Компрессор. принцип действия, устройство, виды компрессоров

Конструкция и устройство

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

с двумя спиральными элементами, один из которых стационарный, другой является подвижным контуром. При вращении одной из спиралей возникают карманы, объем которых уменьшается при повышении скорости оборотов. Газ, находящийся в отсеках, сжимается и на выход подается нужного давления;

с двумя вращающимися по различным осям спиралями. Принцип остается прежним: при работе образуются карманы, повышение скорости приводит к сжатию газа внутри системы;

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

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

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

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

Для повышения технических характеристик особое внимание уделяется герметичности контактов. Боковые и торцевые части конструкции тщательно подгоняются, чтобы сжимаемая субстанция не могла переходить из одного отсека в другой

При остановке движения спирали размыкаются по всем направлениям. При новом запуске оборудование не испытывает повышенной нагрузки, поскольку происходит плавное повышение давления.

Зависимость КПД от степени сжатия

Как видно из таблицы, с другими параметрами для спирального компрессора результаты не столько впечатляющи, как с коэффициентом подачи. Спиральный компрессор выигрывает лишь в высокотемпературном режиме работы, при небольшом значении степени сжатия (πk). При увеличении степени сжатия (см. график 1), величина полного КПД прямолинейно снижается и при значении πk=8 пересекает рубеж 50%. Трудно точно сказать, почему так происходит, но из проведенного анализа можно сделать вывод: спиральному компрессору гораздо выгоднее работать с большими количествами сжимаемого пара, при невысоких значениях степени сжатия.

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:

• первая – статическая – неподвижно фиксируется на корпусе;
• вторая – динамическая – осуществляет вращения вокруг нее, проталкивая порцию сжатого воздуха к выходному тракту.

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

1. Начальный, когда происходит засасывание воздуха в пространство, освобождаемое движущейся спиралью. Между статической и динамической деталями нет зазоров.
2. Этап сжатия. По мере оборачивания спирали поступивший воздух сжимается, постепенно продвигаясь к точке выхода.
3. Завершающий, когда сжатый воздух выбрасывается из выходного отверстия и подается к потребителю.

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.

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.

Преимущественные характеристики

• соответствие стандартам качества ISO 9002, надежность в эксплуатации;
• безопасность и долговечность за счет эффективной системы охлаждения электрического двигателя;
• умеренное потребление электроэнергии благодаря возможности регулировки производительности оборудования;
• высокий КПД, составляющий не менее 85%;
• низкий уровень шума, производимый компрессором во время эксплуатации;
• равномерная подача паров хладагента;
• возможность длительного функционирования без перерывов;
• меньшие габариты и масса (в сравнении с поршневыми компрессорами);
• легкость обслуживания и ремонтопригодность;
• возможность работы на любом холодильном агенте.

Отметим и то, что спиральные компрессоры выходят из строя реже, чем винтовые и поршневые аналоги из-за того, что у них отсутствуют поршневые кольца и клапаны на всасывании, являющиеся слабыми звеньями. Примечательно, что подшипники оборудования спирального типа характеризуются высокой степенью надежности и износостойкости, что также содействует снижению риска поломки агрегата. В целом, спиральные компрессоры – оптимальное решение для сжатия и нагнетания паров хладагента в современной холодильной установке!

Преимущества и недостатки

К несомненным достоинствам спиральных компрессоров относятся:

• плавная работа без вибраций и рывков;
• отсутствие «мертвого объема»;
• КПД, приближающийся к 100%;
• тихая работа;
• компактность;
• не нужна пружинная доска;
• низкая стоимость сервисного обслуживания;
• минимальный износ элементов.

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

• необходима точная настройка оборудования профессионалом;
• требуется периодическая замена спиралей;
• компрессор без динамического клапана не обеспечит нужный уровень давления в подаваемом воздухе.

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.

«Пульсация пара» в поршневом и спиральном компрессорах

В поршневом компрессоре всасывание и нагнетание пара происходит периодично. Из-за этого возникает такое явление как «пульсация пара». Это негативно сказывается на процессах в конденсаторе, а так же создает дополнительный шум при работе компрессора. Для устранения данной проблемы применяются глушители. Роль их различна в зависимости от того, на какой линии они расположены. Основное назначение глушителя на нагнетании — уменьшить колебания газового потока в нагнетательном трубопроводе и конденсаторе, и таким образом, снизить шум, а также повысить надежность работы машины в целом. Всасывающий глушитель уменьшает пульсации газа в кожухе и непосредственно снижает шум компрессора. В компрессорах серии «Оctagon» (Bitzer, Германия) существует эксклюзивная запатентованная система глушителя, встроенного в крышку цилиндров (см. рис. 1), которая представляет собой длинный узкий загнутый канал, расположенный на выходе из нагнетательной камеры и служащий своего рода газовой подушкой для паров, выходящих из цилиндра компрессора. Эта система существенно снижает колебания пара в нагнетательном патрубке (см. рис. 2).

Рис. 1. Схематический чертеж встроенного глушителя (сам глушитель – это длинная узкая трубка). Правый конец этой трубки закрыт, он упирается в металлический корпус компрессора, другим своим концом она уходит на нагнетание. В центральной части трубки сделано отверстие, куда поступает сжатый в компрессоре пар. Пар, попадая в отверстие, разделяется на два потока: один идет налево, другой направо. Поток, ушедший направо ударяется о глухой конец трубки, идет обратно, доходит до отверстия, встречается там с вновь сжатым в компрессоре паром и гасит его пульсацию, за счет разного направления движения и различных фаз колебания.

Рис. 2. «Пульсация пара» (вверху — с использованием встроенного глушителя, внизу — без него).

Спиральный компрессор устройство и принцип работы

• Конструкция и устройство
• Преимущества и недостатки
  • К очевидным плюсам можно отнести
  • Необходимо учитывать следующие моменты

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

Преимущества спиральных компрессоров

Большая эффективность

Спиральный компрессор имеет компактную, но блестящую конструкцию, которая может охлаждать большое количество воздуха гораздо быстрее, чем большинство других компрессоров. Его более высокая эффективность и холодопроизводительность делают его отличным вариантом для использования даже в холодильниках!

Не верьте мне на слово! Давайте посмотрим на некоторые статистические данные исследований:

Во всем диапазоне скоростей объемный КПД спирального компрессора может варьироваться от 89% до 94%. Это означает, что эффективность спирального компрессора для сжатия газа значительно выше, чем поршневого компрессора (58% -66%).
Отчет показывает, что спиральный компрессор с оптимальными размерами может иметь механическую эффективность, аналогичную роторному компрессору. Когда рабочая скорость увеличивается, эффективность может снижаться, но спиральный компрессор работает лучше, чем роторный.
Исследование показало, что потребляемая мощность спиральных компрессоров на 25,3% ниже, чем у поршневых

Обратите внимание, что холодопроизводительность спирального компрессора все еще была на 5% выше!

Экономит Энергию

Как упоминалось ранее, способность спирального компрессора модулировать мощность по мере необходимости может экономить энергию. Внутренняя конструкция, а также механизм сжатия также способствуют снижению энергопотребления.

Спиральный компрессор может снизить потребление электроэнергии до 30% по сравнению с обычными компрессорами. Если учесть ваши летние коммунальные расходы, это экономит вам много денег!

Гибкая Работа

Спиральные компрессоры предлагают различные конструкции и широкий спектр операций. Они могут быть как одноступенчатыми, двухступенчатыми, так и переменными блоками мощности.

• Одноступенчатые агрегаты просты, недороги и работают только на одной скорости. Они работают на полную мощность и обычно используются для эффективного охлаждения или обогрева домов.
• Двухступенчатые агрегаты могут работать на двух уровнях скорости: высоком и низком. В зависимости от потребностей дома они могут работать либо на полную мощность, либо на более эффективной скорости. Эта функция помогает удалить избыточную влажность в атмосфере, а также экономит энергию.
• Компрессоры переменной мощности обеспечивают превосходный контроль температуры и влажности воздуха в помещении. Они работают непрерывно и выдувают холодный воздух ровным потоком. Модуляция мощности, основанная на необходимости, обеспечивает эффективное осушение, лучшее качество воздуха и низкую стоимость коммунальных услуг.

Кроме того, спиральные компрессоры могут хорошо работать как в высоких, так и в низких рабочих циклах. Напротив, поршневые или роторные винтовые компрессоры хорошо работают при определенных рабочих циклах.

Таким образом, вы можете видеть, что спиральные компрессоры дают вам большую гибкость в выборе опций именно для того, что требуется вашему приложению.

Превосходная надежность и долговечность

Спиральные компрессоры в основном имеют две движущиеся части: неподвижный свиток и орбитальный свиток. Из-за меньшего количества движущихся частей меньше шансов на провал. Поэтому надежность спиральных компрессоров значительно выше, чем у поршневых.

Из-за орбитального движения в спиральных компрессорах скорость трения на 30% -50% меньше, чем у поршневых колец или лопастей. Таким образом, он обеспечивает повышенную долговечность компрессора.

Следовательно, спиральные компрессоры очень просты в обслуживании, что экономит ваши затраты на техническое обслуживание в течение всего срока их службы.

Особенности конструкции

Говоря об устройстве спирального компрессора можно выделить ключевые элементы этого агрегата:

• стальной корпус со смотровым стеклом;
• электродвигатель;
• вал с подвижной спиралью;
• патрубки всасывания и нагнетания;
• муфта Олдхема;
• неподвижная спираль;
• подшипники;
• обратный клапан;
• клеммная коробка для подключения к электрической цепи.

Конструкция компрессора обеспечивает наличие минимального количества трущихся деталей, поэтому его надежность выше поршневых аналогов, которые тоже применяются в составе холодильных агрегатов.

Эффективность упомянутых устройств обеспечивается благодаря отсутствию в зоне сжатия газов хладагента так называемого мертвого пространства. Кроме того, принцип действия спирального компрессора позволяет существенно снизить нагрузку, ложащуюся на электрический двигатель. Это становится возможным за счет равномерного нагнетания паров охлаждающего агента в результате вращения спирали и образования сразу нескольких точек контакта.

Для регулирования производительности компрессоров спирального типа применяются частотные преобразователи. Изменение количества оборотов вала в сторону уменьшения или повышения этого показателя приводит к снижению или увеличению скорости сжатия пара агента. Кроме того, устройство спиральных компрессоров ведущих производителей предусматривает возможность изменения расстояния между неподвижной и подвижной вращающейся спиралью. Благодаря этому оборудование может работать вхолостую, не образуя точек контакта и, следовательно, зон сжатия газов.

Принцип работы

Сравнительный анализ спирального и поршневого компрессоров

Сейчас, динамично развивающееся производство спиральных компрессоров все больше теснит своих конкурентов, когда-то прочно занимавших свои позиции в определенном диапазоне холодопроизводительности. Появляются вопросы: почему так происходит, в чем отличительные особенности спирального компрессора, в чем его достоинства над своими конкурентами.

В статье сделана попытка раскрыть кое-какие достоинства, проведя сравнительный анализ по процессам всасывания и нагнетания спирального компрессора с его ближайшим конкурентом – поршневым компрессором.

Идеальные параметры

• Потери массы газа за рабочий цикл компрессора отсутствуют.
• Мертвый объем равен нулю.
• Гидравлические потери на всасывании и на нагнетании равны нулю.
• Отсутствует теплообмен между рабочим веществом и внешней средой, а процесс сжатия осуществляется по изоэнтропе «m=k».
• Отсутствует трение в движущихся частях механизмов.
• Соединение парных полостей спиралей с окном и камерой нагнетания происходит одновременно (данный пункт относится непосредственно к спиральному компрессору).

Спиральный холодильный компрессор. Принцип работы и устройство.

Главным элементом любого холодильного оборудования является компрессор. Он служит для обеспечения движения хладагента в системе и создания разности давлений.

Относительно недавно стали применяться в холодильной технике компрессоры спирального типа. В основном они работают в составе систем кондиционирования, чиллеров, тепловых насосов, средне и высокотемпературных холодильных установок.

Рабочим элементом спирального компрессора является спираль. Принцип работы холодильного спирального компрессора основан на согласованном вращении одной спирали относительно другой.

Принцип работы спирального холодильного компрессора.

В спиральном компрессоре сжатие паров хладагента происходит между двумя спиралями.

Одна спираль неподвижная, вторая – совершает вращение вокруг неё. Причем это движение имеет непростую траекторию. Электродвигатель, находящийся в одном герметичном корпусе компрессора, совершает работу – вращает вал, на конце которого находится эксцентрично установленная спираль. Вращаясь, подвижная спираль перекатывается по стенкам неподвижной спирали, скользя по масленой плёнке. Точки контакта спиралей постепенно перемещаются от края к центру, причем они расположены на каждом витке рабочего элемента. Захватывая всасываемые пары хладагента в зоне большего объема сжимаемого газа, спирали постепенно сжимают их по мере приближения рабочей зоны к центру, так как объем её уменьшается. Соответственно, в центре спиралей достигается максимальное давление газа, который через линию нагнетания компрессора затем поступает в конденсатор. В спиральном компрессоре, в процессе работы, сжатие паров происходит непрерывно, так как точка касания спиралей не одна и рабочих зон сжатия образуется несколько. Электродвигатели герметичных спиральных компрессоров охлаждаются за счет всасывающих паров хладагента.

Устройство спирального холодильного компрессора.

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

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

Спиральные компрессоры изначально проектировались и нашли своё наибольшее применение в области высоко- и средне-температурных холодильных систем – это кондиционирование воздуха, чиллеры, тепловые насосы. Но и в низкотемпературных холодильных установках они также используются, благодаря технологии впрыска малого количества хладагента в центр спиралей в процессе работы.

Регулирование производительности спиральных компрессоров возможно с помощью частотных преобразователей, изменяя скорость вращения вала. Кроме этого, производитель спиральных компрессоров Copeland , разработал технологию регулировки производительности за счет изменения расстояния между спиралями во время вращения. Эта технология позволяет работать спиральному компрессору в холостую, вообще не образуя рабочих зон сжатия.

На сегодняшний день спиральные холодильные компрессоры производят и поставляют в Россию и соответственно в Челябинск такие всемирно известные фирмы, как Emerson Copeland , Danfoss Performer , Bitzer .

Разновидности компрессоров

Огромный ассортимент устройств для сжатия воздуха может создать проблемы при выборе компрессора для покраски авто даже у специалиста, не говоря уже о тех, кто сталкивается с этим впервые. В этом нет ничего удивительного, учитывая, что классификация компрессоров предполагает учёт множества рабочих характеристик. Отметим критерии, в соответствии с которыми различают несколько типов такого оборудования:

• система смазки (компрессоры масляные и работающие по безмасляной технологии охлаждения);
• тип привода (ременной, коаксиальный);
• количество ступеней сжатия выходного воздушного потока (одноступенчатые, двухступенчатые, многоступенчатые);
• метод сжатия воздуха (поршневые, винтовые компрессоры, устройства мембранного типа);
• тип силового агрегата (электрический, бензиновый, дизельный);
• характер исполнения (стационарные, мобильные);

Приобретая компрессор для покраски авто, необходимо принимать во внимание, кроме собственно его технических характеристик (мощности, производительности, объёма ресивера), и указанные выше критерии

Поршневые компрессоры

Это самый распространённый тип инструментов для обеспечения подачи воздуха под давлением, причём независимо от сферы использования и предполагаемых объёмов работ. Столь большая популярность обусловлена обширным набором достоинств:

• обширный ценовой диапазон, от бюджетных бытовых моделей до модных компрессорных установок профессионального назначения;
• относительная простота конструкции, обеспечивающая лёгкость в монтаже и обслуживании;
• неприхотливость в работе (возможность работать в большом диапазоне температур, в условиях повышенной запылённости).

Типичный представитель класса поршневых компрессоров состоит из следующих компонентов:

• поршневого механизма (цилиндр, кольца, поршень);
• крыльчатки, предназначенной для охлаждения поршня;
• редуктора, оснащённого разъёмом для подключения шланга и манометром;
• фильтра для очистки входного потока воздуха;
• электромотора;
• управляющей электроники;
• ресивера (бака для сжатия газовой смеси);
• клапана для удаления конденсата;
• реле включения/выключения.

Ключевым элементом поршневых воздушных компрессоров является двигатель (в большинстве случаев – электрический), задача которого – обеспечить работу поршневой группы. Поршень сжимает поступающий в цилиндр воздух и транспортирует его в ресивер. По мере достижения заданного уровня давления автоматика отключает силовой агрегат, а когда давление падает сверх нормативного значения, опять включает мотор. Как правило, оба параметра (минимальное и максимальное значение давления) можно выставлять вручную. В случае отказа управляющей автоматики при превышении порогового значения давления срабатывает аварийный клапан, рассчитанный на показатель, зависящий от модели устройства.

Для смазки поршневой группы используется масло, заливаемое в картер компрессора. Дизельные или бензиновые агрегаты можно использовать в качестве автономных устройств. Безременные (коаксиальные) компрессоры имеют совмещённую головку и вал двигателя, что упрощает их конструкцию, но они более шумные и менее надёжные по сравнению с аксиальными (ременными) аналогами. Компрессоры безмасляного типа обеспечивают подачу воздуха, не содержащего масел, но их производительность крайне низка даже для бытовых целей.

DENZEL PC 1/6-180

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 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.