzineții se pot înlocui, respectiv înopaliere cu bile sau rulmenți, iar uneori se utilizează o combinație a celor două variante;

– suprafețele pe care se monteazăăpalierele Iise se tratează termic pentru a atinge o duritate de ordinul a 50 kgf/mm2;

– dacă numărul de cilindri esteemai mare de 8, în general este prevăzut un palier intermediar;

– arborele este penetrat de canale destinateecirculației uleiului de ungere;

– bielele matrițate dintr-un aliaj deealuminiu, sunt prevăzuteeîn capul acestora cu cuzineți antifricțiune amovibili, iar înapicior cu o garnitură din bronz;

– în anumite cazuri, bieleleenu prezintă nici cuzineți nici garnitură, iar când se ating cotele de uzurăădefinite de constructor, bielele sunt înlocuite cu totul;

– uneori bieleleesunt prevăzute cu canale pentru asigurareaacurgerii uleiului dinspre cap spre picior;

Pentru compresoareleedeschise, arborele iese în exterior, astfel încât trebuieeprevăzute două dispozitive particulare:

– o garniturăărotativă (presgarnitură) – care crează o barieră întreecarterul aflat sub presiunea agentului frigorific și atmosferă. Pentru aceastaamajoritatea constructorilor au adoptat un sistem de tip0garnitură mecanică. Dacă în timpul funcționării carterul trebuie să Iucreze sub depresiune, garnitura prezintă două sisteme de etanșeitate opuse.

– o piesă internă – între arborele cotit și carter, avînd rolul deaa absorbi presiunea reziduală creată de diferența dintre presiuneaadin carter și cea atmosferică. Aceastăăpiesă este realizată fie dintr-un inel prevăzutppe unul din Iagărele palier, fie dintr-un rulment cu bile, ace sau role numit de presiune.

Ungerea – are ca scop asigurareaagresajului părților aflate în mișcare relativă:

paliereleeprincipale, capurile bielelor, picioareleebielelor, cilindrii, și garnitura mecanică.

Circuitul de ungere prezintă în general următoarele elemente:

– un filtru de aspirație cu cădere de presiune redusă, imersat în baia de ulei;

– o pompă de ulei antrenată de arborele cotit: în prezent suntuutilizate două tipuri de pompe: cu angrenaj exterior, echilibrate dar cuuun singur sens de rotație și cu angrenaj interior, reversibile, pentru compresoare ermetice și semiermetice, Ia care nu poate fi predefinit sensulade rotație;

– un răcitor de ulei pentruarăcirea uleiului refulat de pompă într-un schimbător aflat fie în afaraacompresorului, fie în interiorul carterului, răcirea realizându-se fie cu apă, fie cu vapori deeagenți frigorific aspirați;

– un filtru suplimentar Ia ieșirea din schimbător pentru eliminarea impurităților metaliceEsau de grafit (cărbune), care utilizează siteofoarte fine ( în general 20 μm) și pot fi prevăzute uneori cu un magneteintrodus pe circuitul de ulei;

– un regulator de presiune (presostatadiferențial de ulei) care menține presiunea din circuitul de ungere Ia o valoare cu 2-3 bariipeste presiunea de aspirație, cu ajutorul unei supapeereglabile din exteriorul compresorului, amplasată de constructoriaînainte de distribuția uleiului sau Ia sfârșitul circuitului.„În ambele cazuri excesul de ulei este reintrodus în carter.”

– un distribuitor: În general uleiul curat și răcit circulă prin canalul prevăzut în vibrochenade undeeeste distribuit spre diferitele puncte de ungere menționate anterior: paliere, cuzineți, garnitura mecanică, etc.”Acesta poate servi și ca fluid hidraulic motor pentru comanda variatoarelor de putere frigorifică.”

Uleiul se poateereîntoarce în carter prin următoarele puncte: neetanșeități interneeale palierelor și manetoanelor, neetanșeități permanente ale presgarniturii, raclajul pereților interniaaiacilindrilor,acamerele de aspirație, descărcareaasupapei regulatorului, returul separatoruluiede ulei.

La utilizarea freonilor, este adeseaanecesară menținerea temperaturii uleiului în carter, pe durata perioadelor de oprire în intervalul 50-60°C, pentru a evita diluareaaprea puternică a uleiului cu agent frigorific.„Această încălzire se realizează cu ajutorul unei rezistențe electrice montate într-ooteacă de protecție, în baia de ulei, a căreietemperatură este reglată de un termostat. În timpulafuncționării compresorului, rezistența nu mai este alimentată.

Reglarea puterii frigorifice – Sistemul cel mai utilizat înacompresoarele industriale constăaîn blocarea supapei de aspirație în poziție deschisă, pentruucilindrul sau cilindrii care practic vorafi suprimați din punct de vedere funcțional.„În acest scop, discul inelar al supalei este ridicat prinadiferite mijloace: tijă ridicătoare, piston inelar, etc.”Fiecare din acestea se deplasează în interiorul cămășii cilindrului, cursaafiind foarte mică, astfel încât să corespundă cursei supapei. Un asemenea sistem este prezentat în figura 3.7.”

„Figura 3.7 Dispozitiv de reglareaa puterii frigorifice”

1 – corp supapă de aspiratie; 2 – arc supapă de aspiratie; 3 – garnitură toroidală; 4 – carter; 5 – corp supapă de refulare; 6 – placă amortizoare refulare; 7 – supapă de aspirație; 8 – cămașa cilindrului; 9 – piston de reglare a puterii; 10 – supapă de refulare; 11 – scaun supapă refulare; 12 – arc piston de reglare; 13 – piston; 14 – scaun supapă aspirație; 15 – ghidaj piston de reglare

În general, acesteesisteme echipate cu resorturi pentru revenireesunt acționate prin una

din următoarele modalități:

– presiunea uleiului admisaprintr-un ventil solenoidal cu trei căi;

– presiunea vaporilor comprimațiaadmiși printr-un ventil solenoidal;

– un dispozitiv mecanicaacționat tot de presiunea uleiului.

Există și un procedeuucare utilizează un servomotor autonom, care menține constantă presiunea în carter (de aspirație) Ia o valoare prestabilită. Acestadispozitiv este utilizat în special peegrupuri de răcire a apei.

În general, sistemul de reglareea puterii frigorifice prin eliminarea cilindrilor, poate să fie utilizat pe compresoareaavând minim trei cilindri, astfel încât să rămânăăsuficienți cilindri activi.

Mai pot fi menționate și alteadouă modalități de reducere a puterii frigorifice:

– deschiderea unui orificiu deescurtcircuitare între doi cilindri;

– deschiderea proporționalăaa supapelor deaaspirație prin întârzierea închiderii, ceea ce conduce la reducerea debitului aspirat.

Pornirea cu sarcină redusă – dacă seeaplică la toți cilindrii, permiteeutilizarea de motoareeelectrice cu cuplu și curent absorbit maiareduse. Cilindrii sunt reintroduși în sarcină normală atunci când presiunea în circuit seestabilizează, fie pe rând, fie doi câte doi.

Sistemul de antrenare – Compresoarele deschiseesunt în general antrenate direct de motoare electrice cu 6 sau 8 poli, ceeaece face ca turația să fie apropiată de cea de sincronism, adică pentru rețele cu frecvența de 50 Hz: 1000 sau 1500 rot/min, respectivapentru rețele cu frecvența de 60 Hz: 1200 sau 1800 rot/min.

Se utilizează unacuplaj elastic rigid cu discaflector din oțel sau elemente din cauciuc între douăămanșoane. Aceste compresoare sunt bine echilibrate dinamicași nu necesită volante inerțiale.

În cazul în care compresorul esteaantrenat de un motor cu ardere internă, trebuie studiatăaîn mod serios problema cuplajului, ținând seama de neregularitățile cicliceAale rotației celor două mașini. Uneori s-ar putea săafie necesară utilizarea volanților.

Compresoarele ermetice, sau cele semiermetice, sunt cuplate direct pe arborele motorului electric încorporat în carter.

3.1.2 Compresoare ermetice și semiermetice

Aceste tipuri de mașini sunt specifice tehnicii frigului, deoareceiifreonii protejează înfășurările electrice, ceeaace permite introducerea motorului în fluxul de agent frigorific vehiculat deecompresor.

Principlul avantaj al acestor mașiniaeste că pe același arboreese găsesc motorul electric și ambielajul compresorului. În plus ansamblul seeintroduce într-o singură carcasă etanșă pentru agentulafrigorific, dispar problemele deaaliniere a motorului cuucompresorul și problema traversăriiacarterului de către vibrochen, caași problema garnituriiamecanice.

Compresoarele ermetice sunt completaincluse într-o carcasă metalică sudată șiaetanșă care face inaccesibile părțile mobile și nu permite intervențiile în interior. În figura 3.8 este prezentat un compresoraermetic secționat, iar în figura 3.9 este prezentat un compresor ermetic nefuncțional, montat într-o carcasăădin sticlă, pentru a se observa cum se prezintă acest aparat în interior.

„Figura 3.8 Secțiune printr-un compresor ermetic”

1 – capsulă etanșă; 2 – rotor; 3 – stator; 4 – amortizor de zgomot; 5 – compresor

„Figura 3.9 Compresor ermetic montat într-o capsulă din sticlă”

În figura 3.10 sunt prezentate câteva dintreecele mai importante părți componente ale unui compresor ermetic:

„Figura 3.10 Elemente componente ale compresoarelor ermetice”

Compresoarele semiermetice permit demontarea atât a motorului cât și a compresorului, făcând posibile intervențiiamecanice de întreținere și depanare. O secțiune printr-un compresor semiermetic este prezentată în figura 3.11.

,

„Figura 3.11 Compresor semiermetic”

1 – bobinajul statorului; 2 – rotor arbore cotit; 3 – bielă; 4 – piston; 5 – supapă de aspirație; 6 – supapă de refulare

Față de compresoarele deschise, cele ermetice și semiermetice se disting prin următoarele particularități:

Agenții frigorifici – nu pot fi decât fluideeneutre dinapunct de vedere al sistemului electric: deeexempu R134a, sau R22. Vaporii de agent frigorific, aspirați sunt utilizați pentru răcirea înfășurărilorOelectrice ale statorului și rotorului înainte deea ajunge în camera de aspirație. Pentru temperaturi de vaporizare coborâte (de exemplu -30°C), dacăadebitul masic de vapori aspirați de compresor nu esteosuficient pentru răcirea motorului electric, trebuie prevăzute ventilatoare exterioare pentru răcirea carterului.

Puterea maximă – cu rare excepții nu opoate să depășească 45 kW pentru compresoarele semiermetice, respectiv 30 kW pentruucompresoarele ermetice.

Supapele – sunt în general cu Iamele. Trebuie reținut însă căamașinile moderne utilizează din ce în ce mai mult supapeaasemănătoare cu cele ale compresoarelor industriale.

Un asemenea exemplu îl reprezintă sistemul DISCUS, reprezentat în figura 3.12.

„Figura 3.12 Sistemul DISCUS”

1 – supapă de refulare DISCUS; 2 – canal de refulare; 3 – canal de aspirație

Aspirația vaporilor se realizează traversându-seaplaca supapelor. Supapa de aspirație este inelară, iar cea de refulare, supapa DISCUS, este o piesăacilidro-conică realizată dintr-un

material plastic având următoarele proprietăți: este ușor, elastic, rezistent Iaaacțiunea uleiurilor și a agenților frigorifici, Iaatemperaturi ridicate (până la 480°C). În plus, zgomotele produse de supapeleemetalice sunt practic eliminate. Utilizarea supapei de aspirație inelară, necesită o prelucrareamecanică particulară a capului pistonului, în vederea reducerii la minim a spațiului mort, în limitele toleranțelorade fabricație. Prin utilizarea acestui sistem se obțin randamente superioare șiauzuri mecanice mai reduse.

Carterul – este turnat dintr-o singură bucată și constituieaatât corpul compresorului cât și al motorului, prezentând uneori șiaaripioare de răcire. Este închis pe partea compresorului de suportulaIagărului palier și al pompei de ulei, iar pe parteaamotorului, de un capac pe care este prevăzut un robinet de aspirație, iar în interioraun filtru pentru vaporii aspirați.

Cilindrii – sunt înageneral în număr de 2-3 în linie, 4 în V și 6 în W. Sunt prelucrați direct înacorpul carterului. Capacele cilindrilor sunt tot din fontă ca și carterul, iar gura de vizitare este realizată pe parteaacompresorului. Se pot monta și două compresoare în tandem, caz înacare mai există o piesă intermediară care Ieagă cele două motoare montate spate în spate.

Variația puterii frigorifice – este în general mai simplu de realizat decât Ia compresoareleaindustriale. Cele două sisteme mai des întâlnite sunt următoarele:

– obturarea intrăriiavaporilor în doi cilindri simultan;

– deschiderea unuiaorificiu de scurtcircuit între doi cilindri, ca în figura 3.13

„Figura 3.13 Sistemul de reglaj a puterii frigorifice

pentru un compresor semiermetic, prin scurtcircuitarea dintre aspirație și refulare”

Pornirea în sarcină redusă – se realizează prin utilizarea deaobturatori sau a unui circuit exterior de by-pass cu un robint solenoidal de comandă.

Ungerea – în general se realizează subapresiune, cu o pompă de ulei care trebuie să fie obligatoriu reversibilă, sensul de rotație alacompresorului putând să fie indiferent.

Elemente auxiliare ale compresoarelor

Separator de ulei – Este amplasat Ia refularea compresoruluiași are ca scop separarea

unei părți cât mai mari dinauleiul antrenat de agentul frigorific din sistemul deaungere, pentru a-l întoarce în carterulacompresorului. Separarea se bazează peadiferența de densitate dintre cele douăsfluide și pe modificareawenergiei cinetice a acestora, care se poate produce în mai multe moduri: centrifugare,amodificarea brucsă a direcției de curgere șiacreșterea bruscă a secțiunii de curgere.

„Figura 3.14 Separator de ulei”

În figura 3.14 este reprezentat un separator de ulei compusadintr-un corp cilindric (poate să fie orizontalasau vertical) în interiorul căruia există șicane, material deaumplutură (de exemplu inele metalice), sau plase metalice, tricotate sau din pânză. Uleiul separat se acumulează în partea inferioară, de unde prin intermediul unui robinet cu flotor se reîntoarce în carter.

Nu există separatoare de uleiacapabile să separe complet uleiulaantrenat de agentul frigorific din următoarele motive:

– chiar dacă sunt foarte eficiente Ia debitul maximade agent frigorific, eficiența acestora se reduce Ia scădereaadebitului;

– vaporii de ulei foarteacalzi (100-130°C) sub formă de aerosoli nuapot să fie separați decât dacă Ii se reduce temperturaapână în jurul valorii de 50°C și sunt readuși în starea de picături prin coalescență.

Utilizarea separatorului de uleieeste indispensabilă Ia utilizarea amoniacului și poate să fie evitată Ia utilizareaafreonilor, situație în care nuUexistă în instalație zone în care să fie posibilă decantarea (rezervor de Iichid sau butelieade joasă presiune).

Aparate de măsură – sunt indispensabile pentru verificarea condițiilor de funcționare ale compresoarelorași sunt reprezentate în principal de:

– manometre sau traductoriaelectronici de presiune, care seamontează pe conductele de aspirație și de refulare ca și pe circuitul de ulei;

– termometre sau traductori electronici deztemperatură, care se montează în aceleași puncte ca și manometrele.

Dispozitive deesiguranță – Sunt dispozitive necesare pentru protecția mașinii împotriva situațiiloraanormale de funcționare, care ar putea produce pagube materiale sau accidente.

Există două categorii de asemenea dispozitive: cu utilizare obligatorieași cu utilizare facultativă.

– Dispozitive cu utilizare obligatorie:

– resort împotriva Iovitura hidraulice;

– supapă de siguranțăaîntre aspirație și refulare, pentruaevitarea distrugerii acompresorului dacăârobinetul de refulare este închis accidental în timpul funcționării compresorului;

– presostat de înaltă presiune, careaprotejează compresorul împotriva creșterii apresiunii de refulare și careaacționează înainte de deschiderea supapei de siguranță de înaltăapresiune, montată în circuit;

– presostat de joasăapresiune, care previne scăderea prea accentuată a presiunii din vaporizator sau vaporizatoare;

– presostatadiferențial de ulei, care are un traductor cuplat Ia presiunea din carter, iar celălalt traductor cuplat Ia refularea pompei de ungere șiaare ca scop supravegherea valorii diferenței dintre celeadouă presiuni, care trebuie să asigure ungerea corectă a compresorului. Acest aparat este temporar scos din funcție în perioadele de pornire, până când se atinge turația nominală, perioadă înacare presiunea diferențială de ungere este mai redusă decât valoarea minimă acceptabilă.

– termostat de supraîncălzire (esențial Ia utilizarea amoniacului), care protejează compresorul împotriva unei temperaturi de refulare excesiv de ridicate (de exemplu 130°C).

– Dispozitive cu utilizare facultativă:

– termostat pentru supapa de siguranță, care seamontează aproape de supapa de

siguranță internă și oprește compresorul dacă supapa de siguranță s-a deschis, caz în care s-ar produce supraîncălziri periculoase;

-Itermostat de carter, care menține temperatura carteruluiaîn timpul opririi compresorului, Ia valori care să nu permită dizolvarea în ulei a agenților frigorifici;

– termostat de "ulei prea rece", care împiedică pornirea compresorului dacă temperatura uleiului de ungere nu are oOvaloare convenabilă (50-60°C);

– Gestionarea electronică centralizată:

– anumiți constructori prevăd o achizițieeelectronică de date privind funcționarea, cu încadrarea permanentă în domeniile de siguranță aaparametrilor și vizualizarea valorilor acestora pe monitor.

3.1.3 Compresoare elicoidale sau compresoare cu șurub

Introducerea acestora în tehnica friguluiaeste relativ recentă, 1955 pentru compresoareleabirotor, respectiv 1971 pentru compresoareleemonorotor.

Interesul pentru utilizarea acestor mașiniaîn tehnica frigului a crescut rapid, iar în 1985 erau instalate în Iume în jur de 60000 de asemeneaacompresoare în diferite domenii de utilizare: congelare,arăcire, grupuri pentru răcirea apei, pompe de căldură, etc.„Pentru a Ie putea utiliza în toate domeniileetehnicii frigului, toți constructorii au realizat numeroase modificări și adaptări, în vedereaaînlocuirii compresoarelor cu piston.”

La ora actuală s-au impus două tipuri de asemenea compresoare, așa cum se observă în tabelul 3.2, care prezintă câțivaafurnizori de pe plan mondial și caracteristicile mașinilor produse de aceștia. Se observă că o răspândire mult maiaIargă o au compresoarele birotor.

„Tabelul 3.2 Furnizori de compresoare elicoidale și caracteristicile acestora”

Compresorul birotor (dublu șurub)

Comprimarea – Cele mai importanteeelemente constructive de care depinde procesul

de comprimare sunt geometria rotoarelor și volumul index.

Rotoarele au cel mai adesea geometria realizată după Iicența Sveridge Rotor Maskiner (SRM), cu un rotor tată având 4 Iobi și un rotor mamăaavând 6 canale, ca în figura 3.15, dar există și realizări cu 5 lobi și 6 respectiv 7 canale. Debitulaacestor compresoare depinde de diametrul și Iungimea rotoarelor, ca și de turația acestora.

„Figura 3.15 Rotor tată cu 5 Iobi și rotor mamă cu 7 canale”

Începând din 1980, odată cu reducereaadiametrelor rotoarelor pâna Ia cca. 100 mm și creșterea turației acestorarotoare mici până la 2950 rot/min, au fost create noi tipuri de profile pentru rotoare, denumite Sigma. S-a demonstrat că pentru unaanumit profil dat, există o turație periferică optimă u≈50 m/s pentru rotoarele SRM, respectiv u≈15-20 m/s pentru rotoarele Sigma.

La ora actuală diametrele rotoarelor variazăaîntre 100 și 300 mm. Mărimile caracteristice pentru aceste compresoare sunt diametrul D al rotorului și raportul L/D dintre lungimea și diametrul rotoarelor.

În figura 3.16 este reprezentat un compresor birotoroorizontal, iar în figura 3.17 este reprezentat un compresor birotor vertical.

„Figura 3.16 Compresorabirotor orizontal”

„Figura 3.17 CompresorAbirotor vertical”

1- rotor tată; 2 – rotor mamă; 3 – dispozitiv pentru reglarea puterii; 4 – dispozitiv pentru reglarea volumului index

Din punct de vedereeconstructiv orificiul de aspirație este fix, iar cel de refulare este realizat dinadouă zone, una fixă prelucrată în carter, iar una variabilă, creată de o piesă având dimensiunea fixată la montaj, amplasatăaîn sertarul de variație a puterii frigorifice.

Carterul pentru aceste mașini este realizatadin fontă etanșă (Ft 25 și Ft 26), cilindrii fiind prelucrați direct în corp, acesta din urmăafiind calculat pentru o presiune de 25 bar, este supus probelorahidraulice.

Rotoarele sunt construite din oțel forjatasau din fontă cu grafit sferic, turnată sub vid, prelucratăamecanic cu mare precizie pe mașiniiunelte cu freze multiple. La marea majoritate a mașinilorade acest tip, rotorul tată antreneazăarotorul mamă, dar noile profile permit și antrenarea rotoruluiatată de către rotorul mamă, ceea ce permite creșterea vitezei și în consecință aadebitului vehiculat de compresor.

Lagărele: cele patru paliere sunt lise, cu bile sau cu rulmenți, eventual o combinație a celor două, datorită sarcinilor radiale mari.„Aceste paliere sunt în general sensibil supradimensionate.”

Garnitura mecanică (presgarnitura) este necesară pentruacompresoarele de deschise și se folosește același tip deagarnitură ca Ia compresoarele cu piston.

Compresorul monorotor (monoșurub)

Comprimarea – pentru aplicațiile din tehnica frigului, principalulaconstructor din Europa este societatea APV Baker Limited. Fabricația esteabazată pe două serii, una cu un rotor satelit și cealaltă cuadouă rotoare satelit. Un compresor monorotor cuuun satelit este prezentat în figura 3.18.

„Figura 3.18 Compresoramonorotor”

1 – comanda sertarului de reglare a puterii frigorifice; 2 – garnitură mecanică; 3 – palier; 4 – rotor; 5 – sateliți

Rotorul este din fontă, datorită proprietăților mecaniceeși compatibilității cu agenții

frigorifici și joacă același rol ca și rotorul mamă de Ia compresoarele birotor. Este realizat cu 6 canale.

Rotoarele satelit sunt construite dintr-un materialacompozit, prezintă 11 aripioare și

sunt antrenate dearotorul principal. Au același rol ca și rotorul tată, separând practic mașina în

două zoneede comprimare independente identice (pentru variantele cu doi sateliți).

Carterul este realizat dintr-o singurăapiesă, prin turnare, închide toate părțile mobile

având însă și capace demontabileapentru asigurarea accesului și montarea pieselor.

Lagărele pentru mașina cu doi sateliți sunt proporționalamult mai puțin solicitate față

de compresoarele birotor, deoarece efectele de comprimare sunt echilibrate caaurmare a

simetriei orizontale a mașinii. Forțele radiale sunt practic nule deoarece pe de-o parte canalele

se sprijină pe fața cilindrică externă aarotorului și pe de altă parte pe ambele fețe ale rotorului

este menținută presiunea deaaspirație. Efortul rezidual pe partea arborelui care iese în afară

este preluat de un palier cu rulmenți.

Aspecte comune ale compresoarelor elicoidale

Sistemul de ungere – asigură următoareleefuncții:

– ungerea paliereloraportante, a garniturii mecanice și a pistonului de echilibrare;

– comanda hidraulică aasertarului de variație a puterii frigorifice și de pornire în gol;

– ungerea rotoareloracare angrenează unul cu celălalt;

– etanșeitatea între rotoare și între rotoare și stator, reducând șiapierderile dintre partea de presiune ridicată și cea de presiun joasă;

– răcirea vaporiloracomprimați, prin preluarea unei părți importante din căldură;

Datorită acestei ultime funcții, este posibil caaun asemenea compresor să aibă temperaturaade refulare întotdeauna sub 100°C, deoarece se injectează un debit de ulei de 0,5-

1% din debitul total al acestuia, Ia o temperatură de 40…60°C.

Sertarul de variație a puteriiafrigorifice – este o piesă esențială pentru funcționarea compresoarelor industriale, care în permanență trebuie să corelezeaputerea frigorifică solicitată cu cea furnizată, respectiv să asigure variația debitului vehiculat.

– La mașinileabirotor, sertarul este dispus Ia intersecția celor două rotoare, culisează axial și eliberează o parte maiamare sau mai mică din rotoare, realizând și o întoarcere spre aspirație a unei părți din vapori. Lungimea rotorului mascată de sertar, realizeză în continuare comprimarea. Comprimarea se realizează ca și când raportul L/D ar fi variabil.

– La mașinile monorotor, există două sertare situate de o parte și de alta a planului orizontal, care separă compresorul în două jumătăți simetrice.

Tendințe actuale

Principalele avantaje ale compresoareloraelicoidale, față de cele cu piston sunt următoarele:

– dimensiuni mai reduse;

– greutate mai mică;

– siguranță mai mare în funcționare;

– întreținere mai redusă;

– nivel de vibrație redus;

– antrenarea realizată de motoare cu doi poli.

Dezavantajele sunt următoarele:

– prețul mai ridicat (serii de fabricație mai reduse, deci mai scumpe);

– importanța și complexitatea mărită a circuitului de ungere;

– nivelul de zgomot mai ridicat.

Pentru a nu mărianumărul de rotoare (datorită costurilor de fabricație), anumiți constructori asigurăaantrenarea atât de către rotorul tată, cât și de către rotorul mamă, ceea ce permite realizarea cu aceeași pereche de rotoare, de debite în raportul 5 la 1. Alți constructori

prevăd antrenareaarotorului tată prin intermediul unui multiplicator de turație.

Progresele realizate în domeniul informaticii, atât în ceea ce priveșteamodelarea cât și

fabricareaarotoarelor și simplificarea sistemului de ungere, au permis realizarea de mașini mai

ieftine, mai simple (prin suprimarea sertarului) și maiasilențioase, atât deschise cât și semiermetice, ca în figura 3.19, sau chiar ermetice.

„Figura 3.19 Compresor elicoidal semiermetic”

1 – motor electric; 2 – sertar pentru reglarea puterii frigorifice; 3 – comanda sertarului; 4 – separator de ulei; 5 – rotor

3.1.4 Compresoare volumice rotative

În aceastăacategorie sunt incluse:

– compresoare cu palete;

– compresoare cu piston rotativ;

– compresoare cu spirale (Scroll).

Toate aceste mașini suntacaracterizate de simplitatea aparentă a construcției, datorată număruluiaredus de piese în mișcare, dar care necesită tehnologii de fabriacație scumpe.

Compresorul cu palete în rotor

Este un compresor volumic, utilizat în tehnicaafrigului încă din anii 1930, dar care datorită problemelor Iegate de materialele componente nu aasuferit dezvoltări ulterioare.

Partea principală a mașinii este reprezentată de un stator cilindricaîn interiorul căruia se învârte un rotor excentric, tangent Ia cilindru, așa cum se observă în figura 3.20.

„Figura 3.20 Schema compresorului cu palete în rotor”

1 – cilindru; 2 – piston rotativ; 3 – Iamele culisante; 4 – spațiu de refulare;

5 – spațiu de aspirație; 6 – arbore; 7 – inele pentru Iimitarea cursei

Rotorul are prevăzute canale radiale înacare paletele pot să culiseze Iiber sub efectul forței centrifugale, pe care o imprimă rotorul.

Noile materiale descoperite în industria aeronauticăași posibilitatea de a se prelucra în serie profile complexe, pot să asigure din0nou succesul acestor tipuri de mașini. Firma Rotocold din Marea Britanie, realizează asemeneaacompresoare, special pentru tehnica frigului și a adus câteva îmbunătățiri dintre care se menționează:

– Realizarea paletelor din materialeacompozite (polimeri aromatici și fibră deesticlă), ușoare și rezistente, ceea ce permite atingerea de turații ridicate (viteza periferică de cca. 25 m/s);

– Acoperirea paletelor cu un materialaautolubrifiant (teflon), asigură funcționarea corectă și în cazul unei defecțiuni pe circuitul de ulei;

– S-a realizat un dispozitiv de protecțieeîmpotriva Ioviturilor hidraulice, prin echiparea compresorului cu o placăamobilă situată Ia extremitatea rotorului, menținută în poziție normală de resorturi. O eventuală suprapresiuneadatorată prezenței Iichidului, deplasează placa mobilă și astfel mașina esteaprotejată împotriva oricăror defecțiuni mecanice;

– Uleiul de ungere este preluat dintr-un separator de ulei (Ia presiune ridicată) și injectat într-unadublu circuit intern. Primul alimentează garnitura mecanicăaasigurând ungerea și răcirea acesteia, ungerea rulmentului din față și ungerea unei fețe a rotorului. Al doilea circuit asigură ungereaarulmentului din spate și ungerea celei de-a doua fețe a rotorului. Acest mod de funcționare eliminăanecesitatea utilizării unei pompe de ulei, ceea ce simplifică mult construcția;

– Reglarea puterii frigorifice, în Iipsa unui dispozitiv specializat, se realizează fie prin utilizarea unui motor de antrenare cu douăaturații, fie prin utilizarea unui dispozitiv de modificarea a frecvenței de alimentare.

Firma Rotocold are ca și caracteristici principale pentru seria deacompresoare cu 8

palete, următoarele caracteristici:

– materiale componente: polimeri și fibre de carbon;

– turația nominală: 1450…4000 rot/min;

– turația maximă admisă: 6000 rot/min;

– debit: 12,8…80,4 m3/h;

– agenți frigorifici: R22 și R502.

Compresor cuupiston rotativ

Acest compresor este prezentat dinaconsiderente istorice, nefiind foarte răspândit în prezent. „Poate fi considerat ca o variantă a compresorului cu Iamele în rotor, având însă o singură Iamelă, montată în stator, ca în figura 3.21.”

„Figura 3.21 Compresor cuupiston rotativ”

Este utilizat încă din 1980 de câteva firme constructoare din Japonia, în special de firma Daikin, care folosește asemenea compresoareeermetice în aparate de climatizare, în frigidere casnice și în grupuri compresor-condensator cu o putere de aproximativ 3 kW.

Compresorul cu spirale (Scroll)

Această mașină a fost inventată șiabrevetată în S.U.A. în 1905 și dezvoltată ulterior tot

în S.U.A. în anii 1970.”Pentru prima datăăau fost utilizate în frigidere casnice (de putere frigorifică redusă) de firma DWM-Copeland, iar apoi în climatizare de firma Trane care Ie-a folosit și în grupuri de răcire a apei cu puterea frigorifică de 35 kW.”Totuși nu există nici un impediment pentru realizarea unor asemenea compresoare de puteri frigorifice mai mari.

Comprimarea – Acest compresor este prezentat în figura 3.22 și piesele principale sunt practic din două spirale una în alta.

„Figura 3.22 Compresor Scroll”

Spirala superioară unde se găsește orificiul deerefulare este fixă, în timp ce spirala inferioară este antrenatăăîntr-o mișcare orbitală. Aspirația se realizează prin zona periferică, iar refularea prin orificiulasituat în centrul spiralei fixe.

Spirala fixă este prezentată în figura 3.23, iar spirala mobilă este prezentată în figura

3.24.

„Figura 3.23 Spirală fixă (stator)”

„Figura 3.24 Spirală mobilă (rotor)”

Modul de funcționare al acestor tipuri de compresoare este ilustrat în figura 3.25.

„Figura 3.25 Principiul de funcționare al compresorului Scroll”

– aspirația – în timpul deplasăriiaspiralei inferioare se formează două zone prin care sunt aspirați vaporii de agent frigorific până în momentul în care cele două zone se închid;

– comprimarea – mișcarea spiraleiaantrenează vaporii spre zona centrală, iar volumul ocupat de vapori se reduce treptat ceea ce produceacomprimarea acestora;

– refularea – vaporii comprimațiasunt evacuați prin orificiul din zona centrală.

Se observă că în timpul funcționării, cele treiefaze (aspirația, comprimarea și refularea) se desfășoară simultan, simetric și continuu,eceea ce reprezintă o caracteristică importantă a acestui tip de compresor, care va fi supus uneievariații a cuplului mai redusă decât în cazul compresorului cu piston.

Compresorul nu necesită supape, fiind suficientă o simplăaclapetă unisens, care să

împiedice reântoarcerea vaporilorarefulați. Raportul de comprimare este fix, iar coeficientul de debit este foarte bun, pentru că nu există spațiu mort.

Particularități mecanice – Compresorul nuuprezintă decât trei piese în mișcare, dar pune probleme deosebite din următoarele puncte de vedere: etanșeitate axială, etanșeitate radială șieevitarea rotației inverse a spiralei mobile.

– Etanșeitatea axială – este esențială ținând seama deesuprafața spiralei mobile și de forțele de presiune axiale datorate comprimării, careetind să depărteze spirala mobilă de cea fixă. Principalii constructori utilizează diverse metode pentru rezolvarea acestei probleme:

– Aplicarea unei presiuni deevapori pe spatele spiralei fixe, pentru a o împinge spre cea mobilă. în acest scop în zona de început a comprimării se practică un mic orificiu în spirala fixă, care prezintă totuși ooușoară capacitate de deplasare axială. Presiunea practicată trebuie să fie suficient de mare caasă poată asigura etanșarea, dar nu prea mare pentru a nu provoca piederi datorate frecărilor excesive dintre cele două spirale.

La oprirea compresorului, cele două spirale nuusunt în contact, ceea ce reduce cuplul

de pornire.

– Aplicarea unei forțe elastice asupraaspiralei mobile, prin intermediul unui resort;

– Etanșeitatea radială – adică etanșeitatea care trebuie să existe Ia contactul dintre cele

două spirale. Pentru aceastăăproblemă există de asemenea două soluții tehnice:

– Prin antrenarea excentrică Iiberă a spiralei mobile, de către arborele motor, situație în care forța centrifugă asigurăăcontactul permanent dintre spiarale în așa fel încât spirala mobilă să rămână concentrică cu cea fixă;

– Prin antrenarea spiralei mobile, utilizând ca piesă intermediară o maselotă cu excentric de tipul celeiaprezentate în figura 3.26. Antrenarea spiralei se realizează excentric față de axul acesteia, care pivoteazăăîn orificiul prevăzut în acest scop în corpul maselotei. Deplasarea maselotei este Iimitată cu ajutorul unui știft.

„Fig. 3.26 Mecanism de antrenare prin maselotă cu excentric”

3.1.5 Compresoare centrifugale

Compresoarele centrifugale au început să fie utilizate înatehnica frigului Ia începutul

secolului. Cele mai importante repere cronologice sunt:

1910: În Germania se studiazăăposibilitatea utilizării acestor compresoareecu agenții frigorifici cunoscuți Ia momentul respectiv (SO2, CO2, NH3). Simultan compania Carier în S.U.A. experimentaacu aceste mașini, diverse hidrocarburi și clorura de metilen.

1926: În Elveția, compania Brown Boveri realizează un compresor centrifugal funcționândacu amoniac, având o putere frigorifică de 7000 kW, Ia realizarea unei temperaturi de –15°C. Ulterior aceeași companie aautilizat clorura de etilen și bromura de etilen pentru climatizare.

1930: Compania americană Kinetic Chemicals produceafreoni având masa moleculară mare, care se preteazăte bine Ia utilizarea în acesteacompresoare.

1933: Compania Carrier utilizează R11 pentru climatizare și R12, propan, respectiv SO2, pentru realizarea de temperaturi mai scăzute.

După al doilea război mondial, dezvoltareaaintensă a domeniului condiționăriiaaerului, dar și a aplicațiilor careanecesită temperaturi mai scăzute, au favorizat atât în Europa cât și în S.U.A. promovareaacompresoarelor centrifugale.

Compresoarele centrifugale suntautilizate într-o mareevarietate de instalații frigorifice și pentruUcondiționarea aerului.

Debitele volumiceuuzuale se încadrează între 200 m3/h în aeronautică și 55000 m3/h în condiționarea aerului, iaraturațiile între 3000 și 100000 rot/min. Debitele miciose realizează cu diametre mici și turații mari, iar debitele mari cu diametre mari și turații mici.

Compresoarele frigorifice centrifugaleede puteri frigorifice miciarealizează 15-95 kW, funcționând cu R134a, sau R114, au dimensiuniOfoarte reduse, sunt antrenate de turbine acționate de aer, Ia turații de peste 100000 rot/min și sunt destinateaclimatizării cabinelor avioanelor de transport.

Puterile frigorificeOmaxime ale compresoarelor centrifugale sunt Iimitate de dimensiunile acestora. De exemplu un asemenea compresor de 55000 m3/h pentru climatizarea unui aeroport, are unadiametru exterior de aproape 2m.

Temperaturile de vaporizare pe care Ie pot realiza se situeaazăăîntre +10°C (climatizare) și -160°C (Iichefierea metanului). Presiunile de refulare pot ajunge la 21 bar, iar raportul de comprimare variază între 2 și 30 (cu mai multe trepte de comprimare). Practic pot să fie comprimații toți agenții frigorifici.

În compresoarele frigorifice se pot monta maxim 10 trepte (etaje) de comprimare și sunt posibile aspirații multipleaîntre trepte, Ia diferite nivele de temperatură, astfel încât un compresor săăpoată realiza mai multe nivele deatemperatură scăzută. Se pot monta în serie mai multe compresoare, care să fie antrenate simultan, iar dacă este necesar aceste compresoare cu antrenare unică potasă funcționeze cu maiomulți agenți frigorifici.

În condiționarea aerului, datorităavalorii reduse a raportului de comprimare (3…4), este posibilă comprimarea în una sau două trepte, deci pentru acest domeniu seeutilizează mașini simple.

„Figura 3.27 Compunerea vitezelor înarotorul unui compresor centrifugal”

1 – viteza radială; 2 – viteza tangențială; 3 – viteza rezultantă; 4 – turația;

5 – diametrul rotorului; 6 – debitul

Capitolul IV

Funcțiile sistemului de automatizare a unei instalații frigorifice cu maimulte spații răcite

Se consideră o instalație frigorificăafuncționând prin comprimare mecanică  de vapori  într-o singură treaptă de comprimare, cu N camere răcite și unisingur compresor, reprezentată  în figura 5.1.

În camera N, temperatura este mult mai mare decât  în celelalteecamere, caracterizate prin temperaturi de valori apropiate.

Practic instalația asigură două nivele de temperatură scăzută, într-o singură treaptă de comprimare.

Cu ajutorul acestei instalațiiose vor analiza funcțiile sistemuluiadeeautomatizare într-o asemenea instalație frigorifică,ecu precizarea că dispozitivele de automatizare prezente și analizate înaaceastă instalație, sunt reprezentative și se regăsesc înenumeroase alte tipuri de instalații frigorifice.

„Figura 5.1Schemă de automatizare a unei instalații frigorifice  într-o treaptă de comprimare având mai multe spații răcite la două nivele diferite de temperatură”

Obiectivul fundamental al sistemului de automatizare îl constituie realizarea temperaturiloraprescrise t1, t2, … tN-1, tN, în cele N camere, în condițiile în care N este mult mai mare decât celelalte temperaturi, care sunt foarte apropiate  între ele (practic egale). Acest tip de instalație esteaspecific depozitelor frigorifice de capacitate redusă, pentru păstrarea produselor alimentare, și instalațiilorafrigorifice navale. Puterea frigorifică a instalațiilor de acest tip este medie (10-50 kW), iar nivelulotemperaturilor scăzute realizate uzual, este de aproximativ (-15 … -5)°C pentru temperaturile t1, t2, … tN-1, respectiv (0…+5)°C pentru temperatura tN.

În primele N-1 spații răcite se poate realiza păstrarea produselor congelate, iar în camera N refrigerarea și/sau păstrarea produselor refrigerate. Pentru congelarea produselor alimentare ar fi necesare temperaturi ceva mai scăzute în spațiile răcite (-25 … -20)°C, pentru realizarea cărora s-ar impuneutilizarea unei instalații în două trepte de comprimare. Pentru realizarea obiectivului fundamental al sistemului de automatizare, în camerele frigorifice se prevăd sisteme de reglare automată a temperaturii.

În primele N-1 camere, sunt prevăzuteasisteme de tip bipozițional, acționând ventilele electromagnetice montate pe conducta deaalimentare a vaporizatoarelor. Pe figură, aceste regulatoare automate aleetemperaturilor din spațiile răcite sunt notate cu TC (și sunt denumite termostate). Aceste sisteme deaautomatizare închid electroventilele, dacă temperatura din spațiile răcite scade sub valoareaeprescrisă.”Fiind întreruptă alimentarea cu Iichid a vaporizatoarelor, acesteaasunt practic scoase din funcțiune atâta timp cât temperatura din camerelearespective este suficient de scăzută. Dacă temperatura din camere crește, TC comandăadeschiderea ventilelor electromagnetice, care vor permite realimentarea cu Iichid a vaporizatoarelor, înavedereaascăderii temperaturii din camere până Ia atingerea valorilor prescrise, când TC vor închide din nou electroventilele.

Întrebare: Ce seava întâmpla în instalație, dacă Ia un moment dat toate TC au acționat astfel încât sunt închise toate electroventilele de pe conductele de aspirație ale vaporizatoarelor? Rezolvarea aceasteiaprobleme impune utilizarea unui alt sistem de reglare automată, care vaafi studiat ulterior, dar evoluția parametrilor termofizici (temperatură și presiuni) din instalație poate fi intuită…

Răspunsul Ia această întrebare nu este inclus în acest studiu de caz. Dacă și în camera N, unde temperaturaatrebuie menținută Ia o valoare multmai ridicată, vaporizatorul ar funcționa Ia aceeași temperatură deevaporizare, ca și în restul camerelor, s-ar stabili o diferență preaamare între temperatura din cameră și temperatura de vaporizare. Efectul ar fi că pe Iângă ireversibilitățileemari denatură externă (datorate diferențeiamari de temperatură), care duc Ia creșterea consumului energetic al instalației, s-ar produce și o uscare foarte intensă aaaerului din această cameră, prinadepunere excesivă de zăpadă pe serpentinele vaporizatorului.

În consecință se impune caatemperatura de vaporizare să fieemai ridicată în camera N. Evident, în aceste condițiiași valoarea presiunii de vaporizare va fiamai ridicată .În instalație vor exista deci două presiuniade vaporizare, dar pentru căaexistă un singur compresor, poate să existe o singură presiune de aspirație, ceea ce impune prezența aîn instalație a unui dispozitiv de Iaminare 3, pe conducta deaspirație, întreavaporizatorul din camera N și compresor. Menținerea constantă aapresiunii de vaporizare din camera N, Ia o valoare superioară presiunii deaaspirație (determinată de presiunea de vaporizare dincelelalte camere), este realizată printr-un sistem automat de reglare a presiunii devaporizare:

Priza de presiune 1 (care furnizează mărimea de reacție)

Regulatorul de presiune 2 notat și cu PC (regulator de presiune de vaporizare);

Dispozitivul de laminare 3, reprezentând elementul de execuție alregulatorului 2;

Detectorul de temperatură cu bulb 4;

Regulatorul de temperatură

5.Regulatorul de presiune 2, trebuie să mențină constantă presiunea devaporizare în camera N, din amonte de 3, în condițiile în care și temperatura din cameră, determinată cu ajutorul bulbului 4, trebuie să rămână constantă

Practic acest sistem de automatizare este compus din două regulatoare care interacționează întreeele. Regulatorul de temperatură 5, are ca element de execuție regulatorul de presiune 2, care Ia rândul Iui acționează asupra ventilului delaminare 3. Mărimea de execuțieaa regulatorului de temperatură 5, este o mărimeede intrare pentru regulatorul de presiune 2, a cărui mărime de execuție esteetransmisă ventilului 3. Deoarece compresorul aspiră vapori directadin vaporizatoarele instalației, este important ca în acesta să nu pătrundă picături de Iichid, deci alimentarea vaporizatoarelor trebuie realizatăaastfel încât să fie asigurată o ușoar supraîncălzireaavaporilor Ia ieșirea din vaporizatoare. Supraîncălzirea reprezintă diferența dintre temperatura vaporilor Ia ieșirea din vaporizatoare (vapori care sunt aspirați decompresor) și temperaturaade vaporizare. Sistemul de alimentare a vaporizatoarelor va fiaun sistem de reglare automată a unei diferențe de temperatură,areprezentând gradul de supraîncălzire, notat cu DTC. Prin menținerea uneiuușoare supraîncălziri în vaporizator, acesta esteaalimentat cu debitul maxim posibil de Iichid, astfel încât compresorul să funcționeze totuși în condiții deesiguranță. Acest sistem de alimentare a vaporizatorului asigură în consecință, puterea frigorifică maximă a vaporizatorului în condițiile de siguranță a funcționăriiacompresorului, menționate anterior, deci corespundeadin toate punctele de vedere.

Regulatoare de diferență de temperatură, deaacest tip, au ca mărime de execuție, cursa ventilelor de Iaminare (denumite detentoareatermostatice sau ventile de Iaminare termostatice), montate pe conducta de intrare a Iichidului în vaporizatoare. Debitul de lichid care alimentează vaporizatoarele depinde de diferența de presiune Ia care lucrează dispozitivul de Iaminare, adică de diferența dintreapresiunea de condensare și presiunea de vaporizare. Prin menținerea constantă a temperaturii din camerele răcite, este menținută constantă și temperatura deavaporizare, deci și presiunea de vaporizare corespunzătoare. Pentru menținereaaconstantă a condițiilor de Iucru a dispozitivelor de Iaminare, se impune utilizarea unui sistem de reglare automată aapresiunii de condensare. Regulatorul de presiune de condensare al acestui sistem, este montat pe condensatorași acționează asupra ventilului montat pe conducta de alimentare cu apă aacondensatorului, reglând corespunzător debitul de apă. Dacă în timpul funcționăriiainstalației presiunea de condensareacrește, atunci regulatorul depresiune de condensare va mări debitul deeapă prin deschiderea mai pronunțată aventilului, iar dacă presiuneaade condensare scade, regulatorul va reduceedebitul de apă prin închiderea parțială a ventilului. Este greșit săase considere că reducerea presiunii de condensare are preponderent efecte favorabile, datorită reducerii raportului deecomprimare al compresorului. La reducereasnecesarului de frig al camerelor frigorifice, sistemul de alimentare a vaporizatoarelor șiede reglare a temperaturii, va reacționaaprin reducerea debitului de agent frigorific cu care sunt alimentate vaporizatoarele, adaptându-se natural Ia această modificare, ceea ce confirmă că sistemul de automatizare utilizat este corect. Afirmația anterioară poate fi justificată prinaexplicarea în continuare a fenomenelor care seeproduc în vaporizator și sistemul de automatizareaa alimentării cu Iichid, care menține constantă diferența de temperatură reprezentând gradul de supraîncălzire.

Capitolul V

Proiectarea Mașinii Asincrone

CALCULUL ELECTROMAGNETIC AL MAȘINII ASINCRONE

Calculul electromagnetic alamașinii asincrone este structurat pe douăăcomponente principale:

– stabilirea dimensiunilor mașinii, pe baza dateloradin tema de proiectare și a solicitărilor electromagneticearecomandate;

– calculul parametrilor si caracteristicilor tehnice, peebaza geometriei adoptate.

În cazul unei dimensionăriabine făcute, parametrii și caracteristicile mașiniiacoincid cu cele din tema de proiectare. În consecință, se poate trece Ia etapeleaurmătoare de proiectare a mașinii, respectiv calculul mecanic, calculul de ventilație, calculul termic șiaproiectarea construcției.

5.1. Tema de proiectare.

Calculul de dimensionare al uneiamașini asincrone se face pornind de Ia datele impuse prin tema de proiectare, date care, în funcție de scopul pentru care se realizează mașina, precizează performanțeleatehnice, condițiile de Iucru și eventualele restricțiiaconstructive (gabarit, formă, greutate, etc.).

De comun acord cu beneficiarul, proiectantul va trebui să stabilească, înainte de toate, o temă de proiectare clară șiacompletă, care sa conțina toate datele primare necesare întocmirii proiectului.

Întrucât mașina asincronă este folosită, în general, în regimade motor, în cele ce urmează, modul de abordare a calculului de dimensionareeși exemplele se referă numai Ia motorulaasincron, cu mențiunea că, etapeleede calcul prezentate se aplică în mod similar și în cazulaîn care se urmăreste dimensionarea unuiagenerator asincron.

Caracteristicile unui motoraasincron, specificate, de obicei, prin tema de proiectare, sunt prezentate înacele ce urmeaza.

a)    Datele nominale:

–       puterea nominală a motorului, Pn = 3,5 KW;

–       tensiunea de alimentare, Un = 380 V, care este, intotdeauna, tensiunea de linie;

–       frecvența tensiunii de alimentare, f1 = 60 Hz;

–       turația de sincronism, n1 = 1500 rot/min;

–       numărul de faze, m; de obicei m = 3, motoarele asincrone uzuale fiind trifazate.

b)   Caracteristicile funcționale și specificațiile constructive:

–       tipul motorului – cu rotor bobinat sau în scurtcircuit;

–       factorul deesupraîncarcare, Mmax/Mn;

–       caracteristicile deapornire, Mp/Mn si Ip/In;

–       gradul deeprotecție, conform STAS 625-85;

–       condiții speciale deafuncționare (mediu, altitudine, serviciul, etc.); în cazul în care acestea nu sunt specificate, se consideră condiții normale și serviciu continuu, S1, conform STAS 1893/1-87;

–       forma constructivă și modul de montaj, conform STAS 3998/2-74.

5.2 Alegerea dimensiunilor de bază

Numărul de perechi de poli

p = 2

Puterea aparentă nominală, SN :

S N = 4,9 kVA

Unde = 0,84 – fig. 5.2.1

Curentul nominal pe fază, IN :

I N = 7.5 A

cos φ = 0.85 – fig. 5.2.2

T.e.m. de fază, E1:

E 1 = kE U1 =0,97 220 = 213,4 V

Alegem pentru înfășurarea statorului conexiunea stea,

-tensiunea de fază:

U1 = 220 V

– kE = 0,97 – fig. 3.2.3

„Fig. 5.2.1 Randamentul η al motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit”

„Fig. 5.2.2 Factorul de putere cos φ al motoarelor asincrone cu rotorul în scurtcircuit”

„Fig. 5.2.3 Coeficientul kE în funcție de numărul de perechi de poli”

Puterea aparentă interioară, Si :

Si = kE SN = 0,97 4.9 = 4,75 kVA

Factorul de formă, kB și factorul de acoperire ideală a pasului polar,α i :

Acești factori se determină în funcțieOde coeficientul de saturație magnetică parțial, al dinților: ksd = 1,2 ÷ 1,35.

Se adoptă ksd = 1,2 și rezultă: kB = 1,098 respectiv α i 0,69.

5.3 Calculul dimensiunilor principale

Diametrul interior al statorului, D :

D = 1.23 dm

unde: Si – puterea aparentă interioară, în [VA];

n1 – turația de sincronism, în [rot/min];

C – coeficientul de utilizare al mașinii, în [J/dm3]. Se adoptă din Fig. A1.5;

– factorul de formă al mașinii. Se estimează din Fig. A1.6. Valorile mici

determină mașini cu diametre mari (mașini tip „șaibă”) iar valorile mari, mașini de

lungime mare și diametru mic (mașini „turbo”).

Diametrul exterior al statorului, De:

De = 18.08 cm

De regulă, diametrul exterior al unei mașini electrice trebuie să se încadreze într-o serie de valori normalizate, acceptate de standardele naționale și internaționale. Întrucât în acest exemplu nu se urmărește realizarea unui proiect industrial, se va adopta pentru diametrul exterior o valoare rotunjită care să păstreze coeficientul de gabarit în limitele prescrise. Prin urmare, se adoptă

De = 18 cm

pentru care

KD = = 1,463

Pasul polar

= 9.66 cm

Solicitările electromagnetice A și Bδ :

Valorile inducției în întrefier, Bδ și ale păturii de curent

Bδ = 0,69 T; A = 250 A/cm

Pentru mașini bine ventilate, valoarea păturii de curent se poate majora cu 5÷7% (practic această majorare înseamnă o utilizare mai eficientă a materialelor).

Prin urmare, se va lucra cu o pătură de curent

A = 1,06 250 = 265 A/ cm = 265 10 2 A/m

Lungimea ideală, li :

-factorul de bobinare al înfășurării statorului, valorile orientative =0.91 – 0.93:

-lungimea ideală:

li = 0.0998 m = 9.98 cm

Unitățile de măsură folosite în expresia lungimii ideale sunt: Si, în [VA]; D, în [m]; A, în [A/m]; Bδ, în [T] și n1, în [rot/min].

Se adoptă o valoare rotunjită, li = 10 cm. Această rotunjire poate fi interpretată ca o simplă modificare a valorii coeficientului kw1 în limitele menționate mai sus.

Valoarea recalculată a factorului de formă, 

λ =1.03

Valoarea obținută se încadrează în valorile prescrise (λ = 0,55 ÷ 1,7) și, în plus, este foarte apropiată de cea impusă inițial.

Geometria miezului:

Întrucât valoarea lungimii ideale, li , nu depășește 25 cm, miezul feromagnetic poate fi în construcție compactă, fără canale radiale de ventilație. În acest caz:

li

unde: lg – lungimea geometrică a miezului;

lFe – lungimea miezului feromagnetic.

Lățimea întrefierului

δ = 0,32 mm. Se adoptă valoarea rotunjită δ = 0,35 mm

5.4Înfășurarea și crestăturile statorului

Numărul de crestături ale statorului, Z1 :

numărul de crestături pe pol și faza, valori recomandate

=3 – 5

-numărul de crestături ale statorului:

NC1 = 36 crestături

unde q1 – numărul de crestături pe pol și fază. De regulă, pentru 2p = 4 se recomandă q1 = 4 ÷ 6. Se pot adopta și valori mai mici (de ex. q1 = 2÷3) în cazul mașinilor de putere mai mică. Pentru acest exemplu de calcul se adoptă q1 = 3.

Pasul dentar al statorului

= 1.07 cm

-pentru înfășurarea de joasă tensiune, valorile recomandate sunt, =(10 25) mm

Se verifică dacă pasul dentar se încadrează în limitele recomandate și anume

0.05 t1 0,2

Respectiv

0.05 1,07 0,29,66

adică

0.483 1,07 1.932

Pasul înfășurării, y1 :

De regulă, mașinile asincrone sunt prevăzute cu înfășurare în dublu strat cu pas

scurtat în scopul reducerii armonicilor de câmp, de rang superior, din spectrul inducției magnetice din întrefier. În acest exemplu se va adopta însă o înfășurare în dublu strat cu pas diametral, respectiv

Y1 = = 9 crest.

Drept urmare, factorul de înfășurare real, kw1, are valoarea

kw1= 0,96

Fluxul magnetic polar

= 0,46 10-2 Wb

Numărul de spire pe fază

spire

Preliminar, se consideră N1 = 220 spire

Numărul de conductoare în crestătură

-numărul de căi de curent în paralel la stator, valori recomandate =1 2p :

-se verifică condiția de simetrie:

nr. întreg

-numărul de conductoare din crestătură:

-se rotunjește valoarea obținută:

-se recalculează numărul de spire pe fază:

Verificarea încadrării în limite a solicitărilor electromagnetice

pătura de curent, valoare finală:

A = 252,3A /cm

-eroarea față de valoarea luată în calcule este,

iar condiția restrictivă impusă ;

Fluxul magnetic util:

-inducția magnetică în întrefier, valoare finală:

-eroarea față de valoarea luată în calcule este:

iar condiția restrictivă impusă =3%.

Pentru verificarea încadrării în limitele admise, s-a recurs la un subterfugiu.Pentru valoarea minimă s-a ales valoarea A curbe de pe grafic în timp ce pentru valoarea maximă s-a ales cea majorată cu 6%. În felul acesta s-a obținut o mărire a intervalului admisibil, către valori superioare ale păturii de curent, adică o valorificare mai eficientă a materialelor active.

Dimensionarea crestăturii statorice

În cazul statoarelor mașinilor asincrone se întâlnesc două variante constructive și anume cu crestături trapezoidale (sau ovale) și dinți cu pereți paraleli sau, dimpotrivă, crestături cu pereți paraleli și dinți trapezoidali. În acest exemplu de calcul s-a optat pentru crestătură trapezoidală.

„Fig. 5.2.4 Crestătură statorică”

Lățimea constantă a dintelui:

unde: kFe – coeficientul de împachetare pentru tablă de 0,5 mm grosime, laminată la rece cu cristale neorientate și izolată cu peliculă fină de lac; kFe = 0,95.

'

B d adm – amplitudinea inducției magnetice admisibile în dinte;

B d adm. = 1,4 1,7 . S-a lucrat cu B d adm = 1,6 T

Secțiunea netă a crestăturii, Scr1 :

unde ku – coeficientul de umplere a crestăturii ce ia în considerație pana, izolația crestăturii, izolația între starturi și izolația de email a conductoarelor, spațiile libere între conductoarele rotunde. Se poate aprecia ku = 0,4 ÷ 0,6.

În acest exemplu se consideră ku = 0,55. Această secțiune calculată nu include secțiunea istmului crestăturii.

Deschiderea și înălțimea istmului crestăturii:

Izolația conductorului este de 0,25 mm și corespunde tipului „Email tereftalic+sticlă” – simbol ES. Se adoptă as = 3 mm. Înălțimea istmului crestăturii statorice se alege histm = 1 mm – înălțimea crestăturii, hc1 : Având determinate lățimea dintelui, bd1, numărul de dinți, Z1 și secțiunea netă a crestăturii, Scr1 se pot determina, prin construcție grafică, profilul și înălțimea hc1 ale crestăturii. O cale foarte simplă este folosirea programului AutoCAD. Astfel, pe inelul determinat de diametrele interior, D și exterior, De ale statorului se construiesc pereții paraleli ai dinților de lățime bd1. În spațiile dintre dinți se plasează istmurile după care, prin încercări, se determină înălțimea crestăturii pentru care se obține o secțiune egală cu cea calculată, Scr1. În final, se măsoară înălțimea hc1 și înălțimea jugului, hj1.

 Dimensionarea rotorului

Numărul de crestături ale rotorului, Z2 :

Întrucât motorul este prevăzut, pe rotor, cu înfășurare în scurtcircuit, numărul de crestături Z2 se alege în funcție de numărul de crestături statorice, Z1 și numărul de poli, 2p. Se poate opta pentru crestături drepte (în lungul generatoarei rotorului) sau înclinate față de generatoare. În acest exemplu s-au ales crestături drepte. Prin urmare,

Z2 = 26 crestături

Numărul de faze din rotor

m2 = Z2 = 26

Numărul de spire pe fază

W2 = – specific înfășurărilor în scurtcircuit

Factorul de bobinare al înfășurării rotorului, kw2 :

k w2= 1 – specific înfășurărilor în scurtcircuit

Diametru exterior al rotorului, Dr și pasul dentar

Dr = D – 2 = 12,3 – 2 0,035 = 12,23 cm

t2 = 1.47 cm

Tensiunea indusă (t.e.m.) pe fază, E2

Curentul de fază (prin bară) rotoric

unde kI – coeficient pentru calculul curentului din rotor.

kI = 0,885

Curentul în inelul de scurtcircuitare a coliviei, Ii :

Secțiunea barei rotorice

unde J2b – densitatea de curent în barele rotorice. Pentru bare din Al, J2b = 3 ÷ 5,5 A/mm2. Se alege preliminar J2b = 5 A/mm2.

Fig. 5.5.1 Coeficientul kI pentru calculul curentului din rotor

Se adoptă sb = 64 mm2 pentru care densitatea de curent recalculată este

Întrucât barele înfășurării rotorice se introduc în crestătura rotorică neizolată rezultă că secțiunea calculată a barei reprezintă și secțiunea crestăturii rotorice.

Secțiunea inelului de scurtcircuitare

unde J2i – densitatea de curent în inelele de scurtcircuitare.

Deoarece J2b = (0,8 ÷ 0,65)J2i. Se alege preliminar J2i = 4 A/mm2. Se adoptă si = 170 mm2 rezultând o densitate a curentului prin inelele de scurtcircuitare de

Dimensiunile crestăturii rotorice

Pentru acest exemplu se aleg crestături ovale (Fig. 5.5.2) și dinți cu pereți paraleli. La această soluție colivia se realizează prin turnare aluminiului astfel încât nu este necesară adaptarea secțiunii crestăturii la secțiuni standardizate ale barelor din Al, așa cum este necesar în cazul crestăturilor rotunde.

Fig. 5.5.2 Crestătură rotorică

Verificarea inducției magnetice în dinții rotorici

Valoarea obținută se încadrează în limitele impuse.

Dimensionarea jugului și diametrul interior al rotorului

– înălțimea jugului rotoric

unde Bj2 – inducția în jugul rotoric.

diametrul interior al rotorului

Se adoptă o valoare rotunjită a diametrului interior al rotorului, respectiv Dir = 6,5 cm

Prin urmare, înălțimea jugului rotoric devine:

Fig. 5.5.3 Dimensiuni crestătură rotorică

Valoarea inducției maxime în jugul rotoric va fi

Valoarea obținută se încadrează în limitele impuse, Bj2 = 1,2 ÷ 1,6 T.

5.6 Determinarea încălzirii bobinajului și verificarea în raport cu supratemperaturile admisibile

Determinarea încălzirii bobinajului statoric față de aerul din mașină

Se folosește formula:

cu=;

cu=4,22850C

supraîncălzirea aerului din mașină față de aerul de răcire este =60,20C deci încălzirea bobinajului statoric față de mediul ambiant este:

cut=cu+

cut=64,42850C

Verificarea în raport cu supratemperatura admisibilă

Supratemperatura admisibilă pentru izolațiile în clasa E este:

adm=750C

se observă că:

cut=64,42850Cadm=750C

5.7 Calculul temperaturii aerului din interiorul mașinii

Mașinile în construcție închisă IP44 sunt prevăzute cu nervuri ce constituie schimbătoare de căldură aer-aer.

Cantitatea de căldură transmisă prin această suprafață, în regim staționar, este data de relația:

Q=Wt / t= s(1-2)= S

Unde:

1 – temperatura aerului din interiorul mașinii;

2 – temperatura mediului ambiant

– supratemperatura sau încălzirea aerului, [0C]

Q- pierderile din interiorul mașinii

Q=PFe + Pcu1 + Pcu2

Q 1037,96 W

S – aria suprafeței de contact în cm2

S = Scarcasa + Scapac1

Scarcasa02nnpln + nnbsln=nnln(2p+bs)

Scarcasa=6328,26 cm2

Scapac1= Dcl2 /4

Scapac1=547,39 cm2

S=6875,65 cm2

– coeficientul de transmisie a căldurii

=0(1_k) (1-0,5a)

unde:

0=1,42 10-3 W/cm2 0C

k*0,5 – coeficient al intensității de suflare pentru carcase;

a=;

unde:

aer – încălzirea aerului

’aer=aer=400C

a=700C pentru izolație de clasa E

a=0,56

deci:

=3,316 10-3 W/cm2 0C

Cum: Q= S

Atunci: =

=60,2 0C

Concluzii

Perspectivele deaviitor pe plan mondial în construcțiile navale sunt Iegate de posibilitateaaînlocuirii motoarelor diesel prin turbine cu gaze și de utilizare aareactoarelor nucleare pentru propulsiaanavelor, (spargătorul de gheață sovietic Lenin, fiind prima nava cu propulsie nucleară). Secolul nostru seacaracterizează în domeniul construcțiilor navale printr-o tendință spre gigantism,( cum este de altfel și pasagerul Mary Queen II, o adevărată insula cu elice).

Efectele frigului asupraaomului și asupra produselor alimentare a fost constatat din cele mai vechiatimpuri. Încă din antichitate, în zonele cu climă caldă, s-au utilizat zăpada și gheața din munți pentru "condiționarea aerului" și pentruapăstrarea alimentelor. Aplicațiile frigului, ca metodă de conservare, datează dinetimpuri imemoriale.

Eficiența frigului din acest punct de vedere a fost demonstrată prinadescoperirea în zonele frigului veșnic, a unor corpuri de animale (mamuți) perfectaconservate pe durata a mii de ani. În secolul XVIII se cunoșteau deja circa 10-15 amestecuri pentru scăderea temperaturii.

Ca exemplu clorura deacalciu (CaCl2) în amestecată cu zăpadă permite scăderea temperaturii până la –32,8°C. Producerea frigului artificial aaînceput relativ recent și câteva dintre cele mai importante repereacronologice pot fi considerate următoarele:

– 1748 William Cullen de la Universitatea din Glasgow, Scoția, realizează prima demonstrație de producere aafrigului artificial, prin evaporarea unui agent termodinamic înavid parțial (sub depresiune);

– 1805 Oliver Evans din Philadelphia, statul Pensylvania, S.U.A., realizează un sistem de răcire înacircuit închis, prin comprimare de vapori;

– 1844 John Gorrie din Florida, S.U.A., descrie într-o lucrare mașinaaprodusă de el pentru producerea de gheață șiaaer rece necesare spitalului său. Această mașină poate să fie considerată prima din Iume destinată răcirii șiaproducerii aerului condiționat;

– 1859 Ferdinand Carré din Franța, realizează prima mașină din Europa, destinată producerii de gheață, funcționând însă pe un alt principiu, cel al absorbției;

– În a doua jumătate a secolului XIX, producția friguluiaartificial este caracterizată de un avânt deosebit. Astfel, în această perioadă se instalează primeleainstalații frigorifice pe nave, aceste echipamente fiind destinateatransportului de carne din Australia și Argentina, spre Europa. Probabil, marinarii acestor nave au fost primii oameni care au consumat carne congelată;

– 1929 Clarence Birdeye din S.U.A., realizează pentru prima dată congelarea de produse perisabile;

– După al doilea război mondial se extinde mult industria conservării prin frig, apar numeroase utilaje și procedee noi.

Instalațiile frigorifice și pompele deacăldură, sunt mașini termice care au rolul de a prelua căldura de Ia un mediu având temperatura mai scăzută și de a o ceda unui mediu având temperatura mai ridicată.

Proprietățile agențilorafrigorifici sunt impuse de schema și tipul instalației, precum și de nivelurile de temperatură ale celor două surse de căldură.

Câteva dintre aceste proprietăți sunt următoarele:

– presiunea de vaporizare trebuie să fie apropiată de presiunea atmosferică și ușor superioară acesteia, pentru a nu apare vidul în instalație;

– presiunea de condensare trebuie să fie cât mai redusă,apentru a nu apare pierderi de agent frigorific și pentru a se realiza consumuri energeticeamici în procesele de comprimare impuse de funcționarea acestor instalații;

– căldura preluată de un kilogram de agent, prin vaporizare, trebuie să fie cât mai mare, pentru a se asigura debite masice reduse;

– căldura specifică în stare Iichidă trebuie să fie cât mai mică, pentru a nu apare pierderi mari prinaireversibilități interne, în procesele de laminare adiabatică;

– volumul specific al vaporilor trebuie să fie cât mai redus, pentru a se obține dimensiuni deagabarit reduse, ale compresoarelor;

– să nu prezinte pericol de inflamabilitate, explozie și toxicitate;

– să nu fie poluanți (este cunoscut faptul că unii agenți frigorifici clasici și anume câteva tipuri de freoni, contribuie la distrugerea stratului de ozon al stratosferei terestre).

Bibliografie

Prof. dr. ing. Mugur BĂLAN S.l. ing. Angela PLEȘA – INSTALAȚII FRIOGORIFICE Construcție, funcționare și calcul

BUZBUCHI, N. ș.a. – Motoare navale. Procese și caracteristici, Ed. Did. și Ped., București, 1996

BUZBUCHI, N. ș.a. – Motoare navale. Supraalimentare*Dinamică, Ed. Did. și Ped., București, 1998

ALEXANDRU, C. – Mașini și instalații navale de propulsie, Ed. Tehnică, București, 1991

DRAGALINA, AL. – Influența complexă a combustibilului și a desfășurării arderii asupra compoziției gazelor de evacuare ale motoarelor cu aprindere prin compresie, Lucrare prezentată în cadrul „Conferinței cu participare internațională VEHICULUL ȘI MEDIUL”, Brașov, 1996

GRŰNWALD, B.- Teoria, calculul și construcția motoarelor pentru autovehicule rutiere, Ed. Did. și Ped., București, 1980

MAIER, V. – Mecanica și construcția navei, vol. II, Ed. Tehnică, București, 1987

*** Prospecte ale firmelor M. A. N. B. & W.

Omocea Ion – “Note de curs”, UMC

Pruiu A., Uzunov Ghe. s.a., Manualul ofițerului mecanic maritim, vol I și II, Ed.Tehnică, Bucuresti, 1998;

Pruiu A. – Instalații Energetice Navale, Editura “Muntenia & Leda“,Constanța, 2001;

Popa Ionel, Instalații mecanice și hidropneumatice navale, Editura Muntenia 2005

www.sribd.com