что такое спиральный компрессор

Спиральный компрессор

Спиральные компрессоры используются в системах кондиционирования, охлаждения, нагрева, в автомобилях, в криогенных и холодильных системах, в качестве вакуумных насосов.

Устройство и принцип работы спирального компрессора

Существует несколько типовых конструкции спиральных компрессоров.

Конструкция компрессора с одной подвижной спиралью

Спиральный компрессор показан на рисунке.

В герметичном корпусе размещен электродвигатель, который приводит во вращение вал. В верхней части корпуса установлена неподвижная спираль. На валу установлена подвижная спираль, которая может перемещаться по направляющим совершая сложное движение относительно неподвижной спирали.

В результате перемещения между спиралями образуются камеры (карманы), объем которых при дальнейшем движении уменьшается, и как следствие газ находящийся в этих карманах сжимается.

Принцип работы такого компрессора показан в ролике:

Также встречаются компрессоры с двумя подвижными спиралями, совершающими вращательное движение относительно разных осей. В результате вращения спиральных элементов также образуются камеры, объем которых при вращении уменьшается.

В большей степени от представленных выше вариантов отличается компрессор, в котором жесткий элемент выполненный в форме архимедовой спирали воздействует на гибкую упругую трубку. По принципу работы такой компрессор схож с перистальтическим насосом. Такие спиральные компрессоры обычно заполнены жидкой смазкой для снижения износа гибкой трубки и отвода тепла. Такие компрессоры часто называют шланговыми.

Динамические клапаны

В спиральных компрессорах клапан на всасывании не нужен, т.к. подвижная спираль сама отсекает рабочую камеру от канала всасывания. В линии нагнетания спирального компрессора может устанавливаться динамический клапан, который не допускает обратного потока и, как следствие, вращения спирали под действием сжатого газа при выключенном двигателе. При этом следует учитывать, что динамический клапан создает дополнительное сопротивление в линии нагнетания.

Динамические клапаны устанавливают в линии нагнетания средне- и низкотемпературных компрессоров Copeland, предназначенных для холодильной техники.

Достоинства спиральных компрессоров

Спиральный компрессор работает более плавно, и надежно, чем большинство других объемных машин. В отличие поршней, подвижная спираль может быть идеально уравновешена, что сводит к минимуму вибрацию.

Отсутствие мертвого объема в спиральных компрессорах обуславливает повышенную объемную эффективность.

Спиральные компрессоры обычно обладают меньшей пульсацией чем поршневые компрессоры с одним поршнем, но большей чем много поршневые машины.

Спиральные компрессоры имеют меньше движущихся частей, по сравнению с поршневыми, что, теоретически, обеспечивает их большую надежность.

Спиральные компрессоры, как правило, очень компактны и не требуют пружиной подвески, вследствие плавной работы.

Недостатки спиральных компрессоров

Спиральные компрессоры чувствительны к загрязнению перекачиваемого газа, т.к. мелкие частицы могут оседать на поверхности спирали, что не позволит обеспечить достаточную герметичность рабочей камеры.

Вал спирального компрессора должен вращаться только в одном направлении.

Регулируемые спиральные компрессоры

Долгое время спиральные компрессоры выпускались без возможности регулировки производительности. При необходимости уменьшить подачу использовалось частотное регулирование приводного электродвигателя, либо перепуск части газа из линии нагнетания в линию всасывания.

В настоящее время регулируемые спиральные компрессоры производятся компанией Emerson. В этих компрессорах может изменяться расстояние между осями вращения спиралей, при необходимости это расстояние можно выбрать таким, что между спиральным элементами не будут образоваться камеры, а значит подача компрессора будет рана 0. Чередуя два различных рабочих состояния (холостой и рабочий ход) с помощью электронного управления, можно добиться требуемой производительности.

Источник

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.

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.

Источник

Данный материал посвящён воздушным спиральным компрессором.

Краткое содержание статьи и какие вопросы мы сегодня рассмотрим:

Речи о масштабном производстве тогда не стояло, так как, несмотря на несложную с первого взгляда конструкцию спирального компрессора, для их массового изготовления требуется высокий уровень технологической подготовки производства. Поэтому между появлением идеи и ее реализацией прошло около века, так как лишь в начале 2000-х годов появилось оборудование, которое позволило с необходимой точностью обрабатывать детали для создания рабочих элементов в промышленных масштабах.

Сегодня же, ситуация выглядит совсем иначе, и эти аппараты производятся по несколько миллионов штук в год. Чаще всего речь идет о холодильных спиральных компрессорах, которые используются в кондиционерах, холодильниках и так далее. Но дальше говорить будем только о воздушных компрессорах. И хотя сжатие и хладагента и воздуха осуществляется по одному принципу, конструкции воздушного и холодильного компрессоров значительно отличаются. Поэтому давайте посмотрим из каких же узлов и элементов у нас состоит воздушный спиральный компрессор и как он вообще работает.

В качестве примера мы выбрали установку, которая нам отлично подходит с точки зрения наглядности. Итак, что мы тут видим: электродвигатель, крутящий момент от которого, с помощью ременного привода, мы передаем на спиральный блок, где и происходит сжатие воздуха. Здесь расположены воздушные фильтры, которые устанавливаются на режим всасывания, концевой охладитель, панель управления, обратный клапан и, в нашем случае, есть ресивер, хотя некоторые спиральные компрессоры поставляются без него.

Основным элементом, конечно же, является спиральный блок не только потому что здесь происходит сжатие воздуха, но и потому что он составляет около 60 процентов стоимости всего компрессора. Состоит он из двух спиралей: подвижной и неподвижной, уплотнения, корпуса, коленчатого вала, пальцев кривошипа, вентилятора охлаждения, приводного шкива и защитного кожуха. В собранном виде мы уже можем рассмотреть те самые полости, в которых воздух сжимается, когда подвижная спираль осуществляет орбитальное движение.

Если вы просматривали характеристики спиральных компрессоров, то наверное заметили, что максимальное давление обычно ограничивается 10 барами. Именно этим и объясняются ограничение в давлении, так как без использования охлаждающей жидкости производить сжатый воздух до более высоких давлений в одной ступени нецелесообразно. Кроме этого, при давлении свыше 10 бар у нас значительно увеличится нагрузка мы подшипники, которые и так работают в тяжелых условиях, особенно подшипник на эксцентрике.

Переходим к преимуществам и недостаткам. Преимущества производства безмасляного сжатого воздуха:

Если в ближайшее время появится новое оборудование, которое бы могло хотя бы частично снизить затраты при изготовлении спиральных компрессоров, тем самым уменьшив окончательную стоимость, нам кажется, что альтернатив для производства безмасляного сжатого воздуха при давлении до 10 бар и производительность до трех кубов в минуту у спиральных компрессоров просто не будет.

Источник

Воздушные спиральные компрессоры для идеального безмасляного воздуха

Спиральные компрессоры – это достойная альтернатива другим типам воздушных нагнетателей, особенно поршневым. В последние годы все больше компаний предпочитают спиральный тип компрессора для обеспечения потребителя чистым воздухом без малейших примесей масла.

Спиральный компрессор – удовольствие не из дешевых, особенно оснащенный ресивером. Но для производств, где по стандартам ISO8573-1 (2010) степень загрязненности воздуха должна соответствовать классу «0», он является наилучшим выбором.

К тому же, учитывая низкую стоимость сервисного обслуживания и высокий КПД агрегата, его стоимость быстро отбивается. Добавьте к этому абсолютно чистый воздух и бесшумную работу – и станет понятно, почему воздушные спиральные компрессоры так стремительно завоевывают рынок.

Устройство и принцип работы

Принцип работы нагнетателя спирального типа основывается на вращении одной спирали относительно другой:

Цикл повторяется непрерывно, исключая резкие перепады воздушного давления, так называемые пульсации. Единичный цикл состоит из 3-х этапов.

Количество оборотов приводного вала достигает нескольких десятков тысяч за 1 мин. Но в отличие от поршневых компрессоров, здесь нет пульсаций, которые приводят к раннему износу комплектующих.

Дорогие модели воздушных нагнетателей предусматривают регулировку показателей осевого смещения спиралей для того, чтобы настраивать предельное выходное давление. Для проветривания обеспечивается нулевой цикл без нагнетания.

Самые распространенные – электрические компрессоры, но в продаже встречаются нагнетатели с дизельным или бензиновым силовыми установками. Дольше прослужит спиральный компрессор с шестеренчатой передачей. Он показывает нулевой уровень проскальзывания при максимальных нагрузках, отличается КПД, близким к 100% и просто в обслуживании.

Наличие динамического клапана предотвратит движение воздуха в обратную сторону, если на потребителе фиксируется высокое давление. Если компрессор оснащен воздушным фильтром, то его производительность несколько снизится, но повысится ресурс антифрикционных уплотнителей, а значит, и самого агрегата. Эти элементы не являются обязательными, они поднимают общую стоимость системы. Но предсказуемость работы компрессора и срок его службы резко повышаются.

Области применения

Спиральные компрессоры широко применяются в системах кондиционирования воздуха, как бытового, так и производственного, а также в ряде других сфер:

В системах воздушного кондиционирования, в том числе, сплит-системах, спиральные нагнетатели применяются из-за низкого уровня шумности, который позволяет устанавливать кондиционеры в спальнях. Их рабочие качества не меняются с годами, в отличие от поршневых компрессоров, а благодаря компактному размеру (и массе) их влияние на внешнее оформление контура сплит-системы минимально. Теперь рассмотрим более подробно другие области применения спиральных воздушных компрессоров.

Медицина

Спиральный компрессор, предназначенный для использования в медучреждениях, должен пройти проверку на соответствие стандартам качества:

Только сертифицированные агрегаты допускаются для использования в медицине:

Спиральный компрессор для медицинских целей готовит воздушную смесь с очень точной концентрацией газов. Данные отображаются на дисплее, а концентрацию веществ регулируют посредством панели управления (кнопочной или сенсорной). Некоторые модели оснащаются осушителем воздуха. Также прибор может иметь систему оповещения.

За постоянную подачу газовой смеси отвечают дублирующие системы контроля. Даже при остановке одного нагнетателя работа не прекратится. Современная электроника гарантирует непрерывную эксплуатацию, чуть снизив производительность.

В состав станции сжатого воздуха, кроме компрессора, входят:

Для защиты элементов нагнетателя от коррозии на детали медицинских компрессоров наносится полимерное покрытие.

Пищевое производство

Определяющим фактором при выборе воздушного нагнетателя в производстве продуктов питания является то, как его цена (учитывая амортизацию) отразится на конкурентоспособности товаров. Безопасность и производительность также важны, ведь возможные судебные риски от потребителей некачественной продукции могут привести к закрытию производства при самом плохом сценарии.

Их применяют в различных отраслях пищевой промышленности:

Также сжатый воздух используют для привода механизмов на производстве.

Полиграфия

Современная полиграфическая продукция характеризуется высоким качеством изображения, а также страниц, покрытых глянцевым слоем. Требовательный читатель выберет то издание, которое приятно держать в руках и рассматривать, поэтому так важно применять для типографского производства качественно очищенный воздух.

Спиральный нагнетатель обеспечивает подачу очищенного воздуха под постоянным давлением, не допуская перепадов. Основные места, где применяют компрессор в полиграфии, это:

Чем чище воздух, используемый для высушивания напечатанных страниц, тем меньше искажений на них будет. Спиральные компрессоры гарантируют стабильность работы осушительного оборудования типографии.

Химическая промышленность

Для создания газовых смесей и их перемещения на предприятиях химической промышленности применяют компрессоры. Наиболее частой сферой их использования является отрасль органического синтеза, где производятся:

Стандартное использование сжатого воздуха – это передача силового импульса на работающие механизмы (краны, подъемники) и конвейерные линии. Узкоспециальное назначение спирального компрессора – это:

В промышленных системах очистки воздуха спиральные компрессоры, занимающие мало места, выигрывают в сравнении с поршневыми благодаря высокой производительности и стабильной работе, без рывков и торможений. Для повышения производительности оборудования химической промышленности важно своевременно отводить воздух от фреонового контура, а также перед заправкой снижать давление.

Преимущества и недостатки

К несомненным достоинствам спиральных компрессоров относятся:

Конечно, полное отсутствие масла в воздухе – это также преимущество спирального нагнетателя. Но у каждой медали две стороны, поэтому не стоит забывать о недостатках:

Для каждого производства и оборудования нужно подбирать компрессор с соответствующими техническими характеристиками. Не существует идеального устройства, которое подходило бы ко всему. Перед покупкой дорогостоящего агрегата обязательно нужно провести консультации с опытным специалистом.

Источник

Спиральные компрессоры. Маслозаполненные и безмасляные компрессоры спирального типа

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.

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 м 3 /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

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.

Источник