Спиральный холодильный компрессор. Принцип работы и устройство. —
Главным элементом любого холодильного оборудования является компрессор. Он служит для обеспечения движения хладагента в системе и создания разности давлений.
Относительно недавно стали применяться в холодильной технике компрессоры спирального типа. В основном они работают в составе систем кондиционирования, чиллеров, тепловых насосов, средне и высокотемпературных холодильных установок.
Рабочим элементом спирального компрессора является спираль. Принцип работы холодильного спирального компрессора основан на согласованном вращении одной спирали относительно другой.
Принцип работы спирального холодильного компрессора.
В спиральном компрессоре сжатие паров хладагента происходит между двумя спиралями.
Одна спираль неподвижная, вторая – совершает вращение вокруг неё. Причем это движение имеет непростую траекторию.
Электродвигатель, находящийся в одном герметичном корпусе компрессора, совершает работу – вращает вал, на конце которого находится эксцентрично установленная спираль. Вращаясь, подвижная спираль перекатывается по стенкам неподвижной спирали, скользя по масленой плёнке. Точки контакта спиралей постепенно перемещаются от края к центру, причем они расположены на каждом витке рабочего элемента. Захватывая всасываемые пары хладагента в зоне большего объема сжимаемого газа, спирали постепенно сжимают их по мере приближения рабочей зоны к центру, так как объем её уменьшается. Соответственно, в центре спиралей достигается максимальное давление газа, который через линию нагнетания компрессора затем поступает в конденсатор. В спиральном компрессоре, в процессе работы, сжатие паров происходит непрерывно, так как точка касания спиралей не одна и рабочих зон сжатия образуется несколько. Электродвигатели герметичных спиральных компрессоров охлаждаются за счет всасывающих паров хладагента.
Устройство спирального холодильного компрессора.
Рассмотрим устройство спирального холодильного компрессора на примере продукции фирмы Danfoss Performer. Устройство компрессоров других производителей аналогично. Основные узлы спирального компрессора показаны на рисунке 2.
clip_image001.jpg”
o:title=”Спиральный компрессор”/>
Рисунок 2. Устройство спирального холодильного компрессора.
Благодаря своей конструкции, количество взаимно трущихся деталей в спиральном компрессоре значительно меньше, чем в поршневом, что теоретически говорит о его надежности.
Также к достоинствам конструкции можно отнести отсутствие мертвого вредного пространства в зоне сжатия, что увеличивает эффективность работы.
Благодаря тому, что в процессе сжатия газа образуются одновременно несколько рабочих зон, пары хладагента нагнетаются равномерней, чем в поршневых компрессорах и меньшими рабочими объемами, что снижает нагрузку на электродвигатель.
Для повышения эффективности работы, большое внимание в спиральных компрессорах уделяется герметизации боковых и торцевых поверхностей контактов спиралей, для уменьшения перетечек газа между соседними зонами сжатия.
Спиральные компрессоры изначально проектировались и нашли своё наибольшее применение в области высоко- и средне-температурных холодильных систем – это кондиционирование воздуха, чиллеры, тепловые насосы. Но и в низкотемпературных холодильных установках они также используются, благодаря технологии впрыска малого количества хладагента в центр спиралей в процессе работы.
Регулирование производительности спиральных компрессоров возможно с помощью частотных преобразователей, изменяя скорость вращения вала. Кроме этого, производитель спиральных компрессоров Copeland, разработал технологию регулировки производительности за счет изменения расстояния между спиралями во время вращения. Эта технология позволяет работать спиральному компрессору в холостую, вообще не образуя рабочих зон сжатия.
На сегодняшний день спиральные холодильные компрессоры производят и поставляют в Россию и соответственно в Челябинск такие всемирно известные фирмы, как Emerson Copeland, Danfoss Performer, Bitzer.
Спиральный компрессор: принцип работы
Эксцентричными называют поступки, выходящие за рамки принятого. В техническом обиходе под определением«эксцентрического» понимается вращение, не совпадающее с геометрическойосью. А если соединить «норму» и «отклонение» в одном технологическом процессе, получится… спиральный компрессор . Суть работы этой разновидности насоса объёмного типа – в сжатиивоздуха или другой среды взаимодействием пары спиралей, одна из которых неподвижна, а другая словно пытается сорваться с привязи, «гуляя» вокруг «колышка». Эти эксцентрические движенияи способствуют переносу рабочей среды из одной полости в другую – из области всасывания в область нагнетания.
Суть – в деталях
Спиральным компрессор называется потому, что его рабочим элементом является спираль.
Основу конструкции составляют две вставленные друг в друга с полукружным разворотом спиральные пластины. Их оси параллельны, но смещены по отношению друг к другу на 180 градусов – величину эксцентриситета вала. Спирали не касаются друг друга, между ними есть незначительный зазор. Это обуславливает долговечность службы, но ужесточает требования к точности исполнения.
Спирали одинаковы по размеру и внешнему виду, но одна обычно– неподвижная (соединяется с корпусом спирального блока), а другая – подвижная (вставляется в неподвижнуюи крепится с эксцентриком компрессорного вала).Принцип работы компрессора – в согласованном вращении подвижной спирали относительно неподвижной.
Каждая точка подвижной спирали описывает в ходе работы окружность, совершая орбитальное движение. В результате этого вращения образуются камеры (карманы) с непостоянным объемом. При вращении карманы уменьшаются, и находящийся в них воздухсжимается.Добравшись до центра спирали, сжатый до нужного давлениягазвыталкивается в выходное отверстие у основания неподвижной спирали.
Рабочий цикл осуществляется за каждый оборот подвижной спирали, а за минуту она успевает обернуться несколько десятков тысяч раз.Таким образом, нагнетание и всасывание обеспечивается непрерывно. И поскольку сжатие среды происходит одновременнов разных полостях, процесс протекает плавно. Это и является залогом долгого срока службы компрессора без существенных потерь эффективности.
Хорошо придумано
Но бывают спиральные компрессоры и с двумя подвижными спиралями. В отличие от описанного механизма, в подвижной паре вращательные движения осуществляют обе спирали относительно разных осей. В итоге точно так же образуются карманы-камеры с уменьшающимся при вращении объемом.
Более отличается т. н. шланговый спиральный компрессор, где жесткая спираль воздействует на упругую трубку. Принцип его работы напоминает функциональные особенности перистальтического насоса. Для отвода тепла и предохранения от износа гибкой трубки спиральный компрессор такого типа, как правило, заполненжидкой смазкой – в отличие от «классических» спиральных компрессоров, работающих «всухую».
Большинство спиральных компрессоров обходятся не только без масла, но и без клапана на всасывании. Необходимости в лишней детали нет, поскольку от канала всасывания рабочую камеру отсекает самаподвижная спираль. Динамические клапаны в линии нагнетания устанавливаются лишь для предотвращения обратного потока на средне- и низкотемпературных компрессорах для холодильной техники. Производители подобным образом исключают вращение спирали при выключенном двигателе под воздействием сжатого газа.
Совершенству нет предела
А принадлежит идея конструкции спирального компрессора французскому инженеру ЛеонуКруа, запатентовавшему собственную разработку в далеком 1905 году. Правда, время для ее реализации сто с лишним лет назад еще не наступило: инженерная мысль опередила развитие производственной базына полстолетия. Создать первую работоспособную модель с малым конструктивным зазором между деталями удалось лишь во второй половине XX века – после освоения технологии точной металлообработки.
С конца1980-х годов спиральные компрессоры стали использоваться в системах управления климатом и холодильной технике, поскольку при высокой надёжности продемонстрировали наибольшее давление и наивысший КПД.Сегодня эта техника безотказно работает в кондиционерах и чиллерах, холодильниках и тепловых насосах.
Спиральные холодильные компрессоры от мировых брэндов – примеры постоянной инновационной работы и развития технологий.Современные возможности позволяют регулировать производительность спиральных компрессоров изменением скорости вращения вала с помощью частотных преобразователей.
Врегулируемых спиральных компрессорах нового поколения с энергосберегающей целью предусматривается изменение зазора между осями вращения спиралей. При необходимости можно выставить такое расстояние, при котором между спиралями не будут образовываться карманы, и тяга компрессора окажется нулевой. Специальный соленоид позволяет регулировать желаемую производительность чередованием рабочего хода с холостым.
Таким образом, спиральные компрессоры продолжают оставаться в авангарде технических решенийи на втором веку после своегоизобретения.
Что такое спиральный компрессор?
Содержание
Объемные компрессоры используются в различных промышленных и бытовых целях. Объемные компрессоры бывают нескольких типов, и спиральный компрессор является одним из них. Спиральный компрессор также известен как спиральный насос , спиральный вакуумный насос или спиральный компрессор . Концепция спиральных компрессоров используется уже давно, но последние разработки в технологии производства сделали их более жизнеспособными. В этой статье в основном объясняется работа, типы и области применения винтового компрессора.
Что такое спиральный компрессор?Включите JavaScript
Типы воздушных компрессоров
Спиральный компрессор — это компрессор, в котором используются две или более спиральные или спирали для сжатия рабочей жидкости .
Эти спирали движутся по кругу, а не вверх и вниз, как поршень поршневого компрессора.
Из двух свитков один свиток представляет собой вращающийся свиток, который вращается с помощью вибрационной связи, а другой свиток является фиксированным и остается неподвижным. Когда жидкость поступает в компрессор, жидкость захватывается между спиралями, и процесс сжатия происходит при вращении вращающейся спирали.
Работа и конструкция этих компрессоров очень похожи на винтовые компрессоры. Винтовой компрессор работает аналогично спиральному компрессору. У него тихая и плавная работа.
Эти типы компрессоров обладают большей эффективностью и надежностью, чем поршневые компрессоры. Поэтому спиральные компрессоры чаще всего используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Одним из основных преимуществ спиральных компрессоров Copeland является то, что они имеют меньший крутящий момент и меньше вращающихся частей, чем поршневые компрессоры.
Эти компрессоры можно использовать различными способами для удовлетворения требований домовладельцев в отношении экономичности, комфорта и эффективности.
Что такое спиральный компрессор Copeland ?Спиральный компрессор Copeland содержит спираль или спираль, которая вращается по траектории, направляемой соответствующей стационарной спиралью. Эта стационарная спираль крепится к корпусу компрессора. Подвижная спираль соединена с коленчатым валом на орбите, а не вращается.
Простая конструкция этих компрессоров обеспечивает их плавную и бесшумную работу. Им не требуется всасывающий клапан для эффективного сжатия. Поэтому они имеют тихую и плавную работу.
Работа спирального компрессора Спиральный компрессор работает по принципу прямого вытеснения . Он имеет две прокрутки (т. е. стационарную прокрутку и движущуюся прокрутку). В типичной конструкции движущаяся спираль поворачивается на 180° по отношению к стационарной прокрутке.
Таким образом, эти свитки соединяются друг с другом.
Подвижная спираль соединяется с коленчатым валом, а стационарная спираль соединяется с корпусом компрессора. Генератор или электродвигатель используются для привода коленчатого вала.
Когда приводной двигатель подает питание на коленчатый вал, он начинает вращаться. При вращении коленчатый вал передает свое движение движущейся спирали и вращает ее. Из-за движения движущейся спирали создается разница давлений между внутренним давлением компрессора и внешним давлением.
Из-за разницы давлений создается сила всасывания, которая подает воздух из внешнего резервуара для хранения воздуха в компрессор. Всасываемый воздух задерживается между движущейся спиралью и неподвижной спиралью. Этот захваченный воздух не может перемещаться непосредственно со стороны всасывания на сторону нагнетания. Он может двигаться только с помощью прокрутки.
Когда движущаяся спираль движется, она постепенно перемещает захваченный воздух к центру компрессора, уменьшает объем воздуха и сжимает его.
В конце концов, сжатый воздух достигает центра узла, откуда сжатый воздух выпускается через порт.
См. также: Работа винтового компрессора
Конструкция спирального компрессораСпиральный компрессор имеет две зацепленные спиральные части для повышения давления, сжатия или перекачки жидкости (например, жидкости или газа). Конструкция свитка может представлять собой гибридную кривую, спираль Архимеда или эвольвентную кривую.
Как правило, одна спираль неподвижна, в то время как другая спираль движется эксцентрично, не сжимая, не перекачивая, не захватывая и не вращая карманы для жидкости между спиралью.
Подвижная спираль связана с коленчатым валом, а неподвижная спираль закреплена на корпусе компрессора. Неподвижная прокрутка направляет траекторию движения движущейся прокрутки.
Вы можете предотвратить утечку в осевом зазоре, используя спиральное уплотнение. Установите это уплотнение в канавку обоих наконечников спирали.
Эти уплотнения также уменьшают трение, и вы можете легко заменить их при износе.
Некоторые типы спиральных компрессоров используют выхлопные газы под давлением для соединения двух спиральных компрессоров. Этот метод устраняет необходимость в уплотнении наконечника и улучшает используемое уплотнение.
Гибкая (плоская) трубка компрессора также создает сильную вибрацию, где архимедов винт работает как перистальтический насос, который действует аналогично тюбику зубной пасты. Такой компрессор имеет заполненный смазкой корпус, который предотвращает износ наружной части трубы компрессора и способствует отводу тепла за счет использования армированной трубы, широко известной как «шланги». Этот тип насоса также называют «шланговым насосом».
Перистальтический насос имеет низкую стоимость производства, поскольку движущиеся части этого насоса не вступают в контакт с жидкостью. У них низкие затраты на техническое обслуживание, потому что у них нет фитингов и клапанов.
Читать также: различные типы насосов
Типы компрессоров прокруткиКомпрессор прокрутки имеет следующие основные типы:
Одноступенчатые спиральные компрессоры чаще всего используются в бытовых системах отопления и охлаждения. Эти типы спиральных компрессоров имеют простую конструкцию. У них низкая стоимость. Однако вы можете управлять ими только на одной определенной скорости. Они способны эффективно обогревать или охлаждать ваше здание.
2) Двухступенчатый компрессорДвухступенчатый компрессор работает на двух разных скоростях. Эти компрессоры способны приблизить свою мощность нагрева или охлаждения к точным требованиям дома.
Двухступенчатый компрессор может работать на более низкой и более эффективной скорости, что способствует удалению дополнительной влаги из воздуха при сохранении энергии.
Вы также можете включить компрессор на полную мощность, если хотите стабилизировать температуру. Эти компрессоры имеют большую эффективность, чем одноступенчатые компрессоры.
Читайте также: Различные типы компрессоров
3) Компрессор переменной производительности Вместо того, чтобы работать в одну или две ступени, компрессоры с переменной производительностью позволяют регулировать производительность с небольшим шагом в широком рабочем диапазоне, обеспечивая превосходный контроль над уровнями влажности и температуры в вашем доме.
Таким образом, вы можете очень точно регулировать нагрев и охлаждение; во всем доме можно поддерживать нужную температуру и одновременно экономить энергию.
Однако компрессоры с переменной производительностью имеют более высокую стоимость, чем одно- или двухступенчатые компрессоры. Основным преимуществом этих компрессоров является то, что они потребляют мало энергии, снижают ежемесячные счета за электроэнергию и почти в два раза более эффективны, чем одноступенчатые компрессоры.
Читайте также: Различные типы поршневых насосов
Преимущества и недостатки спиральных компрессоров Преимущества спирального компрессора
- Эти компрессоры сложно обслуживать и ремонтировать.
- Они не могут вращаться в обоих направлениях, в то время как поршневые компрессоры могут вращаться в обоих направлениях.
- Спиральные компрессоры имеют высокую стоимость.
- Спиральные компрессоры чаще всего используются в системах HVAC.
- Также используются в вакуумных насосах.
- Эти типы воздушных компрессоров используются на морских, промышленных и жилых контейнерах.
- Этот компрессор используется в качестве нагнетателя в автомобиле.
- Используется для пищевых продуктов и их охлаждения.
| Спиральный компрессор | Поршневой компрессор |
|---|---|
| В спиральном компрессоре для сжатия жидкости используются спиральные или спирали. | Поршневой компрессор использует поршень, плунжер или диафрагму для сжатия жидкости. |
| В нем меньше движущихся частей, чем в поршневом компрессоре. | В нем больше движущихся частей. |
| Имеет небольшой размер. | Поршневой компрессор имеет большие габариты. |
| Создает низкий уровень шума и вибрации по сравнению с поршневым компрессором. | Создает сильный шум и вибрацию. |
Read Also: Working of Reciprocating Compressor
| Scroll Compressor | Screw Compressor |
|---|---|
| A scroll compressor uses scrolls for air or gas compression. | В винтовом компрессоре используются винты для сжатия воздуха или газа. |
| Для промышленного применения спиральные компрессоры менее эффективны, чем винтовые. | Винтовые компрессоры лучше всего подходят для промышленного применения. |
| Обладают меньшей мощностью, чем винтовые компрессоры. | Они очень мощные. |
| Эти компрессоры не могут охлаждать большой объем воздуха, как винтовые компрессоры. | Винтовые компрессоры способны охлаждать больше воздуха, чем спиральные компрессоры. |
| Идеально подходят для больниц и лабораторий. | Идеально подходят для крупных заводов. |
Читайте также: Работа и типы винтовых компрессоров
Часто задаваемые вопросы Раздел
Какой из компрессоров эффективнее: спиральный или поршневой?
Спиральный компрессор от 10% до 15% более эффективен, чем поршневой компрессор, когда он работает как односкоростная машина.
Объемный КПД этих компрессоров обеспечивает большую теплопроизводительность и меньшее изменение производительности по сравнению с традиционными компрессорами.
Каков срок службы спирального компрессора?
Если правильно ремонтировать и обслуживать компрессор кондиционера, он может исправно работать до 10–15 лет . Однако срок службы хорошо обслуживаемого спирального компрессора системы HVAC составляет от до 20 лет .
Читайте также- Различные типы компрессоров
- Типы динамических компрессоров
- Типы PD-компрессоров
- Работа мембранного компрессора
- Работа системы HVAC
Принцип работы спирального компрессора
В отличие от возвратно-поступательной технологии с множеством движущихся частей, спиральный компрессор Copeland имеет одну спираль или спираль, вращающуюся по траектории, определяемой соответствующей неподвижной спиралью. Неподвижная спираль прикреплена к корпусу компрессора.
Орбитальное движение создает серию газовых карманов, перемещающихся между двумя спиралями. На внешней части спирали карман всасывает газ, затем перемещает его к центру спирали, где он выпускается. По мере того, как газ перемещается в увеличивающемся меньшем внутреннем кармане, температура и давление увеличиваются до желаемого давления нагнетания.
Технология Copeland Compliant Scroll основана на концепции соответствия требованиям. Податливость относится к методу, при котором два спиральных элемента взаимодействуют для одновременного достижения высокой эффективности и долговечности. Уникальный и запатентованный подход Copeland — достижение как радиальной, так и осевой податливости — обеспечивает следующие важные преимущества:
- Непрерывный боковой контакт, поддерживаемый центробежной силой, сводит к минимуму утечку газа и максимально увеличивает эффективность.
- Радиальная податливость позволяет спиральным элементам отделяться в присутствии жидкого хладагента или мусора, тем самым существенно повышая долговечность и надежность.
- Осевая податливость позволяет спирали оставаться в постоянном контакте во всех нормальных рабочих условиях, обеспечивая минимальную утечку без использования концевых уплотнений.
- Как радиальная, так и осевая податливость позволяют спиральным элементам фактически «изнашиваться», а не изнашиваться.
Простая прямолинейная конструкция спиральных компрессоров Copeland делает их более эффективными. Вот почему ведущие производители так часто выбирают спиральные компрессоры Copeland для систем, предназначенных для достижения самых высоких уровней эффективности. Поскольку поршни для сжатия газа не используются, спиральные компрессоры достигают 100% объемного КПД, что обеспечивает снижение затрат на энергию во многих областях применения. Потери на повторное расширение, которые обычно возникают при каждом ходе поршня в поршневых моделях, устранены. Точно так же исключаются потери на клапанах, поскольку всасывающих клапанов не существует.