Спиральный компрессор

Принцип действия спиралей; на данном рисунке показаны две Архимедовы спирали

Спира́льный компре́ссор — разновидность компрессора (насоса) объёмного типа, в котором сжатие рабочей среды происходит при взаимодействии двух спиралей. Одна спираль остаётся неподвижной, а другая — совершает эксцентрические движения без вращения, благодаря чему обеспечивается перенос рабочей среды из полости всасывания в полость нагнетания.

Конструкция и принцип действия

Компрессор состоит из двух эвольвентных или архимедовых спиралей, вала с эксцентриком, корпуса и других элементов, предназначенных для обеспечения заданного движения и правильного взаимодействия деталей компрессора.

Спирали не имеют точек касания, между ними сохраняются минимальные зазоры. Это обуславливает долговечность работы спиралей, но в то же время ставит жёсткие требования к точности изготовления всей конструкции.

Частота движения подвижной спирали достигает нескольких десятков тысяч циклов в минуту. Такие компрессоры достаточно эффективны и имеют длительный срок работы без значительного снижения эффективности.

Последовательность положений при работе спирального компрессора

Между подвижной и неподвижной спиралями компрессора образуется серповидные в поперечнике полости, ограниченные стенками спиралей. При работе компрессора эти полости движутся вдоль витков спирали к центру, непрерывно уменьшаясь в объёме. При этом, через неплотности между витками спирали газ не может просачиваться сразу наружу, а лишь в соседние полости, в которых находится газ при более высоком давлении, чем на входе в компрессор, благодаря чему спиральный компрессор эффективен при большой разнице давлений и обладает высокой производительностью. Однако, спиральный компрессор наиболее эффективен при номинальной степени сжатия, зависящей от количества витков спирали. При увеличении степени сжатия сверх номинальной его эффективность падает по сравнению с поршневым. Кроме того, в отличие от поршневого, у спирального компрессора очень высокая объёмная эффективность за счёт отсутствия мёртвого объёма, меньше пульсация сжимаемого газа и меньше вибраций при работе. Спиральный компрессор не требует впускного клапана, но на выпуске может потребовать установки обратного клапана, чтобы предотвратить поворот спирали при выключенном двигателе.

Недостатки

Перекачиваемый газ должен иметь высокую степень очистки от твёрдых частиц.
Деформация поверхности спирали зачастую требует «приработки» компрессора для уменьшения зазоров^[1]. Для этого одну из улиток делают из менее твёрдого материала для возможности быстрой «приработки», что уменьшает общий ресурс компрессора.
Существует возможность заедания во время переходных режимов работы компрессора^[1]

История

Первую конструкцию спирального компрессора разработал и запатентовал в 1905 году французский инженер Леон Круа. Однако в то время эта разработка не могла быть реализована из-за отсутствия необходимой производственной базы. Первые работоспособные конструкции появились во второй половине XX столетия, что было связано с появлением технологий точной (прецизионной) металлообработки. Эти технологии позволили производить детали, обеспечивающие малый конструктивный зазор между ними, что необходимо для эффективной работы спиральных компрессоров. Во второй половине 1980-х годов началось использование спиральных компрессоров в холодильной технике и в системах управления климатом в помещениях. В процессе испытаний выяснилось, что спиральные компрессоры характеризуются наивысшим КПД и наибольшим давлением при высокой надёжности среди существовавших тогда компрессоров. В дальнейшем спиральные компрессоры нашли применение во многих областях техники^[2].

Примечания

↑ ¹ ² Реферат патента RU 2387878 (неопр.). Дата обращения: 7 июля 2016. Архивировано 6 августа 2016 года.
↑ David T. Gerken; John L. Calhoun Design Review of Cast Aluminum Scroll Compressor Components Архивная копия от 16 сентября 2012 на Wayback Machine / SAE 2000 World Congress. SAE International: 2000 (англ.)

Источники

Бабакин Б. С., Выгодин В. А. Спиральные компрессоры в холодильных системах. Монография. — Рязань: «Узорочье», 2003 .- 379с.
Косачевский В. А. О математической модели рабочего процесса спирального компрессора / В. А. Косачевский // Компрессорная техника и пневматика. — 1997. — Вып.14 — 15. — С. 40 — 46.
Ефремов С. Н. Профильный расчёт образующих спиралей холодильного компрессора / С. Н. Ефремов, И. А. Шестакович // Вестн. СевГТУ. Сер. Механика, энергетика, экология: сб. науч. тр. — Севастополь, 2005. — Вып. 67. — С. 148—153.