New piston compressors "Octagon". Part 1. Comparison of reciprocating, screw and scroll refrigeration compressors
- Issue: Vol 93, No 3 (2004)
- Pages: 24-26
- Section: Articles
- URL: https://freezetech.ru/0023-124X/article/view/101144
- DOI: https://doi.org/10.17816/RF101144
- ID: 101144
Cite item
Full Text
Abstract
In the market for small displacement compressors for refrigeration and air conditioning applications, the trend is towards rotary compressors, while in low temperature refrigeration applications reciprocating compressors continue to be preferred. Increasing demands for energy efficiency, ease of use, the use of new environmentally friendly refrigerants intensify competition in this market sector. In this article, using the example of semi-hermetic reciprocating compressors of the new Octagon series, we would like to show how, with the help of simple technical solutions, it is possible to create products that meet the increased requirements of the modern market. First of all, let's consider some fundamental differences between reciprocating compressors and scroll and screw ones.
Full Text
Поршневые компрессоры
Изменение давления в таких компрессорах происходит при возвратно-поступательном движении поршня в цилиндрической камере сжатия. Индикаторные диаграммы компрессора при работе в режимах охлаждения и замораживания представлены на рис. 1
Рис. 1. Индикаторные диаграммы поршневого компрессора
Отчетливо видно, что при более высокой степени сжатия коэффициент подачи падает, причем главным образом из-за увеличения влияния процесса обратного расширения.
При обратном расширении работа передается на коленчатый вал (заштрихованная область), происходит охлаждение газа и изоэнтропический КПД компрессора уменьшается, но не так сильно, как коэффициент подачи. Это свойство характерно только для поршневых компрессоров.
На практике описанные особенности работы поршневых компрессоров приводят к тому, что объемная производительность при глубоком охлаждении заметно падает, что влияет на выбор рабочего объема. Тот же эффект может наблюдаться в случаях привода компрессора от двигателя с изменяемой частотой вращения. При увеличении частоты вращения степень сжатия повышается и коэффициент подачи уменьшается (рис. 2).
Рис. 2. Изменение раоочего процесса (поршневой компрессор) при изменении чистоты вращения
В компрессорах автомобильных кондиционеров, приводимых от двигателя внутреннего сгорания, этот эффект может быть полезно использован. При увеличении частоты вращения обеспечивается желаемое сокращение холодопроизводительности. Поэтому в автобусных установках кондиционирования воздуха часто отказываются от каких-либо специальных систем регулирования производительности.
Если эффект уменьшения производительности нежелателен (например, в морозильных установках), то следует переходить на двухступенчатый поршневой компрессор (рис. 3).
Рис. 3. Рабочий процесс при двухступенчатом сжатии в поршневом компрессоре
Спиральные компрессоры
В традиционной конструкции спиральных компрессоров, используемых на сегодняшний день в технике кондиционирования, подвижный спиральный элемент выполняет орбитальное движение. За один оборот подвижной спирали компрессора производятся впуск порции всасываемого газа, его сжатие и выталкивание нагнетаемого газа.
В спиральных компрессорах нет нагнетательных клапанов, т. е. газ сжимается до заложенной при проектировании степени сжатия. Другая особенность спирального компрессора заключается в уменьшении объема камеры сжатия снаружи к центру и наличии радиального отверстия для нагнетания в самой маленькой центральной камере. Это также ограничивает эффективность рабочего нагнетательного клапана, имеющегося в некоторых низкотемпературных компрессорах.
Рис. 4. Характеристика изменения давлений в спиральном компрессоре: а — для систем кондиционирования воздуха (+7,2/54,4°С); б — для установок нормального охлаждения
На рис. 4, а представлена индикаторная диаграмма давления в спиральных компрессорах для систем кондиционирования воздуха, на рис. 4, б - для нормального охлаждения.
В случае применения в системах кондиционирования воздуха, где, как известно, отношения давлений низкие, спиральный компрессор может продемонстрировать свои преимущества: отсутствие потерь в клапанах; высокий КПД при небольшой тепловой и механической нагрузке из-за низкого трения, что связано с низкой относительной скоростью; малые внутренние перетечки (благодаря относительно небольшой разности давлений).
В таком же компрессоре при более высокой степени сжатия (см. рис. 4, б) величина работы сжатия увеличивается в конце этого процесса из-за обратного расширения в направлении, противоположном направлению вращения.
Это повышает тепловую нагрузку и увеличивает внутренние перетечки, что определяет снижение КПД. Равномерность сжатия в спиральном компрессоре для нормального охлаждения значительно меньше, чем в компрессоре, работающем в системах кондиционирования воздуха, что может привести к повышенным пульсациям газа. В этом состоит принципиальный недостаток спиральных компрессоров по сравнению с поршневыми, который усугубляется с ростом степени сжатия.
Рис. 5. Сравнительная характеристика поршневого компрессора серии Octagon (4CC-6.2Y) и спиральных компрессоров (ESL): а — коэффициент подачи; б — изознтропный КПД
Сравнивая поршневые и спиральные компрессоры, можно отметить, что коэффициент подачи спиральных компрессоров выше, чем у поршневых, при любой степени сжатия (рис. 5, а).
Несмотря на это, изоэнтропический КПД двух разных по эффективности спиральных компрессоров в любом случае ниже изоэнтропического КПД поршневых компрессоров при степени сжатия, превышающей степень сжатия компрессоров, применяемых в кондиционировании воздуха (рис. 5, б).
Винтовые компрессоры
Винтовой компрессор по различным причинам иногда предпочтительнее для применения в холодильной технике, чем спиральный. Правда, речь идет о винтовых компрессорах, традиционно охлаждаемых маслом. Кроме того, в винтовых компрессорах большой объемной производительности можно «искусственно подпитать» процесс сжатия посредством ЭКОНОМАЙЗЕРНОГО РЕЖИМА (рис. 6).
Рис. 6. Диаграмма изменения давления при работе винтового компрессора с экономайзером и без него
В спиральных компрессорах реализовать это гораздо труднее, так как в них сечения каналов недостаточны для подвода газа. Возможность установки порта экономайзера ограничена толщиной стенок спиралей. Кроме того, затраты на подключение экономайзера к спиральным компрессорам относительно более высоки. Поэтому в спиральных компрессорах часто используют неэкономичный впрыск жидкости, который в действительности лишь предотвращает тепловую перегрузку компрессора, не влияя на увеличение давления.
Винтовые и спиральные компрессоры рекомендуется применять при малых степенях сжатия (среднетемпературное охлаждение и кондиционирование воздуха), где они могут быть особенно эффективны. Но в отличие от спиральных винтовые компрессоры с масляным охлаждением и экономайзером при больших рабочих объемах являются наиболее интересным и перспективным решением для использования в холодильной технике.
(Продолжение следует)
References
Supplementary files
