Аммиачные холодильные компрессоры по конструктивной форме и характеру движения подразделяются главным образом на три основных типа: поршневые, винтовые и центробежные; кроме того, существуют такие подтипы, как спиральные и мембранные, однако их применение в аммиачной холодильной технике относительно ограничено. При выборе оборудования не существует единственного «наилучшего» ответа: только на основе комплексного сопоставления требуемой холодопроизводительности системы, условий эксплуатации, требований к показателям энергоэффективности, а также бюджета капитальных вложений и затрат на обслуживание можно определить наиболее подходящий для конкретного проекта тип машины.
Что касается поршневых аммиачных компрессоров, то в них кривошипно-шатунный механизм приводит поршень в возвратно-поступательное прямолинейное движение в цилиндре. В такте всасывания аммиачный пар низкого давления засасывается, а в такте сжатия его давление повышается и он нагнетается в нагнетательный трубопровод. Этот тип отличается зрелой технологией и богатым опытом изготовления; в области аммиачного холода имеется большое количество действующих установок. Его преимущества заключаются в широком диапазоне рабочих температур — устойчивая работа возможна при температуре испарения от −65 °C до +5 °C; сравнительно высоком индикаторном КПД и хорошей приспособляемости к переменным режимам; широком диапазоне холодопроизводительности единичного агрегата; относительно низкой первоначальной стоимости приобретения. Однако нельзя игнорировать и присущие ему недостатки: значительные габариты агрегата; большое количество быстроизнашивающихся деталей — клапанов, поршневых колец, подшипников коленчатого вала; большой объём периодических ремонтов и замен, что приводит к заметно повышенным долгосрочным затратам на обслуживание. В части регулирования производительности поршневые компрессоры чаще всего используют отключение цилиндров для ступенчатого регулирования, что затрудняет обеспечение широкодиапазонного бесступенчатого регулирования; поток нагнетания имеет пульсирующий характер, поэтому обычно требуется буферный ресивер для подавления вибраций трубопроводов. В целом данный тип применим для холодильных систем средне- и высокопроизводительного диапазона, а также для случаев ступенчатого регулирования холодопроизводительности.
Винтовые аммиачные компрессоры имеют в качестве основного узла пару взаимно зацепляющихся винтовых роторов — ведущего и ведомого. При высокоскоростном вращении роторов в цилиндре объём межзубовых впадин периодически изменяется, благодаря чему осуществляются всасывание, сжатие и нагнетание аммиачного пара. В аммиачных холодильных системах широко применяются винтовые компрессоры с впрыском масла. Их отличительные преимущества: компактная конструкция и занимаемая площадь, значительно меньшая, чем у поршневого компрессора той же холодопроизводительности; движущимися частями являются только роторы и подшипники, быстроизнашивающихся деталей крайне мало, что существенно повышает надёжность работы. Благодаря хорошим характеристикам динамической балансировки роторов вибрация агрегата незначительна, нагнетание непрерывно и равномерно; кроме того, охлаждение впрыском масла эффективно ограничивает рост температуры нагнетания. Винтовой компрессор нечувствителен к влажному сжатию и допускает работу с увлечением жидкости без повреждений. В части регулирования производительности посредством золотникового механизма обеспечивается непрерывное бесступенчатое регулирование в диапазоне от 10 % до 100 %. Однако данному типу присущи и недостатки: удельное энергопотребление на единицу холодопроизводительности несколько выше, чем у высокоэффективного поршневого компрессора; система впрыска масла требует вспомогательных устройств — маслоотделителя, маслоохладителя, масляного насоса и фильтра, что усложняет агрегат в целом; к точности обработки профиля роторов предъявляются чрезвычайно высокие требования, а капитальные вложения в производственное оборудование велики. В настоящее время винтовой компрессор является доминирующим типом в крупных промышленных аммиачных холодильных системах и особенно подходит для технологического охлаждения, требующего длительной непрерывной работы.
Принцип работы центробежного аммиачного компрессора принципиально отличается от двух предыдущих типов. Он основан на передаче механической энергии аммиачному пару высокоскоростным вращающимся рабочим колесом, сообщающим газу высокую кинетическую энергию и энергию давления; затем газ тормозится в диффузоре и спиральном корпусе, дополнительно преобразуя кинетическую энергию в энергию давления, благодаря чему достигается повышение давления. Как компрессор динамического типа, он имеет относительно низкую степень сжатия одной ступени, поэтому для получения необходимого перепада давления обычно требуется последовательное соединение нескольких рабочих колёс. Наиболее характерная особенность центробежного компрессора — чрезвычайно большой объёмный расход; холодопроизводительность единичного агрегата может достигать десятков тысяч киловатт. Кроме того, между газовым потоком и вращающимися деталями отсутствует непосредственное контактное трение, что обеспечивает плавную работу и низкие уровни вибрации и шума. Поскольку отсутствуют такие быстроизнашивающиеся детали, как клапаны и поршневые кольца, межремонтный период очень велик, а интервал между капитальными ремонтами может составлять несколько лет. Однако первоначальные капиталовложения значительно выше, чем у поршневых и винтовых машин, поскольку требуются очень высокие частоты вращения, часто с использованием мультипликатора или высокоскоростного электродвигателя; высоки технологические пороги точного изготовления и динамической балансировки; кроме того, на характеристической кривой в области малых расходов имеется граница помпажа, что обусловливает относительно узкий диапазон регулирования и повышенные требования к профессиональной квалификации эксплуатационного и ремонтного персонала. Поэтому центробежные аммиачные компрессоры применяются главным образом в сверхкрупных промышленных установках с чрезвычайно большой потребностью в холоде, например на нефтехимических базах, в крупных воздухоразделительных установках и на станциях централизованного холодоснабжения районов.
В процессе принятия решения по выбору необходимо учитывать несколько аспектов: применимый масштаб, эксплуатационную эффективность, первоначальные капиталовложения, затраты на обслуживание, характеристики регулирования и стойкость к влажному ходу. Поршневые компрессоры обладают преимуществом по соотношению «цена — качество» в диапазоне малой, средней и средне-большой холодопроизводительности, однако их обслуживание более трудоёмко. Винтовые компрессоры охватывают потребности от большой до особо большой холодопроизводительности, имеют умеренные первоначальные капиталовложения и обеспечивают бесступенчатое регулирование, став основным выбором современного промышленного холода. Центробежные компрессоры предназначены исключительно для особо крупных и сверхкрупных проектов; они обладают высокой эффективностью, но одновременно имеют наиболее выраженные ограничения по первоначальным вложениям и регулированию. При реальном выборе следует проводить комплексное обоснование с учётом конкретной холодильной нагрузки проекта, годового коэффициента энергоэффективности при эксплуатации, располагаемого монтажного пространства на площадке, условий источника охлаждающей воды, срока окупаемости и других факторов. После предварительного отбора рекомендуется поручить специализированному проектному институту или изготовителю компрессоров выполнение детальных расчётов режимов работы и технико-экономического анализа, чтобы гарантировать оптимальную совокупную эффективность выбранного типа на протяжении всего жизненного цикла проекта.
