Filters for vapor compression machines

Abstract

During the manufacture, transportation, installation and operation of vapor compression refrigerating machines, it is impossible to completely exclude the ingress of mechanical particles into the internal working cavities of their components, which are interconnected by pipelines and form a closed hermetic system filled with refrigerant.

Full Text

При изготовлении, транспортировке, монтаже и эксплуатации парокомпрессионных холодильных машин невозможно полностью исключить попадание механических частиц во внутренние рабочие полости их компонентов, которые соединены между собой трубопроводами и образуют замкнутую герметичную систему, заполненную хладагентом.

Детали и внутренние рабочие полости собранных агрегатов и узлов обезжиривают. Однако при любом методе обезжиривания на поверхности деталей остаются мельчайшие механические частицы. Внутренние рабочие поверхности могут загрязняться также в процессе монтажа. При сварке монтажных швов все каплевидные проплавы и флюсы могут остаться внутри системы и попасть в поток хладагента.

В процессе работы компоненты холодильных машин изнашиваются. Поэтому источниками механических загрязнений системы являются все узлы трения, уплотнительные поверхности в подвижных соединениях запорной, предохранительной и регулирующей арматуры и т. д.

Следовательно, хладагенты содержат твердые примеси (загрязнения), которые отрицательно влияют на работоспособность холодильных машин, вызывают отклонение их параметров от номинальных значений, а также отказы в работе.

Для очистки хладагента от загрязнений механическими примесями (окалиной, песком, ржавчиной и т. п.) в замкнутую герметичную систему парокомпрессионных холодильных машин, где циркулирует хладагент, устанавливают фильтры. Различают паровые и жидкостные (гидравлические) фильтры (по месту их размещения — на паровых или жидкостных трубопроводах). Паровой фильтр обычно устанавливают перед компрессором для предотвращения попадания в него частиц загрязнений и, следовательно, его преждевременного износа. В крупных холодильных компрессорах фильтр является самостоятельным аппаратом, в малых и средних — он обычно встроен в компрессор.

Для безотказной работы приборов автоматики на жидкостных трубопроводах парокомпрессионных холодильных машин устанавливают гидравлические фильтры.

Отделение твердых загрязняющих примесей от хладагента осуществляют механическим или силовым способами. В первом случае фильтрация хладагента осуществляется различными сетчатыми и пористыми фильтрующими элементами (материалами), а во втором — силовыми полями: гравитационным, центробежным, магнитным, электрическим и др.

В парокомпрессионных холодильных машинах для очистки хладагента применяют преимущественно механический способ.

Рис. 1. Паровой механический поверхностный сетчатый фильтр: 1 — корпус; 2 — фильтрующий элемент; 3, 4 — подводящий и отводящий патрубки

При разработке механических фильтров для хладагентов важным этапом является правильный выбор фильтрующего материала. Все фильтрующие материалы обладают определенными свойствами, которые зависят от свойств исходного сырья, технологии производства материала и др. Фильтрующий материал должен обеспечивать: необходимую тонкость очистки хладагента и иметь достаточный ресурс работы; иметь минимальное гидравлическое сопротивление; быть стойким и прочным во всем диапазоне рабочих температур независимо от продолжительности воздействия; не ухудшать физико-химических показателей очищаемого хладагента и не загрязнять его частицами, вымываемыми из фильтрующего материала в процессе его эксплуатации; быть достаточно прочным при воздействии возможных вибрационных нагрузок и гидроударов; обладать хорошими технологическими свойствами и регенерируемостью. Полностью удовлетворить всем этим требованиям практически невозможно, так как улучшение одних показателей часто приводит к ухудшению других. Например, повышение тонкости очистки хладагента фильтрующим материалом почти всегда ведет к ухудшению его гидравлических характеристик. Поэтому фильтрующий материал выбирают по наиболее важным показателям для конкретных условий. При этом если тонкость очистки хладагента определяется только свойствами фильтрующего материала, то остальные показатели должны быть обеспечены также конструктивным исполнением фильтрующих элементов и фильтров.

Рис. 2. Гидравлический механический поверхностный сетчатый фильтр: 1 — корпус; 2 — фильтрующий элемент;3, 4— отводящий и подводящий патрубки; 5 — запорный вентиль; 6 — крышка; 7 — пружина

Рис. 3. Гидравлический механический прямоточный фильтр с гофрированным фильтрующим элементом:1 — входной штуцер; 2 — корпус; 3 — крышка; 4 — выходной штуцер; 5 — гофрированный фильтрующий элемент; 6 — ребра жесткости; 7 — основание фильтрующего элемента;8 — крышка фильтрующего элемента

Рис. 4. Гидравлический механический поверхностный фильтр с многослойным фильтрующим элементом складчатого типа:1 — фильтрующий элемент из нетканого сетчатого материала; 2 — металлический стержень

В зависимости от вида фильтрующего материала механические фильтры делятся на два основных типа: поверхностные, в которых частицы загрязнений задерживаются в основном на поверхности фильтрующего материала, и глубинные, в которых частицы загрязнений застревают в порах фильтрующего материала на большей или меньшей глубине от поверхности. В то же время строго разграничить фильтры по этому признаку невозможно [7].

К механическим поверхностным фильтрам обычно относятся металлические сетчатые, пластинчатые (щелевые), с фильтроэлементом из бумаги, ткани или из комбинированных материалов.

Широкое применение для очистки хладагентов от загрязнений нашли механические поверхностные сетчатые фильтры, в которых для изготовления фильтрующих перегородок или фильтрующих элементов используются проволочные сетки или пакеты сеток различного типа, выполненные из нержавеющей стали, латуни и др. Тонкость очистки хладагентов сетчатыми фильтрующими перегородками достигает 25...40 мкм, однако ее можно повысить до 10...20 мкм применением многослойных сетчатых фильтрующих элементов.

Механические поверхностные сетчатые фильтры отличаются простотой конструкции, способностью сохранять свои фильтрующие свойства при изменении параметров потока (давления, температуры, расхода) в широком диапазоне, высокой стойкостью к агрессивным средам и т. п. К недостаткам этих фильтров следует отнести возможность увеличения проходных сечений ячеек сетки при ее деформации как в процессе изготовления фильтрующего элемента, так и при его эксплуатации, а также из-за прорыва сеток при гидроударах и случайных воздействиях на фильтрующий элемент в процессе монтажа и эксплуатации.

В типовом паровом механическом поверхностном сетчатом фильтре (рис. 1) для аммиачных парокомпрессионных холодильных машин фильтрующий элемент 2 изготовлен из стальной сетки двух размеров. Первой по ходу аммиака размещена сетка с крупными ячейками, второй — мелкоячеистая тканая сетка. Фильтр устанавливают в горизонтальном положении. На корпусе 1 имеются подводящий 3 и отводящий 4 патрубки для хладагента и штуцера для установки сливного вентиля и манометров для определения степени загрязнения фильтрующего элемента 2.

Конструкция типового гидравлического механического поверхностного сетчатого фильтра для аммиачных парокомпрессионных холодильных машин показана на рис. 2. В корпусе 7 с подводящим 4 и отводящим 3 патрубками для хладагента установлен сетчатый фильтрующий элемент 2, прижимаемый пружиной 7. На запорном вентиле 5устанавливают манометр. Для очистки фильтрующего элемента 2 от задержанных механических примесей (загрязнений) его вынимают через отверстие в корпусе 7, закрываемое крышкой 6.

Простые по конструкции и удобные в эксплуатации гидравлические механические поверхностные сетчатые фильтры [6], выпускаемые фирмой Bird Precision and Со. (США), рассчитаны на тонкость очистки до 5 мкм. Фильтрующая сетка фильтра изготовлена из нержавеющей стали.

Простую конструкцию и небольшое гидравлическое сопротивление имеет гидравлический механический прямоточный фильтр (рис. 3), который состоит из выполненных из прозрачного материала (например, полиамида 610) корпуса 2, входного и выходного штуцеров 1и4, крышки 3 и фильтрующего элемента 5 из гофрированной фильтровальной бумаги, пропитанной специальным составом [5]. Один торец элемента 5 неподвижно закреплен в торцевом кольцевом основании 7, выполненном из прозрачного материала (полиамида 610), другой запрессован в крышку 3. Поверхность основания 7 имеет зубья в виде равнобедренных треугольников, соответствующих гофрам элемента 5. Для герметичности к основанию 7 приваривается прозрачная полиамидная крышка 8. Элемент 5 снабжен ребрами жесткости 6, которые сваркой прикрепляются к крышке 3 и основанию 7. Ребра жесткости 6, а также жестко закрепленные торцы фильтрующего элемента 5 препятствуют его сжатию и расширению при подаче жидкого хладагента на очистку через штуцер 7.

Гидравлический механический поверхностный фильтр с многослойным фильтрующим элементом [2] для очистки жидкого хладагента отличается большим сроком службы (рис. 4). Для увеличения фильтрующей поверхности фильтрующий элемент 7 из нетканого сетчатого материала собирают е складки определенной формы, поддерживаемые металлическими стержнями 2. Благодаря этому удается получить большую фильтрующую поверхность при минимальных габаритных размера) фильтра.

Рис. 5. Гидравлический механический фильтр с четырьмя фильтрующими элементами:1 — крышка; 2 — фильтрующие элементы; 3 — уплотняющее резиновое кольцо; 4 — кассета с фильтрующими элементами; 5 — выходной штуцер; 6 — дренажный штуцер; 7 — входной штуцер; 8 — корпус; 9 — коромысло

Низкой стоимостью изготовления, простотой конструкции Р высоким качеством очисткр жидкого хладагента отличаете) гидравлический механически фильтр (рис. 5) [4] с четырьмя фильтрующими элементами 2 собранными в кассете 4. Фильтр состоит из корпуса 8 с входные 7, выходным 5 и дренажным ( штуцерами и крышки 7 в виде стакана. Уплотнение неподвижного разъемного соединена между корпусом 8 и крышкой обеспечивается резиновым кольцом 3 круглого сечения. Фильтрующие элементы 2 прижимаются коромыслом 9 к кромкам гнезд в кассете 4. Отбортованные наружу кромки гнезд внедряются при этом в фильтрующие элементы 2, обеспечивая герметичность соединения.

Рис. 6. Гидравлический механический фильтр отстойного типа с фильтрующим элементом:1 — корпус; 2 — стакан-отстойник; 3 — фильтрующий элемент; 4,7 — уплотнительные кольца; 5, 8— опорные шайбы; 6 — решетчатая труба

Гидравлический механический фильтр отстойного типа (рис.6) [1] состоит из корпуса 7, стакана- отстойника 2 для накапливания отфильтрованных частиц механических примесей, фильтрующего элемента 3, который надевается на решетчатую трубу 6 и закрепляется с помощью опорных шайб 5 и 8. Фильтр имеет малые габаритные размеры при относительно большой фильтровальной поверхности.

Простую конструкцию имеет гидравлический механический щелевой фильтр отстойного типа (рис. 7) [3].

Рис. 7. Гидравлический механический щелевой фильтр отстойного типа: 1 — замковая шайба; 2 — стержни; 3 — стакан; 4 — фильтрующие пластины; 5 — полость отфильтрованного хладагента; 6 — крышка; 7 — уплотнительная прокладка; 8 — входной штуцер; 9 — верхняя опорная пластина фильтра; 10 -центральный стержень; 11 — выходное отверстие; 12 — выступ центрального стержня; 13 — отверстия для выхода хладагента; 14 — фигурная пластина; 15 — уплотнение; 16— нижняя опорная пластина; 17-периферийные отверстия в нижней опорной пластине; 18 — пружина; 19 — пробка

Очищаемый жидкий хладагент поступает в стакан 3 через штуцер 8 в крышке 6, которая прикреплена фигурной пластиной 14 через уплотнительную прокладку 7 к стакану 3. Вследствие потери скорости очищаемым жидким хладагентом все крупные частицы загрязнений оседают на дне стакана 3. Мелкие частицы загрязнений задерживаются в щелях между фильтрующими пластинами 4, закрепленными на стержнях 2. Далее отфильтрованный жидкий хладагент поступает в полость 5 и выходит через отверстия 13 и 11 в центральном стержне 10. Слив отстоя из стакана 3осуществляется отворачиванием пробки 19. Для промывки фильтрующего элемента крышку 6отсоединяют от стакана 3, снимают замковую шайбу 1 и пружину 18. При этом пластины 4 фильтрующего элемента, снятые со стержня 10, могут быть отведены относительно друг друга в пределах стержней 2.