Спиральные компрессоры принцип работы – Спиральный компрессор устройство и принцип работы

Содержание

Спиральный компрессор устройство и принцип работы

Содержание


Спиральный компрессор — это техника для получения сжатого воздуха или хладагента. Уменьшение объема производится путем вращения двух спиралей, на чем основан принцип действия установки. Агрегаты данного типа успешно используются в кондиционировании, нагревании/охлаждении, холодильных контурах и изготовлении вакуумных насосов.
Прототип установки был запатентован во Франции еще в 1905 году, но практического применения не последовало из-за отсутствия производственной базы.

Спиральный компрессор


Спиральный компрессорКонструкция и устройство

На практике применяются различные принципы действия, основанные на спиральном движении. Промышленность выпускает следующие типы аппаратов:

Спиральный компрессор с двумя спиральными элементами, один из которых стационарный, другой является подвижным контуром. При вращении одной из спиралей возникают карманы, объем которых уменьшается при повышении скорости оборотов. Газ, находящийся в отсеках, сжимается и на выход подается нужного давления; Спиральный компрессор с двумя вращающимися по различным осям спиралями. Принцип остается прежним: при работе образуются карманы, повышение скорости приводит к сжатию газа внутри системы;

Спиральный компрессор наличие в системе жесткой спирали Архимеда и гибкой трубки. Подобное инженерное решение называют шланговым экземпляром, требующим дополнительной смазки и отвода тепла.

Важным отличием спиральных моделей является отсутствие всасывающего клапана. Подвижный ходовой элемент автоматически отсекает канал поступления воздуха/газа от рабочей камеры при вращении. В системе нагнетания может присутствовать обратный клапан, не позволяющий возникать потоку при остаточном вращении.

Отличия спирального компрессора

Принцип работы основан на перемещении спирали, укрепленной на валу двигателя, с постепенным перемещением к центру установки. При этом захваченный газ попадает из больших отсеков в малые, и так до полного сжатия. Из центра системы сжатый газ поступает в конденсатор непрерывно, поскольку во время вращения вала образуется несколько зон сжатия. Двигатели охлаждаются за счет всасываемых при вращении паров хладагента, что значительно повышает ресурс эксплуатации.

Появление регулируемых моделей значительно расширило сферу применения и позволило снизить энергопотребление компрессорных станций. Скорость вращения регулируется с помощью комплектации преобразователями. Появилась возможность корректировать зазор между осями вплоть до нулевых показателей. Меняя холостой ход и рабочую нагрузку с помощью дополнительного регулятора, можно добиться нужной производительности агрегата.

Для повышения технических характеристик особое внимание уделяется герметичности контактов. Боковые и торцевые части конструкции тщательно подгоняются, чтобы сжимаемая субстанция не могла переходить из одного отсека в другой. При остановке движения спирали размыкаются по всем направлениям. При новом запуске оборудование не испытывает повышенной нагрузки, поскольку происходит плавное повышение давления.

Конструкция и устройство


Конструкция и устройствоПреимущества и недостатки

Основным преимуществом спиральной техники является высокий КПД (80-85%), что позволяет получить значительную экономию в процессе длительного применения. Спиральный компрессор, в отличие от поршневого, работает намного тише. Движение не дает сильной вибрации, оборудование является уравновешенным и работает практически без шума.

К очевидным плюсам подобных моделей можно отнести:

Конструкция и устройство количество трущихся поверхностей гораздо меньше, чем при ином принципе, что говорит о надежности аппарата;

Конструкция и устройство отсутствие не используемого объема в зоне сжатия, что повышает эффективность эксплуатации;

Конструкция и устройство нагрузка на двигатель уменьшена, поскольку нагнетание осуществляется равномерно и умеренными дозами;

Конструкция и устройство

 благодаря плавной работе, техника не требует повышенного внимания к расположению.

Конструкция и устройство не требуется пружинной подвески и укрепленного основания, благодаря плавному ходу;

Конструкция и устройство возможность применения на любом холодильном агенте, воздухе или включении капельной жидкости;

Конструкция и устройство количество движущихся деталей снижено на 80% по сравнению с поршневыми аналогами.

Преимущества и недостатки

По сравнению с поршневыми типами, вес изделий меньше на 15%, размеры снижены на 30%. Это компактное и современное оборудование легко монтируется и обслуживается, первичная наладка и пуск не представляют затруднений. Следует учесть высокую быстроходность агрегатов, скорость действия возможна в рамках 1000-13000 об/мин., эти параметры постоянно расширяются.

Преимущества и недостатки Недостатком моделей является то, что требуется следить за чистотой подаваемого газа, поскольку частицы попадают на спирали и приводят к дополнительному трению, разгерметизации камеры и быстрому износу техники.

Преимущества и недостаткиКроме того, необходимо учитывать следующие моменты:

Преимущества и недостаткиработа вала допускается только в одном направлении, обратное поступательное движение не предусмотрено конструкцией;

Преимущества и недостаткипри движении подвижная часть машины испытывает различные системы силового воздействия, поэтому необходима тщательная балансировка, расчет и уравновешивание моментов;

Преимущества и недостаткиданному типу требуются детали, производимые на новейших фрезерных станках с ЧПУ, что является более сложным технологическим решением.

Приобретая компрессоры данного вида, потребитель может рассчитывать на длительную и бесперебойную эксплуатацию в быту или на производстве.

Теги: спиральный компрессор устройство и принцип работы, устройство спирального компрессора


www.compressor-mash.ru

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.

rimholod.ru

основные технические характеристики и история создания

Техника для охлаждения обладает способностью отводить тепло от разнообразных объектов. Применение и принцип работы холодильных агрегатов на спиральных компрессорах заключается в том, чтобы используя электроэнергию, забирать от объектов теплый воздух и перемещать его к охлаждающим жидкостям или воздуху, у которого должен быть более высокий уровень температур в отличие от объекта, который охлаждается.

Для того чтобы охладить воду или водный раствор, возможно использование чиллеров или технологичных машин для выработки холода. В основном их использование распространяется на то, чтобы обеспечить основные режимы для охлаждения, замораживания и сохранения разнообразных продуктов в системе кондиционирования воздуха, линии по разливу и камере для охлаждения.

Спиральный компрессор

Спиральный компрессор

Установка по выработке холода представляет собой комплексную систему, которая применяется для того, чтобы поддерживать в объектах низший температурный режим, чем у окружающего воздуха. Основными их компонентами являются одна или несколько холодильных машин, состоящие из необходимого вспомогательного оборудования. Агрегат для охлаждения объектов образуется из объединения необходимых составляющих в единую систему.

Компрессор и его основные виды

Компрессоры являются важным звеном в системах охлаждения объектов. Они предназначены для того, чтобы нагнетать рабочее тело при различных процессах. Под понятием нагнетания подразумеваются не только процессы по подаче тела, но и повышение его давления.

Рабочее тело состоит из газов и паров от разных веществ.

Компрессоры могут быть:

  • лопаточными;
  • объемными.

При функционировании механизмов лопаточного типа давление повышается по причине того, что кинетическая энергия в рабочем теле преобразуется до потенциальной.

Давление увеличивается за счет того, что рабочее тело, проходя через лопаточные каналы, набирает достаточно большую скорость, а при прохождении диффузора её снижает.

Спираль компрессора

Спираль компрессора

Лопаточные устройства, в свою очередь, бывают центробежными и осевыми.

Объемные компрессоры повышают показатели давления путем снижения объемов.

Компрессоры в машинах для охлаждения можно назвать насосами и они занимаются перекачиванием холодильного агента по трубопроводным системам, составляющие части которых заставляет работать электрический двигатель.

В большинстве случаев электрический двигатель и насосы выполняются с одним герметичным корпусом. Устанавливается компрессор снизу, под холодильным шкафом.

Его действие имеет такую последовательность:

  • в испарителе находится хладагент, который имеет парообразное состояние, а также низкий уровень давления и температурных показателей;
  • всасывается, а после сжимается холодильный агент, и повышаются его температура и показатели давления;
  • хладагент в состоянии сжатия или паров направляется в конденсатор.

Почти все модели осуществляют эту подачу с помощью ресивера.

Когда пар хладагента выходит из компрессора, показатели его давления будут колебаться в рамках 15 – 25 атмосфер, а показатели температур от 70 до 90 градусов. Это зависит от степени нагрузки.

Основные критерии оценки функциональности компрессорного механизма

Характеризуют эффективность компрессоров по следующим факторам:

Конструкция агрегата с компрессором

Конструкция агрегата с компрессором

  • степени сжатия хладона, которая определяется отношением показателей давления при выходе и при входе;
  • на основе такого понятия, как секундный объем хладагента, то есть тот объем, который нагнетается за определенное время.

Существуют несколько видов компрессоров для холодильных машин, в том числе и спиральные. При создании установок для охлаждения часто применяют именно такие устройства.

Процесс изобретения компрессора со спиралью

Спирали известны человеку несколько тысячелетий и представляют собой витки, которые закручиваются вокруг одной и той же точки. Техническое воплощение спиралей стало реальным в прошлом столетии.

В первые годы двадцатого века Леоном Круа была разработана и запатентована конструкция компрессора на их основе. В тот период времени оснащение производственных предприятий оставляло желать лучшего и реализовать технологию не удавалось. Воплотить прототип в работающую конструкцию оказалось возможным только во второй половине двадцатого века благодаря машинной обработке. Именно по этой причине техника на основе спиральных компрессоров появилось в продаже относительно недавно.

Представители крупных компаний-производителей проявили заинтересованность к новинке, поскольку механизмы на спиралях позволяли достигать хороших показателей. Испытания показали, что с применением и принципами работы холодильных агрегатов на спиральном компрессоре можно добиться высокой эффективности, которая превосходит эксплуатационные характеристики аналогов.

В 1992 году компания «Iwata Compressor» выпустила безмасляный или «сухой» компрессор на основе спиралей. К его преимуществам можно отнести возможность долговременного использования, невысокие показатели уровней шумов и вибраций.

Со временем компрессоры этого типа все больше применялись в производстве оборудований, вырабатывающих холод и систем для кондиционирования воздуха. Это происходит потому, что они отличаются высокими возможностями эксплуатирования, а также экономичны, поскольку для их сборки требуется значительно меньшее количество деталей по сравнению с другими.

В наши дни большое количество фирм-производителей представляет на рынке оборудование со спиральным компрессором. Такие установки прекрасно выдерживают все испытания и тестирования и за счет этого активно вытесняют с рынка другие конструкции.

Принцип работы агрегатов на основе компрессоров со спиралью

Работа этого вида установок осуществляется за счет следующих процессов:

Детали спирального компрессора

Детали спирального компрессора

  1. Компрессор содержит две спирали, которые находятся одна в другой и имеют особенность к расширению от центральной части к краю в процессе вращения. Причем одна из них все время пребывает в неподвижном состоянии, а вторая находится в процессе вращения вокруг первой.
  2. Профили спиралей образует герметичная кривая, которая называется эвольвента. У зубчатых колес шестеренок аналогичный геометрический профиль, который способствует перекатыванию зубьев в местах соприкосновения. Местом расположения подвижной спирали является эксцентрик.
  3. Когда одна из спиралей находится в процессе вращения, происходит взаимодействие ее наружной поверхности с внутренними поверхностями неподвижной спирали. Это позволяет парам хладагента сжиматься и вытеснять их к нагнетательному отверстию. В результате этого происходит охлаждение.

Применение установок для охлаждения со спиральными компрессорами

Агрегаты, способные вырабатывать холод, применяют в областях, которые подразумевают хранение продуктов или медикаментов. Это супермаркеты, бары, кафе, рестораны и другие заведения, где необходимо хранить продукты, которые должны сохранить свой вкус и полезные качества.

У оборудования по выработке холода есть и более масштабная область применения, например, пищевая промышленность, мясоконсервное производство, птицефабрики, молочная промышленность и прочие области пищевой индустрии, где есть необходимость в хранении продуктов с соблюдением определенного температурного режима.

Также подобные агрегаты применяют в области фармацевтики, так как многие лекарственные препараты необходимо хранить при определенной температуре.

На современных предприятиях с недавних пор появилась методика «шоковой заморозки продуктов», где установки на основе спиральных механизмов находят применение в кратковременном замораживании.

Еще одна сфера использования – это фермерское и сельское хозяйство, где также необходимо хранение продукции при определенных температурах.

Помимо хранения продуктов, подобные установки применяют на цветочных складах и в местах розничной торговли букетами. Правильное охлаждение позволяет продлить срок хранения срезанных цветов.

Широкая область применения и принципы работы холодильных агрегатов на спиральном компрессоре обеспечивают высокий уровень спроса на подобную продукцию и в наши дни произведено более двадцати миллионов подобных машин.

oventilyatsii.ru

Конструкция и принцип действия спиральных компрессоров

Конструктивная схема спирального компрессора включает две спирали, ведущий вал с эксцентриком, корпус и другие узлы, обеспечивающие заданное движение и правильное взаимодействие деталей компрессора.

Рис. 1. Взаимное положение спиралей в момент начала сжатия газа во внешних парных полостях (на нижней проекции подвижная спираль заштрихована)

Каждая спираль (обе спирали одинаковы) одним своим торцом соединена с плитой (или платформой) или изготовлена с ней за единое целое. Свободными торцами спирали вставлены одна в другую (рис. 1) с разворотом 180° между собой. Одна из спиралей неподвижна. Она соединена с корпусом компрессора.

Вблизи ее оси имеется отверстие А для выхода сжатого газа и два отверстия для его входа. Другая спираль – подвижная, имеет хвостовик В, которым шарнирно соединяется с эксцентриком ведущего вала. Оси спиралей смещены на величину ε0, равную эксцентриситету вала, оставаясь параллельными между собой. Между спиралями две (или больше) всегда парные замкнутые полости, объем которых при относительном движении спиралей изменяется.

В положении, показанном на рис.1, две внешние парные полости заполненные газом, две внутренние – соединены с окном нагнетания А.

Подвижная спираль не может вращаться вокруг своей оси. Она должна совершать только орбитальное движение по окружности радиусом ε0, вокруг оси неподвижной спирали (может быть и иная траектория).

Принцип действия спирального компрессора иллюстрирует рис. 2, на котором показаны взаимные положения спиралей при перемещении подвижной спирали по круговой орбите через 90º.

Рис. 2. Последовательное положение спиралей через 90° перемещения подвижной спирали по орбите в процессах всасывания, сжатия и выталкивания газа

Цикл всасывания (раскрытие и закрытие внешних ячеек) совершается за один оборот вала компрессора с эксцентриком. Затем он повторяется.

Цикл сжатия и выталкивания газа длится дольше, примерно от 2 до 2,5 и более оборотов в зависимости от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания, расположенного рядом с «носиком» неподвижной спирали.

Рабочий цикл спирального компрессора совершается за один оборот (проход) подвижной спирали по своей орбите.

Следует обратить внимание на то, что одновременно с процессом сжатия и последующим вытеснением газа в одной паре полостей проходит образование новой пары полостей, их постепенное заполнение свежим газом в течение всего цикла, затем процесс повторяется.

Важны узлы компрессора, обеспечивающие орбитальное движение подвижной спирали и предотвращающие ее поворот вокруг собственной оси. Эти устройства имеют различное конструктивное оформление. В качестве противоповоротного устройства применяются: муфта Ольдгейма, поводковое, шестеренчатое и другие устройства.

Орбитальное движение подвижной спирали предъявляет специфические требования к конструкции упорного подшипника, который, помимо его прямого назначения, в ряде случаев может выполнять функции устройства, удерживающего спираль от вращения вокруг своей оси.

Классификация спиральных компрессоров проводится по конструктивным признакам и подразделяются на:
– вертикальные и горизонтальные по расположению вала. В горизонтально расположенных спиральных компрессорах, например, у транспортного кондиционера с параллельным расположением вала спирального компрессора и продольной оси транспортного средства, труднее обеспечить надежную работу системы смазывания компрессора;
– герметичные, бессальниковые и сальниковые. Применение того или иного типа зависит от назначения и условий эксплуатации, а также от рода сжимаемого рабочего вещества;
– одинарные и сдвоенные. Одинарные имеют по одной подвижной и неподвижной спирали, а у сдвоенных имеются две неподвижные спирали, между которыми установлены две подвижные, имеющие общий эксцентриковый вал;
– одно, двух-, и многоступенчатые с различным расположением ступеней по отношению к двигателю;
– с клапаном на нагнетании и без него;
– маслозаполненные, сухого сжатия и с впрыском охлаждающей, в том числе быстро испаряемой жидкости (например, холодильного агента).

По типу профиля и числу заходов спиралей различают:
– спираль Архимеда;
– эвольвентную спираль;
– одно, двух-, и многозаходные спирали;
– с кусочно-окружными элементами.

Основное требование к геометрии спиралей – обеспечение образования замкнутой полости во всем диапазоне изменения угла поворота ротора от начала до конца процесса сжатия.

По функциональному назначению спирали подразделяются на спиральные компрессоры общего назначения, холодильный, вакуумный насос, детандер (расширительная машина – спиральная турбина).

Область применения спиральных компрессоров по давлению нагнетания ориентировочно лежит в пределах 0,7…1,2 МПа, а по производительности 6…100 м³/ч. Наиболее широко они используются в системах кондиционирования воздуха на автомобильном и железнодорожном транспорте и в жилых помещениях, в торговом холодильном оборудовании, в тепловых насосах и водоохлаждающих холодильных машинах. Наиболее распространенная область применения спиральных компрессоров находится в диапазоне холодопроизводительностей от 1 до 20 кВт.

tehprom-k.ru

Спиральные компрессоры | Библиотека БИ-ТЕХ

Если говорят «поршневой компрессор» ─ ищи поршень и точно найдешь его. Если «винтовой компрессор» ─ значит, в нем есть винт и, скорее всего, не один. Ну, а когда речь заходит о спиральных компрессорах, очевидно, что важнейшей их деталью является спираль, а, точнее, две спирали.

Спиральный маслонезаполненный компрессор FINI в БИТЕХ

Что такое спираль, большинству понятно без дополнительных объяснений. Первыми на ум приходят раскаленные докрасна спирали нагревательных элементов тепловых электроприборов или имеющие форму спирали заводные пружинки детских игрушек и взрослых часов. Хотя в Природе есть примеры куда более масштабных спиралей. Млечный Путь ─ спиральная галактика с перемычкой, диаметром 100 тыс. световых лет, ближе к окраине которой расположена Солнечная система с планетой Земля. Млечный Путь ─ не единственная спиральная галактика. Такими же являются ее спутники ─ Большое и Малое Магеллановы Облака, а также Галактика Андромеды, Галактика Треугольника и другие.

Спиралью называют кривую, обходящую точку, и в зависимости от того, скручивается она или раскручивается, ─ приближающуюся к этой точке или удаляющуюся от нее.

Рабочие органы спиральных компрессоров, как правило, выполнены в виде архимедовых или эвольвентных спиралей. Возможны и другие варианты, например, кривые, образованные дугами окружностей.

Архимедову спираль можно уподобить следу, оставляемому точкой, равномерно движущейся по лучу, начинающемуся из центра О, который сам при этом равномерно вокруг него вращается. Эвольвента окружности в отличие от классической алгебраической спирали, каковой является архимедова спираль, относится к т. н. псевдоспиралям или спиралевидным кривым. Ее можно представить как след от точки, расположенной на конце прямой нити, сворачиваемой с цилиндрической катушки или закручиваемой вокруг нее; при этом нить всегда расположена по касательной к окружности ─ поперечному сечению цилиндра катушки.

Что-то даже на интуитивном уровне объединяет винтовые и спиральные компрессоры. И не случайно. «Родство» их проявляется даже в лексике. Ведь согласно Большому энциклопедическому словарю винтовая линия ─ это «пространственная спиральная кривая». А винт ─ не что иное, как «стержень со спиральной нарезкой».

Из истории спиральных компрессоров

Винтовой и спиральный компрессоры объединяет не только лексика, но и закономерности биографий. Изобретения, содержавшие принципы работы этих машин, появились намного раньше, чем их удалось реализовать не то чтобы в промышленных масштабах, но даже изготовить экспериментальные образцы. Оба были открыты, как принято говорить, «на кончике пера». И эти открытия на многие десятилетия опередили свое время, а точнее, существовавший тогда уровень металлообработки. Станки, способные изготавливать детали с точностью, требуемой для рабочих элементов спиральных компрессоров, появились совсем недавно.

Идеи, развивавшие устройство спирального компрессора, появились еще в XIX веке. А свое стройное оформление нашли в самом начале века двадцатого, в 1905 году. Во французском и американском патентах, полученных французским инженером и писателем, автором научно-фантастических романов «Путешествие Изабеллы к центру Земли» и «Секрет Доурады» Леоном Круа (Léon Creux). В этих патентах речь шла о роторном паровом двигателе, но одновременно с этим они содержали основные принципы устройства машины, которая сегодня носит название спиральный компрессор или компрессор спирального типа. Потребовалось почти целое столетие, прежде чем в 80-х годах XX века удалось организовать промышленное производство спиральных компрессоров. За это время «от нуля» до сверхзвуковых скоростей разогналась авиация, человечество полетело в космос и сумело раскрыть тайны получения атомной энергии. А наладить промышленное производство спиральных компрессоров никак не получалось. Одним из первых, кому это удалось, стала японская компания Hitachi Ltd, с 1983 г. начавшая устанавливать спиральные компрессоры в системах кондиционирования воздуха. У истоков нового сегмента компрессорной техники стояла также американская компания Copeland Corp. Спиральные компрессоры Copeland начали разрабатывать в 1979 году, а в 1987-м приступили к их серийному выпуску. Сначала на шести производственных линиях завода в Сиднее (шт. Огайо). Затем был построен завод в шт. Миссури, и организовано производство на европейских предприятиях компании в Бельгии и Северной Ирландии. Сегодня Copeland Corp изготавливает ежегодно примерно 5 млн спиральных компрессоров холодопроизводительностью от 5 до 170 кВт. Всего же в мире установлено свыше ста миллионов компрессоров Copeland Scroll (компрессор спиральный на английском звучит как scroll compressor). Одна из знаковых разработок компании ─ компрессор спиральный ZR ─ серия машин, применяемых в оборудовании для климат-контроля, а также в промышленных, в т. ч. прецизионных, системах охлаждения.

А ведь еще в середине 90-х во всем мире насчитывалось всего несколько миллионов спиральных компрессоров…

Косвенным подтверждением молодости спиральных компрессоров является тот факт, что в отечественном нормативном документе «ГОСТ 28567-90 Компрессоры. Термины и определения» о них не сказано ни слова. Хотя это вовсе не означает, что российские инженеры не работали в этом направлении. Исследования велись в Москве, Санкт-Петербурге, Казани.

В столице ─ во Всесоюзном научно-исследовательском проектно-конструкторском и технологическом институте холодильного машиностроения (ВНИИхолодмаш). Там был изготовлен образец спирального компрессора СК-16 для морской холодильной машины МХМ25.

В Санкт-Петербурге, начиная с 80-х, исследования проводились в Ленинградском институте холодильной промышленности. Затем его название менялось: Санкт-Петербургская Государственная Академия холода и пищевых технологий,  Государственный Университет низкотемпературных и пищевых технологий, а ныне ─ мегафакультет биотехнологий и низкотемпературных систем Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

В Казани спиральные компрессоры разрабатывали в «НИИ турбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа» ─ стратегическом партнере Казанского завода компрессорного машиностроения (ОАО «Казанькомпрессормаш»).

Спиральный компрессор ─ сложный в производстве, простой в эксплуатации

Спиральные компрессоры ─ машины объемного сжатия, как правило, имеющие среднюю и малую производительность (0,05-1,5 м3/мин), ─ продукт высокотехнологичный. Производство, а также разработка и проектирование спиральных компрессоров и сегодня остаются сложными задачами, а потому представлены преимущественно в странах с высоким технологическим уровнем машиностроения. (Что совсем не отменяет простоту их конструкции и удобство в эксплуатации и обслуживании). Спиральные компрессоры можно уподобить «лакмусовой бумажке», позволяющей судить об уровне развития научно-технического потенциала страны происхождения фирмы-производителя.

Основная сложность заключается в организации экономически конкурентоспособного производства качественных спиралей с точными размерами. Экономический аспект чрезвычайно важен. Компрессор спиральный, цена которого намного выше стоимости, скажем, винтового компрессора, не сумеет победить его в технологической конкурентной борьбе.

Необходимо уметь изготовить спиральный компрессор, купить который сможет широкий круг потребителей, а не единицы избранных.

В процессе проектирования спиральных компрессоров ─ разработки конфигураций и размеров, а также моделировании рабочих процессов ─ широко используют аналитические методы. В поисках наилучшего решения инженерам приходится сталкиваться с задачами, включающими множество неизвестных и переменных, принимать во внимание большое число взаимосвязанных между собой механических и термодинамических факторов. Например, зависимость объемов рабочих полостей, температуры и давления рабочей среды от геометрии спиралей. Очень важно найти оптимальные размеры зазоров, определяющих объемы рабочей среды, перетекающей между полостями. С одной стороны, обеспечивающие наилучшие энергетические параметры, а с другой, исключающие заклинивание спиралей в результате механических и тепловых деформаций.

Рабочая среда в спиральном компрессоре не только испытывает сжатие, но и находится в постоянном движении, перетекая из полостей сжатия во всасывающую полость. Наблюдается движение рабочей среды из областей сжатия с более высоким давлением в области сжатия с более низким давлением и т. д. Все эти перемещения не могут не оказывать влияния на потребляемую мощность, коэффициент полезного действия и производительность спирального компрессора. Вследствие газодинамических потерь процесс сжатия практически перестает быть адиабатическим.

Нельзя упускать из виду вопросы прочности, отчетливо понимая, какие величины сил и моментов способны выдержать рабочие элементы компрессора.     Серьезную технологическую задачу представляют сборка и наладка спирального компрессора.

Спиральный компрессор: устройство и принцип работы

Устройство спирального компрессора в БИТЕХ

Работа спирального компрессора возможна благодаря рабочему блоку, установленному внутри корпуса и состоящему из двух спиралей, ─ одной неподвижной и другой, совершающей циклические движения. Оси спиралей, будучи параллельными между собой, смещены на величину, равную эксцентриситету вала, обеспечивающего перемещения подвижной спирали. Его вращение происходит за счет контакта с валом электродвигателя ─ напрямую через муфту или через ременную передачу. Неподвижная спираль, имеющая в центральной части отверстие для выхода сжатого воздуха, жестко прикреплена к корпусу.

Благодаря наличию противоповоротного устройства (его функции может выполнять специальная муфта или шестеренчатый механизм) подвижная спираль не вращается, а совершает движения, больше похожие на колебания. Поскольку она словно перемещается по некоей орбите, эти движения иногда называют орбитальными. В результате такой траектории между спиралями образуются замкнутые полости серповидной формы. При перемещении к центру их объем уменьшается, а давление воздуха (воздушный спиральный компрессор) или газа возрастает. В каждый момент времени существует несколько полостей: всасывающая, промежуточная полость, из которой сжатая рабочая среда уходит в нагнетательное отверстие. Работа спирального компрессора представляет совокупность нескольких циклов: всасывания, сжатия, рабочего. Приуроченный к внешним частям спиралей процесс всасывания, и к внутренним ─ процесс сжатия, происходят одновременно. Наполненные газом серповидные области находятся на различных этапах сжатия, что предопределяет плавность работы спирального компрессора.

Две спирали ─ одна стационарная, другая подвижная ─ не аксиома. Возможны конструктивные решения с двумя подвижными спиралями. Используют спиральные компрессоры, принцип работы которых предполагает наличие четырех спиралей: двух неподвижных и двух подвижных, расположенных на одном эксцентриковом валу.

Эффективный способ управления производительностью спирального компрессора ─ изменяющий скорость вала частотный преобразователь. Возможно регулирование с помощью изменения взаимного положения спиралей, вплоть до холостого хода, когда замкнутые серповидные зоны сжатия не образуются.

Единый принцип работы объединяет все спиральные компрессоры; особенности конструкции служат поводом для их классификации. По расположению вала различают вертикальные и горизонтальные спиральные компрессоры. По числу ступеней ─ одно-, двух- и многоступенчатые. Герметичный спиральный компрессор (в отличие от открытого или полугерметичного) исключает попадание газа из окружающей среды в компрессор и утечки сжимаемого газа из него.

Особенности конструкции рабочего блока спиральных компрессоров позволяют отказаться от всасывающего и нагнетательного клапанов. И это не единственное их преимущество.

Преимущества и область применения спиральных компрессоров

Возможность обойтись без всасывающего и нагнетательного клапанов, как и целого ряда деталей и узлов, обязательных для других типов компрессоров, означает повышенную надежность. Минимизация числа движущихся деталей способствует упрощению сервиса и повышению сроков эксплуатации.

По сравнению с поршневым компрессором аналогичной производительности у спирального суммарное число деталей меньше в два раза. А масса и габаритные размеры ─ на 20-50%.

Еще одно достоинство спиральных компрессоров ─ более высокие энергетические показатели по сравнению с компрессорами других типов, в т. ч. объемный и эффективный коэффициент полезного действия. Спиральный компрессор даже в одной ступени способен достигнуть отношения давления нагнетания к давлению сжатия выше 10.

К числу достоинств спиральных компрессоров относятся невысокая нагрузка на электродвигатель, не исключая момент пуска, и низкие уровни шума и вибрации.

Благодаря многочисленным преимуществам спрос на спиральные компрессоры на мировом рынке постоянно растет, и их производство каждый год увеличивается на несколько процентов. Поскольку изготовление спиральных компрессоров является технологически сложным, изначально основная часть производственных мощностей была сосредоточена в США, Японии, Германии, Франции. Сегодня можно говорить о диверсификации производства. Выпуск спиральных компрессоров налажен в Южной Корее (с 2004 г. их изготавливает компания Kyungwon Machinery под брендом COAIRE) и Таиланде. Важным игроком на рынке ─ и не только в качестве потребителя, но и производителя ─ стал Китай.

Первой и до сих пор остающейся одной из важнейших областей применения спиральных компрессоров является кондиционирование воздуха: коммерческое, промышленное, в жилых помещениях. Спиральные компрессоры используют в чиллерах, крышных кондиционерах, моноблоках.

Еще одна знаковая для этого вида компрессоров сфера использования ─ охлаждение ─ холодильная и криогенная техника. Спиральные холодильные компрессоры, обеспечивающие движения хладагента, устанавливают в холодильниках, морозильниках, охлаждаемых прилавках и витринах для замороженных продуктов.

Спиральные компрессоры нашли широкое применение в тепловых насосах. Учитывая их компактность, а для безмасляных моделей не принципиальность расположения в пространстве, они ─ привлекательное решение для установки в системах кондиционирования транспортных средств. Спиральные компрессоры небольшой мощности применяют в исследовательских лабораториях.

Их можно встретить в таких традиционных отраслях, в т. ч. тяжелой промышленности, как сталелитейное производство или автомобилестроение. Например, в пневматических системах, обслуживающих производственные линии металлургических заводов.

Еще в конце 80-х фирма Volkswagen использовала спиральный компрессор для наддува двигателей внутреннего сгорания.

При разговоре о спиральных компрессорах было бы неправильным обойти тему безмасляных компрессоров.

Безмасляные спиральные компрессоры

Значение масла для компрессорной техники хорошо известно. Во-первых, его впрыск в рабочие полости компрессора позволяет улучшить его энергетические показатели за счет уплотнения зазоров и уменьшения работы сжатия. Во-вторых, так удается снизить износ деталей в результате трения, а, значит, увеличить ресурс компрессора. В третьих, масло помогает регулировать температурный режим. Но сколь бы качественной не была очистка сжатого воздуха, полностью избавиться от масляных паров невозможно.

Не редкость ситуации, когда качество воздуха является критически важным, и над ответом на вопросы, какой ─ масляный или безмасляный ─ компрессор предпочесть, или какой компрессор лучше: масляный или безмасляный ─ думать не приходится. Правильный ответ один ─ компрессор воздушный безмасляный.

Известны безмасляный винтовой компрессор и безмасляный поршневой компрессор. Широкое распространение получил безмасляный спиральный компрессор.

Полностью исключить попадание даже следов масла в сжатый воздух принципиально необходимо при производстве лекарств, в медицине (компрессор стоматологический безмасляный обеспечивает подачу воздуха в стоматологический инструмент), пищевой промышленности, при переработке технологических газов, покрасочных работах, в научно-исследовательских лабораториях, когда выражение «чистота эксперимента» понимается буквально.

В большинстве случаев решая, какой компрессор ─ масляный или безмасляный ─ лучше, исходят из анализа суммы факторов, сугубо индивидуальной в каждой конкретной ситуации. Так, для промышленных компрессоров очень важен такой фактор как ресурс, который у маслозаполненных компрессоров выше. Но для периодического использования в бытовых целях электрический безмасляный компрессор купить может оказаться целесообразнее.

Безмасляные спиральные компрессоры предъявляют более жесткие требования к профильной и торцевой герметичности, чем компрессоры с впрыском жидкости, т. н. жидкостнозаполненные. Первую можно увеличить за счет высокой точности изготовления; вторую ─ использованием уплотнительных элементов. Учитывая, что рабочий процесс в безмасляном спиральном компрессоре сопровождается интенсивным теплообменом между рабочей средой и стенками спиральных элементов, необходимо организовать эффективный отвод тепла.

В какой-то степени все связанные с вышесказанным издержки позволяет уменьшить снижение затрат на эксплуатацию, обусловленное отказом от фильтров, а также сокращением расходов на техническое обслуживание и обработку масляного конденсата.

Производить спиральные компрессоры в промышленных масштабах научились сравнительно недавно. И до сих пор высокие требования к точности изготовления деталей и качеству сборки сдерживают рост их производительности и повышение давления. Но время играет на их стороне. Технологии производства постоянно совершенствуются, в ход идут новые конструкционные материалы. А это значит, что перспективы у спиральных компрессоров самые благоприятные.

 

bi-teh.ru

Спиральный компрессор принцип работы - КБМ Групп

Спиральные безмасляные компрессоры относятсяПринцип работы спирального компрессора к компрессорам объемного принципа действия. Образующей основой компрессора составляют две одинаковые пластины, в форме спирали, одна спираль вставлена в другую, с разворотом 180° относительно друг друга.

Неподвижная спираль соединена с корпусом спирального блока, вторая спираль – подвижная (вставлена в неподвижную), крепится с эксцентриком вала компрессора. Подвижная спираль совершает орбитальное движение, каждая точка описывает окружность. Оси спиралей параллельны, при этом смещены относительно друг друга на величину, равную эксцентриситету вала. Спирали не соприкасаются друг с другом, между ними существует зазор. Торцы спиралей соприкасаются с корпусом спирального блока, используется специальный антифрикционный материал.

Рабочий цикл безмасляного спирального компрессора осуществляется за один оборот подвижной спирали. Во время движения, между двумя спиралями образуются полости (камеры сжатия), которые смещаются к центру спиралей, при этом уменьшается их объем. Достигнув центра спирали, воздух, сжатый до требуемого давления, выталкивается через выходное отверстие, которое расположено в центре основания неподвижной спирали. Сжатие воздуха происходит в нескольких полостях одновременно, что способствует плавному процессу сжатия. Всасывание и нагнетание происходят непрерывно.

Во время работы износу подвергаются антифрикционные уплотнения, между спиралью и корпусом блока, при сильном износе, увеличиваются зазоры, из-за чего производительность спирального компрессора снижается. Своевременная замена уплотнений позволит избежать снижения производительности. На всасе устанавливаются воздушные фильтры, для фильтрации твердых частиц из всасываемого воздуха, что снижает износ уплотнений.

Выше рассмотрен принцип работы спирального компрессора, в зависимости от поставленных задач данное оборудование позволяет полностью закрыть потребности в безмасляном сжатом воздухе.

Основные преимущества спирального компрессора:
- отсутствие масла в сжатом воздухе
- высокая надежность
- малый уровень шума
- низкие затраты на техническое обслуживание
- малые габаритные размеры

 

 

 

www.kbm-spb.com

Спиральный компрессор устройство и принцип работы

Конструкция

Спиральным называют объемный компрессор, рабочей камеры которого образованы поверхностями спиралей корпуса.

Устройство

В корпусе компрессора установлены две эвольвенты или архимедовы спирали.

Две эвольвенты или архимедовы спирали

Одна из спиралей подвижная. Она установлена с эксцентриситетом относительно неподвижной, и соединена с приводным валом.

Спирали должны быть изготовлены и установлены с высокой точностью, так как зазор между ними должен быть минимальным, чтобы обеспечить высокую эффективность.

Отсутствие точек контакта межу спиралями позволяет значительно снизить износ, и повысить долговечность и надёжность компрессора.

Принцип работы 

В корпусе с эксцентриситетом установлена одна неподвижная и одна подвижная спирали.

При вращении вала, подвижная спираль совершает сложное движение. Между поверхностями подвижной и неподвижной спиралей образуются замкнутые камеры, в которых заперта рабочая среда: воздух или другой газ.

При дальнейшем движении спирали, объём камеры уменьшается, газ сжимается. Из центральной части компрессора газ вытесняется в напорную магистраль.

Существуют компрессоры с двумя подвижными спиралями, которые вращаются относительно разных осей.

 

В спиральных компрессорах, в отличие от поршневых, отсутствует мёртвый объём, что увеличивает их коэффициент полезного действия.

Спиральные компрессоры компактны. Пульсации в них невелики. Они не требуют пружинной подвески вследствие плавной работы.

pronpz.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о