Меню

1 как определить степень сжатия спирального компрессора

Принцип действия и потери в спиральных компрессорах.

Другим примером использования идеи спирали (от греч. speira — виток), примененной в винтовых компрессорах (пространственная спираль), служат спиральные компрессоры, у которых рабочие органы имеют вид кривых, закрученных вокруг точки на плоскости (плоские спирали), например, архимедова спираль, гиперболическая спираль, логарифмическая спираль.

В 1905 г. французский инженер Леон Круа разработал конструкцию спирального компрессора, относящегося к машинам объемного принципа действия. Воплощение конструкции на практике, из-за обеспечения малого конструктивного зазора в сопрягаемых спиралях, стало возможным только при прецизионной машинной обработке, достигнутой в начале 70 –х годов двадцатого века. Популярность спиральных компрессоров быстро растет, что объясняется возможностью создания высокой степени сжатия и самой большой эффективностью из существующих компрессоров, а также высокими эксплуатационными характеристиками (надежностью, низким уровнем шума и большим ресурсом эксплуатации), содержанием на 40 % меньше деталей, чем поршневые.

Основными достоинствами спиральных компрессоров по сравнению с поршневыми являются:

-отсутствие «вредного» объема, контакта всасываемого пара с горячими стенками деталей компрессора, а также малая доля протечек увеличивает коэффициент подачи и индикаторный к.п.д. и в целом повышает КПД на 10 — 15%

-более высокая надежность из-за отсутствия поршневых колец и клапанов на всасывании;

— может работать на любом холодильном агенте и даже с впрыском капельной жидкости;

-меньшие размеры и масса среди компрессоров одинаковой мощности.

Компрессор имеет два вставленных друг в друга спиральных элемента: подвижную, укрепленную на эксцентрике вала, и неподвижную спирали, развернутые на 180⁰. Центр подвижной спирали описывает эллипсовидную траекторию вокруг центра неподвижной спирали, совпадающий с центром вала. При этом сама подвижная спираль не вращается вокруг своей оси, а совершает сложное колебательное движение внутри неподвижной спирали. В результате этого движения пары хладагента засасываются в две большие внутренние камеры, расположенные диаметрально противоположно друг другу. При дальнейшем движении подвижной спирали эти камеры сначала постепенно закрываются, затем перемещаются к центру спиралей, одновременно сокращаясь в объеме и производя сжатие пара. Когда камера достигнет центра спирали, сжатый газ под высоким давлением выталкивается из окна, расположенного в центре. Рис. 2.23 иллюстрирует процессы, происходящие в камерах спирального компрессора.

Для наглядности на рисунках 2.23, а – 2.23,г показаны этапы преобразования одной из двух камер. На рис. 2.23 ,а происходит заполнение открытой камеры во время движения подвижной спирали. Цикл всасывания (раскрытие и закрытие внешней камеры) совершается за один оборот вала компрессора. После заполнения открытой камеры всасывающая область закрывается (рис. 2.23 ,б). При дальнейшем вращении вала и движении подвижной спирали эта камера уменьшается в объеме и в ней повышается давление по мере перемещения к центру спирали (рис. 2. 23,в). Цикл сжатия и нагнетания длится дольше, примерно от 2 до 2,5 и более оборотов и зависит от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания. Максимальное сжатие паров хладагента происходит, когда камера достигает центра, где располагается окно нагнетания (рис. 2. 23,г). Процесс сжатия – непрерывный процесс. Как только отсеченный газ начинает сжиматься на втором обороте вала, в спирали входит другая порция газа, в то время как предыдущая уже уходит в линию нагнетания. Во время работы все шесть областей, наполненных паром хладагента, находятся в различных стадиях сжатия, что позволяет осуществлять процессы всасывания и нагнетания непрерывно (рис. 2.23 ,д).

Читайте также:  Диаметр вала для резьбы м12

Рис. 2.23 . Процессы в спиральном компрессоре.

а) – заполнение внешней камеры (всасывание); б) – отсечка; в) – сжатие; г) – нагнетание; д) – работа спирального компрессора.

Ко­эффициент подачи спирального компрессора по аналогии с другими типами ком­прессорных машин можно определить по следующей формуле:

λ = = , (2.28)

где Vд действительная объемная производительность спирального компрессора;

Vт – теоретическая объемная производительность спирального компрессора при тех же условиях всасывания;

Vпр – объем протечек при тех же условиях.

Кольцевое пространство вокруг внешних дуг спиралей и кор­пусом крышки компрессора образует камеру всасыванияспирального компрессора. Таким образом, полагая полную идентичность парных камер спиралей, теоретическая объемная производительность ступени спирального компрессора определяется объемом двух камер всасывания Vвс (рис. 2. ,б) и частотой вращения вала компрессора n.

Действительная объемная холодопроизводительность компрессора определяется путем экспериментальной оценки объема протечек для конкретной серии спиральных компрессоров.

Процесс всасывания в спиральных компрессорах длится в течение почти полного оборота вала по каналам большого се­чения, в которых газ не контактирует с горячими деталями компрессора. С момента открытия камеры всасывания (см, рис.2.23 ,а) в нее начинает поступать свежий заряд паров хладагента, но одновремен­но из впереди идущей камеры, где начинается сжатие пара, начнутся осевые и радиальные перетечки паров хладагента в камеру всасывания (рис. 2.24 )

Рис.2.24 . Утечки в спиральном компрессоре: а) – осевые; б) — радиальные

Эти перетечки газа невелики, так как перепад давления между камерами незначителен.

Потери, связанные с предварительным подогревом всасываемого пара за счет контакта со сжатым газом в спиральных компрессорах отсутствуют, поскольку два потока разделены между собой многочисленными перегородками, затрудняющими теплообмен. Рабочий процесс в спиральных компрессорах может идти как и в винтовых, с недожатием и пе­режатием. Применение обратного клапана на нагнетании исключает процессы недожатия и пережатия, что способствует повышению энергетических показателей спирального компрессора.

Учитывая, что мертвый объем теорети­чески в спиральных компрессорах отсутствует, разница между коэффициентами подачи существенно возрастает при увеличении степени сжатия, что хорошо иллюстрирует график на рис. 2.25 .

Рис.2.25 Зависимость коэффициента подачи от степени сжатия

Источник

Холодильные компрессоры — винтовые, поршневые

Герметичные компрессоры имеют неразъемный корпус и сравнительно малую мощность, а потому их применение зачастую ограничивается розничной торговлей. Полугерметичные обладают более высокой производительностью, что позволяет использовать их в составе промышленных холодильных установок. Мощность электродвигателей полугерметичных компрессоров составляет до 500 кВт.

Применение

Промышленные холодильные агрегаты производства нашей компании оборудуются производительными и экономичными поршневыми и винтовыми компрессорами Copeland, Bitzer, Maneurope и L’UniteHermetique.

Полугерметичные винтовые компрессора

Винтовые полугерметичные компрессоры Bitzer обладают производительностью от 84 до 780 кВт, что позволяет их использовать в камерах шоковой заморозки, а также там, где необходимо плавное регулирование уровня мощности. Объединив в одной установке несколько компрессоров можно достичь холодопроизводительности 2800 кВт и больше.

Читайте также:  Сборка первичного вала кпп газель 5 ступка

Винтовые компрессоры имеют следующие преимущества:

  • небольшие размеры;
  • низкая шумность и отсутствие вибрации;
  • высокая производительность, а также возможность работы со всеми типами хладагентов;
  • надежные и мощные электродвигатели.

Принцип работы

Полугерметичные поршневые компрессора

Характерными особенностями является:

  • инновационная конструкция клапанных досок;
  • наличие встроенных моторов высокой мощности с системой возврата масла и системой охлаждения посредством всасываемых паров;
  • наличие коленвалов высокой износостойкости;

Компрессоры, предназначенные для работы при низких температурах (от — 40°С до −5°С), оснащены системами «CIC» и «Varicool». Они применяются для промышленного охлаждения и систем кондиционирования. Двухступенчатые компрессоры отличаются тем, что в них две ступени сжатия производятся в одном корпусе, что снижает возможность перегрева агрегата. Основными преимуществами двухступенчатых являются:

  • интегрированная система охлаждения жидкости;
  • используют для работы хлор-несодержащие хладагенты;
  • имеют низкое энергопотребление;
  • характеризуются компактными размерами.

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

Сравнение рабочих коэффициентов

Мертвый объем.

В спиральном компрессоре оставшийся невытесненным газ выполняет совсем другую роль, чем газ, находящийся в мертвом пространстве поршневого компрессора. Невытесненное рабочее вещество практически не влияет на полноту наполнения полостей всасывания, и оно расширяется не до давления всасывания, а до давления внутреннего сжатия:
¥с=1

Гидравлические потери.

Подогрев пара.

Перетечки.

Коэффициенты подачи для спирального (СК) и поршневого компрессоров (ПК)

Типы
комп.
Температурный режим при tk=40 ° C
to=–10°С to=0°С to=10°С
Производительность, м3/ч
Vh=30 Vh=75 Vh=30 Vh=75 Vh=30 Vh=75
СК 0,92 0,94 0,94 0,95 0,93 0,95
ПК 0,76 0,78 0,81 0,83 0,82 0,85

Для этих же компрессоров, что и коэффициент подачи, рассчитаны величины полного КПД (см. табл. 2).
Таблица 2

Величины полного КПД для спирального (СК) и поршневого компрессоров (ПК)

Типы
комп.
Температурный режим при tk=40 ° C
to=–10°С to=0°С to=10°С
Производительность, м3/ч
Vh=30 Vh=75 Vh=30 Vh=75 Vh=30 Vh=75
СК 0,58 0,56 0,64 0,62 0,64 0,64
ПК 0,62 0,66 0,61 0,63 0,55 0,55

Зависимость КПД от степени сжатия

(рассчитано для спирального компрессора с производительностью 75 м3/ч)

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.

Читайте также:  Валы из пружинной стали

«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).

В спиральном компрессоре:

  • Процессы всасывания, сжатия и нагнетания происходят непрерывно и растянуты по углу поворота вала
  • Ротационное движение подвижной спирали полностью уравновешивается и совершает плавное движение
  • Отсутствуют препятствия для свободного течения газового потока

Отсюда отсутствие «пульсации пара» и снижение шума компрессора, по некоторым данным на 5-10 Дб. К примеру, уровень шума полугерметичного поршневого компрессора составляет 70 Дб, что соответствует шуму, производимому грузовым автомобилем во дворе жилого дома или громкому разговору, а шум в 60 Дб — это телевизор, музыкальный центр, включенные на средней мощности, электробритва или легковой автомобиль во дворе жилого дома.

Заключение

Все данные по компрессорам взяты из каталогов фирмы Bitzer (Германия).
Для расчетов были выбраны следующие типы компрессоров:

Спиральный компрессор:

  • ESH730 (B)(Y) – 30 м3/ч.
  • ESH976 (B)(Y) – 76 м3/ч.

Поршневой компрессор:

  • 4VCS – 6.2(Y) – 34,7 м3/ч.
  • 4H – 15.2(Y) – 73,7 м3/ч.

Расчеты проводились для фреона R134a.

Источник

Adblock
detector