Все о спиральном компрессоре

Промышленные спиральные компрессорыПервый патент на спиральный компрессор был оформлен 1905 году - Леоном Крё во Франции и США. Он изобрел компрессор как концепцию роторного парового двигателя, но технология литья металла того периода была недостаточно развита для создания работающего прототипа, поскольку спиральный компрессор требует очень жестких допусков для эффективного функционирования. В патенте 1905 года Creux определяет реверсивный паровой расширитель, работающий на одном орбитальном или вращающемся элементе, приводимый в действие кривошипом фиксированного радиуса на одном валу.  Однако двигатель расширителя прокрутки не смог преодолеть препятствия механической обработки, связанные с радиальной совместимостью, для достижения эффективности в операции прокрутки, которая не будет должным образом решена до работ Нильса Янга в 1975 году. Первые практичные спиральные компрессоры не появлялись на рынке до окончания Второй мировой войны, когда высокоточные станки позволили их конструировать. В 1981 году Sanden начал производство первых коммерчески доступных спиральных компрессоров для автомобильных кондиционеров. Они не были коммерчески произведены для кондиционирования воздуха до 1983 года, когда Hitachi запустила первый в мире кондиционер со спиральным компрессором.

Спиральный компрессор использует две перемежающиеся спирали для перекачивания, сжатия или повышения давления жидкостей, таких как жидкости и газы. Геометрия лопасти может быть эвольвентной, архимедовой спиралью или гибридными кривыми.

Часто одна из спиралей неподвижна, а другая вращается эксцентрично, не вращаясь, тем самым захватывая и перекачивая или сжимая карманы жидкости между спиралями. Другим способом создания сжимающего движения является одновременное вращение спиралей в синхронном движении, но со смещенными центрами вращения. Относительное движение такое же, как если бы он вращался.

Утечки из осевых зазоров предотвращаются благодаря использованию спиральных уплотнений наконечников, помещенных в пазы на концах обеих спиралей. Эти уплотнения наконечника также помогают снизить трение и могут быть заменены при износе.

Другой вариант - это гибкие (плоские) трубки, где архимедова спираль действует как перистальтический насос, который работает по тому же принципу, что и трубка зубной пасты. Они имеют корпуса, заполненные смазкой для предотвращения истирания наружной части трубки насоса и для содействия рассеиванию тепла, и используют усиленные трубки, часто называемые «шлангами». Этот класс насосов часто называют «шланговым насосом». Поскольку нет движущихся частей, контактирующих с жидкостью, перистальтические насосы являются недорогими в производстве. Отсутствие клапанов, уплотнений и сальников делает их сравнительно недорогими в обслуживании, а шланг или трубка - это недорогой элемент обслуживания по сравнению с насосами других типов.

Инженерное сравнение с другими насосами

Спиральный компрессор

Эти устройства, как известно, работают в некоторых приложениях более плавно, бесшумно и надежно, чем обычные компрессоры.  В отличие от поршней, масса орбитальной спирали может быть идеально уравновешена с помощью простых масс, чтобы минимизировать вибрацию. Газовые процессы в спирали более непрерывны. Кроме того, отсутствие мертвого пространства дает увеличенную объемную эффективность.

Вращения и импульсный поток

Процесс сжатия происходит примерно за 2-2,5 оборота коленчатого вала по сравнению с одним оборотом для роторных компрессоров и половинным оборотом для поршневых компрессоров. Спиральные процессы нагнетания и всасывания происходят при полном вращении по сравнению с менее чем половиной оборота для процесса возвратно-поступательного всасывания и менее чем четверть оборота для процесса возвратно-поступательного разряда. Поршневой компрессор имеет несколько цилиндров (обычно от двух до шести), в то время как спиральные компрессоры имеют только один компрессионный элемент. Наличие нескольких цилиндров в поршневых компрессорах уменьшает пульсации всасывания и нагнетания. Поэтому трудно установить, имеют ли спиральные компрессоры более низкие уровни пульсаций, чем поршневые компрессоры, как часто утверждают некоторые поставщики спиральных компрессоров. Более устойчивый поток дает меньшие газовые пульсации, низкий уровень шума и вибрации присоединенных трубопроводов, но не влияет на эффективность работы компрессора.

Клапаны

Спиральные компрессоры никогда не имеют всасывающего клапана, но в зависимости от применения может иметь или не иметь нагнетательный клапан. Использование динамического выпускного клапана более заметно в приложениях с высоким отношением давления, типичных для холодильного оборудования. Как правило, у кондиционера свитка нет динамического выпускного клапана. Использование динамического нагнетательного клапана повышает эффективность спирального компрессора в широком диапазоне рабочих условий, когда коэффициент рабочего давления значительно выше коэффициента встроенного давления компрессоров. Если компрессор спроектирован для работы вблизи одной рабочей точки, то спиральный компрессор может фактически повысить эффективность в этой точке, если отсутствует динамический нагнетательный клапан (поскольку имеется дополнительный нагнетательный поток

КПД

Изоэнтропическая эффективность спиральных компрессоров несколько выше, чем у типичного поршневого компрессора, когда компрессор рассчитан на работу вблизи одной выбранной номинальной точки. Спиральные компрессоры более эффективны в этом случае, потому что у них нет динамического нагнетательного клапана, который вносит дополнительные потери дросселирования. Однако эффективность спирального компрессора, который не имеет выпускного клапана, начинает снижаться по сравнению с поршневым компрессором при работе с более высоким отношением давления. Это является результатом потерь при недостаточном сжатии, которые возникают при работе с высоким отношением давления компрессоров с принудительным смещением, которые не имеют динамического нагнетательного клапана.

Процесс сжатия спирали почти на 100% эффективен по объему при перекачке захваченной жидкости. Процесс всасывания создает свой собственный объем, отдельный от процессов сжатия и нагнетания дальше внутри. Для сравнения, поршневые компрессоры оставляют небольшое количество сжатого газа в цилиндре, потому что поршню не практично касаться головки или тарелки клапана. Этот остаточный газ из последнего цикла затем занимает пространство, предназначенное для всасывания газа. Снижение производительности (то есть объемная эффективность) зависит от давления всасывания и нагнетания, причем большее снижение происходит при более высоком соотношении давления нагнетания и давления всасывания.

Надежность

Спиральные компрессоры имеют меньше движущихся частей, чем поршневые компрессоры, что, теоретически, должно повысить надежность. У спиральных компрессоров подвижных частей на 70 процентов меньше, чем у обычных поршневых компрессоров.

Размер

Спиральные компрессоры имеют тенденцию быть очень компактными и плавными, поэтому не требуют пружинной подвески. Это позволяет им иметь очень маленькие корпуса оболочки, что снижает общую стоимость, но также приводит к уменьшению свободного объема.  Это слабость с точки зрения обращения с жидкостью. Их соответствующая сила заключается в отсутствии всасывающих клапанов, которые перемещают наиболее вероятную точку отказа в систему привода, которая может быть несколько более прочной. Таким образом, механизм прокрутки сам по себе более терпим к попаданию жидкости, но в то же время более склонен испытывать его в работе. Небольшой размер и бесшумная работа спирального компрессора позволяют встроить устройство в компьютеры с высокой удельной мощностью, такие как мэйнфреймы IBM. Спиральные компрессоры также упрощают конструкцию трубопровода, поскольку они не требуют внешнего соединения для первичной охлаждающей жидкости.

Спиральный расширитель - это устройство для производства работ, используемое в основном в системах рекуперации тепла низкого давления. По сути, это спиральный компрессор, работающий в обратном направлении; рабочая жидкость или газ с высокой энтальпией поступает на сторону нагнетания компрессора и вращает эксцентриковую спираль перед выпуском из входа компрессора. Основная модификация, необходимая для преобразования спирального компрессора в спиральный расширитель, заключается в удалении обратного клапана из нагнетания компрессора.

"