Спиральный компрессор устройство и принцип работы: Спиральный холодильный компрессор. Принцип работы и устройство. —

Разное

03.10.1972
Комментарии: 0

Содержание

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. Обеспечивая возможность работы компрессора без образования зоны сжатия, изменение расстояния между спиралями в процессе вращения выполняет задачу экономии энергоресурсов.

   Таким образом, спиральные компрессоры продолжают оставаться в авангарде технических решенийи на втором веку после своегоизобретения.

Спиральный компрессор: принцип работы, преимущества, выбор

Спиральные компрессоры стоят недешево, так как выполняются с обязательным требованием минимальных допусков и высокой точностью обработки элементов. Однако эти устройства имеют массу достоинств, которых не могут предложить нагнетатели другого типа. Спиральные компрессоры крайне тихие, и в выходном тракте воздух абсолютно не содержит масла. Если добавить к этому низкую стоимость обслуживания, становится понятно, почему все больше частных лиц и компаний тщательно исследуют рынок предложений агрегатов именно такого класса.

Содержание

  • 1 Устройство и принцип работы
  • 2 Преимущества спиральных компрессоров
    • 2. 1 Минимальные потери
    • 2.2 Нулевой мертвый объем
    • 2.3 Нулевые гидравлические потери
    • 2.4 Минимальный теплообмен
    • 2.5 Минимальные потери на трение
    • 2.6 Одновременный забор и выпуск
    • 2.7 Коэффициент подачи
  • 3 Разновидности
  • 4 Советы по выбору
    • 4.1 Тип привода
    • 4.2 Метод передачи крутящего момента
    • 4.3 Входной фильтр
    • 4.4 Динамический клапан
    • 4.5 Регулировка

Устройство и принцип работы

Основной рабочий орган, как следует из названия класса агрегатов — архимедова спираль. В компрессоре их две. Одна статическая и неподвижна, может выполняться на элементах корпуса, если речь идет об устройстве с внешним приводом. Вторая спираль вращается на валу. Принцип работы агрегата следующий:

  • во время вращения рабочей спирали между ее концом и стенками стационарного элемента отсутствует зазор;
  • в процессе оборачивания образуется зона сжатия, по мере поступления к центру спирали воздух сжимается;
  • сжатое рабочее тело выбрасывается в выходной тракт.

Такой процесс работы считается одним циклом спирального компрессора. Он повторяется многократно, так как число оборотов на валу привода может достигать тысяч в минуту. Процесс сжатия стабилен, у него нет резких бросков давления в пределах одного цикла, как это происходит в поршневых компрессорах.

Данная схема функционирования реализуется путем смещения осей спиралей, рабочей и неподвижной. Это называется эксцентриковым расстоянием.

На заметку! В некоторых компрессорах предусматривается регулировка, изменение показателя смещения, как для настройки предельного выходного давления, так и для обеспечения нулевого цикла без нагнетания.

Преимущества спиральных компрессоров

Одно из преимуществ спирального компрессора, а именно стабильность подачи, уже упомянуто выше. На практике это означает, что в выходном воздушном потоке нет биений, что улучшает режимы работы потребителя, например, пневматического инструмента, действующего со значительными усилиями.

Пользователь получает дополнительный плюс. Минимальные показатели биения потока и стабильная подача воздуха означают, что спиральный компрессор работает очень тихо. На практике, показатель звукового давления может находиться на уровне 5-10 Дб, что весьма ценно в медицинском оборудовании, системах кондиционирования. Кроме этого, у компрессоров спирального класса есть и другие преимущества.

Минимальные потери

Спиральный компрессор при близком к нулевому износу антифрикционных уплотнителей, нейтрализующих зазор между рабочими элементами, показывает отсутствие потерь массы газа в пределах одного цикла. Это открывает устройству широкие возможности применения в разнообразных дозаторах. Они используются в оборудовании для приготовления газовых смесей с контролируемым составом.

Нулевой мертвый объем

Характеристика мертвого объема есть у поршневых компрессоров. У спиральных этот показатель равен нулю. Весь объем рабочего блока выполняет свои функции с максимальными показателями эффективности.

Нулевые гидравлические потери

Спиральные компрессоры (классического конструкционного решения) безмасляные, у них нет редукторов и преобразователей момента. В результате вся энергия, переданная системой привода, идет на сжатие газа, без гидравлических потерь в любых режимах эксплуатации.

Минимальный теплообмен

При сжатии газ нагревается. Если это тепло будет уходить в окружающую среду или связанные части механизмов, это может повлиять на количество вариантов использования компрессора. У спиральных установок не происходит теплообмен с окружающей средой.

Минимальные потери на трение

Единственные потери на трение, которые существуют в компрессорах рассматриваемого типа, наблюдаются в точках прохода конца рабочей спирали, ее контакта с антифрикционным уплотнителем. Их уровень ничтожен. Поэтому можно считать, что общие потери на трение в рамках всего устройства равны нулю.

Одновременный забор и выпуск

Конструкция спиралей компрессора такова, что при рабочем цикле (одном обороте движущегося элемента) момент забора воздуха и его выброс в нагнетательный тракт происходит одновременно. Это значит, что двигатель привода может работать в стабильном режиме, без бросков отбора мощности.

Коэффициент подачи

У спирального компрессора нет перетечек, неполного выброса газа или газообмена по зазорам (как пример, основные потери в поршневых установках происходят на уплотнительных кольцах в цилиндре). В идеальном случае, при нулевом износе уплотнителей, он показывает коэффициент передачи, равный 1.

Важно! На практике, по результатам опытных исследований, был установлен несколько меньший коэффициент. Так, спиральные установки показывают 0,92 при отрицательных температурах в -10 градусов Цельсия, 0,94 при нуле градусов, 0,95-0,98 при положительных температурах. При этом коэффициент передачи тем выше, чем значительнее производительность установки.

Есть еще несколько технологических показателей, по которым спиральные нагнетатели обходят конкурентов. В обывательской формулировке можно описать их преимущества достаточно просто.

  1. Спиральные компрессоры показывают коэффициент подачи на 20-30% выше, чем у поршневых установок.
  2. При высоких температурах (более +10 градусов) у них на 10-15% выше КПД.
  3. Спиральные компрессоры очень тихие, не вносят примеси в воздух, формируют стабильный поток без заметного биения пара.

Разновидности

Можно привести множество разновидностей и моделей спиральных компрессоров. Они отличаются конструкционными особенностями, типом рабочего элемента, уровнем герметизации, базовым назначением и другими характеристиками. Различают одно и двухступенчатые устройства, есть агрегаты горизонтального и вертикального размещения.

Компрессоры могут иметь классическую спираль Архимеда, эвольвентный элемент, кусочно-окружной и другие конфигурации рабочего органа. Есть полностью герметичные устройства, безсальниковые и негерметичные сальниковые. Различают агрегаты сухого сжатия и маслозаполненные. Устройства отличаются требованиями к приводу или мощностью, максимальным давлением на выходе, производительностью и рекомендациями к охлаждению.

Советы по выбору

Чтобы правильно выбрать спиральный компрессор, следует ознакомиться с ассортиментом, ценами, назначением и  характеристиками продукции. Последний критерий стоит рассмотреть более подробно.

Тип привода

Самая распространенная категория спиральных компрессоров оснащается электрическим двигателем. Это самодостаточные устройства. Сегодня можно приобрести нагнетатели с дизельными и бензиновыми двигателями. Для некоторых категорий пользователей будет интересен агрегат, к которому можно подключить внешний привод.

Метод передачи крутящего момента

Сегодня основной передачей в спиральных компрессорах является ременная (клиноременная). Но у нее есть один недостаток: со временем ремень растягивается и может проскальзывать в моменты, когда на потребителе резко растет нагрузка и обратное давление на компрессор.

Более надежна зубчато-ременная передача, но она требует точной настройки. Без этого ремень не отработает положенный срок службы. Передача данного типа показывает близкие к нулевым проскальзывания, стоит доступные деньги.

Коробки передач и другие шестеренчатые узлы максимально надежны и долговечны, но они не дают свободы в установке привода. Однако если хочется получить нулевые показатели проскальзывания при любой нагрузке, преобразования момента, предсказуемость поведения и простоту обслуживания — без шестеренчатой передачи не обойтись.

Входной фильтр

Износ антифрикционных уплотнителей зависит не только от характеристик спирального компрессора. Его резко увеличивает пыль и другие механические включения в поток забираемого воздуха. Поэтому, несмотря на факт, что фильтр очистки негативно влияет на производительность, разумно рассмотреть компрессор с такой комплектацией. Он покажет срок службы до момента обслуживания, максимально соответствующий заявленному производителем.

Динамический клапан

Динамический клапан предотвращает обратное движение воздуха. Например, из-за высокого давления на стороне потребителя при отключенном приводе регулируемого компрессора. Этот узел не является обязательным, однако он резко повышает предсказуемость подсистемы нагнетания воздуха в целом.

Регулировка

Регулируемые компрессоры путем изменения эксцентрикового расстояния рабочей и стационарной спирали позволяют настраивать показатель максимума выходного давления. Кроме этого, нагнетатели данного типа способны работать в нулевом цикле (вентилирование) или без подачи. Подобная опция будет стоить немалых денег, однако в некоторых вариантах применения компрессора может быть весьма привлекательна.

Последнее, на что стоит обратить внимание покупателя — материал антифрикционных уплотнителей и их доступность в розничной продаже. По сути, это практически единственная деталь компрессора, которую требуется периодически менять.

Совет! При выборе спирального нагнетателя стоит внимательно изучить данные производителя, показатель наработки уплотнителей на отказ. Не лишним будет ознакомиться с инструкциями по замене, чтобы понять, можно ли будет провести работы самостоятельно.

Собственно, идею спирального компрессора удалось реализовать только после появления стойких к трению материалов для антифрикционных уплотнителей. Поэтому при рассмотрении агрегатов средней и бюджетной ценовой категории, когда производитель не дает данных наработки на отказ или другой полезной информации — можно ориентироваться на год выхода модели на рынок. Чем она свежее, тем больше вероятность использования надежных и долговечных антифрикционных уплотнителей.

Принцип работы спирального компрессора и его устройство.