Спиральный компрессор - устройство для сжатия газа (воздуха или хладагента), за счет уменьшения его объема в камерах, образованных поверхностями спиралей.

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 .

Наиболее распространенный вариант - использование двух спиральных элементов , установленных с эксцентриситетом. Один из этих элементов подвижный, другой нет.

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 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 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.

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.

Основными достоинствами спиральных компрессоров являются:

1.Высокая энергетическая эффективность; их эффективный КПД достигает 80-86%;

2.Высокая надежность и долговечность, определяемая долговечностью подшипников;

3.Хорошая уравновешенность; незначительное изменение крутящего момента на валу компрессора; малые скорости движения газа в машине-все это обеспечивает ход машины с низким уровнем шума.

4.Быстроходность-число оборотов вала компрессора от 1000 до 13000 , и этот диапазон расширяется.

5.Отсутствие мертвого объема, малая доля протечек, и, следовательно, более высокий индикаторный КПД; всасываемый компрессором газ не соприкасается с горячими стенками деталей компрессора;

6.Процессы всасывания, сжатия и нагнетания “растянуты” по углу поворота вала и поэтому даже при большой частоте вала скорости газа невелики.

7.Отсутствие клапанов на всасывании, а часто и на нагнетании;

8.Спиральный компрессор, как и винтовой, может работать по циклу с “дозарядкой”;

9.Спиральный компрессор, как и все компрессоры объемного принципа действия, может работать на любом холодильном агенте, на любом газе и даже с впрыском капельной жидкости.

По сравнению с поршневыми компрессорами одинаковой мощности спиральный компрессор имеет следующие преимущества:

1. Более высокий КПД - на 10-15%;

2. Более высокий коэффициент подачи - на 20-30%;

3. Меньшие размеры - на 30-40%;

4. Меньшая масса - на15-18%;

5. Уровень шума ниже на 5-7 дБА;

6. Нет деталей, часто выходящих из строя - поршневых колец, клапанов.

7. Может работать с впрыском капельной жидкости, например, в маслозаполненном варианте, как и винтовой;

8. Меньшее число деталей, меньшая стоимость производства.

К недостаткам спиральных компрессоров надлежит отнести следующие:

1.Спиральным машинам требуются новые для машиностроения детали-спирали, для изготовления которых необходимы фрезерные станки с ЧПУ.

2.На подвижную спираль действует сложная система сил: осевые, центробежные, тангенциальные, требующие грамотного расчета и уравновешивания, а, следовательно, и балансировки ротора.

3.Если отсутствует нагнетательный клапан, то теоретическая индикаторная диаграмма спирального компрессора будет по виду такой же, как и у винтового компрессора, с возможными недосжатиями и пережатиями газа, т.е. с дополнительными потерями.

Получение очищенного от масла сжатого воздуха является важным условием для многих отраслей промышленного производства. Справиться с этой задачей могут спиральные компрессоры, которые работают от спиральных элементов имеют низкий уровень шума.

Скорость вращения спирали может достигать нескольких десятков тысяч циклов за минуту. Между спиралями отсутствуют точки касания и сохраняются небольшие зазоры. Благодаря этой особенности рабочие механизмы таких компрессоров практически не изнашиваются и не выходят из строя. Однако существуют достаточно жесткие требования в отношении точности изготовления подобных механизмов, что делает цены на спиральные компрессоры достаточно высокими.

Основные сферы использования спиральных компрессоров

Эта техника используется для изготовления:

• Фармацевтических препаратов;
• Продуктов питания;
• Бытовой химии;
• Медицинского оборудования.

Как выбрать спиральный компрессор?

Купить спиральный компрессор можно в нашей компании. Мы реализуем только качественное, сертифицированное оборудование от известных производителей.

Все интересующие вас вопросы вы можете задать нашему менеджеру.

Главным элементом любого 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, 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.

Рассмотрим устройство спирального холодильного компрессора на примере продукции . Устройство компрессоров других производителей аналогично. Основные узлы спирального компрессора показаны на рисунке 2.

Рисунок 2. Устройство спирального холодильного компрессора.

Благодаря своей конструкции, количество взаимно трущихся деталей в спиральном компрессоре значительно меньше, чем в 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 , Danfoss Performer , .

Спиральные компрессоры стали устанавливаться в оборудовании для кондиционирования жилых помещений с конца 1980-х гг. В системах коммерческого кондиционирования спиральные компрессоры широко используются с конца 1990-х гг. Теперь они нашли применение и в холодильных установках, и в тепловых насосах, и на транспорте. Спиральные компрессоры устанавливаются не только в системах кондиционирования, но и в центральных холодильных установках для супермаркетов, в сфере телекоммуникационных технологий, в системах охлаждения на производстве, в оборудовании для технологических процессов, в осушителях воздуха и в кондиционерах для вагонов метро. И заказчики продолжают находить оборудованию всё новые области применения.

Спиральный компрессор состоит из двух стальных спиралей. Они вставлены одна в другую и расширяются от центра к краю цилиндра компрессора. Внутренняя спираль неподвижно закреплена, а внешняя вращается вокруг нее. Спирали имеют особый профиль (эвольвента), позволяющий перекатываться без проскальзывания. Подвижная спираль компрессора установлена на эксцентрике и перекатывается по внутренней поверхности другой спирали. При этом точка касания спиралей постепенно перемещается от края к центру. Пары хладагента, находящиеся перед линией касания, сжимаются, и выталкиваются в центральное отверстие в крышке компрессора. Точки касания расположены на каждом витке внутренней спирали, поэтому пары сжимаются более плавно, меньшими порциями, чем в других типах компрессоров.
В результате нагрузка на электродвигатель компрессора снижается, особенно в момент пуска компрессора. Пары хладагента поступают через входное отверстие в цилиндрической части корпуса, охлаждают двигатель, затем сжимаются между спиралей и выходят через выпускное отверстие в верхней части корпуса компрессора.

Сейчас в различных системах охлаждения по всему миру работают миллионы компрессоров фирмы Копеланд, отличающиеся высоким качеством и передовой конструкцией. Каждый год на девяти предприятиях, расположенных на 3-х континентах, производится до 4 млн. спиральных компрессоров. Центры Инженерно-технической поддержки Copeland расположены в Европе, Азии и в США.

Спиральные компрессоры. Иллюстрации.
Для просмотра увеличенного изображения кликните на картинку

1	2	3	4	5	6	7
8	9	10	11	12	13	14
15	16	17	18	19

1. Габаритный чертеж спирального компрессора Copeland ZR22K3...ZR40K3
2. Габаритный чертеж компрессора Copeland ZR47...48KC

4. Габаритный чертеж компрессора Copeland ZPD61...ZRD83
5. Габаритный чертеж компрессора Copeland общий

7. Маркировка спиральных компрессоров Copeland

9. Спиральный компрессор Sanyo в разрезе
10. Фото компрессоров 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. Линейка спиральных компрессоров Sanyo
12. Спиральный компрессор Sanyo серии C-SB
13. Спиральный компрессор Sanyo серии C-SD
14. Спиральный компрессор Sanyo серии C-SC
15. Габаритный чертеж компрессора Sanyo C-SBN373H8D
16. Габаритный чертеж компрессора Sanyo C-SB 2,6-4,5 KW
17. Габаритный чертеж компрессора Sanyo C-SC 6.0-7.5 KW
18, 19 Фото компрессора SANYO C-SBN303H8D

Спиральный компрессор - история вопроса
Идея спирали известна человечеству более 3 тыс. лет. Спирали (от греч. speira - виток) - это кривые, закручивающиеся вокруг точки на плоскости (плоские спирали), например, архимедова спираль, гиперболическая спираль, логарифмическая спираль, или вокруг оси (пространственная спираль), например, винтовая линия. Но технически воплотить идею в жизнь человечество смогло лишь к концу XX века.

А началось все в 1905 г., когда французский инженер Леон Круа разработал конструкцию спирального компрессора и получил на нее патент. Однако в то время эта технология не могла быть реализована в жизнь, т.к. отсутствовала необходимая производственная база. Поэтому конструкцию работающего прототипа пришлось ждать до второй половины двадцатого века, т.к. для эффективного функционирования, в спиральном компрессоре необходимо обеспечение малого конструктивного зазора в сопрягаемых деталях (спиралях). Такая точность стала возможной только при прецизионной машинной обработке, разработанной в течение второй половины двадцатого века, чем и объясняется относительно недавнее появление спирального компрессора на рынке высокотехнологического оборудования.

Реанимировал концепцию спиральных компрессоров физик Нильс Янг в 1972 г. Янг отдал идею сотрудникам фирмы "Arthur D. Little" (США). Руководство "Arthur D. Little" увидело высокий потенциал этой концепции и начало разработку возможной модели в январе 1973 г. Крупные производители холодильного и нефтехимического оборудования были очень заинтересованы в разработке компрессора принципиально новой конструкции, позволяющей достичь значительной эффективности. Уже в ходе испытаний прототипа спирального компрессора было выявлено, что он обладает возможностью создания высокой степени сжатия и самой большой эффективностью из существовавших в начале 70-х гг. холодильных компрессоров, а также имеет высокие эксплуатационные характеристики (надежность, низкий уровень шума и т.п.).

Затем "Arthur D. Little" предпринимает в конце 1973 г. значительные усилия по разработке действующей модели холодильного спирального компрессора для американской корпорации "Тгаnе". Немного позже многие крупные компании, например, "Copeland" (США), "Hitachi" (Япония), "Volkswagen1" (Германия), начинают интенсивные исследования и совершенствование конструкции холодильного спирального компрессора, осваивание технологии изготовления деталей и спирального компрессора в целом. Разработка прототипа воздушного спирального компрессора шла медленнее. В конце 80-х гг. "Hitachi" и "Mitsui Seiki" (Япония) представили маслосмазывающий воздушный компрессор. Однако эти компрессоры являлись просто модификациями холодильных спиральных компрессоров. "Iwata Compressor" (Япония) заключила лицензионное соглашение с "Arthur D. Little" на разработку воздушного спирального компрессора в 1987 г. В результате фирма "Iwata Compressor" первой в мире представила в январе 1992 г. "сухой" (без масла) спиральный компрессор. Первоначальная мощность воздушных компрессоров составляла 2,2 и 3,7 кВт. Основными преимуществами "сухих" спиральных компрессоров "Iwata Compressor" по сравнению с поршневыми "сухими" компрессорами являются: долговечность, надежность, низкий уровень шума и вибрации.

В настоящее время широкомасштабные исследования в области спиральных компрессоров ведут все фирмы-производители компрессоров для холодильной промышленности. Холодильные спиральные компрессоры успешно выдержали испытания временем и активно начали вытеснять другие типы компрессоров (особенно поршневые) с рынка холодильного оборудования, всего лишь за несколько лет заняв доминирующее положение на рынке кондиционирования и тепловых насосов. Спиральные компрессоры с каждым годом находят все большее применение в холодильной технике и системах кондиционирования воздуха. Это обусловлено тем, что они более надежны в эксплуатации, содержат на 40 % меньше деталей, чем поршневые, производят меньше шума и имеют больший ресурс эксплуатации.
Последние несколько лет объем производства спиральных компрессоров быстро увеличивается, и к январю 2000 г. было произведено свыше 20 млн. компрессоров.

Спиральные компрессоры нашли применение во всех основных системах воздушного кондиционирования, включая сплит и мультисплит модели, напольные версии и в чиллерах, руф-топах (крышных кондиционерах) и тепловых насосах. Типичным применением является кондиционирование воздуха в квартирах, на кораблях, фабриках и больших зданиях, также на АТС, в процессах охлаждения и на транспорте. Холодильные спиральные компрессоры широко используются в компрессорно-конденсаторных агрегатах, в системах "выносного холода" супермаркетов, в промышленном холоде и в транспортных установках, включая контейнеры. Границы холодопроизводительности для спиральных компрессоров постоянно увеличиваются и в настоящее время приближаются к 200 кВт при использовании многокомпрессорной станции.

Популярность спиральных компрессоров очень высока из-за широкой области применения, что объясняется их надежностью и многофункциональностью.

Бытовое кондиционирование
Спиральные компрессоры отвечают требованиям этого сектора кондиционирования воздуха низким уровнем шума, компактными размерами, уменьшенной массой по сравнению с поршневыми компрессорами.
Их характеристики, будучи более постоянными, лучше соответствуют требованиям комфортного кондиционирования.
Однофазные электродвигатели (используемые для комнатного кондиционирования) не нуждаются в стартовых реле или конденсаторах. Они предпочтительны из-за своего минимального влияния на другие элементы контура.

Коммерческое кондиционирование
Их холодопроизводительность более чем достаточна, чтобы удовлетворять требованиям коммерческого кондиционирования.
Также спиральные компрессоры применяются для кондиционирования воздуха в магазинах, туристических агентствах, офисах, банках, ресторанах, закусочных "фаст-фуд", барах и во многих других объектах. Кондиционеры со спиральными компрессорами - удачное техническое решение, особенно для агрегатов, работающих летом и круглогодично, а также - в режиме теплового насоса.

Тепловые насосы
В тепловых насосах спиральные компрессоры имеют преимущества в виде увеличения надежности перед другими типами компрессоров, используемых в тепловых насосах из-за возможности управления жидким хладагентом, поступающим в аварийных ситуациях в компрессор (без разрушения его составных элементов).

Холодильные агрегаты для компьютерных центров и АТС
Эти направления требуют фактически непрерывной работы холодильных агрегатов, часто свыше 8000 ч/год. Особенно важно обеспечить для данных условий непрекращающуюся работу за счет постоянного сервисного обслуживания. При таких условиях спиральные компрессоры могут оказывать эффективное воздействие на снижение энергопотребления благодаря высокой эффективности.
Низкий уровень шума спиральных компрессоров является еще одним фактором, позволяющим применять их в системах кондиционирования, часто устанавливаемых в самих кондиционируемых помещениях.

Автономные агрегаты "руф-топ"
Их наиболее типичным применением являются фабрики и продуктовые супермаркеты, где особенно необходимы преимущества высокой производительности спиральных компрессоров, потому что это сектора, обычно характеризуемые высоким энергопотреблением систем воздушного кондиционирования и холодильных установок.
Надежность является еще одним важным вкладом, который спиральные компрессоры вносят в общую экономию средств, при работе супермаркета, где непрерывность работы оборудования является решающим фактором.

Другие области применения
Многофункциональность спиральных компрессоров расширяет области их применения в технологических процессах, например, в автоклавах для очистки вина, системах охлаждения формовочных машин химической промышленности, холодильных системах, испытательных камерах, холодильном консервировании сырья биологического происхождения (мясопродуктов, плодов и овощей и т.д.), охлаждении безводноочищающегося оборудования (конденсация растворителей), переработки пищевого сырья и т.д.