Устройство, принцип работы и типы компрессоров для холодильника

Работа бытового и промышленного холодильного оборудования напрямую зависит от циркуляции хладагента, отвечает за этот процесс компрессорная установка. По сути, это самый важный элемент конструкции, без которого домашний холодильник заинтересует только приемщиков вторсырья. Чтобы произвести ремонт этого устройства или произвести замену, важно понимать принцип его работы. В данной публикации мы расскажем о внутреннем устройстве различных компрессоров бытовых холодильников и их особенностях.

Кратко о типах оборудования

По принципу работы данное оборудование можно разделить на четыре вида:

  • Пароэжекторное, в качестве хладагента выступает, как правило, вода. Применяется в различных промышленных техпроцессах.
  • Абсорбционное, для работы использует не электрическую, а тепловую энергию.
  • Термоэлектрическое, на элементах Пельтье, широкое применение остается под вопросом ввиду низкого КПД (подробную информацию об этих устройствах можно найти на нашем сайте).
  • Компрессорное.

Именно последний вид оборудования широко используется в бытовых и промышленных агрегатах.

Компрессор для холодильника: принцип работы

Чтобы понять назначения данного аппарата, следует рассмотреть схему работы оборудования. Упрощенный вариант, где указаны только основные элементы конструкции, приведен ниже.

Рис. 1. Принцип работы холодильной установки

Обозначения:

  • А – Испарительный радиатор, как правило, изготовлен из медных трубок и расположен внутри камеры.
  • B – Компрессорный аппарат.
  • С – Конденсатор, представляет собой радиаторную сборку, расположенную на тыльной стороне установки.
  • D – Капиллярная трубка, служит для выравнивания давления.

Теперь рассмотрим, алгоритм работы системы:

  1. При помощи компрессора (В на рис. 1), пары хладагента (как правило, это фреон) нагнетаются в радиатор конденсатора (С). Под давлением происходит их конденсация, то есть фреон меняет свое агрегатное состояние, переходя из пара в жидкость. Выделяемое при этом тепло радиаторная решетка рассеивает в окружающий воздух. Если обратили внимание, тыльная часть работающей установки ощутимо горячая.
  2. Покинув конденсатор, жидкий хладагент поступает в выравниватель давления (капиллярная трубка D). По мере продвижения через данный узел давление фреона снижается.
  3. Жидкий хладагент, теперь уже под низким давлением, поступает в испарительный радиатор (А), под воздействием тепла которого, он опять меняет агрегатное состояние. То есть становиться паром. В процессе этого происходит охлаждение испарительного радиатора, что в свою очередь привод к понижению температуры в камере.

Далее идет повторение цикла, до установления в камере необходимой температуры, после чего датчик подает сигнал на реле для отключения электроустановки. Как только происходит повышение температуры выше определенного порога, аппарат включается и установка работает по описанному циклу.

Исходя из вышеописанного, можно заключить, что данное устройство представляет собой насос, обеспечивающий циркуляцию хладагента в системе охлаждения.

Классификация компрессоров в холодильном оборудовании

Несмотря на общий принцип работы, конструкция механизмов может существенно отличатся. Классификация производится по принципу действия на три подтипа:

  1. Динамический. В таких устройствах циркуляция хладагента производится под воздействием вентилятора. В зависимости от конструкции последнего их принято разделять на осевые и центробежные. Первые устанавливаются внутрь системы, и в процессе работы нагнетают давление. Их принцип работы такой же, как у обычного вентилятора.
    Осевой компрессор

У вторых более высокий КПД за счет роста кинетической энергии, под воздействием центробежной силы.

Центробежный компрессор в разрезе

Основной недостаток таких систем – деформация лопастей вследствие эффекта кручения, возникающего под воздействием крутящего момента. Динамические установки не применяются в бытовом оборудовании, поэтому для нас они не представляет интереса.

  1. Объемный. В таких устройствах эффект сжатия производится при помощи механического приспособления, приводящегося в действие двигателем (электромотором). Эффективность данного типа оборудования значительно выше, чем у винтовых агрегатов. Широко применялся до появления недорогих роторных аппаратов.
  2. Роторный. Этот подвид отличается долговечностью и надежностью, в современных бытовых агрегатах устанавливается именно такая конструкция.

Учитывая, что в бытовых устройствах используются два последних подвида, имеет смысл рассмотреть их устройство более подробно.

Устройство поршневого компрессора холодильника

Данный аппарат представляет собой электрический мотор, у которого вертикальный вал, конструкция размещается в герметизированном металлическом кожухе.

Внешний вид поршневого компрессора со снятым верхним кожухом

При включении питания пусковым реле мотор приводит в движение коленчатый вал, благодаря чему закрепленный на нем поршень начинает совершать возвратно-поступательное движение. В результате этого происходит откачка паров фреона из испарительного радиатора (А на рис. 1) и нагнетание хладагента в конденсатор. Данному процессу способствует система клапанов, открывающаяся и закрывающаяся при смене давления. Основные элементы поршневой конструкции представлены ниже.

Конструкция поршневого компрессора в виде схемы

Обозначения:

  1. Нижняя часть металлического кожуха.
  2. Крепление статора электромотора.
  3. Статор двигателя.
  4. Корпус внутреннего электромотора.
  5. Крепеж цилиндра.
  6. Крышка цилиндра.
  7. Плита крепления клапана.
  8. Корпус цилиндра.
  9. Поршневой элемент.
  10. Вал с кривошипной шейкой.
  11. Кулиса.
  12. Ползунок кулисного механизма.
  13. Завитая в спираль медная трубка для нагнетания хладагента.
  14. Верхняя часть герметичного кожуха.
  15. Вал.
  16. Крепление подвески.
  17. Пружина.
  18. Кронштейн подвески.
  19. Подшипники, установленные на вал.
  20. Якорь электродвигателя.

В зависимости от конструкции поршневой системы данные устройства делятся на два типа:

  1. Кривошипно-шатунные. Используются для охлаждения камер большого объема, поскольку выдерживают значительную нагрузку.
  2. Кривошипно-кулисные. Применяются в двухкамерных холодильниках, где практикуется совместная работа двух установок (для морозильника и основной емкости).

В более поздних моделях поршень приводится в действие не электродвигателем, а катушкой. Такой вариант реализации более надежен, за счет отсутствия механической передачи, и экономичен, поскольку потребляет меньше электроэнергии.

Обратим внимание, что поршневые аппараты не подлежат ремонту в бытовых условиях, поскольку их разборка приводит к потере герметичности. Теоретически ее можно восстановить, но для этого необходимо специализированное оборудование. Поэтому при выходе аппаратов из строя, как правило, производится их замена.

Устройство роторных механизмов

Если быть точным, то такие устройства необходимо называть двухроторными, поскольку необходимое давление создается благодаря двум роторам со встречным вращением.

Внешний вид двухшнекового (ротационного) компрессора

Внутри компрессора фреон, попадая в сжимающийся «карман» выталкивается в отверстие небольшого диаметра, чем создается необходимое давление. Несмотря на относительно небольшую скорость вращения роторов, создается необходимый коэффициент сжатия. Отличительные особенности: небольшая мощность, низкий уровень шума. Основные элементы конструкции механизма представлены ниже.

Конструкция линейного роторного компрессора в виде схемы

Обозначения:

  1. Отводной патрубок.
  2. Отделитель масла.
  3. Герметичный кожух.
  4. Фиксируемый на кожухе статор.
  5. Обозначение внутреннего диаметра кожуха.
  6. Обозначение диаметра якоря.
  7. Якорь.
  8. Вал.
  9. Втулка.
  10. Лопасти.
  11. Подшипник на валу якоря.
  12. Крышка статора.
  13. Вводная трубка с клапаном.
  14. Камера-аккумулятор.

Устройство инверторного компрессора холодильника

По сути, это не отдельный вид, а особенность работы. Как уже рассматривалось выше, мотор установки отключается при достижении пороговой температуры. Когда она поднимается выше установленного предела, производится подключение двигателя на полной мощности. Такой режим запуска приводит к снижению ресурса электромеханизма.

Возможность избавиться от такого недостатка появилась с внедрением инверторных установок. В таких системах двигатель постоянно находится во включенном состоянии, но при достижении нужной температуры снижается его скорость вращения. В результате хладагент продолжает циркулировать в системе, но значительно медленней. Этого вполне достаточно для поддержки температуры на заданном уровне. При таком режиме работы продлевается срок службы и меньше потребляется электроэнергии. Что касается остальных характеристик, то они остаются неизменными.

Рекомендуем изучить:

  • Ремонт холодильника daewoo своими руками
  • Клапан электромагнитный соленоидный нормально закрытый
  • Ремонт кондиционера самсунг своими руками

Большинство современных бытовых холодильников и морозильников оснащены поршневыми компрессорами, оптимальными по КПД и энергозатратам, а также по эргономическим составляющим (шум, возможность настройки, стоимость оборудования). Что же находится внутри компрессора и как работает система охлаждения? Каковы особенности ремонта этих компрессоров? Давайте разбираться вместе.

Комплектация и назначение элементов поршневых компрессоров для холодильника

Если вы заглянете за ваш холодильник, то сможете увидеть там небольшой черный металлический бачок с приплюснутым воротом, от которого отходят несколько трубок. Это и есть компрессор. Его кожух герметичен, а подводящие медные трубки выведены к решеткам охлаждения холодильника, размещенным на его задней панели.

Внутри кожуха находится механизм компрессорной установки, состоящей из мотора, поршневого цилиндра с прилегающим к нему клапаном, креплений и медных трубок, витиевато закрученных вокруг самой установки. Таких трубок в современных компрессорах всего три. Две из них, расположенные рядом, отвечают за подачу и возврат в систему фреона, который постоянно циркулирует в системе под определенным давлением. Это давление и призван создавать компрессор.

Третья трубка обычно запаяна с конца. Она находится на противоположной стороне от предыдущих, и через нее систему заправляют фреоном. Эта трубка ведет к пластиковому глушителю, сглаживающему шум от поступающего в корпус фреона.

Двигатель компрессора чаще всего асинхронный, состоит из вертикально расположенных обмоток (статора) и подвижного якоря (ротора), к концу которого закреплен коленчатый вал с кулисой или шатуном, приводящей в движение поршень. Корпус двигателя объединен с цилиндром компрессора, и размещен на независимой подвеске из четырех пружин, сглаживающих вибрацию от двигателя, и делающих работу компрессора почти бесшумной.

Во время работы компрессора, установка вместе с двигателем достаточно сильно нагревается, и ее температура внутри кожуха может достигать порядка 100 градусов Цельсия. Происходит это из-за нагнетаемого компрессором высокого давления для перегонки фреона, в среде которого вынужден работать двигатель. На дне кожуха располагается некоторое количество минерального или синтетического масла (около 200 гр), которое под температурой и давлением превращается в аэрозоль и смешиваясь с хладагентом, попадает в охладительную систему холодильника. За подачу масла на подшипники, клапана и поршень компрессорной установки отвечает центробежный масляный насос, который располагается внутри вала ротора.



Пускозащитное реле, оснащенное термодатчиком, находится на внешней стороне кожуха компрессора и выполняет несколько очень важных функций:

  • Регулирует подачу электричества на компрессорную установку;
  • Отсекает подачу электричества на заклинивший ввиду каких-либо поломок двигатель компрессора, предохраняя обмотку статора от перегрева и сгорания. Спустя некоторое время происходит повторная подача, и в случае неполадки, отключение;
  • Предохраняет проводку от возгорания в случае перегрева контактной группы, и подведенных к ней проводов. Крайне полезная функция, поскольку по вине возгорания проводки до сих пор происходит огромное количество бытовых пожаров.

Общий принцип работы системы охлаждения

В результате большого давления, нагнетаемого компрессором и клапанами, фреон сильно нагревается, попадая в решетку конденсатора холодильника, которая находится на задней его стенке. Изменяя свое агрегатное состояние, то есть переходя из пара в жидкость, хладагент через капиллярную трубку, снижающую его давление, попадает в испарительный радиатор, в котором снова превращается в пар. Цикличное перемещение фреона по системе охлаждения сопровождается выделением тепла через радиаторную решетку в окружающую среду. А в испарительном радиаторе происходит охлаждение, которое затем передается в камеру холодильника.

Практические советы

  1. Нельзя наклонять или опрокидывать холодильник до горизонтального положения. При чрезмерном наклоне механизм компрессора может легко соскочить с амортизирующих пружин независимой подвески, и уже больше никогда на них не встать. После того, как холодильник вернут в исходное вертикальное положение, основному агрегату – компрессору – понадобится ремонт.
  2. В случае полного отсутствия включения компрессора, необходимо в первую очередь проверить пусковое реле, контактную группу и подводящий кабель. Возможно так удастся избежать сервисного ремонта холодильника.
  3. Кожух компрессора хоть и состоит из двух частей, но они обычно плотно запаяны. Поэтому в случае неисправности, недостатки самой компрессорной установки так просто не определить. Иногда даже приходится разрезать корпус, отыскивая причину поломки. В таких случаях будет рациональнее заменить агрегат на новый.


Желающим демонтировать компрессор холодильника самому в домашних условиях, необходимо обеспечить хорошую вентиляцию или проветривание помещения, поскольку пары фреона могут оказаться ядовитыми. Особенно это касается старых холодильников советских времен. Ремонт холодильника, замена фильтра, резка и пайка медных трубок, демонтаж и ремонт компрессора, обратная заправка охладительной системы обладают массой нюансов, из-за которых разумнее эту работу доверить профессиональным мастерам или сервисному техобслуживанию.

Смотрите видео

Холодильник — это сложный электроприбор, сочетающий в своей работе механические и электронные узлы. Основное его предназначение — аккумулировать холод и поддерживать заданную температуру. Отличаются агрегаты между собой по виду используемого компрессора. Для холодильника компрессор — это как сердце для человека, от работы которого зависит техническое состояние устройства в целом.

Конструкция холодильных установок

В рабочем состоянии холодильник включается в сеть 220 вольт и начинает набирать заданную температуру, после достижения которой выключается. Когда температура начинает отличаться от установленной, устройство опять включается и понижает её до заданного значения. Так происходит по циклу. Средняя продолжительность включения мотора составляет 10—25 минут.

В основе работы агрегата используется свойство хладагента быстро изменять своё фазовое состояние. Холодильный агент — это вещество, которое перемещаясь по капиллярным трубкам, переносит тепло. В качестве хладагента используется газ. При достижении точки кипения агент забирает тепло у объекта, с которым контактирует, а при охлаждении отдаёт её в окружающую среду засчет конденсации.

Устройство холодильника состоит из четырёх основных составляющих, формирующих его работу:

  • компрессор;
  • конденсатор;
  • испаритель;
  • термостат.

При запуске компрессора (насоса) охлаждающий газ откачивается из испарителя и нагнетается в конденсаторе. В нём происходит охлаждение газа, возникает его конденсация и переход в жидкое состояние. Агент поступает на фильтр, в котором происходит его осушение, а далее в испаритель, где создаётся пониженное давление. Попадая в испаритель, находящийся в жидком состоянии, холодильный агент вскипает, забирая от него тепло. Это позволяет охлаждать как внутреннюю поверхность камеры холодильника, так и предметы, находящиеся в ней.

Цикл перемещения повторяется до тех пор, пока не сработает термостат, получающий данные о значении температуры от термопары, расположенной в холодильной камере. Сработав, термостат отключает компрессор. При увеличении температуры термостат вновь запускает работу компрессора. Для снижения конденсата, образовывающегося из-за перепада температур, используется трубка капиллярного вида. При работе агрегата она нагревается, передавая тепло трубопроводу всасывания. В последних моделях холодильных устройств капиллярная трубка располагается внутри трубопровода.

В однокамерных агрегатах для управления силой охлаждения, устанавливается поддон с небольшим отверстием, непосредственно под испарителем. Через это отверстие холодный воздух поступает в камеру охлаждения. Изменяя величину отверстия, регулируется температура в холодильном отсеке, при этом в морозильной камере она остаётся неизменной. Морозильный отсек в однокамерных холодильниках размещается над холодильным шкафом.

В двухкамерных холодильниках используется собственный испаритель. Первоначально охлаждается испаритель морозильной камеры. После достижения отрицательной температуры, хладагент, находящийся в жидком состоянии, направляется в испаритель холодильного отсека. Сам испаритель бывает двух видов: плачущего и системы No Frost.

Плачущий испаритель

Такого типа испаритель представляет собой пластину из металла, располагающуюся на задней стенке холодильника. Когда достигается необходимая температура, и компрессор выключается, начинается процесс оттаивания, при этом на стенке испарителя образуется вода. Эта вода стекает по нему в специально расположенный лоток. Обычно этот лоток располагается над компрессором, температура которого приводит к постепенному испарению жидкости.

При изменении мощности компрессора устанавливается величина температуры в обеих камерах одновременно. Термопара располагается в холодильном отсеке. Например, снижение температуры в холодильном отсеке на два градуса приведёт к снижению температуры на такую же величину и в морозильной камере. Следует отметить, что морозильная камера выполняется так, чтобы даже при установке терморегулятора в наименьшее положение температура в ней не смогла подняться выше положенной, около минус 18 градусов.

Система охлаждения No Frost

Система No Frost работает по отличной от плачущего типа схеме. В ней испаритель располагается возле морозильной камеры и по своему внешнему виду напоминает радиатор. Распространение газа происходит с применением вентилятора, нагнетающего воздух из морозильного и холодильного отсека.

В такой системе нет намораживания, и на холодильном агрегате не образовывается слой льда с инеем. Сам принцип работы аналогичен классическим моделям. Как только температура достигает установленных значений, мотор отключается и включается при её повышении.

Но на самом деле иней всё-таки появляется, хотя его и не видно, так как сам испаритель спрятан от потребителя. Иней, превращаясь в воду, оттаивает от тепла, исходящего от мотора устройства. В морозильном отсеке значение температуры поддерживается включением и выключением компрессора, а в холодильной камере — заслонкой. Её положение выставляется в ручном или автоматическом режиме. Кроме заслонки, используется вентилятор, вытягивающий холодный воздух из морозильного отсека в холодильный.

С момента появления холодильного оборудования принцип его работы не претерпевал значительных изменений. Менялись формы, количество и расположение камер, а всё остальное оставалось неизменным.

С развитием радиотехнических устройств, направленных на сохранение энергии, были изобретены компрессоры иного типа действия, чем ранее использовавшиеся. Существуют два вида компрессоров:

  • линейные;
  • инверторные.

В последнее время всё больше и больше производители переходят на модели с инверторным устройством компрессора холодильника. Но присутствующие у них недостатки, особенно характерные для использования на территории бывших стран СССР, не позволяют полностью отказаться от применения линейного вида устройств.

Линейные устройства

Если посмотреть на такой компрессор визуально, то можно увидеть небольшой бочонок, состоящий из двух половинок соединённых сваркой. Из его середины выходят трубки, а на корпусе расположены клеммы для подвода к ним электрической энергии. Принцип действия линейных устройств основан на работе насоса. Такого вида компрессоры для холодильников разделяются на следующие типы:

  • центробежные;
  • поршневые;
  • ротативные.

Эта классификация разделяет устройства не только по принципу действия, но и что важнее по мощности, а также значению коэффициента полезного действия (КПД). В холодильниках с таким видом компрессоров двигатель всегда работает на максимальной мощности. Такой подход использования создаёт нагрузку на электросеть и систему холодильного устройства. Запуск и остановка двигателя всегда сопровождается помехой в электросеть, возникающей при коммутации реле.

Мотор центробежного вида

Центробежные или динамические компрессоры по своей работе подобны центробежным насосам. Состоят они из одного или нескольких лопастных колёс, помещённых в спиралевидный корпус. При вращении колеса создаётся центробежная сила, передающая хладагенту, находящемуся в газообразном состоянии, кинетическую энергию. Эта энергия после преобразуется в давление.

Таким образом, вся работа по перемещению газа происходит за счёт вентилятора. Он может быть: центробежным и осевым. Кроме рабочего колеса, центробежный вентилятор имеет в своей конструкции всасывающий и нагнетательный патрубки. Осевой же состоит из пропеллера с лопатками.

К недостаткам этого вида относят: невозможность получения высокого давления из-за низкого коэффициента сжатия. Но их преимущество в простоте изготовления.

Поршневой тип работы

Основной частью конструкции компрессора, кроме рабочего цилиндра, является поршень. Работает поршневой тип мотора по аналогии с одноцилиндровым двигателем внутреннего сгорания. В крышке цилиндра располагаются два клапана: нагнетательный и всасывающий. За движение поршня отвечает кривошипно-шатунный механизм и коленчатый вал.

Прямой привод этого механизма заводит поршень, а при обратных движениях сжимает газ, выталкивая его наружу. Чаще всего за два хода поршня происходит один оборот вала. Когда поршень уходит вправо, в конденсаторе создаётся разрежение, и охлаждающий газ засасывается в цилиндр. При возращении поршня назад давление увеличивается. Клапан всасывания запирается, и газ под давлением выталкивается в конденсатор. Как только поршень меняет направление, запирается клапан нагнетания, и компрессор вновь начинает откачивать пары газа.

Свободный объем, образующийся при опускании поршня, разряжает камеру, а после пересечения им точки, соответствующей наибольшему объёму сжатия, перекрывает выпускающий клапан. Рост давления газа увеличивается. Для уменьшения износа стенок в цилиндр вводится масло. Для избавления от его частичек в хладагенте устанавливается сепаратор.

Средняя производительность таких компрессоров не превышает ста литров в минуту. К положительным сторонам относят несложный процесс производства, а к отрицательным: низкий КПД, высокий шум и вибрацию.

Ротационный принцип действия

При рассмотрении ротационного компрессора в разрезе можно увидеть два винта, между которыми и корпусом находится хладагент. Поэтому такой тип часто называется винтовым. Один ротор — ведущий, а другой — ведомый. Физического контакта между ними нет. В корпусе выполнены два отверстия — входное и выходное. При попадании газа через входное отверстие он сжимается между винтами, и его объём уменьшается, а затем направляется по капиллярным трубкам в холодильный агрегат. Корпус для избегания нагрева охлаждается жидкостью.

Устроенный таким образом роторный компрессор характеризуется низкой стоимостью производства, простотой разборки и ремонта, а также малыми газодинамическими потерями. Из недостатков выделяют малый КПД и низкое давление, не превышающее 1 Мпа.

Инверторный компрессор

Особенностью такого устройства является то, что при изменении температуры или достижении нужного её значения в камерах холодильника, он не перестаёт работать, а только снижает свою мощность. Поэтому принцип работы инверторного компрессора холодильника основан на изменении частоты вращения двигателя с помощью специальной платы управления.

Блок управления трансформирует переменный ток, поступающий из сети в постоянный, а затем снова в переменный, но уже с большей частотой. Благодаря чему появляется возможность плавно регулировать вращение мотора компрессора и достигать скорости выше 2019 об/мин. В качестве мотора используется двигатель с бесщёточной системой. При включении компрессора происходит запуск его оборотов на максимальное значение, а после охлаждения камеры плавное снижение до минимального, и в таком режиме поддерживается температура.

К несомненным плюсам использования инверторного компрессора относят:

  • экономию электроэнергии;
  • увеличенный срок работы двигателя;
  • низкий уровень шума;
  • длительный срок гарантии.

Увеличенный срок службы связан с тем, что при работе на малых оборотах двигатель почти не испытывает внутреннего трения, а значит, и износ его частей меньше. Отсюда и срок гарантии от производителей, достигающий десяти лет. С малыми оборотами двигателя связывается малое потребление энергии и низкий уровень шума. При этом стоит отметить, что набор заданной температуры в камерах холодильника происходит быстрее почти в два раза по сравнению с линейным типом компрессора.

Из минусов выделяется цена. Холодильник, использующий такой компрессор, будет стоить намного дороже, чем классический. А ещё, его блок управления слишком чувствителен к скачкам напряжения из-за использования сложной электронной начинки.

Определяясь, какой тип компрессора холодильника лучше, можно с уверенностью сказать, что — инверторный, но это, если учитывать только техническую сторону вопроса. В целом же нередко при выборе бытовых холодильных агрегатов предпочтение отдаётся линейным типам.

И связано это не столько с ценой, сколько с качеством электрических линий. Ведь производители хоть и дают большой срок гарантии на изделие, но оговаривают, что выход из строя платы инвертирования из-за скачков напряжения — случай не гарантийный, а менять такую плату дорого.

В какой-то мере можно обезопасить устройство, применяя стабилизатор напряжения, но это ещё более увеличит стоимость холодильника.