stringtranslate.com

Спиральный компрессор

Механизм спирального насоса; вот две архимедовы спирали
Работа спирального компрессора

Спиральный компрессор (также называемый спиральным компрессором , спиральным насосом и спиральным вакуумным насосом ) — это устройство для сжатия воздуха или хладагента. [1] Он используется в оборудовании для кондиционирования воздуха , в качестве автомобильного нагнетателя (где он известен как нагнетатель спирального типа ) и в качестве вакуумного насоса . Во многих бытовых центральных тепловых насосах и системах кондиционирования воздуха, а также в некоторых автомобильных системах кондиционирования воздуха используются спиральные компрессоры вместо более традиционных ротационных , поршневых компрессоров и компрессоров с качающимися пластинами.

Спиральный компрессор, работающий в обратном направлении, является спиральным расширителем и может производить механическую работу .

История

Анимация вращающегося спирального компрессора

Леон Крё впервые запатентовал спиральный компрессор в 1905 году во Франции и США (патент № 801182). [2] Кре изобрел компрессор как концепцию роторного парового двигателя , но технология литья металла того периода не была достаточно развита для создания рабочего прототипа, поскольку спиральный компрессор требует очень жестких допусков для эффективной работы. В патенте 1905 года Крекс описывает реверсивный паровой детандер, вращающийся на одной орбите или вращающийся с помощью кривошипа фиксированного радиуса на одном валу. [3] Тем не менее, спиральный детандерный двигатель не смог преодолеть препятствия механической обработки, связанные с радиальной податливостью, присущие достижению эффективности спиральной работы, которые не были должным образом решены до тех пор, пока не появились работы Нильса Янга в 1975 году. [4] Первые практические спиральные компрессоры не появляются на рынке до окончания Второй мировой войны , когда более точные станки позволили их создавать. В 1981 году Sanden начала производство первых коммерчески доступных спиральных компрессоров для автомобильных кондиционеров. [5] [1] Они не производились коммерчески для кондиционирования помещений до 1983 года, когда Hitachi выпустила первый в мире кондиционер с герметичным спиральным компрессором. [6] [7]

Дизайн

Спиральный компрессор использует две чередующиеся спирали для перекачивания , сжатия или повышения давления жидкостей , таких как жидкости и газы . Геометрия лопаток может быть эвольвентной , архимедовой спиралью или гибридными кривыми. [8] [9] [10] [11] [12]

Часто одна из спиралей неподвижна, а другая вращается по эксцентричной орбите , не вращаясь, тем самым улавливая и перекачивая или сжимая карманы жидкости между спиралями. Эксцентриковый вал может обеспечивать орбитальное движение, но необходимо предотвратить вращение улитки, обычно с помощью муфты типа Олдема , дополнительных эксцентриковых натяжных валов или сильфонного соединения (особенно для применений с высокой чистотой). Другой метод создания компрессионного движения - это одновременное вращение спиралей, но со смещением центров вращения. Относительное движение такое же, как если бы мы вращались по орбите.

Утечки из осевых зазоров предотвращаются за счет использования спиралевидных уплотнителей наконечников, помещенных в канавки на кончиках обеих спиралей. [13] Эти уплотнения наконечников также помогают снизить трение и могут быть заменены при износе. В некоторых компрессорах нагнетаемый газ под давлением сжимает обе спирали вместе, устраняя необходимость в уплотнениях наконечников и улучшая герметизацию по мере использования; Говорят, что эти компрессоры изнашиваются, а не изнашиваются, [14] [15] [16] [17] , но другие детали, такие как кольцо Олдхэма, все еще могут изнашиваться.

Другой вариант — гибкая (пластичная) трубка, в которой архимедова спираль действует как перистальтический насос , который работает почти по тому же принципу, что и тюбик зубной пасты. Их корпуса заполнены смазкой для предотвращения истирания внешней поверхности трубки насоса и облегчения отвода тепла, а также используются армированные трубки, часто называемые «шлангами». Этот класс насосов часто называют «шланговыми насосами». [ нужна цитата ]

Инженерное сравнение с другими насосами

Спиральные компрессоры с воздушными ресиверами

Эти устройства известны тем, что в некоторых случаях работают более плавно, тихо и надежно, чем обычные компрессоры. [18]

Вращения и импульсный поток

Спиральный компрессор открытого типа

Процесс сжатия происходит примерно за 2–2½ оборота коленчатого вала по сравнению с одним оборотом для ротационных компрессоров и половиной оборота для поршневых компрессоров. Процессы разгрузки и всасывания спирального типа происходят на полный оборот по сравнению с менее чем половиной оборота для процесса возвратно-поступательного всасывания и менее чем на четверть оборота для процесса возвратно-поступательного выпуска. Поршневые компрессоры имеют несколько цилиндров (обычно от двух до шести), тогда как спиральные компрессоры имеют только один элемент сжатия. Наличие нескольких цилиндров в поршневых компрессорах снижает пульсации всасывания и нагнетания. Поэтому трудно сказать, имеют ли спиральные компрессоры более низкие уровни пульсации, чем поршневые компрессоры, как часто заявляют некоторые поставщики спиральных компрессоров. Более устойчивый поток приводит к снижению пульсаций газа, снижению шума и вибрации присоединенных трубопроводов, не влияя при этом на эффективность работы компрессора.

Клапаны

Спиральные компрессоры никогда не имеют всасывающего клапана, но в зависимости от применения могут иметь или не иметь выпускной клапан. Использование динамического выпускного клапана более заметно в приложениях с высоким коэффициентом давления, типичных для холодильного оборудования. Обычно спиральный кондиционер не имеет динамического выпускного клапана. Использование динамического выпускного клапана повышает эффективность спирального компрессора в широком диапазоне рабочих условий, когда степень рабочего давления значительно превышает встроенную степень сжатия компрессоров. Если компрессор спроектирован для работы вблизи одной рабочей точки, то спиральный компрессор может фактически повысить эффективность около этой точки, если отсутствует динамический выпускной клапан (поскольку существуют дополнительные потери расхода нагнетания, связанные также с наличием выпускного клапана). поскольку выпускные отверстия имеют тенденцию быть меньше при наличии разряда). [19] [20]

Эффективность

Изэнтропический КПД спиральных компрессоров немного выше , чем у типичного поршневого компрессора, если компрессор предназначен для работы вблизи одной выбранной номинальной точки. [21] Спиральные компрессоры в этом случае более эффективны, поскольку у них нет динамического выпускного клапана, который вносит дополнительные потери на дросселирование. Однако эффективность спирального компрессора, не имеющего выпускного клапана, начинает снижаться по сравнению с поршневым компрессором при работе с более высокой степенью сжатия. Это является результатом потерь при недостаточном сжатии, которые возникают при работе компрессоров объемного типа с высокой степенью давления, которые не имеют динамического выпускного клапана.

Процесс спирального сжатия обеспечивает почти 100% объемную эффективность при перекачивании захваченной жидкости. Процесс всасывания создает собственный объем, отдельный от процессов сжатия и разгрузки внутри. Для сравнения, поршневые компрессоры оставляют небольшое количество сжатого газа в цилиндре, поскольку поршню непрактично касаться головки или тарелки клапана. Этот остаток газа из последнего цикла затем занимает пространство, предназначенное для всасываемого газа. Снижение производительности (т.е. объемного КПД) зависит от давлений всасывания и нагнетания, причем большее снижение происходит при более высоких соотношениях давлений нагнетания и всасывания.

Размер

Спиральные компрессоры, как правило, очень компактны и работают плавно, поэтому не требуют пружинной подвески. Это позволяет им иметь очень маленькие корпуса, что снижает общую стоимость, но также приводит к меньшему свободному объему. [22]

Надежность

Спиральные компрессоры имеют меньше движущихся частей, чем поршневые компрессоры, что теоретически должно повысить надежность. По данным компании Emerson Climate Technologies, производителя спиральных компрессоров Copeland, спиральные компрессоры имеют на 70 процентов меньше движущихся частей, чем обычные поршневые компрессоры. [23]

По крайней мере, один производитель в ходе испытаний обнаружил, что конструкция спирального компрессора обеспечивает более высокую надежность и эффективность в работе, чем поршневые компрессоры. [24]

Расширитель прокрутки

Спиральный расширитель — это рабочее устройство, используемое в основном в системах рекуперации тепла низкого давления. По сути, это спиральный компрессор, работающий наоборот; Рабочая жидкость или газ с высокой энтальпией поступает на нагнетательную сторону компрессора и вращает эксцентриковую спираль перед выпуском через впуск компрессора. Основная модификация, необходимая для преобразования спирального компрессора в спиральный расширитель, заключается в удалении обратного клапана с нагнетательного канала компрессора. [25]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Аб Маккалоу, Джон Э. (1990). «Японская и американская конкуренция в разработке спиральных компрессоров и ее влияние на американскую индустрию кондиционирования воздуха». Управление научно-технической информации (OSTI) Министерства энергетики США . Министерство энергетики США. дои : 10.2172/6952508. S2CID  107387933. Архивировано из оригинала 9 февраля 2022 года . Проверено 26 апреля 2019 г.
  2. ^ США 801182, Кре, Леон, «Роторный двигатель», опубликовано 3 октября 1905 г. 
  3. ^ Буш, Джеймс В.; Бигл, Уэйн П. (1994). «Конструкция совмещенной спирали и эксплуатационные характеристики». Электронные пабы Purdue . Архивировано из оригинала 11 апреля 2021 года . Проверено 3 июня 2019 г.
  4. ^ US 3874827, Янг, Нильс О., «Спиральный аппарат с положительным смещением и осевым радиально податливым спиральным элементом», опубликовано 1 апреля 1975 г. 
  5. ^ «История». Компания Санден . Sanden International (Europe) Ltd. Архивировано из оригинала 9 мая 2019 года . Проверено 9 мая 2019 г.
  6. ^ «История (1981-2000): Hitachi Global». Хитачи.com . Архивировано из оригинала 18 июня 2018 г. Проверено 17 июня 2018 г.
  7. ^ Геркен, Дэвид Т.; Калхун, Джон Л. (март 2000 г.). «Обзор конструкции компонентов спирального компрессора из литого алюминия». Всемирный конгресс SAE 2000 . Серия технических документов SAE. САЭ Интернешнл. 1 . дои : 10.4271/2000-01-0761. Архивировано из оригинала 30 сентября 2007 г. Проверено 21 февраля 2007 г.
  8. ^ США 4216661, Нобукацу, Арай; Хирокату, Косокабе и Эйдзи, Сато и др., «Спиральный компрессор со средствами смещения концевой пластины и возврата охлажденного газа в герметичные пространства компрессора», опубликовано 12 августа 1980 г. 
  9. ^ US 4522575, Тишер, Дж. и Аттер, Р., «Прокруточная машина, использующая давление нагнетания для осевого уплотнения», опубликовано 11 июня 1985 г. 
  10. ^ US 4767293, Кайлат, Дж.; Уэзерстон, Р. и Буш, Дж., «Машина спирального типа с осевым креплением», опубликовано 30 августа 1988 г. 
  11. ^ США 4875838, Ричардсон-младший, Хьюберт, «Спиральный компрессор с вращающимся спиральным элементом, смещенным давлением масла», опубликовано 24 октября 1989 г. 
  12. ^ US 4834633, Этемад, С.; Яннасколи Д. и Хациказакис М., «Машина для прокрутки с обмотками разной толщины», опубликовано 30 мая 1989 г. 
  13. ^ Мицухиро Фукута; Дайсуке Оги; Масааки Мотозава; Тадаси Янагисава; Сигеки Иванами; Тадаши Хотта (14–17 июля 2014 г.). Уплотняющий механизм уплотнения наконечника спирального компрессора. 22-я Международная конференция по компрессорам в Пердью. п. 1255. Архивировано из оригинала 22 марта 2020 года . Проверено 13 сентября 2019 г.
  14. ^ «Новый спиральный компрессор | Кондиционирование и охлаждение | Daikin Global» . www.daikin.com . Архивировано из оригинала 22 мая 2020 г. Проверено 30 марта 2020 г.
  15. ^ «Как работает спиральный компрессор | TestEquity» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2020 г. Проверено 30 марта 2020 г.
  16. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 апреля 2021 г. Проверено 30 марта 2020 г.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  17. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 11 апреля 2021 г. Проверено 30 марта 2020 г.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)
  18. ^ "Компрессор HVAC" . При поддержке компании People Resources. Июль 2010 г. Архивировано из оригинала 20 октября 2014 г. Проверено 21 июля 2010 г.
  19. ^ Джим Уиллер (ноябрь 1988 г.). «Спиральные компрессоры: внутренняя история». Контрактный бизнес . Пентон Медиа: 36.
  20. ^ Буш, Джеймс В.; Элсон, Джон П. (июль 1988 г.). «Критерии проектирования спиральных компрессоров для систем кондиционирования воздуха в жилых помещениях и тепловых насосов». Материалы Международной конференции по компрессорам 1988 года . 1 : 83–92.
  21. ^ Элсон, Джон П.; Кеммер, Норберт; Ван, Саймон; Перевозчиков, Михаил (14–17 июля 2008 г.). Технология прокрутки: обзор прошлых, настоящих и будущих разработок. Международная конференция по компрессоростроению. Архивировано из оригинала 9 мая 2019 года . Проверено 9 мая 2019 г.
  22. ^ «В поисках идей: самый маленький в мире спиральный компрессор непрерывного действия, разработанный компанией Air Squared» . Дизайн машины . Пентон Медиа . 19 мая 2011 г. Архивировано из оригинала 9 мая 2019 г. Проверено 16 ноября 2021 г.
  23. ^ «Спиральные компрессоры: преимущества конструкции» . Эмерсон Климатические Технологии. Архивировано из оригинала 02 января 2013 г. Проверено 11 января 2013 г.
  24. ^ Рассел, Джилл (февраль 2006 г.). «Торговое оборудование для общественного питания, постоянное охлаждение». Журнал бытовой техники . Архивировано из оригинала 18 мая 2007 г. Проверено 10 января 2007 г.
  25. ^ Эмхардт, Саймон; Тянь, Гохун; Чу, Джон (август 2018 г.). «Обзор геометрии расширителя прокрутки и их характеристик». Прикладная теплотехника . 141 : 1020–1034. doi :10.1016/j.applthermaleng.2018.06.045. S2CID  117597304. Архивировано из оригинала 16 ноября 2021 г. Проверено 16 ноября 2021 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные со спиральными компрессорами .