Конструкция и принцип действия спиральных компрессоров

Конструктивная схема спирального компрессора включает две спирали, ведущий вал с эксцентриком, корпус и другие узлы, обеспечивающие заданное движение и правильное взаимодействие деталей компрессора.

Взаимное положение спиралей

Рис. 1. Взаимное положение спиралей в момент начала сжатия газа во внешних парных полостях (на нижней проекции подвижная спираль заштрихована)

Каждая спираль (обе спирали одинаковы) одним своим торцом соединена с плитой (или платформой) или изготовлена с ней за единое целое. Свободными торцами спирали вставлены одна в другую (рис. 1) с разворотом 180° между собой. Одна из спиралей неподвижна. Она соединена с корпусом компрессора.

Вблизи ее оси имеется отверстие А для выхода сжатого газа и два отверстия для его входа. Другая спираль – подвижная, имеет хвостовик В, которым шарнирно соединяется с эксцентриком ведущего вала. Оси спиралей смещены на величину ε0, равную эксцентриситету вала, оставаясь параллельными между собой. Между спиралями две (или больше) всегда парные замкнутые полости, объем которых при относительном движении спиралей изменяется.

В положении, показанном на рис.1, две внешние парные полости заполненные газом, две внутренние – соединены с окном нагнетания А.

Подвижная спираль не может вращаться вокруг своей оси. Она должна совершать только орбитальное движение по окружности радиусом ε0, вокруг оси неподвижной спирали (может быть и иная траектория).

Принцип действия спирального компрессора иллюстрирует рис. 2, на котором показаны взаимные положения спиралей при перемещении подвижной спирали по круговой орбите через 90º.

Последовательное положение спиралей

Рис. 2. Последовательное положение спиралей через 90° перемещения подвижной спирали по орбите в процессах всасывания, сжатия и выталкивания газа

Цикл всасывания (раскрытие и закрытие внешних ячеек) совершается за один оборот вала компрессора с эксцентриком. Затем он повторяется.

Цикл сжатия и выталкивания газа длится дольше, примерно от 2 до 2,5 и более оборотов в зависимости от угла закрутки спирали и размера окна нагнетания, расположенного рядом с «носиком» неподвижной спирали.

Рабочий цикл спирального компрессора совершается за один оборот (проход) подвижной спирали по своей орбите.

Следует обратить внимание на то, что одновременно с процессом сжатия и последующим вытеснением газа в одной паре полостей проходит образование новой пары полостей, их постепенное заполнение свежим газом в течение всего цикла, затем процесс повторяется.

Важны узлы компрессора, обеспечивающие орбитальное движение подвижной спирали и предотвращающие ее поворот вокруг собственной оси. Эти устройства имеют различное конструктивное оформление. В качестве противоповоротного устройства применяются: муфта Ольдгейма, поводковое, шестеренчатое и другие устройства.

Орбитальное движение подвижной спирали предъявляет специфические требования к конструкции упорного подшипника, который, помимо его прямого назначения, в ряде случаев может выполнять функции устройства, удерживающего спираль от вращения вокруг своей оси.

Классификация спиральных компрессоров проводится по конструктивным признакам и подразделяются на:
– вертикальные и горизонтальные по расположению вала. В горизонтально расположенных спиральных компрессорах, например, у транспортного кондиционера с параллельным расположением вала спирального компрессора и продольной оси транспортного средства, труднее обеспечить надежную работу системы смазывания компрессора;
– герметичные, бессальниковые и сальниковые. Применение того или иного типа зависит от назначения и условий эксплуатации, а также от рода сжимаемого рабочего вещества;
– одинарные и сдвоенные. Одинарные имеют по одной подвижной и неподвижной спирали, а у сдвоенных имеются две неподвижные спирали, между которыми установлены две подвижные, имеющие общий эксцентриковый вал;
– одно, двух-, и многоступенчатые с различным расположением ступеней по отношению к двигателю;
– с клапаном на нагнетании и без него;
– маслозаполненные, сухого сжатия и с впрыском охлаждающей, в том числе быстро испаряемой жидкости (например, холодильного агента).

По типу профиля и числу заходов спиралей различают:
– спираль Архимеда;
– эвольвентную спираль;
– одно, двух-, и многозаходные спирали;
– с кусочно-окружными элементами.

Основное требование к геометрии спиралей – обеспечение образования замкнутой полости во всем диапазоне изменения угла поворота ротора от начала до конца процесса сжатия.

По функциональному назначению спирали подразделяются на спиральные компрессоры общего назначения, холодильный, вакуумный насос, детандер (расширительная машина – спиральная турбина).

Область применения спиральных компрессоров по давлению нагнетания ориентировочно лежит в пределах 0,7…1,2 МПа, а по производительности 6…100 м³/ч. Наиболее широко они используются в системах кондиционирования воздуха на автомобильном и железнодорожном транспорте и в жилых помещениях, в торговом холодильном оборудовании, в тепловых насосах и водоохлаждающих холодильных машинах. Наиболее распространенная область применения спиральных компрессоров находится в диапазоне холодопроизводительностей от 1 до 20 кВт.

© 2017: ООО Техпром-Н, производство компрессоров ВР 8, компрессорных станций КС