Спіральний холодильний компресор. Принцип роботи та пристрій


Мал. 2. 26. Спіральний компресор Performer (Danfoss). 1 – рухлива спіраль; 2 – нерухома спіраль; 3 – клемна коробка; 4 – захист електродвигуна; 5 – оглядове скло; 6 – всмоктування; 7 – масляний насос; 8 – електродвигун; 9 – нагнітання; 10 – захист від зворотного обертання; 11 – зворотний клапан.

Електродвигун знаходиться в нижній частині компресора, вал за допомогою ексцентрика забезпечує еліпсоподібне рух рухомий спіралі, вставленої в нерухому спіраль, встановлену у верхній частині компресора. Газ, що всмоктується, надходить у компресор через патрубок всмоктування, обтікає кожух електродвигуна і входить в нього через отвори в нижній частині кожуха (рис.2.26). Олія, що знаходиться в парах холодоагенту, в результаті повороту маслохладонової суміші під дією відцентрових сил відокремлюється з нього і стікає на дно картера компресора. Пара проходить через електродвигун, забезпечуючи повне охолодження компресора у всіх режимах роботи. Пройшовши через електродвигун, пара потрапляє до спіральних елементів компресора, які розташовані у верхній частині компресора над електродвигуном. Робочий цикл відбувається за три обороти валу: перший оборот - всмоктування, другий оборот – стиск, третій оборот – нагнітання. Відразу над вихідним каналом нерухомої спіралі знаходиться зворотний клапан. Він оберігає компресор від зворотного перебігу газу після його вимкнення. Пройшовши зворотний клапан, газ іде з компресора через патрубок нагнітання.

Ефективність спіральних компресорів багато в чому визначається величиною внутрішніх радіальних та осьових витоків газу в процесі стиснення. Радіальні витоку відбуваються між бічними поверхнями спіралей, що стикаються, осьові - між верхнім торцем однієї спіралі і опорною плитою іншої (рис. 2. 24). Витоку ведуть до збільшення споживаної потужності компресора, зниження його холодопродуктивності та ефективності роботи.

Основна відмінність цього компресора з інших спіральних полягає у принципі ущільнення спіральних елементів. Поширений спосіб забезпечення радіального ущільнення полягає у створенні щільного контакту від натискання рухомої спіралі на нерухому під дією відцентрової сили. Однак щойно виготовлені компресори створюють ефективне однорідне ущільнення тільки після періоду притирання, в процесі якого між поверхнями утворюється необхідний контакт. Дотик бічних поверхонь спіралей є обов'язковою умовоюдля таких компресорів.

Компанія Danfoss у компресорах марки Performer використовує так званий «принцип контрольованого обертання» (controlled orbiting), що має на увазі рух спіралей фіксованою траєкторією без дотику рухомої та нерухомої спіралей за будь-яких умов експлуатації компресора.

Компресори Performer із контрольованим обертанням для отримання гарантованого ущільнення повинні мати спіралі надточного профілю. Бічні поверхні таких спіралей ніколи не стикаються один з одним, а тонка плівка олії, що ущільнює зазор, забезпечує мастило спіралей без тертя та зносу їхньої поверхні.

При створенні осьового ущільнення деякі виробники компресорів для ущільнення притискають рухому спіраль до нерухомої, використовуючи тиск газу, що стискається.

У компресорах Performer динамічний контакт між верхнім торцем рухомої спіралі та опорною плитою нерухомої спіралі підтримується за допомогою плаваючого ущільнення (рис.2.27).

Мал. 2.27. Плаваюче ущільнення спірального компресора Performer з контрольованим обертанням:

1 - опорна плита; 2 - зазор між торцем та опорною плитою; 3 - плаваюче ущільнення; 4 - спіраль; 5 - масляна плівка, що запобігає витоку газу ущільнення; 6 - газ високого тиску

Цей ущільнюючий елемент знаходиться у канавці, прорізаній у верхньому торці рухомої спіралі (рис. 2.27). Газ під тиском тисне на ущільнення, що плаває, знизу і змушує його притискатися до опорної плити спіралі, створюючи динамічний контакт при роботі компресора. Притискаючі сили дуже малі, що у поєднанні з невеликою площею контакту знижує тертя та збільшує ефективність роботи компресора.

Характерною особливістюцих компресорів є їх запуск вхолосту, навіть за незбалансованого тиску в системі. Це відбувається за рахунок установки зворотного клапана на лінії нагнітання, що закривається під час його зупинки. У цих умовах картер повертається тільки газ, стиснутий в компресорі до місця установки клапана, проходячи при цьому через спіралі. Тим самим здійснюється вирівнювання внутрішнього тиску. При зупинці компресора дві спіралі розмикаються як у вертикалі, і по горизонталі. При новому запуску компресор не відчуває навантаження, оскільки зростання тиску відбувається поступово. У спіральному компресорі передбачений запобіжний клапан, що відкривається при перевищенні тиску понад 28 бар і холодоагент, що перепускає, з нагнітальної порожнини у всмоктувальну.

Олія в спіральних компресорах служить тільки для змащення підшипників і плаваючого кільця ущільнювача. Змащення спіралей не потрібно через малу швидкість обертання і сили тертя в кожній точці контакту. Вмісту олії в маслохладоновой суміші цілком достатньо, щоб забезпечити необхідне мастило, через що масло не піддається впливу високих температур, які можуть призвести з часом до погіршення характеристик олії. Інший позитивною рисоює висока здатність протидії винесення олії при пуску.

Запитання для самоконтролю за розділом 2.

У чому відмінність прямоточних та непрямоткових компресорів? 2. Яка конструктивна відмінність компресора простої дії від компресора подвійної дії? 3. Який пристрій захисту від гідравлічного удару є в компресорі? 4. Чим відрізняється поршневе кільце ущільнювача від маслознімного? 5. Як змащується сальник компресора? 6. Яким є призначення запобіжного клапана в компресорі? 7. Як масло, що забирається парами холодоагенту, повертається в картер компресора? 8. Чому компресор, що працює на аміаку, має більшу холодопродуктивність, ніж при роботі на R22? 9. Як можна змінити холодопродуктивність холодильного компресора? 10. Як відбувається стиск у гвинтовому компресорі? 11. Чому у гвинтовому компресорі виникають енергетичні втрати, коли тиск наприкінці стиснення не збігається з тиском нагнітання? 12. Чому при переміщенні золотника холодопродуктивність гвинтового компресора змінюється? 13. Які переваги та недоліки має гвинтовий компресор порівняно з поршневим? 14. У чому переваги спіральних компресорів? 15. Ущільнення спіральних компресорів. 16. Принцип роботи спіральних компресорів. 17. Що таке «защемлений» обсяг у гвинтових компресорах?

Література за розділом 2.

1.Бараненко А.В., Бухарін Н.М., Пекарєв В.І., Тимофіївський Л.С. Холодильні машини - СПб: Політехніка, 2006.-944 с.

2. Швидкий вибіравтоматичних регуляторів, компресорів та компресорно-конденсаторних агрегатів. Каталог. Danfoss. 2009.-234с

3. Ладін Н.В., Абдульманов Х.А., Лалаєв Г.Г. Суднові рефрижераторні установки. Підручник Москва, Транспорт, 1993.-246 с.

4. Швецов Г. М., Ладін Н. В. Суднові холодильні установки: Підручник для
вишів. - М: Транспорт, 1986. - 232 с.

Основними перевагами спіральних компресорів є:

1.Висока енергетична ефективність; їхній ефективний ККД досягає 80-86%;

2.Висока надійність і довговічність, що визначається довговічністю підшипників;

3.Хороша врівноваженість; незначна зміна крутного моменту на валу компресора; малі швидкості руху газу в машині-все це забезпечує перебіг машини з низьким рівнем шуму.

4.Быстроходность-число обертів валу компресора від 1000 до 13000 і цей діапазон розширюється.

5.Відсутність мертвого обсягу, мала частка протікання, і, отже, вищий індикаторний ККД; газ, що всмоктується компресором, не стикається з гарячими стінками деталей компресора;

6.Процеси всмоктування, стиснення і нагнітання "розтягнуті" по кутку повороту валу і тому навіть за великої частоти валу швидкості газу невеликі.

7.Відсутність клапанів на всмоктуванні, а часто й нагнітанні;

8.Спіральний компресор, як і гвинтовий, може працювати за циклом із "дозарядкою";

9.Спіральний компресор, як і всі компресори об'ємного принципу дії, може працювати на будь-якому холодильному агенті, будь-якому газі і навіть з упорскуванням краплинної рідини.

Порівняно з поршневими компресорами однакової потужності спіральний компресор має такі переваги:

1. Більше високий ККД- на 10-15%;

2. Вищий коефіцієнт подачі - на 20-30%;

3. Найменші розміри - на 30-40%;

4. Найменша маса - на 15-18%;

5. Рівень шуму нижче 5-7 дБА;

6. Немає деталей, що часто виходять з ладу – поршневих кілець, клапанів.

7. Може працювати з уприскуванням крапельної рідини, наприклад, в маслозаполненном варіанті, як і гвинтовий;

8. Найменша кількість деталей, менша вартість виробництва.

До недоліків спіральних компресорів слід зарахувати такі:

1.Спіральним машинам потрібні нові машинобудування деталі-спіралі, виготовлення яких необхідні фрезерні верстати з ЧПУ.

2.На рухому спіраль діє складна системасил: осьові, відцентрові, тангенціальні, що вимагають грамотного розрахунку та врівноважування, а, отже, і балансування ротора.

3.Якщо відсутня нагнітальний клапан, теоретична індикаторна діаграма спірального компресора буде виглядати такою ж, як і у гвинтового компресора, з можливими недостискання і перетискання газу, тобто. із додатковими втратами.

Спіральні компресористали встановлюватися в устаткуванні для кондиціювання житлових приміщень з кінця 1980-х років. У системах комерційного кондиціювання спіральні компресори широко використовуються з кінця 1990-х років. Тепер вони знайшли застосування і в холодильних установках, і теплових насосах, і на транспорті. Спіральні компресоривстановлюються не тільки в системах кондиціювання, а й у центральних холодильних установках для супермаркетів, у сфері телекомунікаційних технологій, в системах охолодження на виробництві, в обладнанні для технологічних процесів, осушувачах повітря та в кондиціонерах для вагонів метро. І замовники продовжують знаходити обладнання все нові сфери застосування.


Спіральний компресор і двох сталевих спіралей. Вони вставлені одна в одну та розширюються від центру до краю циліндра компресора. Внутрішня спіраль нерухомо закріплена, а зовнішня обертається довкола неї. Спіралі мають особливий профіль (евольвента), що дозволяє перекочуватися без ковзання. Рухлива спіраль компресора встановлена ​​на ексцентриці та перекочується по внутрішній поверхні іншої спіралі. У цьому точка торкання спіралей поступово переміщається від краю до центру. Пари холодоагенту, що знаходяться перед лінією торкання, стискаються і виштовхуються в центральний отвір у кришці компресора. Точки торкання розташовані кожному витку внутрішньої спіралі, тому пари стискаються більш плавно, меншими порціями, ніж у інших типах компресорів.
В результаті навантаження на електродвигун компресора знижується, особливо в момент запуску компресора. Пари холодоагенту надходять через вхідний отвір у циліндричній частині корпусу, охолоджують двигун, потім стискаються між спіралей і виходять через випускний отвір у верхній частині корпусу компресора.

Зараз у різних системах охолодження по всьому світу працюють мільйони компресорів фірми Копеланд, що відрізняються високою якістю та передовою конструкцією. Щороку на дев'яти підприємствах, розташованих на трьох континентах, виробляється до 4 млн. спіральних компресорів. Центри Інженерно-технічної підтримки Copeland розташовані в Європі, Азії та США.

Спіральні компресори. Ілюстрація.
Для перегляду збільшеного зображення натисніть на картинку
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12 13 14
15 16 17 18
19

1. Габаритне креслення спірального компресора Copeland ZR22K3...ZR40K3
2. Габаритне креслення компресора Copeland ZR47...48KC

4. Габаритне креслення компресора Copeland ZPD61...ZRD83
5. Габаритне креслення компресора Copeland загальний

7. Маркування спіральних компресорів Copeland

9. Спіральний компресор Sanyo у розрізі
10. Фото компресорів Sanyo C-SB, C-SC, C-SB Low temp, C-SC Low temp, C-SB Inverter, DC Inverter Horizontal, C-SB Tandem, C-SC Tandem
11. Лінійка спіральних компресорів Sanyo
12. Спіральний компресор Sanyo серії C-SB
13. Спіральний компресор Sanyo серії C-SD
14. Спіральний компресор Sanyo серії C-SC
15. Габаритне креслення компресора Sanyo C-SBN373H8D
16. Габаритне креслення компресора Sanyo C-SB 2,6-4,5 KW
17. Габаритне креслення компресора Sanyo C-SC 6.0-7.5 KW
18, 19 Фото компресора SANYO C-SBN303H8D

Спіральний компресор – історія питання
Ідея спіралі відома людству понад 3 тис. років. Спіралі (від грецьк. speira - виток) - це криві, що закручуються навколо точки на площині (плоські спіралі), наприклад, архімедова спіраль, гіперболічна спіраль, логарифмічна спіраль, або навколо осі (просторова спіраль), наприклад, гвинтова лінія. Але технічно втілити ідею життя людство змогло лише до кінця ХХ століття.

А почалося все у 1905 р., коли французький інженер Леон Круа розробив конструкцію спірального компресора та отримав на неї патент. Однак на той час ця технологія не могла бути реалізована у життя, т.к. була відсутня необхідна виробнича база. Тому конструкцію працюючого прототипу довелося чекати до другої половини ХХ століття, т.к. для ефективного функціонування, в спіральному компресорі необхідне забезпечення малого конструктивного зазору в деталях, що сполучаються (спіралях). Така точність стала можливою лише при прецизійній машинній обробці, розробленій протягом другої половини ХХ століття, чим і пояснюється відносно нещодавня поява спірального компресора на ринку високотехнологічного обладнання.

Реанімував концепцію спіральних компресорів фізик Нільс Янг 1972 р. Янг віддав ідею співробітникам фірми "Arthur D. Little" (США). Керівництво "Arthur D. Little" побачило високий потенціал цієї концепції та почало розробку можливої ​​моделі у січні 1973 р. Великі виробникихолодильного та нафтохімічного обладнання були дуже зацікавлені у розробці компресора принципово нової конструкції, що дозволяє досягти значної ефективності. Вже в ході випробувань прототипу спірального компресора було виявлено, що він має можливість створення високого ступеня стиснення і найбільшою ефективністю з існуючих на початку 70-х років. холодильних компресорів, а також має високі експлуатаційні характеристики(надійність, низький рівень шуму тощо).

Потім Arthur D. Little робить наприкінці 1973 р. значні зусилля з розробки діючої моделі холодильного спірального компресора для американської корпорації Тгаnе. Трохи пізніше багато великих компаній, наприклад, "Copeland" (США), "Hitachi" (Японія), "Volkswagen1" (Німеччина), починають інтенсивні дослідження та вдосконалення конструкції холодильного спірального компресора, освоювання технології виготовлення деталей та спірального компресора в цілому. Розробка прототипу повітряного спірального компресора йшла повільніше. Наприкінці 80-х років. "Hitachi" і "Mitsui Seiki" (Японія) представили маслозмащувальний повітряний компресор. Однак, ці компресори були просто модифікаціями холодильних спіральних компресорів. "Iwata Compressor" (Японія) уклала ліцензійну угоду з "Arthur D. Little" на розробку повітряного спірального компресора в 1987 р. В результаті фірма "Iwata Compressor" першою у світі представила в січні 1992 р. "сухий" (без олії) спіральний компресор. Початкова потужність повітряних компресорівстановила 2,2 та 3,7 кВт. Основними перевагами "сухих" спіральних компресорів "Iwata Compressor" у порівнянні з поршневими "сухими" компресорами є: довговічність, надійність, низький рівень шуму та вібрації.

В даний час широкомасштабні дослідження в галузі спіральних компресорів ведуть усі фірми-виробники компресорів для холодильної промисловості. Холодильні спіральні компресори успішно витримали випробування часом та активно почали витісняти інші типи компресорів (особливо поршневі) з ринку холодильного обладнання, лише за кілька років зайнявши домінуюче становище на ринку кондиціювання та теплових насосів. Спіральні компресори з кожним роком знаходять все більше застосування в холодильній техніці та системах кондиціювання повітря. Це зумовлено тим, що вони більш надійні в експлуатації, містять на 40% менше деталей, ніж поршневі, виробляють менше шуму та мають більший ресурс експлуатації.
Останні кілька років обсяг виробництва спіральних компресорів швидко збільшується, і до січня 2000 було вироблено понад 20 млн. компресорів.

Спіральні компресори знайшли застосування у всіх основних системах повітряного кондиціювання, включаючи спліт та мультиспліт моделі, підлогові версії та в чилерах, руф-топах ( дахових кондиціонерах) та теплових насосах. Типовим застосуванням є кондиціювання повітря в квартирах, на кораблях, фабриках і великих будівлях, а також на АТС, у процесах охолодження та на транспорті. Холодильні спіральні компресори широко використовуються в компресорно-конденсаторних агрегатах, в системах "виносного холоду" супермаркетів, у промисловому холоді та транспортних установках, включаючи контейнери. Кордони холодопродуктивності для спіральних компресорів постійно збільшуються і нині наближаються до 200 кВт під час використання багатокомпресорної станції.

Популярність спіральних компресорів дуже висока через широку сферу застосування, що пояснюється їх надійністю і багатофункціональністю.

Побутове кондиціювання
Спіральні компресори відповідають вимогам цього сектора кондиціювання повітря низьким рівнем шуму, компактними розмірами, зменшеною масою порівняно з поршневими компресорами
Їх характеристики, будучи постійнішими, краще відповідають вимогам комфортного кондиціювання.
Однофазні електродвигуни (використовуються для кімнатного кондиціювання) не потребують стартових реле або конденсаторів. Вони кращі через мінімальний вплив на інші елементи контуру.

Комерційне кондиціювання
Їхня холодопродуктивність більш ніж достатня, щоб задовольняти вимоги комерційного кондиціювання.
Також спіральні компресори застосовуються для кондиціонування повітря в магазинах, туристичних агентствах, офісах, банках, ресторанах, закусочних "фаст-фуд", барах та багатьох інших об'єктах. Кондиціонери зі спіральними компресорами – вдале технічне рішення, особливо для агрегатів, що працюють влітку та цілий рік, а також – у режимі теплового насоса.

Теплові насоси
У теплових насосах спіральні компресори мають переваги у вигляді збільшення надійності перед іншими типами компресорів, що використовуються в теплових насосах через можливість управління рідким холодоагентом, що надходить в аварійних ситуаціях компресор (без руйнування його складових елементів).

Холодильні агрегати для комп'ютерних центрів та АТС
Ці напрями вимагають фактично безперервної роботихолодильних агрегатів, часто понад 8000 год/рік. Особливо важливо забезпечити для цих умов безперервну роботу за рахунок постійного сервісного обслуговування. За таких умов спіральні компресори можуть надавати ефективний вплив на зниження енергоспоживання завдяки високій ефективності.
Низький рівень шуму спіральних компресорів є ще одним фактором, що дозволяє застосовувати їх у системах кондиціювання, часто встановлюються в приміщеннях, що самі кондиціонуються.

Автономні агрегати "руф-топ"
Їх найбільш типовим застосуванням є фабрики та продуктові супермаркети, де особливо необхідні переваги високої продуктивності спіральних компресорів, тому що це сектори, які зазвичай характеризуються високим енергоспоживанням систем повітряного кондиціювання та холодильних установок.
Надійність є ще одним важливим внеском, який спіральні компресори вносять у загальну економію коштів, при роботі супермаркету, де безперервність роботи обладнання вирішальним фактором.

Інші сфери застосування
Багатофункціональність спіральних компресорів розширює сфери їх застосування в технологічних процесах, наприклад, в автоклавах для очищення вина, системах охолодження формувальних машин хімічної промисловості, холодильних системах, випробувальних камерах, холодильному консервуванні сировини біологічного походження (м'ясопродуктів, плодів та овочів тощо), охолодженні обладнання, що безводноочищається (конденсація розчинників), переробки харчової сировини і т.д.

Принцип дії, будову та особливості холодильних спіральних компресорів COPELAND. Підвищена енергоефективність та інші переваги спіральних компресорів COPELAND, порівняно з іншими холодильними компресорами.

Докладніше про моделі спіральних компресорів Copeland
Технічні характеристикита ціни на герметичні середньотемпературні спіральні компресори Copeland Scroll серії ZR (R407C)
Технічні характеристики та ціни на герметичні середньотемпературні спіральні компресори Copeland Scroll серії ZP (R410A)
Технічні характеристики та ціни на герметичні спіральні компресори Copeland Scroll серії ZPD та ZRD
Технічні характеристики та ціни на герметичні спіральні компресори Copeland серії ZH
Технічні характеристики та ціни на герметичні спіральні компресори Copeland серії ZB
Технічні характеристики та ціни на герметичні спіральні компресори Copeland серії ZF
Технічні характеристики та ціни на цифрові компресори Copeland Scrol серії ZFD та ZBD

Про спіральні компресори загалом і про спіральні компресори COPELAND зокрема

Вперше такий простий вид стиснення був запатентований у 1905 році. Рухлива спіраль, узгоджено рухаючись щодо нерухомої спіралі, створює між цими спіралями систему із серповидних областей, заповнених газом (див. рис. 1).

Під час процесу стиснення одна спіраль залишається нерухомою (зафіксованою), а друга здійснює орбітальні (але не обертальні) рухи (орбітальна спіраль) навколо нерухомої спіралі. У міру розвитку такого руху області між двома спіралями поступово проштовхуються до їх центру, одночасно скорочуючись в обсязі. Коли область досягає центру спіралі, газ, який тепер знаходиться під високим тиском, виштовхується із порту, розташованого в центрі. Під час стиснення кілька областей піддаються стиску одночасно, що дозволяє здійснювати процес стиснення плавно.

І процес всмоктування (зовнішня частина спіралей), і процес нагнітання ( внутрішня частинаспіралей) здійснюються безперервно.

1. Процес стиснення здійснюється шляхом взаємодії орбітальної та нерухомої спіралей. Газ потрапляє у зовнішні області, утворені під час однієї з орбітальних рухів спіралі.

2. У процесі проходження газу в порожнину спіралей всмоктувальні області закриваються.

3. Т. до. рухлива спіраль продовжує орбітальний рух, газ стискається у двох областях, що постійно зменшуються.

4. На той час, як газ досягне центру, створюється тиск нагнітання.

5. Зазвичай під час роботи всі шість областей, наповнених газом, знаходяться у різних стадіях стиснення, що дозволяє здійснювати процеси всмоктування та нагнітання безперервно.

Спіральні компресори Copeland вперше з'явилися на холодильному ринку Росії та країн СНД на початку 90-х років минулого століття. Спіральні компресори Copeland знайшли застосування у всіх основних системах повітряного кондиціювання, включаючи спліт та мульти-спліт моделі, підлогові версії та в чиллерах, руф-топах (дахових кондиціонерах) та теплових насосах. Типовим застосуванням є кондиціювання повітря в квартирах, на кораблях, фабриках і великих будівлях, а також на АТС, у процесах охолодження та на транспорті. Холодильні спіральні компресори широко використовуються в компресорно-конденсаторних агрегатах, в системах "виносного холоду" супермаркетів, у промисловому холоді та транспортних установках, включаючи контейнери. Кордони холодопродуктивності для спіральних компресорів постійно розширюються і нині наближаються до 200 кВт під час використання багатокомпресорної станції.

Даний модельний ряд має як стандартний набір властивостей компресорів, так і нові. додаткові функції. Такий набір можливостей немає аналогів серед компресорів інших типів. Спіральні компресори Copeland представлені в діапазоні потужності 2...15 л. (за вбудованим електричним двигуном). До основних особливостей таких компресорів відносяться: широкий робочий діапазон, ефективність, порівнянна з напівгерметичними компресорами, і перевага над герметичними моделями при низькотемпературному застосуванні, плавна робота, що дозволяє здійснювати постійний стиск і зменшену кількість рухомих частин, висока надійність, що досягається за допомогою ексклюзив ™. Перевага у масогабаритних показниках: спіральні компресори Copeland займають 1/3 опорної поверхні еквівалентної напівгерметичної моделі компресора, а їхня вага становить 1/4 від її ваги. У спіральних компресорах частин, що рухаються менше, ніж у поршневих. Завдяки цьому вони мають підвищену надійність і можуть використовуватися в ширшому робочому діапазоні. Оптимізовані для роботи при низьких, середніх та високих температурах кипіння серії холодильних спіральних компресорів "Копланд" дедалі більше витісняють поршневі компресори. У спіральних компресорах "Копланд" серії ZR використовуються електродвигуни на 50 та 60 Гц. Спіральні компресори ZR адаптовані для хладагентів HFC і HCFC, і повний модельний ряд ZR може бути поставлений як з мінеральним, так і синтетичним маслом.

Вважається, що спіральні компресори застосовуються тільки в кондиціонуванні повітря, а для роботи в низькотемпературній ділянці підходять тільки напівгерметичні поршневі або гвинтові компресори. Так, цей вислів дійсний для більшості спіральних компресорів, що існують у світі. Але не для компресорів компанії Copeland. Багато дистриб'юторів продукції конкуруючих фірм звертають загальну увагу на те, що спіральний компресор призначений тільки для високих або, в крайньому випадку, середніх температур. Ймовірно, вони мають на увазі ті компресори, які постачають вони самі, не маючи змоги придбати обладнання з ширшими можливостями. Або, що теж ймовірно, подібні висловлювання є простим трюком у конкурентній боротьбі за уми тих, хто поки не присвячений деталей внутрішнього пристрою спіральних компресорів різних фірм, а також нічого не знає про їх порівняльні переваги/недоліки.
Унікальність спіральних компресорів Copeland полягає в тому числі можливості безболісно впорскувати рідкий (або пароподібний) холодоагент безпосередньо в спіральні порожнини приблизно в середині процесу стиснення. Такої можливості немає більшість інших спіральних компресорів через серйозну відмінність конструкції. Фірма Copeland, будучи піонером у промисловому освоєнні спіральної технології у світовому масштабі (перші у світі серійні спіральні компресори зійшли з конвеєра нового спеціалізованого заводу Copeland у США в 1987 р.), першою запатентувала в ряді країн найцікавіші технічні рішення, які і дозволяють виробляти для проміжного охолодження низькотемпературних режимах безпосередньо в зону стиснення, не знижуючи робочого ресурсу компресора. Завдяки цьому низькотемпературний спіральний компресор Copeland практично єдиний у світі може спокійно працювати при температурах кипіння мінус 35-40°С (R22 або R404A) і при звичайних температурах конденсації +30-50°С. Таким чином, технологічний процес заморожування із використанням низькотемпературного спірального компресора Copeland – це реалії сьогодення. Ця технологія вже випробувана та успішно застосовується в Росії, Україні та інших країнах СНД.
Ті спеціалісти, хто вже має власний практичний досвідексплуатації низькотемпературних спіральних компресорів Copeland добре знають, що жоден інший компресор будь-якого типу (включаючи поршневі, ротаційні, гвинтові і навіть турбокомпресори) не виходить на заданий низькотемпературний режим так швидко, як це відбувається зі спіральним компресором Copeland. Тож ті споживачі, кому потрібен найшвидший темп заморожування, можуть сказати фірмі Copeland дякую за низькотемепратурний спіральний компресор.

Друге покоління холодильних спіральних компресорів "Копланд" серій ZB і ZF з упорскуванням пари призначене для експлуатації в середньотемпературних і низькотемпературних режимах з найкращими в галузі показниками ефективності протягом року. Ряд ZB з потужністю приводу від 2 до 30 л. та ZF від 4 до 15 к.с. призначені для роботи з холодоагентами R22, R134a, R404A та R407C. Наявність втричі меншої кількості рухомих частин у порівнянні з традиційними напівгерметичними поршневими компресорами, вбудованої системи захисту та механізму узгодження спіралей забезпечує значну толерантність до потрапляння рідкого холодоагенту, що дозволяє говорити про відмінну надійність цього ряду компресорів в цілому.

Іншими важливими перевагами спіральних компресорів "Копланд" є робота при низьких температурах конденсації, що забезпечує чудову річну ефективність експлуатації, широкий робочий діапазон та зменшення габаритів для кращої пристосовності до необхідного застосування. Особливо підходящим обладнанням для багато випарних холодильних систем, що вимагають регулювання холодопродуктивності, є моделі спіральних компресорів ZBD для середніх температур кипіння та ZFD із упорскуванням пари для низьких температур кипіння.

Цифровий спіральний компресор "Копланд" забезпечує плавне регулювання продуктивності в діапазоні від 10 до 100% за допомогою простої механічної системи та гарантує точний контроль тиску кипіння та температури за будь-якого навантаження. Цифровий спіральний компресор "Копланд" не потребує складного електронного керування та легко інтегрується в холодильну систему. Електродвигун компресора завжди працює при постійній номінальній швидкості обертання, що забезпечує високу надійність та гарантує ефективність внутрішньої системимастила.

Порівняння з іншими типами компресорів

Низькотемпературні спіральні
компресори Copeland 		Інші типи компресорів будь-яких відомих
світових виробників
Високий коефіцієнт подачі та
холодильний коефіцієнт в оптимальній
для даного модельного ряду області
тисків (температур) кипіння у поєднанні
із звичайними тисками (температурами)
конденсації => при однаковій
холодопродуктивності споживана
потужність нижче		 Більшість поршневих герметичних та
напівгерметичних (крім моделей ряду Copeland
Discus), ротаційних, гвинтових та відцентрових
компресорів мають найгірші показники через
одного або декількох нижченаведених факторів:
«мертвий» обсяг, втрати в клапанах, великі
внутрішні теплові втрати, високий ККД тільки в
щодо вузької області ступенів стиснення тощо.
=> при однаковій холодопродуктивності
споживана потужність вище
Можливість застосування однієї моделі в
широкому діапазоні температур кипіння від
мінус 40oC до +7oC (для R22 або R404A) =>
для різних прикладних завдань
потрібен лише один тип моделі
(низькотемпературний!) => оптимізація
складських запасів: менше моделей -
менше запчастин 		Більшість інших типів компресорів мають
чіткий поділ на низько- та середньотемпературні
моделі => для різних завдань потрібно
кілька різних типів моделей (2 або навіть 3
типу!) => складські запаси надто великі -
потрібно більше запчастин
Відносно велика потужність приводу
виключається перегрів електродвигуна при
виході режим. Вище надійність.
Немає необхідності захищати двигун
низькотемпературного компресора при
роботі при високих тисках
(температури) кипіння => не потрібно
ТРВ з функцією MOP => технологічні
завдання вирішуються набагато швидше за
рахунок швидкого наповнення випарника в
період пуску компресора та виходу на
безпечний режим роботи (наприклад,
заморозка продукту пройде набагато
швидше; готовий продукт буде більше
якісним)		 У зв'язку з відносно низькою потужністю приводу
низькотемпературних поршневих компресорів
потрібне штучне обмеження
максимального тиску (температури) кипіння,
яке зазвичай реалізується за допомогою ТРВ з
функцією MOP => потрібно ТРВ з функцією
MOP => у зв'язку з малою подачею холодоагенту в
випарник до моменту досягнення гранично
максимального тиску кипіння (індивідуально
для кожного компресора) холодильна
(морозильна) установка виходить на заданий
режим дуже повільно => втрати якості
замороженої продукції у зв'язку з порушенням
швидкості заморозки
Пусковий струм практично не відрізняється від
робітника (компресор пускається повністю
внутрішньо механічно розвантаженим) =>
мінімальна => контактори компресора
можуть мати меншу потужність, а
захисний електроавтомат має бути (!)
менш потужним.
Економія електроенергії під час пуску. 		Інші типи компресорів мають підвищений
або дуже високий пусковий струм навіть за
застосування пристроїв механічного розвантаження =>
несприятливий вплив на сусідніх
електроспоживачів; потрібна більш потужна
електроустановча апаратура
Підвищене споживання електроенергії під час пуску.
Спіральний компресор Copeland має
один із найкращих показників за ступенем
винесення масла в систему - одне з самих
низьких значень => у багатьох прикладних
випадках застосування масловідділювача та
інших складних компонентів системи
мастила не потрібно 		Винесення масла в більшості поршневих
компресорів (крім моделей з вентилюючим
клапаном у картері, наприклад, для Copeland –
модельні ряди (Discus або S-серія) вище, а у
гвинтових у кілька разів вище => додатково
обов'язково потрібні дорогі
компоненти системи повернення олії (а іноді і
охолодження), система управління установкою
ускладнюється, а її надійність знижується
Можливість тимчасової роботи в умовах
переривчастого (збідненого) повернення олії завдяки
тефлоновим підшипникам ковзання =>
високий робочий ресурс навіть у важких
умовах експлуатації (наприклад,
знижена в'язкість внаслідок високої
температури олії чи великого
кількості розчиненого холодоагенту;
переривчасте (порційне) повернення
олії в компресор) 		Майже всі інші компресори у світі (крім
модельних рядів Discus або S-серії у Copeland),
яких застосовуються підшипники ковзання,
мають бронзове або подібне покриття
(бабіти і т.п.) у парах тертя => при
неналежних умовах мастила підвищений
знос пар тертя => швидкий вихід з ладу
компресора
Високий коефіцієнт подачі на
протягом усього терміну служби
внаслідок вільного,
самопідстроюється ущільнення між
спіралями - радіальне узгодження =>
незмінна холодопродуктивність 		У більшості типів компресорів коефіцієнт
подачі знижується в міру експлуатації
компресора внаслідок зносу сполучних
деталей у порожнинах стиснення => знижена
холодопродуктивність наприкінці
нормативного терміну експлуатації
Підвищена стійкість до «вологого
ходу» завдяки радіальному
узгодженню
Низька стійкість до «вологого ходу» у всіх
типів компресорів (включаючи спіральні
моделі, де відсутня радіальне узгодження),
крім гвинтових компресорів
Висока стійкість до механічних
забруднення завдяки радіальному
узгодженню
Попадання механічних частинок у зону стиснення
практично завжди призводить до виходу з ладу
будь-яких типів компресорів, включаючи спіральні
моделі без радіального узгодження

Порівняння з іншими видами спіральних компресорів

Спіральні компресори Copeland Інші спіральні компресори
Є найбільш повна лінійка
спіральних компресорів, включаючи
низькотемпературні моделі до мінус 40
oC кипіння:
* кондиціювання (R22, R134a, R407C) ZR
* кондиціювання (R410A) ZP
* високотемпературні теплові насоси ZH
* Високо- та середньотемпературне охолодження /
чилери ZB
* середньотемпературне охолодження ZS
* низькотемпературне охолодження ZF
* наднизькотемпературне (кріогенне) охолодження
ZC
* горизонтальні моделі:
ZBH – високо- та середньотемпературне
охолодження
ZSH – середньотемпературне охолодження
ZFH – низькотемпературне охолодження
* моделі зі студруком та безступінчастим
регулюванням продуктивності 		Більшість із фірм, що випускають спіральні
компресори, мають у своєму арсеналі лише
моделі для кондиціювання (у крайньому
у випадку, для середньотемпературного холоду), т.к.
низькотемпературні моделі надто складні та
вимагають радикальної зміни внутрішньої
конструкції
Є внутрішня механічна
захист спіралей від перевантаження:
середньо- та температурні моделі ZS та ZF –
при перевищенні співвідношення тисків
нагнітання/всмоктування 20:1
високо- та середньотемпературні моделі ZR та
ZB – при перевищенні співвідношення тиску
нагнітання/всмоктування 10:1
завдяки осьовому узгодженню 		У більшості виробників механічна
захист самих спіралей від перевантажень
відсутня (відсутнє осьове узгодження) =>
можливе руйнування спіралей при перевантаженні
При пуску спіралі не торкаються один одного
своїми бічними поверхнями
(завдяки осьовому узгодженню) => розвантажений пуск => підвищений
моторесурс та знижене
енергоспоживання 		Більшість спіральних компресорів мають
конструкцію з жорстко фіксованою траєкторією
руху спіралі, що обертається (відсутнє осьове узгодження) => пуск під навантаженням =>
підвищене енергоспоживання
Прямий контакт між спіралями в
торцевому напрямку без застосування
торцевих прокладок => високий ресурс та
можливість роботи при високих
ступенях стиснення		 Багато виробників застосовують торцеві
прокладки для забезпечення належного
ущільнення => знижений термін служби та
Проблеми у роботі з великими перепадами
тиску (низькотемпературні режими)

Спіральні компресори Copeland Digital Scroll™

Конструкція компресорів "Копланд" Digital Scroll™ базується на унікальної технологіїузгодження спірального блоку Copeland Compliance™. Управління продуктивністю досягається шляхом розведення спіралей в осьовому напрямку на невеликий період часу. Це простий та надійний механічний спосібдля плавного регулювання продуктивності, прецизійної підтримки температури та підвищення ефективності системи.

Спіральний компресор Copeland Digital Scroll™ є рішенням, яке можна інтегрувати у існуючу систему. Це відбувається швидко і легко, оскільки не потрібні інші компоненти. Щоб зробити процес впровадження більш простим, Dixell та Alco розробили спільно з Copeland два контролери для управління компресорами Copeland Digital Scroll™.

Спіральний компресор "Копланд" Digital Scroll™ пропонує широкий діапазонрегулювання продуктивності у промисловості та дозволяє плавно змінювати продуктивність від 10% до 100% без зміни робочого діапазону порівняно зі стандартним компресором Copeland Scroll™. В результаті тиск всмоктування і температура підтримуються дуже точно, і циклічність компресора зведена до мінімуму. Це гарантує оптимальну ефективність системи та тривалий термін служби обладнання та компонентів.

Можливість використання спіральних компресорів Copeland Digital Scroll™ при температурі конденсації до 10 ° C також гарантує найкращі показникисезонної ефективності над ринком компресорів. Швидкість холодоагенту в системах з компресорами Copeland Digital Scroll™ ідентична стандартним компресорам, навіть за низької продуктивності.

Спіральний компресор Copeland Digital Scroll™ працює на повній швидкості весь час, ніколи не зменшуючи повернення олії в компресор. Компресор Digital Scroll™ забезпечує аналогічний високий рівеньнадійності, як і системи із стандартними компресорами. Електродвигун компресора не перегрівається і виникає резонансних коливань у процесі роботи, як це часто буває в системах з інвертором.

Високоефективні спіральні компресори Copeland ZF EVI

Copeland Scroll TM пропонує найбільш ефективне рішеннядля низькотемпературного застосування у супермаркетах. Три роки тому, приступивши до виробництва спіральних компресорів серії ZB, призначеної для холодильної технікиЯк працює в діапазоні середніх температур кипіння, Copeland почав випуск другого покоління спіральних компресорів. Сьогодні це покоління поповнилося новою серією високоефективних спіральних компресорів, які, безперечно, вплинуть на подальший розвиток холодильних систем. Новий спіральний компресор ZF EVI, спеціально розроблений та оптимізований для максимального використання переваг технології переохолодження рідини та упорскування пари, є ключовим компонентом для проектування високоефективних низькотемпературних центральних станцій холодопостачання.

Спіральні компресори ZF EVI характеризуються більш високими значеннями холодопродуктивності та холодильного коефіцієнта (COP) у порівнянні з наявними на ринку моделями, що забезпечує додаткові переваги при експлуатації та робить цей компресор найбільш переважним рішенням для систем зберігання харчових продуктів. У даній статті описана концепція спірального компресора EVI , Дано його основні характеристики та прикладні аспекти використання в холодильних системах. Пара вприскування. Холодильний цикл зі спіральним компресором EVI подібний до двоступеневого циклу з проміжним охолодженням, але з використанням одного єдиного компресора (рис.1). Ця концепція є набагато простішою і виключає додаткові втрати, що існують у звичайній системі з двома ступенями стиснення. Принцип дії ступеня високого тиску полягає у відборі частини рідини, що сконденсувалася, і її подальшому випаровуванні після розширювального вентиля в теплообміннику-переохолоджувачі (економайзері) протиточного типу. Далі перегріта пара надходить через проміжні порти впорскування в порожнині спірального блоку.

Додаткове переохолодження підвищує холодопродуктивність випарника, знижуючи ентальпію холодоагенту на вході, при постійному масовому витраті. Необхідна для впорскування додаткова масова витрата залежить від місця розташування порту і створює додаткове навантаження, що збільшує енергоспоживання спірального компресора. Тому конструкція порту впорскування була оптимізована таким чином, щоб забезпечити максимальне збільшення продуктивності за мінімального зростання енергоспоживання компресора. Добре відомо, що ефективність циклу двоступеневого стискування вища, ніж одноступінчастого (при рівній об'ємній продуктивності).

Приріст холодопродуктивності компресора досягається за рахунок більш глибокого переохолодження рідини в економайзер при незначному збільшенні енергоспоживання на стиснення малої порції газу від проміжного тиску до тиску нагнітання. Міжступеневе охолодження парою зменшує температуру нагнітання, забезпечуючи роботу спірального компресора при більшому співвідношенні тисків. Раніше упорскування пари традиційно застосовувалося тільки у великих комерційних гвинтових і багатоступінчастих відцентрових компресорах (але не в невеликих герметичних). Сьогодні Copeland представляє новий компресорз упорскуванням пара, що входить до сімейства спіральних. Він спеціально розроблений для низькотемпературного застосування і забезпечує рівень ефективності, який можна порівняти з ККД напівгерметичного компресора Copeland серії Discus, який за Останніми рокамибув визнаний найефективнішим у світі серед компресорів усіх типів.

Спіральний компресор- пристрій для стиснення газу (повітря або холодоагенту) за рахунок зменшення його об'єму в камерах, утворених поверхнями спіралей.

Спіральні компресори використовуються в системах кондиціювання, охолодження, нагріву, в автомобілях, в кріогенних та холодильних системах, як вакуумні насоси.

Пристрій та принцип роботи спірального компресора

Існує декілька типових конструкційспіральних компресорів.

Найбільш поширений варіант - використання двох спіральних елементів, встановлені з ексцентриситетом. Один із цих елементів рухливий, інший немає.

Конструкція компресора з однією рухомою спіраллю

Спіральний компресор показаний малюнку.


У герметичному корпусі розміщений електродвигун, який обертає вал. У верхній частині корпусу встановлено нерухому спіраль. На валу встановлена ​​рухома спіраль, яка може переміщатися направляючими здійснюючи складний рух відносно нерухомої спіралі.

В результаті переміщення між спіралями утворюються камери (кишені), обсяг яких при подальшому русі зменшується, і як наслідок газ, що знаходиться в цих кишенях, стискається.

Принцип роботи такого компресора показаний у ролику:

Також зустрічаються компресори з двома рухомими спіралями, що здійснюють обертальний рух щодо різних осей В результаті обертання спіральних елементів утворюються також камери, обсяг яких при обертанні зменшується.

Більшою мірою від наведених вище варіантів відрізняється компресор, в якому жорсткий елемент виконаний у формі архімедової спіралівпливає на гнучку пружну трубку. За принципом роботи такий компресор схожий на перистальтичний насос. Такі спіральні компресоризазвичай заповнені рідким мастилом для зниження зносу гнучкої трубки та відведення тепла. Такі компресори часто називають шланговими.

Динамічні клапани

У спіральних компресорах клапан на всмоктуванні непотрібен, т.к. рухлива спіраль сама відсікає робочу камеру від каналу всмоктування. У лінії нагнітання спірального компресора може встановлюватися динамічний клапан, який не допускає зворотного потоку та, як наслідок, обертання спіралі під дією при вимкненому двигуні. При цьому слід враховувати, що динамічний клапан створює додатковий опір лінії нагнітання.

Динамічні клапани встановлюють у лінії нагнітання середньо- та низькотемпературних компресорів Copeland, призначених для холодильної техніки.

Переваги спіральних компресорів

Спіральний компресор працює більш плавноі надійно, ніж більшість інших об'ємних машин. На відміну від поршнів, рухлива спіраль може бути ідеально врівноважена, що зводить до мінімуму вібрацію.

Відсутність мертвого обсягу спіральних компресорах обумовлює підвищену об'ємну ефективність.

Спіральні компресори зазвичай мають меншу пульсацію ніж з одним поршнем, але більшою ніж багато поршневі машини.

Спіральні компресори мають менше частин, що рухаються., Порівняно з поршневими, що, теоретично, забезпечує їх більшу надійність.

Спіральні компресори зазвичай дуже компактні і не вимагають пружиною підвіски, внаслідок плавної роботи.

Недоліки спіральних компресорів

Спіральні компресори чутливі до забруднення газу, що перекачується, т.к. дрібні частинки можуть осідати на поверхні спіралі, що не дозволить забезпечити достатню герметичність робочої камери.

Спіральний компресор повинен обертатися тільки в одному напрямку.

Регульовані спіральні компресори

Довгий час спіральні компресори випускалися без можливості регулювання продуктивності. При необхідності зменшити подачу використовувалося частотне регулювання приводного електродвигуна або перепуск частини газу з лінії нагнітання в лінію всмоктування.

В даний час регульовані спіральні компресоривиробляються компанією Emerson. У цих компресорах може змінюватися відстань між осями обертання спіралей, при необхідності цю відстань можна вибрати такою, що між спіральним елементами не утворюватимуться камери, а значить подача компресора буде рана 0. Чергуючи два різних робочих стану (холостий і робочий хід) за допомогою електронного управління, можна досягти необхідної продуктивності.