Спиральные компрессоры. Безмасляные спиральные воздушные компрессоры. Недостатки спиральных компрессоров
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.
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.
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.
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.
Спиральные компрессоры относятся к одновальным машинам объемного принципа действия. Как известно, машины такого принципа действия обратимы, т.е. могут работать практически без изменения конструкции, и как компрессоры, и как моторы (детандеры или расширители.
Идея такой машины известна более ста лет, но реализовать ее и довести до промышленного производства и широкого применения удалось только в 80-е годы ХХ века. Причина та же, что и при разработке винтовых компрессоров не было достаточно точного оборудования для изготовления такой формы детали, как спирали.
В настоящее время в холодильной технике спиральные компрессоры используют в бытовых и транспортных кондиционерах, тепловых насосах, холодильных машинах малой и средней мощности до 50 кВт. Но расчеты показывают, что холодильную мощность спиральных компрессоров можно увеличить до 100 и более кВт по мере совершенствования их конструкции и технологии изготовления.
28 Классификация спиральных компрессоров
Спиральные компрессоры классифицируются следующим образом: маслозаполненные; с впрыском капельной жидкости (например холодильного агента); сухого сжатия.
И, естественно, одно- и двухступенчатые с различным расположением ступеней по отношению к двигателю.
В зависимости от рода газа, мощности и других условий: герметичные, бессальниковые, сальниковые.
По типу применяемых спиралей: с эвольвентными спиралями, со спиралями Архимеда, с кусочно-окружными и т.д.
Существенно деление спиральных компрессоров на вертикальные и горизонтальные. В последних вал 1 расположен горизонтально (см. рисунок 65). В горизонтально расположенных спиральных компрессорах, например у транспортного кондиционера с параллельным расположением вала и продольной оси транспортного средства, труднее обеспечить надежную работу системы смазывания компрессора.
29 Достоинства и недостатки спиральных компрессоров
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:
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.
Принцип действия, устройство и особенности холодильных спиральных компрессоров COPELAND. Повышенная энергоэффективность и другие преимущества спиральных компрессоров COPELAND по сравнению с другими холодильными компрессорами.
Подробнее о моделях спиральных компрессоров Copeland
Технические характеристики и цены на герметичные среднетемпературные спиральные компрессоры Copeland Scroll серии ZR (R407C)
Технические характеристики и цены на герметичные среднетемпературные спиральные компрессоры Copeland Scroll серии ZP (R410A)
Технические характеристики и цены на герметичные спиральные компрессоры Copeland Scroll серии ZPD и ZRD
Технические характеристики и цены на герметичные спиральные компрессоры Copeland серии ZH
Технические характеристики и цены на герметичные спиральные компрессоры Copeland серии ZB
Технические характеристики и цены на герметичные спиральные компрессоры Copeland серии ZF
Технические характеристики и цены на цифровые компрессоры Copeland Scrol серии ZFD и ZBD
О спиральных компрессорах в общем и о спиральных компрессорах COPELAND в частности
Впервые такой простой вид сжатия был запатентован в 1905 году. Подвижная спираль,согласованно двигаясь по отношению к неподвижной спирали, создает между этими спиралями систему из серповидных областей, заполненных газом (см. Рис. 1).
Во время процесса сжатия одна спираль остается неподвижной (зафиксированной), а вторая совершает орбитальные (но не вращательные) движения (орбитальная спираль) вокруг неподвижной спирали. По мере развития такого движения, области между двумя спиралями постепенно проталкиваются к их центру, одновременно сокращаясь в объеме. Когда область достигает центра спирали, газ, который теперь находится под высоким давлением, выталкивается из порта, расположенного в центре. Во время сжатия несколько областей подвергаются сжатию одновременно, что позволяет осуществлять процесс сжатия плавно.
И процесс всасывания (внешняя часть спиралей), и процесс нагнетания (внутренняя часть спиралей) осуществляются непрерывно.
1. Процесс сжатия осуществляется путем взаимодействия орбитальной и неподвижной спиралей. Газ попадает во внешние области, образованные во время одного из орбитальных движений спирали.
2. В процессе прохождения газа в полость спиралей всасывающие области закрываются.
3. Т. к. подвижная спираль продолжает орбитальное движение, газ сжимается в двух постоянно уменьшающихся областях.
4. К тому времени, как газ достигнет центра, создается давление нагнетания.
5. Обычно во время работы все шесть областей, наполненных газом, находятся в различных стадиях сжатия, что позволяет осуществлять процессы всасывания и нагнетания непрерывно.
Спиральные компрессоры Copeland впервые появились на холодильном рынке России и стран СНГ в начале 90-х годов прошлого века. Спиральные компрессоры Copeland нашли применение во всех основных системах воздушного кондиционирования, включая сплит и мульти-сплит 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 расширяются и в настоящее время приближаются к 200 кВт при использовании многокомпрессорной станции.
Данный модельный ряд имеет как стандартный набор свойств компрессоров, так и новые дополнительные функции. Такой набор возможностей не имеет аналогов среди компрессоров других типов. Спиральные компрессоры Copeland представлены в диапазоне мощности 2...15 л.с. (по встроенному электрическому /двигателю). К основным особенностям таких компрессоров относятся: широкий рабочий диапазон, эффективность, сравнимая с полугерметичными компрессорами, и превосходство над герметичными моделями при низкотемпературном применении, плавная работа, позволяющая осуществлять постоянное сжатие и уменьшенное количество движущихся частей, высокая надежность, достигаемая с помощью эксклюзивной конструкции Copeland Scroll™. Преимущество в массогабаритных показателях: спиральные компрессоры Copeland занимают 1/3 опорной поверхности эквивалентной полугерметичной модели компрессора, а их вес составляет 1/4 от ее веса. В спиральных компрессорах движущихся частей меньше, чем в поршневых. Благодаря этому они обладают повышенной надежностью и могут использоваться в более широком рабочем диапазоне. Оптимизированные для работы при низких, средних и высоких температурах кипения серии холодильных спиральных компрессоров "Копланд" все более и более вытесняют поршневые компрессоры. В спиральных компрессорах "Копланд" серии ZR используются электродвигатели на 50 и 60 Гц. Спиральные компрессоры ZR адаптированы для хладагентов HFC и HCFC, и полный модельный ряд ZR может быть поставлен как с минеральным, так и с синтетическим маслом.
Считается, что спиральные компрессоры применимы только в кондиционировании воздуха, а для работы в низкотемпературной области подходят только полугерметичные поршневые или винтовые компрессоры. Да, данное высказывание действительно для большинства существующих в мире спиральных компрессоров. Но не для компрессоров фирмы Copeland. Многие дистрибьюторы продукции конкурирующих фирм обращают всеобщее внимание на то, что спиральный компрессор предназначен только для высоких или, в крайнем случае, средних температур. Вероятно, они имеют ввиду те компрессоры, которые поставляют они сами, не имея возможности приобрести оборудование с более широкими возможностями. Или, что тоже вероятно, подобные высказывания являются простым трюком в конкурентной борьбе за умы тех, кто пока не посвящен в детали внутреннего устройства спиральных компрессоров различных фирм, а также ничего не знает об их сравнительных преимуществах/недостатках.
Уникальность спиральных компрессоров Copeland заключается в том числе в возможности безболезненно впрыскивать жидкий (или парообразный) хладагент непосредственно в спиральные полости приблизительно в середине процесса сжатия. Такой возможности не имеет большинство других спиральных компрессоров ввиду серьезного отличия конструкции. Фирма Copeland, будучи пионером в промышленном освоении спиральной технологии в мировом масштабе (первые в мире серийные спиральные компрессоры сошли с конвейера нового специализированного завода Copeland в США в 1987г.), первой запатентовала в ряде стран наиболее интересные технические решения, которые и позволяют производить впрыск жидкости для промежуточного охлаждения в низкотемпературных режимах непосредственно в зону сжатия, не снижая рабочего ресурса компрессора. Благодаря этому низкотемпературный спиральный компрессор Copeland практически единственный в мире может спокойно работать при температурах кипения минус 35…минус 40°С (R22 или R404A) и при обычных температурах конденсации +30…+50°С. Таким образом, технологический процесс замораживания с использованием низкотемпературного спирального компрессора Copeland – это реалии сегодняшнего дня. Данная технология уже опробирована и успешно применяется в России, Украине и других странах СНГ.
Те специалисты, кто уже имеет собственный практический опыт эксплуатации низкотемпературных спиральных компрессоров Copeland, хорошо знают, что ни один другой компрессор любого типа (включая поршневые, ротационные, винтовые и даже турбокомпрессоры) не выходит на заданный низкотемпературный режим так быстро, как это происходит с спиральным компрессором Copeland. Так что те потребители, кому требуется самый быстрый темп заморозки, могут сказать фирме Copeland спасибо за низкотемепратурный спиральный компрессор.
Второе поколение холодильных спиральных компрессоров "Копланд" серий ZB и ZF с впрыском пара предназначено для экспплуатации в среднетемпературных и низкотемпературных режимах с лучшими в отрасли показателями эффективности в течении года. Ряд ZB с мощностью привода от 2 до 30 л.с. и ZF от 4 до 15 л.с. предназначенны для работы с хладагентами R22, R134a, R404A и R407C. Наличие в три раза меньшего количества движущихся частей в сравнении с традиционными полугерметичными поршневыми компрессорами, встроенной системы защиты и механизма согласования спиралей обеспечивает значительную толерантность к попаданию жидкого хладагента, позволяет говорить об отменной надежности этого ряда компрессоров в целом.
Другими важными преимуществами спиральных компрессоров "Копланд"являются работа при низких температурах конденсации, обеспечивающая превосходную годовую эффективность эксплуатации, широкий рабочий диапазон и уменьшение габаритов для лучшей приспособляемости к требуемому применению. Особенно подходящим оборудованием для много испарительных холодильных систем, требующих регулирования холодопроизводительности, являются модели спиральных компрессоров ZBD для средних температур кипения и ZFD с впрыском пара для низких температур кипения.
Цифровой спиральный компрессор "Копланд"обеспечивает плавное регулирование производительности в диапазоне от 10 до 100% при помощи простой механической системы и гарантирует точный контроль давления кипения и температуры при любой нагрузке. Цифровой спиральный компрессор "Копланд" не требует сложного электронного управления и легко интегрируется в холодильную систему. Электродвигатель компрессора всегда работает при постоянной номинальной скорости вращения, что обеспечивает высокую надежность и гарантирует эффективность внутренней системы смазки.
Сравнение с другими типами компрессоров
|
Низкотемпературные спиральные
компрессоры Copeland |
Другие типы компрессоров любых известных
мировых производителей |
|
Высокий коэффициент подачи и
холодильный коэффициент в оптимальной для данного модельного ряда области давлений (температур) кипения в сочетании с обычными давлениями (температурами) конденсации => при одинаковой холодопроизводительности потребляемая мощность ниже |
Большинство поршневых герметичных и
полугерметичных (кроме моделей ряда Copeland Discus), ротационных, винтовых и центробежных компрессоров имеют худшие показатели ввиду одного или нескольких нижеприведенных факторов: «мертвый» объем, потери в клапанах, большие внутренние тепловые потери, высокий КПД только в относительно узкой области степеней сжатия и т.п. => при одинаковой холодопроизводительности потребляемая мощность выше |
|
Возможность применения одной модели в
широком диапазоне температур кипения от минус 40oC до +7oC (для R22 или R404A) => для различных прикладных задач требуется только один тип модели (низкотемпературный!) => оптимизация складских запасов: меньше моделей - меньше запчастей |
Большинство других типов компрессоров имеют
четкое деление на низко- и среднетемпературные модели => для различных задач требуется несколько разных типов моделей (2 или даже 3 типа!) => складские запасы слишком велики - требуется больше запчастей |
|
Относительно большая мощность привода
исключается перегрев электродвигателя при выходе на режим. Выше надежность. Нет необходимости защищать двигатель низкотемпературного компрессора при работе при высоких давлениях (температурах) кипения => не требуется ТРВ с функцией MOP => технологические задачи решаются гораздо быстрее за счет быстрого наполнения испарителя в период пуска компрессора и выхода на безопасный режим работы (например, заморозка продукта пройдет намного быстрее; готовый продукт будет более качественным) |
В связи с относительно низкой мощностью привода
низкотемпературных поршневых компрессоров требуется искусственное ограничение максимального давления (температуры) кипения, которое обычно реализуется с помощью ТРВ с функцией MOP => требуется ТРВ с функцией MOP => в связи с малой подачей хладагента в испаритель до момента достижения предельно максимального давления кипения (индивидуально для каждого компрессора) холодильная (морозильная) установка выходит на заданный режим очень медленно => потери качества замороженной продукции в связи с нарушением скорости заморозки |
|
Пусковой ток практически не отличается от
рабочего (компрессор пускается полностью внутренне механически разгруженным) => минимальна => контакторы компрессора могут иметь меньшую мощность, а защитный электроавтомат должен быть (!) менее мощным. Экономия электроэнергии при пуске. |
Другие типы компрессоров имеют повышенный
либо очень высокий пусковой ток даже при применении устройств механической разгрузки => неблагоприятное влияние на соседних электропотребителей; требуется более мощная электроустановочная аппаратура Повышенное потребление электроэнергии при пуске. |
|
Спиральный компрессор Copeland имеет
один из лучших показателей по степени уноса масла в систему – одно из самых низких значений => во многих прикладных случаях применение маслоотделителя и других сложных компонентов системы смазки не требуется |
Унос масла в большинстве поршневых
компрессоров (кроме моделей с вентилирующим клапаном в картере, например, для Copeland – модельные ряды Discus или S-серия) выше, а у винтовых в несколько раз выше => дополнительно обязательно требуются дорогостоящие компоненты системы возврата масла (а иногда и охлаждения), система управления установкой усложняется, а ее надежность снижается |
|
Возможность временной работы в условиях
прерывистого (обедненного) возврата масла благодаря тефлоновым подшипникам скольжения => высокий рабочий ресурс даже в тяжелых условиях эксплуатации (например, пониженная вязкость вследствие высокой температуры масла либо большого количества растворенного хладагента; прерывистый (порционный) возврат масла в компрессор) |
Почти все другие компрессоры в мире (кроме
модельных рядов Discus или S-серии у Copeland), в которых применяются подшипники скольжения, имеют бронзовое либо подобное покрытие (баббиты и т.п.) в парах трения => при ненадлежащих условиях смазки повышенный износ пар трения => быстрый выход из строя компрессора |
|
Высокий коэффициент подачи на
протяжении всего срока службы вследствие свободного, самоподстраивающегося уплотнения между спиралями – радиальное согласование => неизменная холодопроизводительность |
У большинства типов компрессоров коэффициент
подачи снижается по мере эксплуатации компрессора по причине износа сопрягаемых деталей в полостях сжатия => пониженная холодопроизводительность в конце нормативного срока эксплуатации |
|
Повышенная устойчивость к «влажному
ходу» благодаря радиальному согласованию |
Низкая устойчивость к «влажному ходу» у всех
типов компрессоров (включая спиральные модели, где отсутствует радиальное согласование), кроме винтовых компрессоров |
|
Высокая устойчивость к механическим
загрязнениям благодаря радиальному согласованию |
Попадание механических частиц в зону сжатия
практически всегда приводит к выходу из строя любых типов компрессоров, включая спиральные модели без радиального согласования |
Сравнение с другими видами спиральных компрессоров
| Спиральные компрессоры Copeland | Другие спиральные компрессоры |
|
Имеется наиболее полная линейка
спиральных компрессоров, включая низкотемпературные модели до минус 40 oC кипения: * кондиционирование (R22, R134a, R407C) ZR * кондиционирование (R410A) ZP * высокотемпературные тепловые насосы ZH * высоко- и среднетемпературное охлаждение / чиллеры ZB * среднетемпературное охлаждение ZS * низкотемпературное охлаждение ZF * сверхнизкотемпературное (криогенное) охлаждение ZC * горизонтальные модели: ZBH – высоко- и среднетемпературное охлаждение ZSH – среднетемпературное охлаждение ZFH – низкотемпературное охлаждение * модели со ступечатым и бесступенчатым регулированием производительности |
Большинство из фирм, выпускающих спиральные
компрессоры, имеют в своем арсенале лишь модели для кондиционирования (в крайнем случае, для среднетемпературного холода), т.к. низкотемпературные модели слишком сложны и требуют радикального изменения внутренней конструкции |
|
Имеется внутренняя механическая
защита спиралей от перегрузки: средне- и температурные модели ZS и ZF – при превышении соотношения давлений нагнетания/всасывания 20:1 высоко- и среднетемпературные модели ZR и ZB – при превышении соотношения давлений нагнетания/всасывания 10:1 благодаря осевому согласованию |
У большинства производителей механическая
защита самих спиралей от перегрузок отсутствует (отсутствует осевое согласование) => возможно разрушение спиралей при перегрузке |
|
При пуске спирали не касаются друг друга
своими боковыми поверхностями (благодаря осевому согласованию) => разгруженный пуск => повышенный моторесурс и пониженное энергопотребление |
Большинство спиральных компрессоров имеют
конструкцию с жестко фиксированной траекторией движения вращающейся спирали (отсутствует осевое согласование) => пуск под нагрузкой => повышенное энергопотребление |
|
Прямой контакт между спиралями в
торцевом направлении без применения торцевых прокладок => высокий ресурс и возможность работы при высоких степенях сжатия |
Многие производители применяют торцевые
прокладки для обеспечения надлежащего уплотнения => пониженный срок службы и трудности в работе с большими перепадами давления (низкотемпературныне режимы) |
Спиральные компрессоры Copeland Digital Scroll™
Конструкция компрессоров "Копланд" Digital Scroll™ базируется на уникальной технологии согласования спирального блока Copeland Compliance™. Управление производительностью достигается путем разведения спиралей в осевом направлении на небольшой период времени. Это простой и надежный механический способ для плавного регулирования производительности, прецизионного поддержания температуры и повышения эффективности системы.
Спиральный компрессор Copeland Digital Scroll™ является решением, которое можно интегрировать в существующую систему. Это происходит быстро и легко, поскольку не требуется других компонентов. Чтобы сделать процесс внедрения более простым, Dixell и Alco разработали совместно c Copeland два контроллера для управления компрессорами Copeland Digital Scroll ™.
Спиральный компрессор "Копланд" Digital Scroll™ предлагает самый широкий диапазон регулирования производительности в промышленности и позволяет плавно менять производительность от 10% до 100% без изменения рабочего диапазона по сравнению со стандартным компрессором Copeland Scroll™. В результате, давление всасывания и температура поддерживаются очень точно, и цикличность компрессора сведена к минимуму. Это гарантирует оптимальную эффективность системы и долгий срок службы оборудования и компонентов.
Возможность использования спиральных компрессоров Copeland Digital Scroll ™ при температуре конденсации до 10°C также гарантирует лучшие показатели сезонной эффективности на рынке компрессоров. Скорость хладагента в системах с компрессорами Copeland Digital Scroll™ идентична стандартным компрессорам, даже при низкой производительности.
Спиральный компрессор Copeland Digital Scroll™ работает на полной скорости все время, никогда не уменьшая возврат масла в компрессор. Компрессор Digital Scroll™ обеспечивает аналогичный высокий уровень надежности, как и системы со стандартными компрессорами. Электродвигатель компрессора не перегревается и не возникает резонансных колебаний в процессе работы, как это часто бывает в системах с инвертором.
Высокоэффективные спиральные компрессоры Copeland ZF EVI
Copeland Scroll TM предлагает наиболее эффективное решение для низкотемпературного применения в супермаркетах. Три года назад, приступив к производству спиральных компрессоров серии ZB, предназначенной для холодильной техники, работающей в диапазоне средних температур кипения, Copeland начал выпуск второго поколения спиральных компрессоров. Сегодня это поколение пополнилось новой серией высокоэффективных спиральных компрессоров, которые несомненно окажут значительное влияние на последующее развитие холодильных систем. Новый спиральный компрессор ZF EVI, специально разработанный и оптимизированный для максимального использования преимуществ технологии переохлаждения жидкости и впрыска пара, является ключевым компонентом для проектирования высокоэффективных низкотемпературных центральных станций холодоснабжения.
Спиральные компрессоры ZF EVI характеризуются более высокими значениями холодопроизводительности и холодильного коэффициента (COP) по сравнению с имеющимися на рынке моделями, что обеспечивает дополнительные преимущества при эксплуатации и делает этот компрессор наиболее предпочтительным решением для систем хранения пищевых продуктов.В данной статье описана концепция спирального компрессора EVI, даны его основные характеристики и прикладные аспекты использования в холодильных системах. Впрыск пара. Холодильный цикл со спиральным компрессором EVI подобен двухступенчатому циклу с промежуточным охлаждением, но с использованием одного единственного компрессора (см.рис.1). Данная концепция является намного более простой и исключает дополнительные потери, существующие в обычной системе с двумя ступенями сжатия. Принцип действия ступени высокого давления заключается в отборе части сконденсировавшейся жидкости и её последующем испарении после расширительного вентиля в теплообменнике-переохладителе (экономайзере) противоточного типа. Далее перегретый пар поступает через промежуточные порты впрыска в полости спирального блока.
Дополнительное переохлаждение увеличивает холодопроизводительность испарителя, понижая энтальпию хладагента на входе, при неизменном массовом расходе. Необходимый для впрыска дополнительный массовый расход зависит от места расположения порта и создает дополнительную нагрузку, что немного увеличивает энергопотребление спирального компрессора. Поэтому конструкция порта впрыска была оптимизирована таким образом, чтобы обеспечить максимальное увеличение производительности при минимальном росте энергопотребления компрессора. Хорошо известно, что эффективность цикла двухступенчатого сжатия выше, чем одноступенчатого (при равной объемной производительности).
Прирост холодопроизводительности компрессора достигается за счет более глубокого переохлаждения жидкости в экономайзере при незначительном увеличении энергопотребления на сжатие малой порции газа от промежуточного давления до давления нагнетания. Межступенчатое охлаждение паром уменьшает температуру нагнетания, обеспечивая работу спирального компрессора при большем соотношении давлений. Ранее впрыск пара традиционно применялся только в крупных коммерческих винтовых и многоступенчатых центробежных компрессорах (но не в небольших герметичных). Сегодня Copeland представляет новый компрессор с впрыском пара, входящий в семейство спиральных. Он специально разработан для низкотемпературного применения и обеспечивает уровень эффективности, сопоставимый с КПД полугерметичного компрессора Copeland серии Discus, который за последние годы был признан самым эффективным в мире среди компрессоров всех типов.
