Scroll kompresori su jednoosovinske mašine po principu pozitivnog pomaka. Kao što je poznato, mašine ovog principa rada su reverzibilne, tj. mogu raditi praktično bez promjene dizajna, i kao kompresori i kao motori (ekspanderi ili ekspanderi.
Ideja o takvoj mašini poznata je više od stotinu godina, ali ju je bilo moguće realizovati i dovesti u industrijsku proizvodnju i široku upotrebu tek 80-ih godina dvadesetog veka. Razlog je isti jer prilikom razvoja vijčanih kompresora nije bilo dovoljno precizne opreme za proizvodnju takvog oblika dijela kao što je spirala.
Trenutno u rashladna tehnologija scroll kompresori se koriste u kućnim i transportnim klima uređajima, toplotnim pumpama, rashladne mašine male i srednje snage do 50 kW. Ali proračuni pokazuju da se rashladna snaga spiralnih kompresora može povećati na 100 kW ili više kako se njihov dizajn i tehnologija izrade poboljšaju.
28 Klasifikacija spiralnih kompresora
Scroll kompresori su klasifikovani kako slijedi: uljni; sa ubrizgavanjem tečnosti (na primer rashladnog sredstva); suha kompresija.
I, naravno, jednostepeni i dvostepeni sa različitim rasporedom stepenica u odnosu na motor.
U zavisnosti od vrste gasa, snage i drugih uslova: zapečaćeno, bez pečata, punjeno.
Prema vrsti spirala koje se koriste: sa evolventnim spiralama, sa Arhimedovim spiralama, sa komadno-kružnim, itd.
Važno je podijeliti scroll kompresore na vertikalne i horizontalne. Kod potonjeg je osovina 1 smještena vodoravno (vidi sliku 65). U horizontalno postavljenim spiralnim kompresorima, na primjer u transportnom klima uređaju sa paralelnim rasporedom osovine i uzdužnom osom vozila, teže je osigurati pouzdan rad sistema za podmazivanje kompresora.
29 Prednosti i nedostaci scroll kompresora
Glavne prednosti scroll kompresora su:
1.Visoka energetska efikasnost; njihova efektivna efikasnost dostiže 80-86%;
2. Visoka pouzdanost i izdržljivost, određena izdržljivošću ležajeva;
3.Dobar balans; mala promjena momenta na osovini kompresora; niske brzine gasa u automobilu - sve to osigurava da se automobil kreće sa nizak nivo buka.
4. Brzina - broj okretaja osovine kompresora je od 1000 do 13000, a ovaj raspon se širi.
5. Nema mrtvog volumena, niska stopa curenja, a samim tim i veća efikasnost indikatora; gas koji usisava kompresor ne dolazi u kontakt sa vrućim zidovima delova kompresora;
6. Procesi usisavanja, kompresije i pražnjenja su „rastegnuti“ duž ugla rotacije osovine i stoga su, čak i pri visokim frekvencijama vratila, brzine gasa male.
7. Nedostatak ventila na usisu, a često i na potisnom;
8. Scroll kompresor, kao i vijčani kompresor, može raditi u ciklusu sa „dopunjavanjem“;
9. Scroll kompresor, kao i svi kompresori principa pozitivnog pomaka, može raditi na bilo kojem rashladnom fluidu, na bilo kojem plinu, pa čak i sa ubrizgavanjem tekućine kapljica.
U poređenju sa klipnim kompresorima iste snage, spiralni kompresor ima sledeće prednosti:
Nedostaci spiralnih kompresora uključuju sljedeće:
1. Spiralne mašine zahtevaju nove spiralne delove za mašinstvo, za čiju izradu glodalice sa CNC-om.
2. Na pokretnu spiralu djeluje složen sistem sila: aksijalne, centrifugalne, tangencijalne, koje zahtijevaju kompetentan proračun i balansiranje, a samim tim i balansiranje rotora.
3. Ako nema ispusnog ventila, tada će teoretski indikatorski dijagram spiralnog kompresora biti isti po izgledu kao i vijčanog kompresora, sa mogućom podkompresijom i nadkompresijom gasa, tj. sa dodatnim gubicima.
Scroll kompresor- uređaj za komprimiranje plina (vazduha ili rashladnog sredstva) smanjenjem njegovog volumena u komorama koje formiraju površine spirala.
Scroll kompresori se koriste u klimatizaciji, hlađenju, grijanju, automobilima, kriogenim i rashladnim sistemima, te kao vakuum pumpe.
Dizajn i princip rada scroll kompresora
Ima ih nekoliko standardni dizajni scroll kompresori.
Najčešća opcija je upotreba dva spiralna elementa, ugrađen sa ekscentričnosti. Jedan od ovih elemenata je pomičan, drugi nije.
Dizajn kompresora s jednim pokretnim scrollom
Scroll kompresor je prikazan na slici.
U zatvorenom kućištu nalazi se električni motor koji rotira osovinu. U gornjem dijelu tijela ugrađena je fiksna spirala. Na osovini je ugrađena pokretna spirala koja se može kretati duž vodilica čineći složeno kretanje u odnosu na fiksnu spiralu.
Kao rezultat kretanja između spirala, formiraju se komore (džepovi), čiji se volumen s daljnjim kretanjem smanjuje, a kao rezultat toga, plin koji se nalazi u tim džepovima se komprimira.
Princip rada takvog kompresora prikazan je u videu:
Također pronađeno kompresori sa dva pokretna spirala izvođenje rotacionog kretanja u odnosu na različite ose. Kao rezultat rotacije spiralnih elemenata, formiraju se i komore, čiji se volumen smanjuje tijekom rotacije.
U većoj mjeri, kompresor se razlikuje od gore predstavljenih opcija, u kojima je kruti element izrađen u obliku Arhimedova spirala utiče fleksibilna elastična cijev. Princip rada takvog kompresora sličan je peristaltičkoj pumpi. Takve scroll kompresori obično napunjen tečnim mazivom za smanjenje habanja fleksibilna cijev i odvođenje toplote. Takvi kompresori se često nazivaju crijevo.
Dinamički ventili
U scroll kompresorima usisni ventil nije potreban, jer sama pokretna spirala odsijeca radnu komoru od usisnog kanala. U ispusni vod scroll kompresora može se ugraditi dinamički ventil, koji sprečava povratni tok i, kao rezultat, rotaciju scroll-a pod dejstvom kada je motor ugašen. Treba uzeti u obzir da dinamički ventil stvara dodatni otpor u potisnom vodu.
Dinamički ventili su ugrađeni u ispusni vod Copeland rashladnih kompresora srednje i niske temperature.
Prednosti scroll kompresora
Scroll kompresor radi glatko, i pouzdaniji od većine drugih volumetrijskih mašina. Za razliku od klipova, pokretni scroll može biti savršeno izbalansiran, minimizirajući vibracije.
Odsustvo mrtve zapremine kod spiralnih kompresora rezultira povećanom volumetrijskom efikasnošću.
Scroll kompresori obično imaju manje pulsiranja od mašina sa jednim klipom, ali više od mašina sa više klipa.
Scroll kompresori imaju manje pokretnih dijelova, u odnosu na klipne motore, što, teoretski, osigurava njihovu veću pouzdanost.
Scroll kompresori su općenito vrlo kompaktni i ne zahtijevaju opružnu suspenziju zbog neometanog rada.
Nedostaci scroll kompresora
Scroll kompresori su osjetljivi na kontaminaciju dizanog plina, jer... male čestice se mogu taložiti na površini spirale, što neće osigurati dovoljnu nepropusnost radne komore.
Scroll kompresor se mora okretati samo u jednom smjeru.
Varijabilni Scroll kompresori
Dugo su se proizvodili scroll kompresori bez mogućnosti podešavanja performansi. Ako je bilo potrebno smanjiti protok, koristila se frekventna kontrola pogonskog elektromotora ili je dio plina premošćivan iz potisnog voda u usisni vod.
Trenutno podesivi scroll kompresori proizvodi Emerson. U ovim kompresorima se razmak između osi rotacije svitaka može mijenjati, a po potrebi se može odabrati tako da se između spiralnih elemenata ne stvaraju komore, što znači da će se napajanje kompresora namotati na 0. Naizmjeničnim dvama različitim radnim stanjima (prazni hod i radni hod) pomoću elektronske kontrole, mogu se postići potrebne performanse.
Rice. 2. 26. Performer scroll kompresor (Danfoss). 1 – pokretna spirala; 2 – fiksna spirala; 3 - priključna kutija; 4 – zaštita elektromotora; 5 – kontrolno staklo; 6 – usis; 7 – pumpa za ulje; 8 - elektromotor; 9 – ubrizgavanje; 10 – zaštita od rotacije unazad; 11 – nepovratni ventil.
Elektromotor se nalazi u donjem dijelu kompresora, a osovina uz pomoć ekscentrika osigurava elipsoidno kretanje pokretne spirale umetnute u stacionarnu spiralu ugrađenu u gornji dio kompresora. Usisani plin ulazi u kompresor kroz usisnu cijev, struji oko kućišta elektromotora i ulazi u njega kroz rupe u donjem dijelu kućišta (sl. 2.26). Ulje sadržano u parama rashladnog sredstva se odvaja od njega kao rezultat rotacije mješavine rashladnog sredstva i ulja pod utjecajem centrifugalnih sila i teče do dna kartera kompresora. Para prolazi kroz elektromotor, osiguravajući potpuno hlađenje kompresora u svim režimima rada. Nakon prolaska kroz elektromotor, para ulazi u spiralne elemente kompresora, koji se nalaze na vrhu kompresora iznad elektromotora. Radni ciklus se završava u tri obrtaja osovine: prvi obrt je usis, drugi obrt je kompresija, treći obrt je pražnjenje. Neposredno iznad izlaza fiksne spirale nalazi se nepovratni ventil. Štiti kompresor od povratnog toka plina nakon što je isključen. Nakon prolaska povratnog ventila, plin napušta kompresor kroz ispusnu cijev.
Efikasnost spiralnih kompresora je u velikoj mjeri određena veličinom unutrašnjih radijalnih i aksijalnih curenja plina tokom procesa kompresije. Radijalna curenja se javljaju između dodirnih bočnih površina spirala, aksijalna - između gornjeg kraja jedne spirale i osnovne ploče druge (Sl. 2.24). Curenje dovodi do povećanja potrošnje energije kompresora, smanjujući njegov kapacitet hlađenja i radnu efikasnost.
Glavna razlika između ovog kompresora i ostalih spiralnih kompresora je princip zbijanja spiralnih elemenata. Uobičajeni način da se osigura radijalno zaptivanje je stvaranje čvrstog kontakta pritiskom pokretne spirale na nepokretnu pod uticajem centrifugalne sile. Međutim, svježe proizvedeni kompresori stvaraju efikasnu, ujednačenu brtvu tek nakon perioda „provale“ tokom kojeg se uspostavlja neophodan kontakt između površina. Dodirivanje bočnih površina spirala je preduslov za takve kompresore.
Danfoss koristi takozvani „princip kontrolisane orbite“ u kompresorima brenda Performer, koji podrazumeva kretanje spirala duž fiksne putanje bez kontakta između pokretnih i stacionarnih spirala pod bilo kojim radnim uslovima kompresora.
Kompresori rotacije kontrolisane od strane izvođača moraju imati ultra precizne pomične profile kako bi se osiguralo zagarantovano zaptivanje. Bočne površine takvih spirala nikada ne dolaze u dodir jedna s drugom, a tanak sloj ulja, koji zatvara otvor, osigurava podmazivanje spirala bez trenja i habanja na njihovoj površini.
Prilikom kreiranja aksijalnog zaptivača, neki proizvođači kompresora pritiskaju pokretni svitak na stacionarni za brtvljenje pomoću pritiska komprimovanog gasa.
Na kompresorima Performer, dinamički kontakt između gornjeg kraja pokretnog scrolla i fiksne scroll osnovne ploče održava se plutajućim zaptivačem (slika 2.27).
Rice. 2.27. Plutajuća plutajuća brtva s kontroliranom rotacijom:
1 - osnovna ploča; 2 - razmak između kraja i osnovne ploče; 3 - plutajući pečat; 4 - spirala; 5 - uljni film koji sprečava curenje zaptivnog gasa; 6 - gas visokog pritiska
Ovaj zaptivni element nalazi se u žljebu urezanom u gornji kraj pokretne spirale (sl. 2.27). Plin pod pritiskom pritišće plutajuću zaptivku odozdo i pritišće je na ploču nosača, stvarajući dinamički kontakt dok kompresor radi. Sile pritiska su vrlo male, što u kombinaciji sa mala površina kontakt smanjuje trenje i povećava efikasnost kompresora.
Karakteristična karakteristika Ovi kompresori su dizajnirani da rade u praznom hodu, čak i kada je pritisak u sistemu neuravnotežen. To se događa zbog instalacije nepovratni ventil na ispusnoj liniji, koja se zatvara kada se zaustavi. U ovim uvjetima, samo plin komprimiran u kompresoru do mjesta ugradnje ventila vraća se u kućište radilice, prolazeći kroz spirale. Ovo izjednačava unutrašnji pritisak. Kada se kompresor zaustavi, dvije spirale se otvaraju i vertikalno i horizontalno. Prilikom ponovnog pokretanja kompresor se ne opterećuje, jer se pritisak postepeno povećava.Skrolni kompresor je opremljen sigurnosnim ventilom koji se otvara kada pritisak pređe 28 bara i premošćuje rashladno sredstvo iz ispusne šupljine u usisnu šupljinu.
Ulje u spiralnim kompresorima služi samo za podmazivanje ležajeva i plutajućeg zaptivnog prstena. Podmazivanje spirala nije potrebno zbog male brzine rotacije i sile trenja na svakoj kontaktnoj tački. Sadržaj ulja u mješavini rashladne tekućine i ulja je dovoljan da obezbijedi potrebno podmazivanje, zbog čega ulje nije izloženo visoke temperaturešto može dovesti do pogoršanja performansi ulja tokom vremena. Drugi pozitivna karakteristika je visoka sposobnost otpornosti na prenošenje ulja tokom pokretanja.
Pitanja za samokontrolu u poglavlju 2.
Koja je razlika između kompresora s direktnim i indirektnim protokom? 2. Koja je razlika u dizajnu kompresora? jednostavna akcija od kompresora dvostrukog djelovanja? 3. Koji uređaj za zaštitu od vodenog udara je uključen u kompresor? 4. Koja je razlika između brtvenog prstena klipa i uljnog zaptivnog prstena? 5. Kako se podmazuje uljna brtva kompresora? 6. Koja je svrha sigurnosnog ventila u kompresoru? 7. Kako se ulje odneseno parama rashladnog sredstva vraća u kućište kompresora? 8. Zašto kompresor koji radi na amonijaku ima veći kapacitet hlađenja nego kada radi na R22? 9. Kako možete promijeniti kapacitet hlađenja kompresora za hlađenje? 10. Kako dolazi do kompresije u vijčanom kompresoru? 11. Zašto dolazi do gubitaka energije u vijčanom kompresoru kada se pritisak na kraju kompresije ne poklapa sa potisnim pritiskom? 12. Zašto se kapacitet hlađenja vijčanog kompresora mijenja kada se kalem pomiče? 13. Koje prednosti i nedostatke ima vijčani kompresor u odnosu na klipni kompresor? 14. Koje su prednosti scroll kompresora? 15. Brtve za spiralne kompresore. 16. Princip rada scroll kompresora. 17. Koliki je volumen „štipanja“ u vijčanim kompresorima?
Čitanja za Poglavlje 2.
1.Baranenko A.V., Bukharin N.N., Pekarev V.I., Timofeevsky L.S. Mašine za hlađenje - Sankt Peterburg: Politehnika, 2006.-944 str.
2. Brzi izbor automatskih regulatora, kompresora i kompresorsko-kondenzacionih jedinica. Katalog. Danfoss. 2009.-234s
3. Ladin N.V., Abdulmanov Kh.A., Lalaev G.G. Brodske rashladne jedinice. Udžbenik. Moskva, Transport, 1993.-246 str.
4. Shvetsov G. M., Ladin N. V. Brodske rashladne jedinice: udžbenik za
univerziteti - M.: Transport, 1986. - 232 str.
Scroll kompresori su se pokazali kao pouzdane, energetski efikasne i jednostavne jedinice za proizvodnju komprimovanog zraka. U takvim kompresorima zrak se komprimira pomoću dvije spirale - jedna od njih miruje, a druga se rotira velikom brzinom i kreće se u isto vrijeme. Kretanje pokretne spirale smanjuje volumen komore koja sadrži zrak - i zbog toga se povećava gustina plina.
Aplikacija
Spiralne instalacije vam omogućavaju da dobijete izlazni tok najvišeg stepenačišćenje: tokom procesa kompresije, zrak ne dolazi u kontakt s uljem ili drugim mazivima i, shodno tome, ne miješa se s njim. Stoga se scroll kompresori koriste u onim industrijama u kojima se postavljaju posebno strogi zahtjevi za kvalitetom zraka (medicinske i stomatološke klinike, prehrambena i farmaceutska proizvodnja, proizvodnja precizne elektronike itd.). A korištenje takve opreme zajedno s odvlaživačima zraka i dodatnim uređajima za filtriranje na kraju vam omogućava da postignete najbolji protok zraka u smislu kvalitete.
Prednosti scroll kompresora
Glavni element bilo kojeg je kompresor. Služi za osiguranje kretanja rashladnog sredstva u sistemu i stvaranje razlike u pritisku.
Relativno nedavno, spiralni kompresori počeli su se koristiti u tehnologiji hlađenja. Uglavnom rade u sklopu sistema klimatizacije, toplotnih pumpi, rashladnih uređaja srednje i visoke temperature.
Radni element spiralnog kompresora je spirala. Princip rada rashladnog spiralnog kompresora zasniva se na koordinisanoj rotaciji jedne spirale u odnosu na drugu.
Princip rada spiralnog rashladnog kompresora.
U spiralnom kompresoru, para rashladnog sredstva se komprimira između dvije spirale.
Jedna spirala miruje, druga se okreće oko nje. Štaviše, ovo kretanje ima tešku putanju. Elektromotor, smješten u jednom zatvorenom kućištu kompresora, obavlja svoj posao - rotira osovinu, na čijem se kraju nalazi ekscentrično postavljena spirala. Tokom rotacije, pokretna spirala se kotrlja duž zidova fiksne spirale, klizeći duž uljnog filma. Kontaktne točke spirala postupno se pomiču od ruba do centra, a nalaze se na svakom okretu radnog elementa. Zahvaćajući usisane pare rashladnog sredstva u području veće zapremine komprimovanog gasa, spirale ih postepeno sabijaju kako se približavaju radni prostor prema centru, kako se njegov volumen smanjuje. Shodno tome, u centru spirala postiže se maksimalni pritisak gasa, koji zatim ulazi u kondenzator kroz ispusni vod kompresora. U spiralnom kompresoru, tokom rada, kompresija pare se odvija kontinuirano, jer postoji više od jedne tačke kontakta između spirala i formira se nekoliko radnih zona kompresije. Električni motori hermetičkih spiralnih kompresora se hlade usisnim parama rashladnog sredstva.
Pogledajmo dizajn spiralnog kompresora za hlađenje na primjeru proizvoda . Dizajn kompresora drugih proizvođača je sličan. Glavne komponente scroll kompresora prikazane su na slici 2.
.jpg)
Slika 2. Dizajn spiralnog rashladnog kompresora.
Zbog svog dizajna, broj međusobno trljajućih dijelova u scroll kompresoru je znatno manji od onoga što teoretski ukazuje na njegovu pouzdanost.
Takođe, prednosti dizajna uključuju odsustvo mrtvog štetnog prostora u zoni kompresije, što povećava radnu efikasnost.
Zbog činjenice da se u procesu kompresije plina istovremeno formira nekoliko radnih zona, pare rashladnog sredstva se pumpaju ravnomjernije nego u klipnim kompresorima i sa manjim radnim zapreminama, što smanjuje opterećenje elektromotora.
Za poboljšanje efikasnosti rada, velika pažnja u scroll kompresorima, pažnja se posvećuje zaptivanje bočnih i krajnjih površina kontakata spirala kako bi se smanjili tokovi plina između susjednih zona kompresije.
Scroll kompresori su originalno dizajnirani i svoju najveću primenu našli su u oblasti rashladnih sistema na visokim i srednjim temperaturama - klimatizacija, čileri, toplotne pumpe. Ali i na niskim temperaturama rashladne jedinice koriste se i zahvaljujući tehnologiji ubrizgavanja male količine rashladnog sredstva u centar spirala tokom rada.
Regulacija performansi scroll kompresora je moguća korištenjem frekventni pretvarači, mijenjanje brzine rotacije osovine. Osim toga, proizvođač scroll kompresora Copeland , je razvio tehnologiju za podešavanje performansi promjenom udaljenosti između spirala tokom rotacije. Ova tehnologija omogućava scroll kompresoru da radi u praznom hodu, bez formiranja ikakvih radnih zona kompresije.
Danas spiralne kompresore za hlađenje proizvode i isporučuju u Rusiju i, shodno tome, u Čeljabinsk od strane svjetski poznatih kompanija kao što su, Danfoss Performer , .