- Вредный или так называемый «мёртвый» объём не вытесненного газа
- Потери энергии на всасывании и нагнетании
- Изменение давления и температуры в процессе всасывания и нагнетания
- Изменение показателя политропы расширения и сжатия
- Потери мощности на трение сопряжённых деталей
- Внутренние перетечки и внешние утечки газа
При эксплуатации СПК следует обращать внимание на работу оборудования при отрицательных температурах наружного воздуха и устанавливать подогрев картера, что продиктовано конструкцией компрессора и типом применяемых масел. Так при температурах ниже -100С вязкость масла заметно растет, снижаются перетечки, но велика вероятность, что компрессор будет в этом случае работать в условиях «сухого трения», что влечёт за собой выход из строя подшипников.
Жидкий хладагент растворенный в масле, приводит к тому, что на смазку поступает масляная суспензия с пониженной вязкостью. Бронзовые и многие другие подшипники скольжения будут сильно изнашиваться. Применение тефлоновых подшипников увеличивает ресурс компрессора.
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 такие всемирно известные фирмы, как EmersonCopeland, DanfossPerformer, Bitzer, Daikin.
Ознакомившись с конструкцией и принципом действия СПК, немного обратимся к истории, чтобы лучше понять, почему его выпуск начался сравнительно недавно. Сама идея спирали известна человечеству более 3 тыс. лет. Спирали (от греч. speira -- виток) -- это кривые, закручивающиеся вокруг точки на плоскости.История СПК берёт начало 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, что можно отнести к своего рода недостатку данной технологии. 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). Уже в ходе испытаний прототипа было выявлено, что он обладает возможностью создания высокой степени сжатия и самой большой эффективностью из существовавших в начале 70-х гг., 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 спирального компрессора для американской корпорации «Тгаnе». Немного позже многие крупные компании, например, «Copeland» (США), «Hitachi» (Япония), «Volkswagen1» (Германия), начинают интенсивные исследования и совершенствование конструкции спирального компрессора, осваивание технологии изготовления деталей. Разработка прототипа шла медленнее. В конце 80-х гг. «Hitachi» и «MitsuiSeiki» (Япония) представили маслосмазывающий воздушный компрессор. Однако они являлись просто модификациями спиральных компрессоров. «IwataCompressor» (Япония) заключила лицензионное соглашение с «Arthur D. Little» на разработку воздушного компрессора в 1987 г. В результате фирма «IwataCompressor» первой в мире представила в январе 1992 г. «сухой» (без масла) прототип. Первоначальная мощность составляла 2,2 и 3,7 кВт. Основными преимуществами «сухих» спиральников «IwataCompressor» по сравнению с поршневыми «сухими» являются: долговечность, надежность, низкий уровень шума и вибрации.
В настоящее время широкомасштабные исследования ведут все фирмы-производители компрессоров, что позволило расширить тип и размерный ряд моделей, увеличив производительность и технологичность СПК. Спиральные компрессоры успешно выдержали испытания временем и активно начали вытеснять другие типы (особенно поршневые) с рынка холодильного оборудования, всего лишь за несколько лет заняв доминирующее положение на рынке кондиционирования и тепловых насосов, коммерческого холодоснабжения. На рубеже веков их выпуск составил уже свыше 20 млн. компрессоров.
Производители спиральных компрессоров не стоят на месте и не только по объёмам выпуска. Они постоянно совершенствуют технологии, и достигает новых границ холодопроизводительности. С настоящее время специалисты достигли больших результатов, так как технический показатель составляется 200 кВт при применении многокомпрессорных станций. Модельный ряд имеет определенные функции и свойства, которые соответствуют стандартному набору свойств. Более современные модели обладают дополнительными функциями, которые упрощают процесс эксплуатации. Набор возможностей у спиральных компрессоров Copeland не встречается ни у одного другого производителя. Вот так данный производитель создает спиральные компрессоры с диапазоном мощностей, который составляет от 2 л.с. до 15 л.с.
Как стало ясно из всего описанного, то подобные спиральные компрессоры обладают широчайшим рабочим диапазоном, который обеспечивает эффективность работы. Сравнить такие модели можно только с полугерметичными компрессорами, которые имеют преимущество над низкотемпературными компрессорами. Движущиеся части в таких моделях меньше двигаются и поэтому это повышает надежность работы, а также обеспечивает постоянный процесс сжатия газа внутри оборудования. Надежность работы определяется благодаря эксплозивной конструкции агрегата. Спиральные модели от компании CopelandScroll выделяются массогабаритными показателями, то есть компрессоры занимают всего третью часть от опорной поверхности, что является отличным показателем для работы. Чаще всего подобные устройства выделяются не только ненадежностью в работе, но также они отлично оптимизированы для работы с любой температурой кипения.
Спиральные компрессоры, в силу своих преимуществ:оптимальный уровень шума, компактные размеры, меньшая масса и количество деталей до 40% по сравнению с поршневыми, достаточный диапазон холодопроизводительности, однофазные электродвигатели не нуждаются в стартовых реле или конденсаторах, а также работа в режиме теплового насоса, 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, за счётвозможности управления жидким хладагентом в СПК, поступающим в аварийных ситуациях в компрессор (без разрушения его составных элементов). Охлаждение компьютерных центров и АТС,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. Широко используются в компрессорно-конденсаторных агрегатах, в системах «выносного холода» супермаркетов, в промышленном холоде и в транспортных установках, включая контейнеры. Границы холодопроизводительности постоянно увеличиваются и в настоящее время приближаются к 200 кВт при использовании многокомпрессорной станции.
Надежность является еще одним важным вкладом, который вносят в общую экономию средств, при работе супермаркета, где непрерывность работы оборудования является решающим фактором.
Многофункциональность СПК 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.
СПК могут успешно применяться в децентрализованных системах охлаждения, что помимо перечисленных достоинств позволит снизить хладоемкость системы, протяженность и количество трубопроводов, арматуры и тем самым обеспечить надежность и экологическую безопасность холодильных систем.
Сегодняшнее состояние развития и малоизученность новой спиральной технологии, вместе с описанными преимуществами и недостатками СПК, а также с учётом факторов, влияющих на его работу, определяют и дальнейшие пути его совершенствования. На примере отечественных и зарубежных научных статей, и монографий рассмотрим некоторые из них.
Одним из объектов изучения является: сложная система газовых сил, действующая на рабочие элементы компрессора, разработка методов построения контуров рабочих органов, оптимизация геометрии спирали. К другой основной проблематике СПК, следует отнести изучение рабочих процессов с учётом терм-, газодинамических аспектов. Вместе с этим исследования действительного компрессора может охватывать такие типы как компрессор «сухого сжатия», масозаполненный, с впрыском рабочего вещества, т.е. моделирование процесса сжатия с двухфазным рабочим телом.
Актуальность будущей работы состоит в изучение влияния различных факторов на энергетические и объёмные характеристики СПК, с целю оптимизации рабочих процессов и повышения его энергоэффективности, что соответствует современным тенденциям совершенствования компрессоров объёмного принципа действия и укладывается в рамки общих направлений развития холодильной техники.
В ходе работы предполагается определить и изучить факторы, некоторые из них указаны в настоящей статье, оказывающие прямое или косвенное влияние на объёмные и энергетические показатели СПК. Алгоритм исследования гл. образом включает в себя построение математической модели теоретического и действительного компрессоров, описывающей рабочие процессы СПК, проведение натурных испытаний на реально работающем оборудовании и сравнительного анализа полученных данных. Результатом исследованиядолжна стать разработанная методика расчёта коэффициента подачи спирального компрессора.
Использованная литература
1. Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Холодильная техника и кондиционирование» Д-р. техн. наук, Пронин В. А. Тенденции развития компрессорной техники.
2. Ибрагимов Е.Р.Автореферат диссертации на соискание учёной степени к.т.н. «Повышение эффективности спирального компрессора сухого сжатия».
3. Воронов Владимир Андреевич. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н.
«Исследование спирального детандера на различных рабочих веществах».
4. В. А. Косачевский. Автореферат диссертации на соискание учёной степени к.т.н. «Разработка метода расчета и анализ рабочего процесса спиральных компрессоров»
5. ПаранинЮ.А. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. «Совершенствование метода расчёта рабочего процесса спирального компрессора сухого сжатия с использованием результатов экспериментальных исследований».
6. Фоменко М.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. «Разработка методики расчёта и исследование спирального компрессора»
7. Рабочий материал компании «Copeland»: Спиральная технология “КОПЛАНД” для современных холодильных систем.
8. Рабочий материал компании «Copeland»: Спиральные компрессоры R410A
9. Рабочий материал компании «Copeland»: Спиральныe компрессоры для кондиционирования воздуха
10. Рабочий материал компании «Copeland»: Компрессорная технология. Тенденции.
11. ГороховС.Ю., EmersonClimateTechnologies/ Copeland. Спиральные компрессоры в супермаркете.
12. Канд. техн. наук Косачевский В. А. ВЕСТНИК МАХ №4, 2016 «О производительности спирального компрессора».
13. Development of High Performance 3D Scroll Compressor.юTaichiTateishi, Haijime Sato, Hiroyuki Kobayashi
14. Development of High-efficiency Scroll Compressor for Automotive Air Conditioners Takayuki Kuwahara, Makoto Takeuhi
15. Refrigerant and Scroll Compressor Options for Best Performance of Various European Heat Pump Configurations Eric Winandy Emerson Climate Technologies Guy Hundy Emerson Climate Technologies
16. XVIII Международная научно-техническая конференция по компрессоростроению,Ибрагимов Е.Р., Налимов В.Н., Паранин Ю.А.,«Индицирование рабочего процессаспирального компрессора сухого сжатия».
17. Бабакин Б.С., Выгодин В.А. монография. «Спиральные компрессоры в холодильных системах».