Спиральные компрессоры работают по принципу сжатия паров хладагента между двумя спиралями, одна из которых неподвижна, а вторая совершает вращательные движения вокруг нее. В процессе работы создаются область промежуточного, низкого и высокого давления, а также центр нагнетания. Вращение вала осуществляется посредством электромотора. Спираль располагается на конце вала. В процессе движения спирали по виткам происходит захватывание паров хладагента и сжатие их по мере движения от рабочей зоны к центру, где достигается наибольшее давление газа. При этом спирали не соприкасаются между собой.
Спиральные компрессоры обладают высокой производительностью и энергоэффективностью. Они имеют герметичную конструкцию и высокий ресурс эксплуатации.
Как работает спиральный компрессор?
Для более наглядного примера взята установка, которую мы сейчас опишем. Обратим внимание: электродвигатель, крутящий момент от которого, с помощью ременного привода, мы передаем на спиральный блок, где и происходит сжатие воздуха. Здесь расположены воздушные фильтры, которые устанавливаются на режим всасывания, концевой охладитель, панель управления, обратный клапан и, в нашем случае, есть ресивер, хотя некоторые спиральные компрессоры поставляются без него.
Спиральный блок состоит из:
- двух спиралей подвижной и неподвижной;
- уплотнения;
- корпуса;
- коленчатого вала;
- пальцев кривошипа;
- вентилятора охлаждения;
- приводного шкива;
- защитного кожуха.
В собранном виде мы уже можем рассмотреть те самые полости, в которых воздух сжимается, когда подвижная спираль осуществляет орбитальное движение.
Принцип действия спирального блока разберём на основе холодильного спирального компрессора, так как сжатие хладагента происходит таким же образом, как и сжатие воздуха.
После прохождения воздуха воздушного фильтра он попадает в спиральный блок, где находятся сразу две свободные полости.
После небольшого пути подвижной спирали эти полости закрываются и начинают уменьшать, перемещаясь от периферии к центру, где располагается нагнетательное окно.
В это момент в блок попадает новая порция воздуха, таким образом мы имеем сразу несколько полостей с различными давлениями: атмосферное, промежуточное и давление нагнетания. Нет ярко выраженных границ между областью с высоким давлением и низким, например как в поршневом компрессоре, где с одной стороны поршня давление нагнетания, а с другой - атмосферное, что может стать причиной значительных перетечек воздуха из области высокого давления в область с низким.
Благодаря отсутствию большой разницы давлений между полостями, в спиральных компрессорах удаётся снизить нежелательные радиальные и тангенциальные перетечки.
Радиальные - это между спиралями, а тангенциальные - между спиралями и корпусом. Чем меньше перетечек, тем выше КПД блока, соответственно ниже затраты на электроэнергию.
В обычных компрессорах проблема перетечек решается при помощи масла, например, как в масслозаполненных винтовых или поршневых агрегатах. Масло уплотняет зазоры и уменьшает перетекание воздуха по полостям сжатия. В спиральном компрессоре сжатие сухое. Это и является плюсом т.к. мы получаем безмасляный воздух. Минусом заключается в том, что без использования масла (охлаждающей жидкости), мы не можем эффективно отводить тепло, которое выделяется при сжатии воздуха. Из-за этого температура воздуха на выходе спирального блока может достигать 200 градусов. В качестве основного инструмента по отводу тепла выступают только охлаждающие рёбра на крышке спирального блока и на этом всё, в этом проблема.
Максимальное давление спиральных компрессоров обычно ограничивается 10 барами. По этой причине появляются ограничения в давлении, т.к. без применения охлаждающей жидкости генерировать сжатый воздух до более высоких давлений в одной ступени нецелесообразно. При давлении свыше 10 бар увеличивается нагрузка на подшипники, которые и без этого работают интенсивно, особенно подшипник на эксцентрике.
Пройдя спиральный блок воздух направляется через нагнетательное окно, подает на концевой охладитель, далее - либо в ресивер, либо сразу потребителю. Спиральный компрессор очень похож на поршневой, только вместо поршневой головы у нас стоит спиральный блок.
